吳限 賀祎侃 潘國(guó)榮

摘 要：?現(xiàn)有的測(cè)繪軟件多存在于PC端和工業(yè)所使用的PDA端，在手機(jī)端鮮有開(kāi)發(fā)，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代快節(jié)奏工作的需求。本次在空間直角坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換公式和七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的基礎(chǔ)上，使用JAVA語(yǔ)言并借助Android studio軟件編寫開(kāi)發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，使測(cè)繪內(nèi)外業(yè)工作便捷，實(shí)時(shí)，快速完成。

關(guān)鍵詞：?手機(jī)端; 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換; 七參數(shù); JAVA語(yǔ)言

中圖分類號(hào)： TP 311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Development and Implementation of Coordinate Conversion Software Based on the Android Mobile Phone

WU Xian， HE Yikan， PAN Guorong

（1. Tongji University Architectural Design （Group） Co. Ltd.， Shanghai 200092， China;

2. College of Surveying and Geo-informatics， Tongji University， Shanghai 200092， China）

Abstract：

The existing software about surveying and mapping is unable to meet the needs of modern fast-paced work， because most of them are in the PC terminal and industrial PDA terminal and seldom are developed in the mobile phone terminal. Based on the conversion formula between rectangular space coordinate and geodetic coordinate and conversion model of seven parameter， we use JAVA language and eclipse software to complete coordinate conversion software in order to make inside and outside work about surveying and mapping convenient real-time and rapid completion.

Key words：

mobile phone terminal; coordinate conversion; seven parameters; JAVA language

0 引言

由于測(cè)量人員在測(cè)繪外業(yè)工作期間需要攜帶大量測(cè)量?jī)x器，一般不攜帶體積較大并且昂貴的PC電腦和PDA手持儀器，其中坐標(biāo)數(shù)據(jù)若直接由測(cè)繪人員人工計(jì)算，其工作量極大，并且很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。在這種情況下，此次選擇在人們都會(huì)隨身攜帶的智能手機(jī)開(kāi)發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件以解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)空間直角坐標(biāo)和大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換以及七參數(shù)轉(zhuǎn)換功能[1]，以便在測(cè)量外業(yè)作業(yè)時(shí)便捷，實(shí)時(shí)，快速地協(xié)助測(cè)繪內(nèi)外業(yè)工作。

1 手機(jī)Android端軟件開(kāi)發(fā)優(yōu)勢(shì)

1） Android具有成熟的編程語(yǔ)言

Android開(kāi)發(fā)是基于JAVA編程語(yǔ)言進(jìn)行的，JAVA語(yǔ)言作為老牌的編程語(yǔ)言[2]，目前已經(jīng)成為市場(chǎng)上最成熟、應(yīng)用最廣泛的編程語(yǔ)言之一。在很多成熟的系統(tǒng)中JAVA都是第一選擇，在每月的TIOBE編程語(yǔ)言排行榜中，JAVA語(yǔ)言常年穩(wěn)居榜首位置，可見(jiàn)其的受歡迎程度。

2） Android平臺(tái)的開(kāi)放性

Android平臺(tái)最成功的一點(diǎn)就是其的開(kāi)放性，開(kāi)放的平臺(tái)吸引了大量的開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者也不斷將最新的成功上傳至平臺(tái)，逐漸形成了Android平臺(tái)的龐大開(kāi)源代碼庫(kù)。借助于開(kāi)源的代碼庫(kù)[3]、免費(fèi)的開(kāi)發(fā)軟件以及不斷更新的第三方開(kāi)源共享，測(cè)量人員能快速上手Android進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

3） Android系統(tǒng)的易操作性[4-5]

如今人手基本都有一部安卓手機(jī)，安卓軟件所依賴的設(shè)備問(wèn)題也就此解決。一般在測(cè)量人員外出作業(yè)中所攜帶PC電腦或PDA手持儀器都不如安卓手機(jī)便攜，易操作。如今安卓手機(jī)大多都是觸屏手機(jī)，在此設(shè)備下的軟件保留了傳統(tǒng)的操作方式，并且借助于手機(jī)隨身攜帶的特點(diǎn)，能保證測(cè)量人員在采集數(shù)據(jù)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)的記錄，處理和保存操作，極大地提升了測(cè)量工作的效率，減少了測(cè)量人員作業(yè)的負(fù)擔(dān)。

2 數(shù)學(xué)模型

[6-11]

1） 大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至空間直角坐標(biāo)如式（1）所示。

當(dāng)已知三個(gè)或三個(gè)以上重合點(diǎn)時(shí)，即可對(duì)式（7）通過(guò)最小二乘方法解算七參數(shù)。

3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

本次軟件設(shè)計(jì)所適用的最低Android版本為Android4.0，目標(biāo)版本為Android5.0，如今Android版本已經(jīng)升級(jí)到Android7.0[13]，所以此次程序設(shè)計(jì)基本能適用于當(dāng)今市面上絕大多數(shù)手機(jī)安卓版本。

本系統(tǒng)最終生成一份apk安裝文件，通過(guò)在手機(jī)端打開(kāi)并安裝即可進(jìn)行使用。本系統(tǒng)提供了空間直角坐標(biāo)和大地坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換功能，以及具有七參數(shù)轉(zhuǎn)換以及求解功能，在系統(tǒng)中包含了最常用的四個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)：1954北京坐標(biāo)系，1980西安坐標(biāo)系，WGS84坐標(biāo)系[7]和2000國(guó)家大地坐標(biāo)系[14]，可選擇所需要的坐標(biāo)系進(jìn)行計(jì)算，其中轉(zhuǎn)換的成果會(huì)自動(dòng)保存在一個(gè)文檔之中，可在主界面進(jìn)行查看，也可導(dǎo)入電腦進(jìn)行進(jìn)一步分析。

3.1 主界面

主頁(yè)面如圖1所示?？蛇M(jìn)入模式選擇所需的模式進(jìn)行計(jì)算操作，也可查看歷史轉(zhuǎn)換記錄，退出功能如同手機(jī)home鍵，返回手機(jī)桌面。

3.2 大地-空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊

由于空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至大地坐標(biāo)無(wú)法之間通過(guò)公式求得，所以需要對(duì)大地緯度B進(jìn)行迭代，整個(gè)大地坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算過(guò)程的流程見(jiàn)圖2所示。

可見(jiàn)其在秒級(jí)和毫米級(jí)的精度上和現(xiàn)有軟件相同，其他結(jié)果和PC軟件成果在長(zhǎng)度和角度上分別相差小于1 mm和1″，在絕大部分的工程中滿足精度要求[15]，已經(jīng)可以代替現(xiàn)有PC軟件進(jìn)行工程應(yīng)用。運(yùn)用過(guò)程中可在設(shè)置中選擇所使

用的坐標(biāo)系統(tǒng)，并且所選擇的坐標(biāo)系統(tǒng)會(huì)顯示在頁(yè)面中央，以防選擇錯(cuò)誤造成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換失敗。在每次計(jì)算成功后，所轉(zhuǎn)換的原始坐標(biāo)和新坐標(biāo)都會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)到文檔之中，以供查閱。

3.3 七參數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

由于實(shí)際應(yīng)用中會(huì)涉及不同的空間坐標(biāo)系統(tǒng)，為了方便工作，所使用的坐標(biāo)系間需要進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，而轉(zhuǎn)換前并不知道轉(zhuǎn)換參數(shù)，所以在轉(zhuǎn)換前需要通過(guò)3個(gè)或3個(gè)以上的公共點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行七參數(shù)的求解。

七參數(shù)求解界面如圖5所示，在中間輸入公共點(diǎn)的個(gè)數(shù)后，在下側(cè)列表中點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)標(biāo)簽，輸入點(diǎn)名和兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，即可進(jìn)行七參數(shù)的求解。

對(duì)于這個(gè)模塊進(jìn)行模擬檢驗(yàn)，假設(shè)七參數(shù)為X=[ΔX ΔY ΔZ m wx wy wz]T=[1 2 3 0.02 0.1 0.2 0.3]T，其中長(zhǎng)度和角度的單位分別為m和″，通過(guò)本系統(tǒng)計(jì)算所得五組坐標(biāo)，對(duì)照現(xiàn)有PC軟件，計(jì)算結(jié)果完全一致。手機(jī)計(jì)算結(jié)果如圖6所示。

可見(jiàn)手機(jī)7個(gè)參數(shù)計(jì)算結(jié)果在精度已經(jīng)可以滿足日常工程需求。為實(shí)現(xiàn)其他點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，接著可點(diǎn)擊確定即可進(jìn)入七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換頁(yè)面，如圖7所示。

此頁(yè)面也可以在主頁(yè)面的模式選擇中直接進(jìn)入，區(qū)別在于通過(guò)主頁(yè)面進(jìn)入時(shí)七參數(shù)默認(rèn)全為0，需要手動(dòng)輸入，用此方法進(jìn)入七參數(shù)默認(rèn)為計(jì)算所得7個(gè)參數(shù)。

4 總結(jié)

通過(guò)檢驗(yàn)，本手機(jī)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換與PC的結(jié)果一致。所制作的系統(tǒng)安裝軟件可以直接放入手機(jī)進(jìn)行安裝，在野外作業(yè)時(shí)用于實(shí)踐。本系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用，只需要按設(shè)定步驟輸入數(shù)值即可得到結(jié)果。安卓系統(tǒng)下的系統(tǒng)不僅能滿足PC端軟件的精度，更能在隨身攜帶的手機(jī)上方便解決坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

參考文獻(xiàn)

[1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].（第二版）. 武漢：武漢大學(xué)出版，2014.

[2] 白文榮，王曉燕. Java核心技術(shù)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社， 2018.

[3] 詹帥. Eclipse插件技術(shù)在加速器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [D]. 北京：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所）， 2018.

[4] 劉志平，余前勇，査劍鋒.空間直角坐標(biāo)至兩類常用坐標(biāo)的快速變換[J].測(cè)繪科學(xué)，2014，40（3）：8-11.

[5] 蔣赫敏，鐘若飛，謝東海.智能手機(jī)移動(dòng)測(cè)量方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].測(cè)繪通報(bào)， 2019 （6）：71-76.

[6] 史先琳，張博.楊武年.一種Android智能移動(dòng)終端的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J]測(cè)繪科學(xué)，2014，39（8）：167-170.

[7] 彭楨.基于VB的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序的實(shí)現(xiàn) [J].礦山測(cè)量， 2016 ，44（6）：75-79.

[8] 董陽(yáng)武.基于ArcGIS的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換研究 [J].江西建材， 2019 （9）：53-54.

[9] 楊娟. 大地元素實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型[J].測(cè)繪科學(xué)，2014，39（3）：41-44.

[10] 魏保峰，李國(guó)柱，倪曙，等. 2000國(guó)家大地坐標(biāo)與城市平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的研究[J]. 測(cè)繪通報(bào)， 2016 （1）：57-61.

[11] 鄧勇，張正祿，黃江雄，等. 工程測(cè)量中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)問(wèn)題探討[J]. 測(cè)繪科學(xué)，2011，36（5）：28-30.

[12] 馬濤峰，盧小平，祿豐年.基于對(duì)偶四元數(shù)的三維空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換直接解法[J]. 大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)， 2017，37（12）：1276-1280.

[13] 陳秀萍，黃彥鋒.基于Android智能手機(jī)的測(cè)繪軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用探討[J].價(jià)值工程，2012（27）：198-199.

[14] 廖震宇. 原有測(cè)繪基準(zhǔn)向CGCS2000統(tǒng)一的方法研究和實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪地理信息，2016，41（4）：40-44.

[15] 張訓(xùn)虎，劉晉虎，何川，等. 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換常見(jiàn)問(wèn)題分析[J].測(cè)繪通報(bào)，2016（9）：52-55.

（收稿日期： 2019.12.06）