坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及參數(shù)加密軟件設(shè)計與實現(xiàn)

韓 聰，劉建國，梅偉長(長春市測繪院，吉林長春 130021)

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及參數(shù)加密軟件設(shè)計與實現(xiàn)

韓 聰，劉建國，梅偉長
(長春市測繪院，吉林長春 130021)

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是GPS定位顯示中重要的環(huán)節(jié)，本文論述了在使用地方坐標(biāo)系統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)情況下，通過高斯投影、四參數(shù)轉(zhuǎn)換和參數(shù)加密，將GPS位置信息顯示在地方坐標(biāo)系下的電子地圖上。通過實際選點測試，證明該方式是可行有效的。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；高斯投影；參數(shù)加密

“智慧城市”是全球戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，作為一種新的城市發(fā)展模式，將通過綜合運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、整合信息資源、統(tǒng)籌業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，促進(jìn)城市在規(guī)劃、建設(shè)、管理、運行和服務(wù)上科學(xué)發(fā)展。長春市政府高度重視智慧城市的建設(shè)，政府各部門以長春市地理信息公共平臺為基礎(chǔ)各自搭建專業(yè)平臺。市容數(shù)字化管理平臺則是在地理信息公共平臺的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市管理對象精確定位的萬米單元網(wǎng)格法和全球定位系統(tǒng)(GPS)精確定位，讓管理人員實時了解城市部件的點位分布、運行狀態(tài)、責(zé)任單位、權(quán)屬單位等信息，方便設(shè)備的更新、改造、拆除、重置計劃等日常管理工作，全面提高市容環(huán)境管理水平。

GPS是一種全天候的空間基準(zhǔn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，可滿足市容環(huán)衛(wèi)局精確地確定城市部件的位置及清掃車輛的實時位置所需，具有高精度、全天候、測時短等特點。GPS由三部分組成:空間部分——GPS星座；地面控制部分——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分——GPS信號接收機(jī)。由于GPS接收機(jī)接收的數(shù)據(jù)是經(jīng)緯度坐標(biāo)數(shù)據(jù)，采用WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，而長春市則采用長春地方坐標(biāo)系，GPS接收到的數(shù)據(jù)很難直接落實到地方坐標(biāo)上。處于安全考慮，各地地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)屬于絕密資料，不允許對外發(fā)布。因此，GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和參數(shù)如何加密，成為一項關(guān)鍵的技術(shù)。本文以長春市獨立坐標(biāo)系為例，將WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成長春市獨立坐標(biāo)系。

1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法

采用兩種方法：第一種是將GPS接受的經(jīng)緯度坐標(biāo)，以WGS-84的參考橢球為基準(zhǔn)進(jìn)行高斯投影后強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到長春地方坐標(biāo)系中；第二種是先將WGS-84的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系或者北京54坐標(biāo)系，然后通過投影轉(zhuǎn)換為平面直角坐標(biāo)系，最后通過四參數(shù)求出參數(shù)后，實現(xiàn)向長春坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。第一種方法適用定位精度要求不高而實時精度要求較高的情況(如實時車輛導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng))。本文著重討論第一種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法,將GPS模塊采集的位置信息由WGS84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為長春市坐標(biāo)系，中央子午線為東經(jīng)125°。

具體轉(zhuǎn)換過程如下：首先將GPS模塊采集的坐標(biāo)點序列化，將數(shù)據(jù)通過高斯投影轉(zhuǎn)換為平面直角坐標(biāo)，經(jīng)過四參數(shù)近似轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)至長春市坐標(biāo)系后，再加上中誤差為±0.5 m的隨機(jī)位置偏移，最后輸出用戶適用的長春市坐標(biāo)系坐標(biāo)。

出于對轉(zhuǎn)換參數(shù)的安全性考慮，我們將重要的參數(shù)數(shù)據(jù)寫入到硬件加密狗中保護(hù)起來，并為整套數(shù)據(jù)提供了加密狗的配置程序，以及支持托管代碼平臺IDE調(diào)用和非托管代碼平臺IDE調(diào)用的測試程序。

圖1 程序DLL設(shè)計流程圖

2 軟件的實現(xiàn)

本程序支持用戶的二次開發(fā)，用戶可以通過“隱式”或“顯示”調(diào)用DLL方式加載轉(zhuǎn)換函數(shù)，達(dá)到用戶所需的轉(zhuǎn)換目的。主程序DLL設(shè)計流程見圖1。

本系統(tǒng)采用了最為安全的硬件加密方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，并且為操作加密狗編寫了易用的配置程序，此配置程序?qū)⒓用芄返某Ｓ霉δ苓M(jìn)行了系統(tǒng)的封裝，以便用戶擺脫配置復(fù)雜繁瑣的參數(shù)而產(chǎn)生的煩惱，此配置程序的服務(wù)人群為參數(shù)配置人員，通過此程序可以將保密的參數(shù)寫入到加密狗中，以達(dá)到程序的開發(fā)人員都無法獲取此參數(shù)的目的。加密狗配置如圖2所示。

圖2 加密狗配置流程圖

本轉(zhuǎn)換程序的關(guān)鍵參數(shù)都在加密狗中保存，此方式確保了數(shù)據(jù)的絕對安全，當(dāng)程序運行中的任意時刻拔出加密狗，本轉(zhuǎn)換程序都將無法正常的轉(zhuǎn)換。

軟件調(diào)用方式如下所示：

提供了顯示調(diào)用所需的CoordChangeInterface.h頭文件和對應(yīng)的CoordChange.lib以及CoordChange.dll。

#pragma once

#ifdef COORDCHANGE_EXPORTS

#define COORDCHANGE_API__declspec(dllexport)

#else

#define COORDCHANGE_API__declspec(dllimport)

#endif

typedefint (WINAPI*LPFuncCOORDCHANGE_PROC)(doublex,doubley,double&x1,double&y1);

#ifdef__cplusplus

extern "C"{

#endif

//初始化庫

COORDCHANGE_API int __stdcallfnCoordChange(double x,doubley,double&x1,double &y1);

#ifdef __cplusplus

}

#endif

加密狗的配置與管理界面如圖3所示。

圖3 加密狗的配置與管理界面

加密狗的配置管理程序?qū)?fù)雜的配置操作簡單化，根據(jù)圖3中說明配合程序輸出，即可完成加密狗的所有主要操作。

3 產(chǎn)品成果精度

在長春規(guī)劃區(qū)內(nèi)較均勻地選取了32個檢核點，經(jīng)檢驗，成果精度與檢核點相比誤差在2 mm以內(nèi)。通過相加隨機(jī)數(shù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度約±1 m。

4 結(jié)語

本文通過對GPS定位原理的理解，針對長春市坐標(biāo)系統(tǒng)的電子地圖數(shù)據(jù)，使用高斯投影及四參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)在電子地圖上的加密定位顯示，保護(hù)了轉(zhuǎn)換參數(shù)的安全。最后通過精度討論及驗證可知，該轉(zhuǎn)換過程是一種快捷有效的方法。

[1]李天文.GPS原理及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2]賀英魁.GPS測量技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.

[3]周忠挾,易杰軍.GPS衛(wèi)星測量原理與應(yīng)用[M].北京:測繪出版社,1992.

Design and Implementation of Coordinate Transformation and Parameter Encryption

HAN Cong, LIU Jian-guo, MEI Wei-chang

(Changchun Surveying and Mapping Institute, Changchun Jilin 130021,China)

The coordinate transformation plays an important role in the demonstration of GPS localization. In this paper, by using the GIS data of the local coordinate system, the GPS position information is displayed on the electronic map of the local coordinate system by Gauss projection, four parameter transformation and parameter encryption. Through the actual test points, it proves that the method is feasible and effective.

coordinate transformation; Gauss projection; parameter encryption

2016-12-20

韓 聰(1981- )，男，工程師，從事地理信息系統(tǒng)應(yīng)用研究。

TP79

A

2095-7602(2017)06-0085-03