地名方位的計(jì)算方法與應(yīng)用

摘 要：地名普查成果轉(zhuǎn)化包括地名志編纂，編纂地名志時(shí)需要對(duì)地名點(diǎn)的位置描述進(jìn)行統(tǒng)一處理，村（居）委會(huì)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地的方向和距離、居民點(diǎn)與村（居）委會(huì)的方向和距離等是描述地名時(shí)最常用、最直觀的方法。本文分別運(yùn)用Excel、Python和ArcGIS軟件處理地名普查成果數(shù)據(jù)，獲取地名點(diǎn)相對(duì)方向及距離，保證地名志書(shū)編纂時(shí)地名方位描述準(zhǔn)確和統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：地名方位；16方向；地名志書(shū)編纂

中圖分類(lèi)號(hào)：P 20 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

2018年6月，第二次全國(guó)地名普查結(jié)束，地名普查成果轉(zhuǎn)化成為國(guó)家和地方地名工作的重要內(nèi)容，地名志是地名普查成果轉(zhuǎn)化不可缺少的重要成果。由于地名志是按照統(tǒng)一的編纂大綱進(jìn)行的，有時(shí)也能暴露和發(fā)現(xiàn)地名普查中的缺點(diǎn)、錯(cuò)誤、遺漏、不足，因此在編志過(guò)程中，也要進(jìn)行調(diào)查研究，有的還需要進(jìn)行考證。這些不僅可以彌補(bǔ)地名普查的不足，還可以提高普查成果的質(zhì)量，促進(jìn)地名普查工作的發(fā)展。針對(duì)《從江縣地名志》編纂過(guò)程中遇到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村（居）委會(huì)、居民點(diǎn)等普查詞條相對(duì)位置的描述不一致的情況，分別運(yùn)用Excel、Python和ArcGIS軟件計(jì)算鄉(xiāng)級(jí)政府駐地與縣政府駐地、村（居）委會(huì)與鄉(xiāng)級(jí)政府駐地、居民點(diǎn)與村（居）委會(huì)的相對(duì)方向和距離等，保證地名普查成果數(shù)據(jù)中地名方位的統(tǒng)一和準(zhǔn)確，同時(shí)，也保證了地名詞條描述的正確性。

1 地名方位描述的傳統(tǒng)

1.1 地名方位的含義

方位即方向位置，地名是地理實(shí)體命名后的稱(chēng)謂。將一定區(qū)域內(nèi)的地理事物縮小為一個(gè)點(diǎn)并展示在一定的載體上，如果展示的載體是平面的，并規(guī)定了東、南、西、北等基本方向，那么可以用方向和距離描述任意兩點(diǎn)的位置關(guān)系。地名方位是地名之間的相對(duì)方向和距離。

1.2 方向

根據(jù)研究，我國(guó)自東漢至清代的地理類(lèi)志書(shū)中記載的方向和里程數(shù)據(jù)是用來(lái)繪制地圖的。以唐代李吉甫《元和郡縣圖志》為例，其中使用的方向達(dá)到16個(gè)，即四至：東、南、西北；四隅：東南、西南、東北、西北；正向偏微的8個(gè)方向：正東微北，正東微南、正南微東、正南微西，正西微南、正西微北，正北微西、正北微東。里程分為陸程、水程、水路兼程[1]。

1.3 距離

根據(jù)《“非科學(xué)”的中國(guó)傳統(tǒng)輿圖：中國(guó)傳統(tǒng)輿圖繪制研究》研究證明，唐代以來(lái)全國(guó)總志和地方志中記載的“四至八到”中的距離數(shù)據(jù)大都是道路距離。

2 地名志中地名位置描述

2.1 相對(duì)方向

在描述相對(duì)方向的方式中，有表示風(fēng)向的16個(gè)方向，也有如1985年版《貴州省從江縣地名志》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舊志”）所用的16方向，也有地方地名行政主管部門(mén)認(rèn)定的16方向法。根據(jù)現(xiàn)行的地面氣象觀測(cè)規(guī)范，16風(fēng)向是把圓周平均分為16份：北、北東北、東北、東東北、東、東東南、東南、南東南、南、南西南、西南、西西南、西、西西北、西北、北西北[2]。舊志所用方向?yàn)闁|、西、南、北及東南、西南、東北、西北，8個(gè)方向?yàn)?5°。北偏東、東偏北、東偏南、南偏東、南偏西、西偏南、西偏北、北偏西8個(gè)方向?yàn)?0°。也有地方地名管理部門(mén)提出的16方向，例如惠東縣地名行政主管部門(mén)，以東、西、南、北及東南、西南、東北、西北，8個(gè)方向?yàn)?0°，北偏東、東偏北、東偏南、南偏東、南偏西、西偏南、西偏北、北偏西，8個(gè)方向?yàn)?5°。

從上文可知，表示16個(gè)方向時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。

2.2 地名點(diǎn)間的距離

可以根據(jù)路網(wǎng)資料求解最短的道路距離，也可以求解水平距離。因?yàn)榈孛詹槌晒械狞c(diǎn)位，有些是沒(méi)有通車(chē)道路連通的，所以為了保證地名點(diǎn)間距離的一致性，需要選取水平距離來(lái)作為地名點(diǎn)之間的相對(duì)距離。

2.3 獲得方位的方法

根據(jù)點(diǎn)位坐標(biāo)利用勾股定理可以計(jì)算點(diǎn)位間的距離，利用反正切函數(shù)，可以計(jì)算兩點(diǎn)連線和水平方向的夾角。

3 方位計(jì)算

根據(jù)點(diǎn)位坐標(biāo)，可以使用Excel自帶的函數(shù)計(jì)算獲取點(diǎn)位之間的直線距離及角度值，也可以使用Pyhton程序讀取表格完成計(jì)算，并把結(jié)果添加到表格中，或者使用GIS軟件提供的工具處理數(shù)據(jù)。

3.1 基于Excel表格的方位計(jì)算

給定2個(gè)點(diǎn)P0、P1的投影平面直角坐標(biāo)P0（X0，Y0）、P1（X1，Y1），運(yùn)用勾股定理可以計(jì)算兩點(diǎn)間直線距離D，如公式（1）所示。

D=SQRT（（X1-X0）2+（Y1-Y0）2） （1）

根據(jù)反正切函數(shù)計(jì)算兩點(diǎn)連線和水平方向的夾角，如公式（2）所示。

a=ATAN（（Y1-Y0）/（X1-X0）） （2）

計(jì)算的角度為弧度，再用A=a×180/PI（）即可計(jì)算夾角的度數(shù)，即當(dāng)坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)到P0，夾角在第一象限和第三象限時(shí)，角度值都是從X軸逆時(shí)針?lè)较?，取值?°～90°；夾角在第二象限和第四象限時(shí)，角度值是從X軸順時(shí)針?lè)较颍≈禐?°～90°。根據(jù)給定的16方向的取值和所求夾角之間的關(guān)系，即可得到P0和P1間的方向關(guān)系。以舊志的16方向法為例，P0、P1兩點(diǎn)連線與水平方向夾角所在象限及角度范圍和對(duì)應(yīng)方向之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

根據(jù)表1的角度和16方向間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在Excel表格中，使用IF函數(shù)的嵌套公式可以計(jì)算各象限夾角對(duì)應(yīng)的方向，以第一象限為例，輸入：=IF（AND（Y1-Y0＞0，X1-X0＞0，A＞82.5），”北”，IF（AND（Y1-Y0＞0，X1-X0＞0，A＞52.5），”北偏東”，IF（AND（Y1-Y0＞0，X1-X0＞0，A＞37.5），”東北”，IF（AND（Y1-Y0＞0，X1-X0＞0，A＞7.5），”東偏北”，IF（AND（Y1-Y0＞0，X1-X0＞0，A＞0），”東”，0）））））。即可計(jì)算夾角在第一象限時(shí)的方向，如果不在第一象限，那么會(huì)被0填充。

如果繼續(xù)使用IF函數(shù)多次嵌套，遍歷4個(gè)象限時(shí)的情況即可確定所有方向。

當(dāng)實(shí)際錄入Excel表格時(shí)，以表2為例，如果P0點(diǎn)X0、Y0的坐標(biāo)值分別在A2、B2單元格，P1點(diǎn)X1、Y1坐標(biāo)值分別在C2、D2單元格，就在E2單元格錄入：=SQRT（（D2-$B$2）^2+（C2-$A$2）^2），即可計(jì)算兩點(diǎn)間水平距離。在F2單元格錄入：=ATAN（（D2-$B$2）/（C2-$A$2））*180/PI（），即可計(jì)算兩點(diǎn)連線與水平方向夾角，單位為°；在G2單元格錄入：=IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞82.5），”北”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞52.5），”北偏東”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞37.5），”東北”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞7.5），”東偏北”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞0），”東”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞82.5），”南”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞52.5），”南偏西”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞37.5），”西南”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞7.5），”西偏南”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞0），”西”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞-7.5），”西”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞-37.5），”西偏北”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞-52.5），”西北”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞-82.5），”北偏西”，IF（AND（D2-$B$2＞0，C2-$A$2＜0，F(xiàn)2＞-90），”北”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞-7.5），”東”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞-37.5），”東偏南”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞-52.5），”東南”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞-82.5），”南偏東”，IF（AND（D2-$B$2＜0，C2-$A$2＞0，F(xiàn)2＞-90），”東”，0）））））））））））））））））））），即可獲得P1點(diǎn)相對(duì)于P0點(diǎn)的距離和方向。如果C、D列是其他待求點(diǎn)的x、y坐標(biāo)對(duì)，就依次復(fù)制E、F、G列第二行的公式即可。

3.2 基于Python的方位計(jì)算

Python是一種易于學(xué)習(xí)又功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言。它不僅能提供高效的高級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還能簡(jiǎn)單有效地面向?qū)ο缶幊獭Ｆ鋬?yōu)雅的語(yǔ)法和動(dòng)態(tài)類(lèi)型以及解釋型語(yǔ)言的本質(zhì)，使它成為多數(shù)平臺(tái)上寫(xiě)腳本和快速開(kāi)發(fā)應(yīng)用的理想語(yǔ)言。

利用Python標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)math、第三方庫(kù)openpyxl、以.xlsx格式保存的點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算兩點(diǎn)間距離及連線與水平方向夾角，并存入表格。求解兩點(diǎn)間的距離比較簡(jiǎn)單，但是求解兩點(diǎn)間連線和水平方向間夾角及對(duì)應(yīng)的方向，需要做條件判斷，因此可以先確定象限，再確定方位。主要代碼如下。

#定義求距離函數(shù)

def dis（x0，y0，x1，y1）：

x = x1 - x0

y = y1 - y0

return math.sqrt（x**2+y**2）

#定義求角度函數(shù)

def angle（x0，y0，x1，y1）：

x = x1 - x0

y = y1 - y0

if x ！= 0：

A = math.atan（y/x）

return math.degrees（A）

else：

return 0

#定義角度轉(zhuǎn)換方向函數(shù)

def fx（dx，dy，a）：

if dx＞0 and dy＞ 0：

if 0＜a＜7.5：

return '東'

elif 7.5＜a＜37.5：

return '東偏北'

elif 37.5＜a＜52.5：

return '東北'

elif 52.5＜a＜82.5：

return '北偏東'

elif 82.5＜a＜90：

return '北'

elif dx＜0 and dy＞0：

……

3.3 基于ArcGIS的方位計(jì)算

計(jì)算地名方位，即計(jì)算地名點(diǎn)之間的相對(duì)方向和距離。在ArcGIS軟件ArcToolbox中，使用分析工具-鄰域分析-鄰近分析工具可以獲得輸入要素與鄰近要素之間的直線距離及鄰近角度，分別記錄在生成文件的NEAR_DIST、NEAR_ANGLE字段中。

以計(jì)算某個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）范圍內(nèi)的村（居）委會(huì)與所在鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）政府駐地的相對(duì)方向和距離為例。在保證都是相同投影平面直角坐標(biāo)系下，輸入要素為村（居）委會(huì)點(diǎn)位數(shù)據(jù)，鄰近要素為鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）政府駐地點(diǎn)位數(shù)據(jù)。通過(guò)鄰近分析，可以得到一個(gè)新文件，比原始村（居）委會(huì)點(diǎn)文件多2個(gè)字段，即NEAR_DIST、NEAR_ANGLE字段。前者為直線距離，后者為角度值，通過(guò)鄰近分析的幫助文件可知，在 Method 參數(shù)中使用 Planar 方法的過(guò)程中，當(dāng)角度在-180°～180°時(shí)，0°為西，90°為南，180°（或-180°）為東，-90°為北。

根據(jù)舊志中16個(gè)方向與用ArcGIS鄰近分析工具得出的角度、方向關(guān)系，可知二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后根據(jù)角度值計(jì)算對(duì)應(yīng)的方向，可以利用數(shù)據(jù)ArcGIS中屬性表的字段計(jì)算器獲取。新建“FX”（方向的拼音首字母）字段，以下是選用Python解析程序時(shí)的腳本代碼。

def FX（JD）：

if JD ＞= -7.5 and JD ＜ 7.5：

return ‘西’

elif JD ＞= 7.5 and JD ＜ 37.5：

return ‘西偏南’

……

如果使用的是其他規(guī)定的方向，就需要重新計(jì)算各個(gè)方向?qū)?yīng)的取值，替換以上腳本中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)即可。

3.4 計(jì)算方法總結(jié)

利用以上3種方法都可以獲得地名方位數(shù)據(jù)。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用Python和ArcGIS軟件時(shí)，它們都用到了Python程序中的函數(shù)知識(shí)。當(dāng)利用Python處理數(shù)據(jù)時(shí)，如果計(jì)算的中心點(diǎn)位較多，那么添加遍歷文件的代碼即可批量處理，效率較高。

在運(yùn)用不同的計(jì)算方法處理同一批數(shù)據(jù)的過(guò)程中，通過(guò)查看結(jié)果是否一致，就可以核對(duì)計(jì)算方法是否有紕漏，可以起到檢查和校對(duì)的作用。

4 結(jié)論

當(dāng)整理地名普查成果數(shù)據(jù)時(shí)，地名方位描述準(zhǔn)確與統(tǒng)一是數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本要求，本文通過(guò)方法分析及實(shí)際操作，運(yùn)用Excel軟件、Python和ArcGIS軟件這3種途徑獲得點(diǎn)位間的水平距離和相對(duì)方向，由此可以解決地名普查成果數(shù)據(jù)中地名描述方向和距離不一致的問(wèn)題，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

當(dāng)描述相對(duì)位置時(shí)離不開(kāi)方向描述，4個(gè)方向、8個(gè)方向劃分基本沒(méi)有分歧，但是使用16方向法精確描述方向時(shí)，不同行業(yè)的劃分方法并不統(tǒng)一，同樣的基層地名行政主管部門(mén)，對(duì)地名16方向的劃分也不一致，因此會(huì)導(dǎo)致同樣的方向會(huì)出現(xiàn)不同描述的情況。如果能對(duì)16方向的劃分保持一致，是最理想的情況，如果按照現(xiàn)狀，那么在整理編制地名數(shù)據(jù)的過(guò)程中，當(dāng)遇到地名描述有16方向時(shí)，最好在元數(shù)據(jù)中把16方向的劃分方式交代清楚。如果是編纂地名圖錄典志，地名的方位描述有用到16方向法時(shí)，就需要把具體的劃分方法放在凡例或前言中，以免使用者根據(jù)自己的理解，判讀錯(cuò)地名詞條中的方位描述。

參考文獻(xiàn)

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[2]中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范 風(fēng)向和風(fēng)速：GB/T 35227—2017[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017：2-3.