楊霞，白潔，孫偉，2

(1.武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022； 2.精密工程與工業(yè)測(cè)量國(guó)家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079)

1 引 言

我國(guó)自2008年7月1日獲國(guó)務(wù)院批復(fù)啟用了新一代地心坐標(biāo)系——2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)，之后各省市陸續(xù)開(kāi)始2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的建立和應(yīng)用工作，并研究坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法和方案，開(kāi)展現(xiàn)有各類(lèi)測(cè)繪信息成果的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作。武漢市于2014年獲國(guó)家測(cè)繪地理信息局批準(zhǔn)建立武漢2000坐標(biāo)系，全市從2017年7月1日開(kāi)始啟用武漢2000坐標(biāo)系。在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的建立和應(yīng)用推廣中，一項(xiàng)重要工作是各類(lèi)空間數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，包括：矢量數(shù)據(jù)格式(*.mdb、*.gdb、*.shp、*.dwg、*.dxf等)；柵格數(shù)據(jù)格式(*.tif、*.jpg、*.png、*.img等)；矢量柵格混合格式；文本數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換。為了正確、高效地將各類(lèi)空間數(shù)據(jù)從原有坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至新坐標(biāo)系統(tǒng)，除了選取轉(zhuǎn)換模型、建立不同坐標(biāo)系統(tǒng)間轉(zhuǎn)換關(guān)系、研發(fā)批量轉(zhuǎn)換工具等工作[1～9]外，還要面對(duì)數(shù)據(jù)多樣化、復(fù)雜化等問(wèn)題，特別是CAD數(shù)據(jù)的不規(guī)范問(wèn)題。dwg、dxf(DataExchangeFile，圖形交換文件)圖形是廣泛采用的CAD數(shù)據(jù)文件格式[10]，繪圖軟件包括AutoCAD、中望CAD、天正CAD以及基于CAD平臺(tái)二次開(kāi)發(fā)插件等，各軟件之間并不完全兼容。諸多來(lái)源的CAD空間數(shù)據(jù)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的數(shù)據(jù)規(guī)范化問(wèn)題，將直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的正確性和轉(zhuǎn)換的效率。

本文主要對(duì)適宜進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的AutoCAD圖件的數(shù)據(jù)規(guī)范化問(wèn)題進(jìn)行研究，首先對(duì)不規(guī)范數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合案例對(duì)不同類(lèi)型的不規(guī)范數(shù)據(jù)的來(lái)源、影響、轉(zhuǎn)換結(jié)果等問(wèn)題進(jìn)行分析，并給出解決方案。

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中不規(guī)范AutoCAD數(shù)據(jù)的分類(lèi)

2.1 塊數(shù)據(jù)

AutoCAD生產(chǎn)的數(shù)據(jù)包括dwg、dxf格式，可以看成是點(diǎn)、線、文本等幾何元素的集合，其中一些AutoCAD對(duì)象不適合直接進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如圖1所示的塊參照。塊參照記錄位置信息的是插入點(diǎn)，因而在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，其實(shí)是對(duì)插入點(diǎn)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，這就產(chǎn)生了由于插入點(diǎn)位置不合理而導(dǎo)致的位置偏移。對(duì)于插入的圖斑，轉(zhuǎn)換時(shí)，也是對(duì)插入點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以從北京54到武漢2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換為例，兩個(gè)坐標(biāo)系之間不僅有平移，還有旋轉(zhuǎn)，如果圖斑的范圍很大，只對(duì)插入點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，即使插入點(diǎn)位置合理，也會(huì)導(dǎo)致圖上對(duì)象的位置、方向不準(zhǔn)確。

圖1 塊參照示例

2.2 非標(biāo)準(zhǔn)AutoCAD數(shù)據(jù)

AutoCAD提供了二次開(kāi)發(fā)接口，用戶(hù)可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，從而達(dá)到滿(mǎn)足個(gè)性化需求、提高繪圖效率等目的，但也會(huì)帶來(lái)兼容性問(wèn)題。目前，非標(biāo)準(zhǔn)AutoCAD數(shù)據(jù)主要表現(xiàn)為3種情況：①制圖不規(guī)范導(dǎo)致的：不合邏輯的點(diǎn)、線等，如長(zhǎng)度為0的線、面積為0的面；②未知第三方繪圖軟件或插件繪制的圖形、要素；③AutoCAD暫不兼容的其他情況。此類(lèi)數(shù)據(jù)常常出現(xiàn)轉(zhuǎn)換以后要素丟失、填充符號(hào)變化等問(wèn)題。

2.3 自定義表達(dá)的數(shù)據(jù)

由于行業(yè)性、習(xí)慣性等原因，會(huì)出現(xiàn)自定義坐標(biāo)偏移、旋轉(zhuǎn)等情況，如縱坐標(biāo)平移3 000 000 m、橫坐標(biāo)帶帶號(hào)等，常見(jiàn)自定義表達(dá)可以在轉(zhuǎn)換軟件中設(shè)置自動(dòng)識(shí)別，不需再次進(jìn)行人工編輯，未知自定義表達(dá)則會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換結(jié)果不正確。另外，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有時(shí)會(huì)將圖形單位轉(zhuǎn)換為mm來(lái)進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)等，這種情況下，需先將單位轉(zhuǎn)換回m再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

此外，還存在一部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)坐標(biāo)系統(tǒng)、未知坐標(biāo)系統(tǒng)的情況，前者本身也不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，后者則需明確其坐標(biāo)系統(tǒng)或者建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3 數(shù)據(jù)不規(guī)范導(dǎo)致的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題

數(shù)據(jù)不規(guī)范可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生以下幾種典型問(wèn)題：①轉(zhuǎn)換后圖形位置錯(cuò)誤；②轉(zhuǎn)換后要素樣式發(fā)生變化；③轉(zhuǎn)換后要素?cái)?shù)量變化；④轉(zhuǎn)換失敗或轉(zhuǎn)換效率低下。

3.1 塊轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的位置錯(cuò)誤

AutoCAD數(shù)據(jù)生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)用到塊參照、圖斑等，這些塊類(lèi)的對(duì)象在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)的是插入點(diǎn)，如果插入點(diǎn)位置不合理，雖原始圖形位置顯示正確，但轉(zhuǎn)換以后的圖形位置將發(fā)生變化，有的圖形偏離較遠(yuǎn)很容易發(fā)現(xiàn)，如圖2所示。有的偏移較小不容易發(fā)現(xiàn)，以圖3所示塊參照為例，選取兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)由北京54坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為武漢2000坐標(biāo)系：第一組，兩個(gè)塊參照顯示重合且插入點(diǎn)相同(塊參照左下角)；第二組，兩個(gè)塊參照顯示重合但插入點(diǎn)不同，其中一個(gè)塊參照的插入點(diǎn)不準(zhǔn)確。轉(zhuǎn)換前后圖形如圖3所示，第一組轉(zhuǎn)換后，兩個(gè)塊參照依舊重合，第二組轉(zhuǎn)換后兩個(gè)塊參照位置發(fā)生錯(cuò)位，主要是其中一個(gè)塊參照的插入點(diǎn)不合理導(dǎo)致的，由于偏移量并不大，在沒(méi)有參照地形地物的情況下很難發(fā)現(xiàn)。對(duì)于大面積圖斑，如圖4所示，1×106m2范圍的圖形，插入點(diǎn)位置在圖框左下角，轉(zhuǎn)換后離插入點(diǎn)越遠(yuǎn)位置偏移越大，圖斑打散前后轉(zhuǎn)換結(jié)果中兩棟建筑物之間x方向偏移超過(guò) 2 m。因而對(duì)于上述塊參照需要先進(jìn)行打散，再進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以保證轉(zhuǎn)換后圖形位置的正確性。

圖2 塊參照轉(zhuǎn)換后發(fā)生較大偏移示意圖

圖3塊參照轉(zhuǎn)換后發(fā)生較小偏移示意圖

圖4大范圍圖斑直接轉(zhuǎn)換后建筑物偏移示意圖

3.2 第三方軟件或插件編輯圖件轉(zhuǎn)換后要素樣式發(fā)生變化

轉(zhuǎn)換軟件的開(kāi)發(fā)都是基于一定的平臺(tái)和數(shù)據(jù)格式，對(duì)于未知格式則可能出現(xiàn)不兼容的情況。例如，基于AutoCAD數(shù)據(jù)格式開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換軟件，轉(zhuǎn)換其他軟件繪制的dwg數(shù)據(jù)，如中望CAD、自主開(kāi)發(fā)的繪圖插件等，可能會(huì)發(fā)生填充樣式發(fā)生變化等問(wèn)題，如圖5所示。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，一方面，軟件開(kāi)發(fā)者可以對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)、增強(qiáng)軟件本身的兼容性，然而任何軟件都不可能窮盡所有情況，特別是面對(duì)諸多自主開(kāi)發(fā)的繪圖插件；另一方面，轉(zhuǎn)換前后需進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D形編輯，以保證轉(zhuǎn)換后圖面顯示符合要求。

圖5 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前后填充樣式發(fā)生變化

3.3 制圖不規(guī)范導(dǎo)致的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題

由于制圖不規(guī)范等原因，原始圖形可能存在繪圖輔助點(diǎn)線、不合邏輯的數(shù)據(jù)、坐標(biāo)異常的數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以后要素缺失、位置錯(cuò)誤、轉(zhuǎn)換失敗、效率降低等問(wèn)題。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程可以概括為“讀—算—寫(xiě)”的過(guò)程，任何一個(gè)過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，都可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤或失敗。如圖6所示，原始圖形存在大量長(zhǎng)度為0的線，這部分要素在轉(zhuǎn)換過(guò)程中沒(méi)有被全部寫(xiě)出，751條長(zhǎng)度為0的線只寫(xiě)出22條，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換前后要素?cái)?shù)量不一致，雖然不影響圖形使用，但增加了甄別是否有用要素有所缺失的工作，也容易給圖形使用者帶來(lái)困惑。如圖7所示，坐標(biāo)異常圖形(超出轉(zhuǎn)換區(qū)域)的存在導(dǎo)致整個(gè)圖形轉(zhuǎn)換失敗或降低轉(zhuǎn)換效率，超區(qū)域轉(zhuǎn)換時(shí)即使能夠轉(zhuǎn)換成功，轉(zhuǎn)換結(jié)果也不準(zhǔn)確。此類(lèi)問(wèn)題解決辦法是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前進(jìn)行圖面清理和圖形規(guī)范化，越規(guī)范的圖件同等條件下轉(zhuǎn)換效率越高、轉(zhuǎn)換以后圖件也越規(guī)范。

圖6 不合邏輯的線示例

圖7坐標(biāo)異常的數(shù)據(jù)示例

4 結(jié) 論

鑒于制圖軟件、插件諸多，圖件涉及領(lǐng)域廣泛，制圖習(xí)慣不一等原因，源數(shù)據(jù)規(guī)范性問(wèn)題成為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)際工作中面臨最多的問(wèn)題之一。不規(guī)范數(shù)據(jù)分類(lèi)和案例分析表明，源數(shù)據(jù)的局限性、多樣性和復(fù)雜性從一定程度上影響了轉(zhuǎn)換質(zhì)量和效率，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前后進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)編輯是必要的，建議坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前進(jìn)行數(shù)據(jù)清理和規(guī)范化，以保證轉(zhuǎn)換的質(zhì)量和效率。除文中所述典型問(wèn)題外，其他數(shù)據(jù)規(guī)范化細(xì)則有待于進(jìn)一步研究。