李杰,郝會(huì)民,宿永利

基于AutoCAD的圖形數(shù)據(jù)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)問題探討

李杰1?,郝會(huì)民1,宿永利2

(1.石家莊市勘察測繪設(shè)計(jì)研究院,河北石家莊 050019； 2.石家莊市城市規(guī)劃信息中心,河北石家莊 050019)摘 要：隨著各地2000國家大地坐標(biāo)系的建立與逐步啟用，原有坐標(biāo)系空間數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換日益提上日程。規(guī)劃主管部門以及勘測、規(guī)劃設(shè)計(jì)單位在多年來的業(yè)務(wù)工作中積累和生產(chǎn)了大量基于AutoCAD的圖形數(shù)據(jù)，為保證歷史數(shù)據(jù)的延續(xù)性、可利用性，需要開展坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作。本文結(jié)合石家莊數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換情況，探討轉(zhuǎn)換過程中的技術(shù)問題，尤其是一些細(xì)節(jié)問題。

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換；解耦算法；文字旋轉(zhuǎn)角；圖塊角度；凸度；填充處理；擴(kuò)展屬性；坐標(biāo)系標(biāo)識(shí)

1 引 言

石家莊市于2011年完成基于CGCS2000的石家莊城市坐標(biāo)系的建立,經(jīng)過兩年基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)積累與坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換探索,石家莊市人民政府于2013年4月發(fā)文公告自2013年5月1日起正式啟用石家莊城市坐標(biāo)系,過渡期兩年。石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃局于同年5月6日正式將該坐標(biāo)系應(yīng)用到規(guī)劃審批中。

新坐標(biāo)系的啟用,是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,涉及眾多規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)單位以及海量空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題,如何確保坐標(biāo)系更換平穩(wěn)過渡是必須考慮的問題,怎樣轉(zhuǎn)換好空間數(shù)據(jù)則是重中之重。

石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃局規(guī)劃設(shè)計(jì)成果以及石家莊市勘察測繪設(shè)計(jì)研究院日常測繪項(xiàng)目生產(chǎn)的數(shù)據(jù)多數(shù)基于AutoCAD平臺(tái),這類成果占到空間數(shù)據(jù)總量的八成以上。

基于以上情況,本文著重探討AutoCAD圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中的技術(shù)問題,尤其是一些細(xì)節(jié)問題。

2 技術(shù)問題的提出

由于空間數(shù)據(jù)的多樣性、復(fù)雜性,轉(zhuǎn)換過程中會(huì)遇到各種各樣的問題,同時(shí)因?yàn)锳utoCAD平臺(tái)自身的原因,很多圖形數(shù)據(jù)規(guī)范性差,對轉(zhuǎn)換工作提出更高要求。一些常見的技術(shù)問題如下:

(1)如何快速準(zhǔn)確求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(2)參數(shù)求定后,如何處理圖形對象。

AutoCAD圖形數(shù)據(jù)中常用實(shí)體類型如:文字、塊、點(diǎn)、直線、多義線、圓、圓弧、填充等在轉(zhuǎn)換過程中注意哪些細(xì)節(jié)問題,如何處理擴(kuò)展屬性問題等。

(3)與空間位置密切關(guān)聯(lián)的坐標(biāo)、邊長和面積等空間標(biāo)注數(shù)值如何同步更新。

(4)轉(zhuǎn)換后成果如何與轉(zhuǎn)換前區(qū)分,即坐標(biāo)系標(biāo)識(shí)問題等。

3 解決問題的方法

在石家莊市城鄉(xiāng)規(guī)劃局啟用新坐標(biāo)系過程中,石家莊市勘察測繪設(shè)計(jì)研究院完成了大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作,積累了一定經(jīng)驗(yàn)。

3.1 參數(shù)求定問題

平面四參數(shù)變換是局部區(qū)域坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換常用的方法,其求解過程存在多種,其中轉(zhuǎn)換參數(shù)的解耦算法[3],較總體最小二乘平差方便直觀,更易于編程實(shí)現(xiàn)。平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型為:

式中,X1,Y1為源坐標(biāo),X2,Y2為目的坐標(biāo),dx,dy為平移參數(shù),m為尺度參數(shù),α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)。

求解過程中需要注意的問題有:求參前,保證目的坐標(biāo)系與源坐標(biāo)系的中央子午線一致(不用顧及投影面問題),否則應(yīng)進(jìn)行換帶處理,確保二者具有相同或相近的投影變形規(guī)律,否則轉(zhuǎn)換殘差會(huì)較大；計(jì)算過程中,要多次反復(fù),剔除粗差和誤差較大的點(diǎn),結(jié)合點(diǎn)位空間分布確定求參點(diǎn),提高轉(zhuǎn)換精度與可靠性；一般情況下,精度相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換參數(shù)會(huì)有多套,要注意實(shí)際應(yīng)用中固定使用一套為妥。

3.2 如何轉(zhuǎn)換圖形對象問題

為保證轉(zhuǎn)換工作的科學(xué)性、嚴(yán)密性,建議轉(zhuǎn)換圖形數(shù)據(jù)時(shí)采用空間特征點(diǎn)逐點(diǎn)轉(zhuǎn)換方式。按照實(shí)體類型獲取特征點(diǎn)坐標(biāo)或獲取矩形包圍盒,根據(jù)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算出轉(zhuǎn)換后坐標(biāo),修改或移動(dòng)實(shí)體特征點(diǎn)至新坐標(biāo)。

這一過程中需要注意的細(xì)節(jié)問題較多,具體如下:

(1)文字轉(zhuǎn)換時(shí),需要注意具有旋轉(zhuǎn)角度的文字。轉(zhuǎn)換時(shí)宜將文字旋轉(zhuǎn)角考慮在內(nèi)。例如:輸電線電壓伏數(shù)注記,轉(zhuǎn)換前,文字方向與電力線垂直,如不考慮旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)換后,便不能保持其與電力線的垂直關(guān)系,盡管差值微小,從理論上講,轉(zhuǎn)換不夠嚴(yán)密。

(2)圖塊轉(zhuǎn)換時(shí),不能僅轉(zhuǎn)換定位插入點(diǎn),同樣需要考慮圖塊角度的影響。仍以電力線為例,轉(zhuǎn)換前,電力線箭頭符號與電線母線方向一致,如不考慮旋轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)換后,一般會(huì)產(chǎn)生較小的偏角。

圖形數(shù)據(jù)中,經(jīng)常存在非基本圖塊或圖元(如以圖塊形式存在的分幅地形圖、規(guī)劃圖等),這些數(shù)據(jù)如果按照一個(gè)圖塊轉(zhuǎn)換無疑是錯(cuò)誤的,需要進(jìn)入圖塊內(nèi)部處理實(shí)體完成轉(zhuǎn)換。

(3)多義線轉(zhuǎn)換時(shí),要注意多段線、二維多段線、三維多段線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式的不同,編程聲明數(shù)組時(shí)注意數(shù)組維數(shù),否則很容易出現(xiàn)坐標(biāo)存取失敗的情況。

轉(zhuǎn)換多義線時(shí),要特別注意凸度問題。凸度是指弧段的曲率。對于多義線中的某一弧段,假定起止點(diǎn)位移的長度為D,垂直于該弧段中點(diǎn)的距離為H,則其凸度值為(2×H/D),零凸度表示該弧段為直線段；從弧段起始點(diǎn)到終止點(diǎn)順時(shí)針走向時(shí),符號為負(fù),反之為正。如圖1所示。

圖1 凸度釋義圖

根據(jù)兩點(diǎn)坐標(biāo)、凸度數(shù)值及其正負(fù)號,便可以固定弧段的空間位置,按照數(shù)學(xué)關(guān)系,可推算出弧段圓心、中間點(diǎn)坐標(biāo),根據(jù)轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)可計(jì)算出弧段轉(zhuǎn)換后的凸度值,從而保證弧段嚴(yán)密轉(zhuǎn)換。

(4)圓類要素轉(zhuǎn)換時(shí),需要讀出圓心坐標(biāo)和半徑,根據(jù)圓邊線上正北、正東、正南、正西4個(gè)方向點(diǎn),求均值計(jì)算轉(zhuǎn)換后的圓半徑。

通常坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換存在一個(gè)微小的縮放系數(shù),圓類要素轉(zhuǎn)換后,雖然仍為圓,但與相鄰要素的拓?fù)潢P(guān)系會(huì)有所改變,會(huì)產(chǎn)生極其微小的重疊或裂縫,根據(jù)需求決定是否處理。

(5)地形圖數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)注意區(qū)分空間數(shù)據(jù)與配置符號數(shù)據(jù)。例如:棚房邊線拐角配置的角線以及依比例尺自然斜坡坡頂線上配置的短坡線等,注意轉(zhuǎn)換前后這類符號宜符合配置符號的特征(固定長度值、與母線的方位關(guān)系等)。

(6)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)成果中大量存在填充類型的實(shí)體,填充類要素轉(zhuǎn)換不可回避。

根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),規(guī)劃設(shè)計(jì)成果的規(guī)范化程度遠(yuǎn)不及地形圖數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換難度較大,填充轉(zhuǎn)換便是其中之一。

我們在轉(zhuǎn)換填充類要素時(shí),首先重新生成一個(gè)與填充關(guān)聯(lián)的邊界線,通過轉(zhuǎn)換邊界線聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換填充,轉(zhuǎn)換完成后,再刪除邊界線。

(7)擴(kuò)展屬性問題

信息化測繪技術(shù)應(yīng)用日益廣泛,信息化測繪產(chǎn)品在坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過程中,需要面對如何維護(hù)原有屬性數(shù)據(jù)的問題。

石家莊市勘察測繪設(shè)計(jì)研究院規(guī)劃地形圖測繪已實(shí)現(xiàn)信息化,對與規(guī)劃密切相關(guān)的建筑物、道路、植被、水系等要素,在常規(guī)地形圖測繪基礎(chǔ)上增加了規(guī)劃屬性調(diào)查,從而滿足規(guī)劃審批需要。

例如:建筑物增加建筑物名稱,樓號,地址,建筑物屬性,建筑物屬性代碼,基底面積,地上層數(shù),地下層數(shù),主體建筑面積,建筑物高度,多媒體信息,測量日期等屬性信息；控制點(diǎn)含有等級、縱坐標(biāo)X、橫坐標(biāo)Y、高程H、點(diǎn)之記等信息。以上屬性數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在要素的擴(kuò)展屬性中,在轉(zhuǎn)換過程中,要注意同步更改或?qū)ｍ?xiàng)事后修改。

3.3 空間標(biāo)注數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

規(guī)劃測繪成果標(biāo)注有坐標(biāo)、邊長和面積數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換時(shí)需要同步修正。坐標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)圖內(nèi)X和Y文字實(shí)體之間的幾何關(guān)系,判斷出成對對應(yīng)的X、Y然后轉(zhuǎn)換；邊長數(shù)據(jù)根據(jù)文字標(biāo)注角度和其數(shù)值虛擬一個(gè)線段或弧段完成轉(zhuǎn)換；面積數(shù)據(jù)需要構(gòu)建面積線之間的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換。具體轉(zhuǎn)換過程,今后將另文論述。

3.4 坐標(biāo)系標(biāo)識(shí)

為了明確區(qū)分轉(zhuǎn)換前后的成果,須給轉(zhuǎn)換后成果加上明確的坐標(biāo)系標(biāo)識(shí),否則,容易引起誤用,尤其是新舊坐標(biāo)差值較小時(shí)。

明確坐標(biāo)系可采用以下幾種方法:

(1)文件名標(biāo)識(shí)；

(2)圖層加后綴標(biāo)識(shí)；

(3)圖內(nèi)加說明文字注記；

(4)其他必要的方法等。

4 質(zhì)量控制

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作數(shù)據(jù)紛雜,工作量大,難度高,責(zé)任重大,轉(zhuǎn)換前、轉(zhuǎn)換中、轉(zhuǎn)換后都要做好質(zhì)量管控環(huán)節(jié)。

轉(zhuǎn)換前,做好待轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)分析工作,制定轉(zhuǎn)換思路與方案；轉(zhuǎn)換中,隨時(shí)應(yīng)對出現(xiàn)的新問題,制定修正措施；轉(zhuǎn)換后,進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后的對比分析以及與其他相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間關(guān)系校核,確保轉(zhuǎn)換結(jié)果正確。

5 結(jié) 語

基于CGCS2000建立的新一代坐標(biāo)系統(tǒng),技術(shù)先進(jìn),精度高,具有無可比擬的優(yōu)越性。為了早日發(fā)揮新坐標(biāo)系的作用,原有各種格式的空間數(shù)據(jù)需要開展坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作,本文結(jié)合AutoCAD平臺(tái)圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作,提出了自己的心得和體會(huì),以期對同行實(shí)施類似項(xiàng)目提供借鑒。

[1] 石家莊市人民政府.關(guān)于啟用石家莊城市坐標(biāo)系的公告[R].2013.

[2] 譚清華，張明.基于DWG文件的圖形轉(zhuǎn)換方法與程序?qū)崿F(xiàn)[J].城市勘測，2012(4).

[3] 杜蘭，王若璞，王占統(tǒng)等.平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的解耦算法[J].測繪通報(bào)，2012(1)：26～28.

[4] 彭維吉，彭秋云.AutoCAD平臺(tái)下不同坐標(biāo)系圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換[J].城市勘測，2007(3).

[5] 邱衛(wèi)寧，陶本藻，姚宜斌等.測量數(shù)據(jù)處理理論與方法[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2008.

[6] 孔建，姚宜斌，許雙安.整體最小二乘求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2010，30(5)：74～78.

Discussion on Some Detail Problem s of Graphic Data Coordinate Transformation Base on AutoCAD

Li Jie1,Hao Huimin1,Su Yongli2
(1.Shijiazhuang Institute of Surveying,Mapping＆Geotechnical Investigation,Shijiazhuang 050019,China；2.Shijiazhuang Urban Planning Information Center,Shijiazhuang 050019,China)

With the gradual establishment and adoption of CGCS2000,the transformation between old and new coordinates is becoming an urgent problem.Planning departments,surveying and design units have accumulated or produced a large number of graphics data based on AutoCAD over the years.In order to ensure the continuity and availability of historical data,need for coordinate conversion work.In this paper,combined with the Shijiazhuang data conversion,discusses the technical problems in the conversion process,especially some details.

coordinate transformation；decoupling algorithm；text rotation；block rotation；bulge；hatch；extended attributes；coordinate system identification

1672-8262(2013)06-117-03

P226+.3

A

2013—06—08

李杰(1974—),男,高級工程師,主要從事技術(shù)管理工作與地理信息軟件研發(fā)。