基于百度地图API的快速制图系统的设计与实现

夏 军

(西华师范大学 国土资源学院，四川 南充 637002)

随着电子信息化时代的到来，地图在人们的日常工作和生活中的地位越来越重要。从户外导航、位置查询，到灾害救援、建设规划等，地图服务于社会经济发展的方方面面，为人们提供方便。随着地图服务需求的增加，对于各类地图的制作显得尤为重要。而传统地图制作方法[1-3]，需要专业的地图制作软件，如ArcGIS、ARC/INFO、MapGIS、MapInfo、AutoCAD等。对于这些专业GIS软件，安装和学习的门槛较高，往往需要专业人士操作。

随着国内外地理信息产业的迅猛发展，网络地理信息资源越来越丰富[4]。近些年，谷歌地图、天地图、百度地图等的兴起，让人们可以通过网络地图API轻易获取到丰富的地图资源和服务应用[5]。利用这些免费的地图资源制作各类专题地图[6]、地形图[7]、交通位置图[8]、救灾应急地图[9-13]、导航地图[14]、旅游地理信息系统[15-17]、卫星影像图[18]以及其他公共服务系统[19-20]等的研究已有很多。在某些情况下，可能只需要一张简单的地图，传统的方法一般是利用卫星遥感影像、行政区划、道路、河流和地名等专题地图，再通过专业GIS软件制作成地图，这种方法繁琐复杂、效率低下，而且需要具有一定GIS专业知识的技术人员才能完成。那么研究开发一款操作简单、不需要专业知识，并能够快速成图的软件系统，无论从制图效率、成本和实用性上来说都具有重要的意义和必要性。

本文在分析快速制图系统功能需求基础上，对地图格网坐标值自动获取算法进行研究和试验，并采用C#编程语言，在Visual Studio 2010集成开发环境下，调用百度地图API，设计并开发快速制图系统。该软件系统可以制作带经纬网格、经纬度和用户自定义标注的行政区划图、卫星影像图和交通位置图等，简单美观，适用于项目报告、PPT演示等文档插图、以及海报、广告展板等。该制图系统出图快速、操作简单，非专业人士也能轻松制图。

1 系统需求和开发思路

对制图系统的基本要求是简单、快速，方便操作，具有部分用户自定义功能，能够在数分钟之内制作出美观的小幅地图，基本功能如下：

1)地图加载。百度地图、卫星影像图、道路(地名)，可选择切换地图类型；

2)地图基本操作。鼠标和导航控件控制地图移动、放大、缩小等；

3)绘图。点、线、面、文字+地标，编辑图形，删除图形；

4)测距。边画边测路线长度；

5)搜索地名、搜行政区域边界；

6)截图；

7)设置出图样式，包括标题文字、图框、经纬度网格线、颜色等；

8)输出带坐标网格图像。

针对制图系统的功能需求，在Visual Studio 2010集成开发环境下，选用C#编程语言，将C/S和B/S模式相结合，把地图页面嵌入到系统主窗体的WebBrowser控件，实现客户端调用网络地图的功能。网络地图数据源选择百度地图，具有美观简洁、内容丰富和免费开源的API等特点。该制图系统结构功能如图1所示。

图1 制图系统功能结构图

2 地图平台及实现算法

2.1百度地图API

百度地图[21]是百度提供的一项网络地图搜索服务，覆盖了国内近400个城市、数千个区县。在百度地图里，用户可以查询街道、商场、楼盘的地理位置，也可以找到离用户最近的所有餐馆、学校、银行、公园等。除了提供丰富的公交换乘、驾车导航等查询功能，还为用户提供最适合的路线规划。不仅知道要找的地点在哪，还可以知道如何前往。同时，百度地图还为用户提供了完备的地图功能(如搜索提示、视野内检索、全屏、测距等)，便于更好的的使用地图，便捷的找到所求。

百度地图JavaScript API[22]是一套由JavaScript语言编写的应用程序接口，可帮助您在网站中构建功能丰富、交互性强的地图应用，支持PC端和移动端基于浏览器的地图应用开发，且支持HTML5特性的地图开发。另外，2014-01-09，极速版JavaScript API全新上线，此版本专门针对简单功能的移动端浏览器开发提供。百度地图API免费对外开放，自v1.5版本起，您需先申请密钥(ak)才可使用，接口(除发送短信功能外)无使用次数限制。

2.2 坐标转换方法

通过屏幕截图，不仅可以获得地图图片，还可以得到地图图片的4个顶点相对于屏幕左上角的像素坐标(pixelX, pixelY)，再调用百度地图API的“map.pixelToPoint()”将像素坐标转换为WGS84地理坐标系下的经纬度坐标，代码(JavaScript)如下：

function pointXY2LngLat(pixelX, pixelY){

var lngLat = map.pixelToPoint({x: pixelX, y: pixelY});

return lngLat.lng+','+lngLat.lat;

}

2.3 网格线坐标算法

地图格网绘制需要预先知道它的经纬度坐标值，合理的格网分布可以使地图更加规范和实用。通过大量试验，利用本算法可以实现格网经度值和纬度值的自动计算，得到优化合理的坐标值，算法思路如下：预先设定最小格网数目和格网经线间隔值数组，再根据截图范围的经度差值，计算出合适的经线格网间隔值，再将格网经线间隔值乘以k(k=1，2，3……)得到0～360°范围内的格网经度值，而介于截图范围内的这些值就是经线网格的经度值，核心代码(C#)如下：

ArrayList GridLonArr = new ArrayList(); //定义网格经线值数组(待求)

double DMapLon = MapLonMax -MapLonMin; //地图范围经度差值(已知)

double[] GridDLonArr = new double[] { 50, 40, 30, 20, 10, 5, 2, 1 }; //预先设定的网格经度间隔数组(自定义)

int GridLonMinCount = 3; //经线网格的最小条数(自定义)

for (int i = 0; i < GridDLonArr.Length; i++)

{

if (DMapLon / GridDLonArr[i] >= GridLonMinCount)

{

double GridLon = 0; //初始化经线网格经度值

int k = 0;

while (GridLon <= 360) //360为经度值上限

{

GridLon = GridDLonArr[i] * k; //计算所有经线网格值

if (GridLon >= MapLonMin && GridLon <= MapLonMax) //选取介于截图范围的经线网格

{

GridLonArr.Add(GridLon); //将得到的网格经度值添加到数组

}

k++;

}

}

}

该算法简单、易于实现，运算速度快。格网纬度值计算方法与经度值相似，只是取值范围不同，经度值是0～360°，而纬度值范围为0～90°。

3 地图功能实现

该系统实现了电子地图的基本功能，主要包括：地图显示、缩放、平移、地图类型切换、图形绘制、距离测量、地名搜索和行政区划边界显示等，并继承了百度地图简洁美观、易于操作的特点。地图类型包括：行政区划地图、卫星影像图和叠加了道路地名的卫星影像图。图形绘制包括：文字、地标、路线、多边形、圆和矩形。

3.1 地图加载

虽然百度API是免费开放的，但从v1.5版本后需要申请密匙。所以在满足开发功能需求的前提下，选择v1.4版本的API。创建名称为“index.html”的html文件，通过百度地图API加载百度地图，代码(Html、CSS和JavaScript)如下：

以上调用百度地图API加载了地图，具有地图显示、导航控制、地图类型切换等功能。根据功能需求，还加入了绘图工具、搜索和地图制作工具等。在Visual Studio 2010中新建项目，新建窗体，创建WebBrowser控件，将“index.html”网页加载进去，实现B/S和C/S模式相结合，制作成桌面版的网络地图。软件运行的主界面如图2所示。

图2 制图系统主界面

3.2 地名和行政区划搜索

Geocoding API 是一类简单的HTTP接口，用于提供从地址到经纬度坐标或者从经纬度坐标到地址的转换服务。通过创建“new BMap.Geocoder()”实例可以实现对地名的搜索和定位，代码(JavaScript)如下：

var geocoder = new BMap.Geocoder();

geocoder.getPoint(address, function(point){

//此处解析返回结果，获得位置坐标

}

Boundary服务类可实现对行政区划的搜索和边界的显示，该服务类只能搜索并显示县级或更高级别行政区域边界，无法搜索乡镇和村的边界。通过实例化对象“new BMap.Boundary()”可以返回行政区域边界坐标，代码(JavaScript)如下：

var boundary = new BMap.Boundary();

boundary.get(place, function(rs){

//此处解析返回结果，获得边界坐标

}

3.3 距离测量

距离测量功能使用百度地图的“BMapLib.DistanceTool”类，它是一套基于百度地图API二次开发的开源的代码库，对外开放。允许用户在地图上点击完成距离的测量，可以自定义测距线段的相关样式，例如线宽、颜色、测距结果所用的单位制等。该类基于Baidu Map API 1.2，主入口类是DistanceTool，通过实例化，即可调用该类提供的open 方法开启测距状态，代码(JavaScript)如下：

var distance = new BMapLib.DistanceTool(map);

distance.open();

3.4 图形绘制

图形绘制功能采用百度地图开源库的“BMapLib.DrawingManager”类，提供鼠标绘制点、线、面、多边形(矩形、圆)的编辑工具条。且用户可使用JavaScript API对应覆盖物(点、线、面等)类接口对其进行属性(如颜色、线宽等)设置、编辑(如开启线顶点编辑等)等功能。该类是基于Baidu Map API 1.4，实例化后，即可调用该类提供的open 方法开启绘制模式状态，还可加入工具栏进行选择操作。实例化鼠标绘图工具代码(JavaScript)如下：

var drawingManager = new BMapLib.DrawingManager(map, {

isOpen: false, //默认不开启绘制模式，用户通过选择绘图工具开启

circleOptions: styleOptions, //圆的样式

polylineOptions: styleOptions, //线的样式

polygonOptions: styleOptions, //多边形的样式

rectangleOptions: styleOptions //矩形的样式

});

还可以加入鼠标监听事件，对绘图整个绘图过程进行响应，如以下代码(JavaScript)当绘图完成时执行。

drawingManager.addEventListener(“overlaycomplete”, function(e){

//当绘图完成时触发该事件

}

4 地图制作

4.1 地图整饰

制作一张基本的地图，需要添加一些地图要素，包括：图框、格网、标注、指南针、四周的文字、比例尺和图例等，而它们的位置和样式直接影响到地图的美观性。该系统可以快速制作简单美观的小幅地图，可以自动生成地图内外图框、经纬网、经纬度标注、标题，并可以修改它们的颜色和线条粗细。地图比例尺采用百度地图默认的比例尺样式，坐标系为WGS84，投影为Web墨卡托。制图过程顺序如下：地图截图→加内外图框→加经纬网→加经纬度标注→加指北针→加标题→输出地图。

地图整饰主要是调用C#的“Graphics”类，另外新建一个绘图类“Draw”，将“Graphics”类的添加文字、图形等功能封装起来，方便调用。以下是“Draw”类的定义，具体代码(C#)省略。

public class Draw

{

public void drawBorder(){ } //绘制地图图框

public void drawGrid(){ } //绘制经纬网格

public void drawLongitudeLatitude(){ } //绘制经纬度标注

public void drawNorthArrow(){ } //绘制指北针

public void drawTitle(){ } //绘制地图标题

}

在以上方法中，地图格网的绘制是难点，采用本文设计的格网坐标自动获取算法，根据地图经度和纬度跨度，结合地图宽高像素值，合理计算需要绘制的经线和纬线条数以及它们在地图上的位置。

4.2 制图步骤

利用该制图系统制作地图非常简单快速，操作步骤主要分3步：①调整地图。选择地图源，放大、缩小地图到合适比例尺，移动地图到需要的范围，调整比例尺到右下角位置，还可以对地图进行文字和图形标注；②截图。点“截图”按钮，调整截图窗口到合适位置，并可以对截图进行文字和图形的添加，双击鼠标左键完成截图；③出图。点“出图”按钮，系统自动制作地图，以“Jpeg”图片格式保存到出图文件目录下面，并自动打开图像，方便进行浏览。

以四川省成都市为例，搜索行政区域名称“四川省成都市”，系统自动获取边界坐标并绘制出红色边界；在地图上进行“郫都区”和“都江堰景区”标注，利用测距工具标示出距离，从成都市三环路到郫都区直线距离为15.6 km，到都江堰景区距离为50.4 km；调整地图窗口到合适位置，将地图原有比例尺包含在内；点“截图”按钮，调整截图范围，如图3所示；再点“出图”按钮，地图制作成果如图4所示。该制图系统制作出的地图默认上方向为正北方向。

图3 截图过程界面

图4 地图制作成果图

5 结束语

日常生活和工作中经常会用到地图，而地图的制作需要相关的专业知识、庞大的GIS软件和复杂的操作步骤。本文通过对快速制图的需求分析，实现了地图格网经度值和纬度值坐标的自动获取算法，并以百度地图作为地图源，采用C#、JavaScript等编程语言进行开发，通过对百度地图API进行调用，设计并开发了快速制图系统。通过该制图系统可以方便快速地制作出各类示意性地图和专题图，如：项目研究区、交通位置图、行政区划图、旅游景点分布图等的示意地图。用户可以自定义部分地图样式，包括：地图图框、经纬网格、地图标题、经纬度标注等。制作出的地图简单美观，适用于项目报告、PPT等文档插图，以及海报、广告展板等，也可用于应急情况下的紧急制图，服务于社会经济生活。该制图系统操作简单，制图效率高，使用者不需要地图相关知识，也不需要复杂的GIS专业软件，对制图工作起到事半功倍的效果。

快速制图系统在制图方面的优势，重在于快捷、简单和美观，无需专业软件和专业知识，为非专业人士提供了一个简单而快速的制图途径。但相比传统专业GIS软件，还存在一些不足，暂时无法制作大幅的高分辨率地图，还不能自动生成图例，不能导入已有数据，今后将不断完善，输出结果将支持更多格式。