基于AutoCAD的圖形數據坐標系轉換細節問題探討

李杰,郝會民,宿永利

基于AutoCAD的圖形數據坐標系轉換細節問題探討

李杰1?,郝會民1,宿永利2

(1.石家莊市勘察測繪設計研究院,河北石家莊 050019； 2.石家莊市城市規劃信息中心,河北石家莊 050019)摘 要：隨著各地2000國家大地坐標系的建立與逐步啟用，原有坐標系空間數據成果轉換日益提上日程。規劃主管部門以及勘測、規劃設計單位在多年來的業務工作中積累和生產了大量基于AutoCAD的圖形數據，為保證歷史數據的延續性、可利用性，需要開展坐標系轉換工作。本文結合石家莊數據轉換情況，探討轉換過程中的技術問題，尤其是一些細節問題。

坐標系轉換；解耦算法；文字旋轉角；圖塊角度；凸度；填充處理；擴展屬性；坐標系標識

1 引 言

石家莊市于2011年完成基于CGCS2000的石家莊城市坐標系的建立,經過兩年基礎地形圖數據積累與坐標系轉換探索,石家莊市人民政府于2013年4月發文公告自2013年5月1日起正式啟用石家莊城市坐標系,過渡期兩年。石家莊市城鄉規劃局于同年5月6日正式將該坐標系應用到規劃審批中。

新坐標系的啟用,是一項復雜的系統工程,涉及眾多規劃、設計和建設單位以及海量空間數據轉換問題,如何確保坐標系更換平穩過渡是必須考慮的問題,怎樣轉換好空間數據則是重中之重。

石家莊市城鄉規劃局規劃設計成果以及石家莊市勘察測繪設計研究院日常測繪項目生產的數據多數基于AutoCAD平臺,這類成果占到空間數據總量的八成以上。

基于以上情況,本文著重探討AutoCAD圖形數據轉換過程中的技術問題,尤其是一些細節問題。

2 技術問題的提出

由于空間數據的多樣性、復雜性,轉換過程中會遇到各種各樣的問題,同時因為AutoCAD平臺自身的原因,很多圖形數據規范性差,對轉換工作提出更高要求。一些常見的技術問題如下:

(1)如何快速準確求解轉換參數。

(2)參數求定后,如何處理圖形對象。

AutoCAD圖形數據中常用實體類型如:文字、塊、點、直線、多義線、圓、圓弧、填充等在轉換過程中注意哪些細節問題,如何處理擴展屬性問題等。

(3)與空間位置密切關聯的坐標、邊長和面積等空間標注數值如何同步更新。

(4)轉換后成果如何與轉換前區分,即坐標系標識問題等。

3 解決問題的方法

在石家莊市城鄉規劃局啟用新坐標系過程中,石家莊市勘察測繪設計研究院完成了大量數據轉換工作,積累了一定經驗。

3.1 參數求定問題

平面四參數變換是局部區域坐標系轉換常用的方法,其求解過程存在多種,其中轉換參數的解耦算法[3],較總體最小二乘平差方便直觀,更易于編程實現。平面四參數轉換模型為:

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

求解過程中需要注意的問題有:求參前,保證目的坐標系與源坐標系的中央子午線一致(不用顧及投影面問題),否則應進行換帶處理,確保二者具有相同或相近的投影變形規律,否則轉換殘差會較大；計算過程中,要多次反復,剔除粗差和誤差較大的點,結合點位空間分布確定求參點,提高轉換精度與可靠性；一般情況下,精度相當的轉換參數會有多套,要注意實際應用中固定使用一套為妥。

3.2 如何轉換圖形對象問題

為保證轉換工作的科學性、嚴密性,建議轉換圖形數據時采用空間特征點逐點轉換方式。按照實體類型獲取特征點坐標或獲取矩形包圍盒,根據轉換參數計算出轉換后坐標,修改或移動實體特征點至新坐標。

這一過程中需要注意的細節問題較多,具體如下:

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

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

圖形數據中,經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、規劃圖等),這些數據如果按照一個圖塊轉換無疑是錯誤的,需要進入圖塊內部處理實體完成轉換。

(3)多義線轉換時,要注意多段線、二維多段線、三維多段線數據存儲格式的不同,編程聲明數組時注意數組維數,否則很容易出現坐標存取失敗的情況。

轉換多義線時,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,假定起止點位移的長度為D,垂直于該弧段中點的距離為H,則其凸度值為(2×H/D),零凸度表示該弧段為直線段；從弧段起始點到終止點順時針走向時,符號為負,反之為正。如圖1所示。

圖1 凸度釋義圖

根據兩點坐標、凸度數值及其正負號,便可以固定弧段的空間位置,按照數學關系,可推算出弧段圓心、中間點坐標,根據轉換后坐標可計算出弧段轉換后的凸度值,從而保證弧段嚴密轉換。

(4)圓類要素轉換時,需要讀出圓心坐標和半徑,根據圓邊線上正北、正東、正南、正西4個方向點,求均值計算轉換后的圓半徑。

通常坐標系轉換存在一個微小的縮放系數,圓類要素轉換后,雖然仍為圓,但與相鄰要素的拓撲關系會有所改變,會產生極其微小的重疊或裂縫,根據需求決定是否處理。

(5)地形圖數據是基礎空間數據,轉換時應注意區分空間數據與配置符號數據。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、與母線的方位關系等)。

(6)各種規劃設計成果中大量存在填充類型的實體,填充類要素轉換不可回避。

根據筆者經驗,規劃設計成果的規范化程度遠不及地形圖數據,轉換難度較大,填充轉換便是其中之一。

我們在轉換填充類要素時,首先重新生成一個與填充關聯的邊界線,通過轉換邊界線聯動轉換填充,轉換完成后,再刪除邊界線。

(7)擴展屬性問題

信息化測繪技術應用日益廣泛,信息化測繪產品在坐標系轉換過程中,需要面對如何維護原有屬性數據的問題。

石家莊市勘察測繪設計研究院規劃地形圖測繪已實現信息化,對與規劃密切相關的建筑物、道路、植被、水系等要素,在常規地形圖測繪基礎上增加了規劃屬性調查,從而滿足規劃審批需要。

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,地下層數,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；控制點含有等級、縱坐標X、橫坐標Y、高程H、點之記等信息。以上屬性數據均存儲在要素的擴展屬性中,在轉換過程中,要注意同步更改或專項事后修改。

3.3 空間標注數據轉換

規劃測繪成果標注有坐標、邊長和面積數據,轉換時需要同步修正。坐標數據根據圖內X和Y文字實體之間的幾何關系,判斷出成對對應的X、Y然后轉換；邊長數據根據文字標注角度和其數值虛擬一個線段或弧段完成轉換；面積數據需要構建面積線之間的拓撲關系進行轉換。具體轉換過程,今后將另文論述。

3.4 坐標系標識

為了明確區分轉換前后的成果,須給轉換后成果加上明確的坐標系標識,否則,容易引起誤用,尤其是新舊坐標差值較小時。

明確坐標系可采用以下幾種方法:

(1)文件名標識；

(2)圖層加后綴標識；

(3)圖內加說明文字注記；

(4)其他必要的方法等。

4 質量控制

坐標系轉換工作數據紛雜,工作量大,難度高,責任重大,轉換前、轉換中、轉換后都要做好質量管控環節。

轉換前,做好待轉數據分析工作,制定轉換思路與方案；轉換中,隨時應對出現的新問題,制定修正措施；轉換后,進行數據轉換前后的對比分析以及與其他相關數據進行空間關系校核,確保轉換結果正確。

5 結 語

基于CGCS2000建立的新一代坐標系統,技術先進,精度高,具有無可比擬的優越性。為了早日發揮新坐標系的作用,原有各種格式的空間數據需要開展坐標系轉換工作,本文結合AutoCAD平臺圖形數據轉換工作,提出了自己的心得和體會,以期對同行實施類似項目提供借鑒。

[1] 石家莊市人民政府.關于啟用石家莊城市坐標系的公告[R].2013.

[2] 譚清華，張明.基于DWG文件的圖形轉換方法與程序實現[J].城市勘測，2012(4).

[3] 杜蘭，王若璞，王占統等.平面坐標轉換參數的解耦算法[J].測繪通報，2012(1)：26～28.

[4] 彭維吉，彭秋云.AutoCAD平臺下不同坐標系圖形數據的轉換[J].城市勘測，2007(3).

[5] 邱衛寧，陶本藻，姚宜斌等.測量數據處理理論與方法[M].武漢：武漢大學出版社，2008.

[6] 孔建，姚宜斌，許雙安.整體最小二乘求取坐標轉換參數[J].大地測量與地球動力學，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,主要從事技術管理工作與地理信息軟件研發。