基于Global Mapper的测绘图形数据转换

刘胜旋，高佩兰

(1.国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东 广州 510075;2.广州海洋地质调查局，广东 广州510075)

0 引言

在测绘制图时，常常涉及不同格式图形的相互转换问题。对于一些简单的转换，大多数软件通过通用交换格式即可完成;对于一些复杂的转换，单个软件往往无能为力，即使通过多个软件多次转换勉强可以完成，但图元参数有时会出现意想不到的改变，结果往往差强人意。

近年来，美国LLC公司开发了一个小型GIS软件Global Mapper，享有 GIS中的“瑞士军刀”之美称，能够用于浏览、合成、编辑、输入、输出常用的光栅、高程及矢量数据集(王子明，2008)。其最新版本V16支持的数据格式几乎包括了所有现行商业GIS支持的格式，其中能够读取的矢量数据97种、高程网格化数据77种、光栅影像图49种。随着版本的升级，其支持的数据格式也不断增多。

本次研究试图挖掘Global Mapper支持多种数据格式的功能，实现测绘图形、数据转换的目的。测绘图形数据转换包括不同椭球体之间的转换、相同椭球体但不同大地基准面之间的转换以及不同坐标投影之间的相互转换。

1 DTM数据格式转换

CARIS HIPS/SIPS是加拿大Universal System公司开发的一套通用多波束资料处理软件(侯世喜等，2003)，以友好的Windows风格界面、兼容众多格式的多波束、声纳原始数据而广泛获得用户的认可。项目处理结束后，通常的做法是输出所有测线的ASCII数据，然后利用其他软件进行网格化制图。如果以BAG格式输出其生成的BASE曲面，然后利用Global Mapper软件直接打开使用或转换为其他格式的高程数据，则可以起到事半功倍的效果。BAG(Bathymetry Attributed Grid)是美国 NOAA、CCOM－JHC、CARIS等政府、科研机构和公司共同开发的一种专门用于各种程序、单位之间传输带误差属性的水深二进制网格化文件，它提供了一种户到户、无需转换即可协同工作的解决方案(Brennan et al，2005a，2005b)。通过 BAG 文件，无需重新网格化海量的数据，即可在不同的程序之间迅速架起桥梁。

NetCDF(Network Common Data Format，网络通用数据格式)由美国大学大气研究协会的Unidata项目科学家针对科学数据的特点开发，是一种面向数组型并适于网络共享的数据描述和编码标准(孙建伟等，2010)。NetCDF由于其灵活性，能够传输海量的面向阵列数据，已经广泛应用于大气科学、水文、海洋学、环境模拟、地球物理等诸多领域(贾俊涛等，2007)。MB－System是Unix系统的一套开源多波束数据处理软件，其所拥有的海量数据网格化能力远非Windows软件可比。用其网格化生成的数据均为NetCDF格式，使用Global Mapper可以直接打开该种类型的数据，然后输出为其他软件所需的数据格式(例如Surfer类型的GRD数据)。

大洋水深图(GEBCO)数据库(里弼东，1998)包含了全球范围内的经纬度间隔为30″的高分辨率海洋、陆地的高程数据，用户可以免费下载使用(http：//www.bodc.ac.uk/data/online_delivery/gebco/)。下载文件的后缀名为nc，其文件类型同样为NetCDF格式，可以很方便地使用Global Mapper打开浏览、转换输出。

2000年2月11—22日，美国奋进号航天飞机的雷达地形测绘(Shuttle Radar Topography Mission，SRTM)获得了地球表面60°N—56°S、覆盖陆地表面80%以上的三维雷达数据(汪凌，2000)，其中3″×3″(相当于90 m栅格分辨率)的SRTM3已对全球免费发布。这一数据将推动空间地理科学的发展，并为数字地形分析提供数据支持。国内外众多学者对高程误差评价、空缺插值、数据融合(陈传法等，2010a，2010b;詹蕾等，2010)等进行了大量的研究。同样，依托Global Mapper强大的数据格式支持，可以为各种研究带来非常的便利。

以上DTM数据格式转换只涉及到不同格式的转换，而数据的坐标系统、投影方式均保持不变，操作相对较简单，只需打开待转换的文件，然后输出为所需格式的DTM数据即完成转换。

2 坐标投影转换

Global Mapper的坐标系统与投影数据管理模式如图1所示，设置好“当前工作区的投影参数”，以后只要正确打开其他不同投影参数的文件，都会自动转换为当前投影方式。如果将当前工作区的图形数据输出到一个新的文件，即可完成坐标投影转换。Global Mapper既可对ASCII数据、高程网格化数据进行转换，也可以对多种格式的图形进行转换。

图1 坐标与投影数据管理模式Fig.1 Management model of coordinates and projection data

AutoCAD以其强大的图形显示、编辑功能，已广泛使用于国内的测绘行业。由于AutoCAD自身没有坐标转换与地图投影功能，因此制图前必须将数据按要求准备好。制图完成后，一旦需要改变坐标系统或投影方式，AutoCAD自身将无法完成此类转换，解决的办法只有重新制图或编写程序(吴敬文等，2009)。无论采用何种方法，都将是费时费力的繁琐过程。

利用 Global Mapper便能够直接输入、输出DWG格式文件的功能，可以轻松完成此类转换。例如，在一次管线路由调查的制图刚刚结束准备提交时，由于要求有变，制图参数也出现变化，具体要求是将原来的WGS84－UTM投影改为WGS72－Lambert投影(并且要求为广播星历参数，而系统内置的是精密星历参数)。面对十几幅分幅图，如果没有快速解决的办法而从原始数据开始重新制图，那将是一个十分繁重的任务。经过反复试验，发现Global Mapper可以解决大部分问题。首先是坐标系的转换，Global Mapper支持通过3种方式建立新的坐标系统：三参数变换、七参数变换与控制点变换，然后再根据投影参数设置新的投影方式(图2)，即完成了“当前工作区的投影参数”设置，下一步只需逐步打开每一分幅图，然后另存为新的DWG文件，即可同时完成坐标系统与投影方式的转换。

需要注意的是，由于涉及到不同椭球体之间的转换，原图的经纬网标注也会出现相应的变化，因此必须重新制作新的经纬网图框。相对于从数据坐标转换、网格化等整一套制图流程，利用Global Mapper的坐标投影转换功能可极大地减轻制图工作量。

图2 设置当前投影参数Configuration of the current projection parameters

3 光栅影像图配准

Global Mapper支持多种格式的光栅影像图读取与输出。如果影像图包含坐标信息，使用Global Mapper直接打开即可使用，或者输出为其他格式的影像图;如果影像图没有包含坐标信息，则可使用Global Mapper的影像图校准功能进行校准，然后输出为包含坐标信息的GeoTiff格式图像，下次使用或用其他软件时就不必重新校准。

Google Earth是美国Google公司发布的一款全球卫星地图集成软件，提供了大量的高清卫星图像，用户只需安装客户端软件，通过互联网即可免费访问。目前，Google Earth的卫星影像图在国内的公路勘测设计、铁路勘测设计、电力路线勘测设计、环境影响评估、海岸地质灾害预防、近岸海洋工程等方面等到了广泛的应用。但是，从Google Earth获取的卫星影像图一般都是没有坐标信息的，这就需要将卫星影像图配准后才能与测量的数据合并使用。

2014年4月，为了解广州海洋地质调查局专用码头及周围的淤泥堆积情况，以便制定挖掘清淤计划，在码头周围进行了多波束全覆盖测量。图3为使用Global Mapper将多波束DTM数据与Google Earth影像图配准的成果图。从图上可以直观地看到码头的位置、多波束测量范围在河流中的位置、主航道的位置与走向等情况，最后以此图为基础，制作了码头港池水深图。水深图镶嵌卫星影像图后，整个图形显得资料详实、内容丰富、生动直观。

图3 卫星图片与矢量数据配准Fig.3 Registration of satellite images and vector data

4 结论

Global Mapper是一个体积小巧、功能强大、速度快的另类GIS软件。主要介绍了DTM数据格式转换、坐标投影转换、光栅影像图配准等方面的应用。

其中，DTM数据格式转换的内容不仅适用于文中所介绍几种格式，还包括 ArcInfo、MapInfo、ETOPO2、GeoDAS、Geosoft、Gravsoft、GTOPO30、NOAA、Surfer、ZMap等众多常用格式的 DTM数据相互转换。

对于坐标投影转换，内容更是广泛。除了CAD图形坐标投影转换外，还可以对各种DTM数据进行坐标投影转换，例如将经纬度格式的Surfer网格化文件进行坐标投影，然后再输出为相同的Surfer网格化文件;对各种点、线文件进行投影与反投影转换等。

光栅影像图配准也是Global Mapper的特色功能之一。它能打开众多格式的光栅图片，包括扫描图片、抓屏图片、以及各种卫星图片等，如果图片没有包含坐标信息，则可以配准，经过配准后，输出为包含坐标信息的GeoTiff图片。

以上介绍的仅仅是Global Mapper的部分功能，其提供的许多其他实用功能均有待于进一步挖掘应用。

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