基于FME地形圖坐標轉換的研究

蔡　樂（湖南省第二測繪院，湖南　長沙　410119）

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基于FME地形圖坐標轉換的研究

蔡樂（湖南省第二測繪院，湖南長沙410119）

測繪內業工作中經常涉及到地形圖的坐標轉換，目前的測繪成圖軟件雖然都具有坐標轉換功能，但同時也存在著支持的數據格式單一、轉換效率不高、處理的數據量有限等等不足，筆者通過多年的工作實踐，提出利用FME數據轉換平臺對地形圖數據進行坐標轉換的技術方法。利用該技術，可在多種數據格式間輕松高效的實現海量數據的坐標轉換。

FME；AutoCAD；坐標轉換；四參數

1　前言

隨著城鄉建設速度的加快和城市規模的不斷擴大，許多城市、鄉鎮的基礎測繪得到加強，為城鄉規劃、建設服務的各類比例尺地形圖得到及時擴充和更新。但部分城市、鄉鎮在不同時期、不同部門測繪和使用的地形圖坐標系統并不統一，有1954年北京坐標系、1980西安坐標系、2000國家大地坐標系和眾多的地方獨立坐標系等，導致各個地區甚至同一地區的不同部門之間的存在著不同的坐標系成果，所以在日常工作中常常涉及到數字地形圖坐標系統的轉換。

目前國內的測繪成圖軟件種類眾多，數據格式也比較多，其中以AutoCAD的DWG格式應用最為廣泛，雖然市場上大多數的測繪成圖軟件都具有坐標轉換的功能，但同時也存在多種不足，如支持的數據格式單一、轉換效率不高、有的需要做二次開發等，特別是對大數據量的處理，通常都無能為力。筆者通過多年的工作實踐，提出利用FME數據轉換平臺對CAD數據進行坐標轉換的技術方法。

2　FME軟件介紹

FME（Feature Manipulate Engine）是由加拿大Safe Software公司推出的一套完整的訪問空間數據的解決方案，可用于讀寫、存儲和轉換各種空間數據。通過FME提供的多元數據訪問技術、多種接口和運行模式，可以建立多種訪問類型的空間數據應用系統，從而大大提高對數據的使用效率，減少人工進行繁雜的數據轉換處理的工作量。

傳統轉換有時可比作一個連接兩個數據源的狹小通道，目的是提供一個簡單直接訪問外部數據的方法，此方法的基礎是對細管兩端有限的數據結構進行支持。傳統的轉換軟件通常僅單向作業，在某些情況下，他們僅處理特定的數據集。傳統轉換的特點有：從A到B的基本幾何要素映射；簡單的點、線概念的支持；傳統屬性（非圖形）數據單獨處理；未定義元數據；輸入數據與輸出模型要求一致；此外，由于不同系統的模型可能會有較大的差異，因此會導致一定程度的信息丟失。

而語義轉換則在多個方面與傳統轉換不同。從整體效果上來看，可大大減少提供者和用戶所需的工作量，并可減少相關數據的管理費用。與傳統轉換軟件相比，FME可提供相當高級的功能。實際上，如此之寬闊的管路轉換軟件表明了截然不同的軟件類型。語義轉換的特點有：定義A目標和B目標之間的映射；使用要素處理語言；允許重新定義數據模型，如幾何關系1至幾何關系2、幾何關系至面向對象型、面向對象型1至面向對象型2；提供函數來實現查找、統計和計算功能；提供過程用于將原始數據處理成所需類型的數據。傳統轉換與語義轉換的對比如圖1所示。

3　FME實現數據坐標轉換技術路線

在本文中，筆者以AutoCAD數據為例，介紹FME軟件在數字地形圖坐標轉換方面的應用。

圖1　傳統轉換與語義轉換對比

某測區原有1：500地形圖約11km2，測區范圍大致呈矩形分布，東西向略長，跨度約為4.5km，為1954年北京坐標系成果，數據格式為DWG數據，文件大小145MB。因工作要求，需要將該地形圖轉換為1980西安坐標系成果使用。主要技術流程如圖2所示。

圖2　主要技術流程圖

3.1坐標轉換函數模型

在實際工作中通常采用的坐標轉換方法有七參數和四參數兩種，七參數模型通常用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍的坐標轉換，但需要3個以上公共點在兩個橢球下的大地坐標方可實現轉換，四參數模型通常用于局部區域的坐標轉換，僅需2個以上公共點的平面坐標即可實現轉換。在本次轉換中，因測區最長跨度約為4.5km，在這個距離下，我們幾乎可以忽略因采用不同橢球參數對轉換精度的影響，故筆者采用四參數模型來完成本次轉換。參數模型見圖3和式（1）。

圖3　四參數模型

式中：x1、y1、x2、y2分別為原坐標系和新坐標系下的平面直角坐標，轉換需要用到四個參數：△x、△y分別為x、y方向的平移參數，α為旋轉參數，k為尺度參數；

FME軟件中并沒有四參數模型的轉換器，而是提供了一個仿射變換轉換（AFFINER）模型，模型如式（2）：

式中：x1、y1、x2、y2分別為原坐標系和新坐標系下的平面直角坐標，轉換需要用到六個參數：A、B、C、D、E、F。

對兩種轉換模型進行對比分析后，可知，測量中所用的四參數模型其實為仿射變換模型的一個特例，即令D=-B，E=A時，仿射變換的六個參數簡化為四個，同時因仿射變換模型基于數學坐標系建立，而四參數模型基于測量坐標系建立，其x、y方向正好相反，故仿射變換的六個參數與四參數模型之間存在如式（3）的函數關系：

3.2準備工作

測區已有1954年北京坐標系控制點成果一套，經實地踏勘，選取保存完好、分布均勻的6個GPS-D級控制點（D01、D02、D03、D05、D06、D08）作為公共點，與國家控制點聯測后，解算出1980西安坐標系成果，利用最小二乘法計算出四參數，并通過式（3）轉換為仿射變換六參數。

3.3實施轉換

在FME Workbench工作空間中，添加讀模塊，讀入DWG格式數據，然后添加Affiner轉換器，并輸入相應參數，最后添加寫模塊，串成一個工作流，如圖4所示。該工作空間可保存為工作模板（*.fmw）供下次使用。

圖4　FM E工作模板

工作空間設好后，點擊運行，靜等兩分鐘，即可得到轉換后的地形圖。運行時，通過觀察windows任務管理器，發現在轉換實施時，FME對內存的調用達到了6GB，這也正是FME在大數據處理方面的優勢所在。

4　精度評估

轉換完成后，將轉換后的控制點坐標與已知坐標進行比較，轉換誤差均在2cm以內，可以滿足用圖需要（見表1）。

表1　

5　結論

FME是一款功能強大的數據處理和轉換軟件，本文僅以DWG數據的為例，介紹了AFFINER轉換器在坐標轉換中的應用，實際上，FME支持多達300種以上的GIS數據格式，包含500多個轉換器，如果把FME軟件熟練運用到各個數據處理和轉換當中，將會很大提高工作效率和質量，節省資源，特別是對海量數據的處理，更能體現FME軟件的優勢。

［1］吳銘杰.CAD數據坐標轉換方法的研究［J］.江西測繪，2009（1）：34～37.

［2］范沖，王東亮.基于FME的CAD數據坐標轉換工具開發及實現［J］.測繪與空間地理信息，2014（4）：10～13.

［3］北京世紀安圖數碼科技發展有限責任公司.FME技術白皮書［G］.北京：北京世紀安圖數碼科技發展有限責任公司，2003.

［4］國家測繪地理信息局.《大地測量控制點坐標轉換技術規程》［S］.2013.

蔡 樂（1983-），男，工程師，本科，主要從事基礎測繪和GIS工作。

P226.3

A

2095-2066（2016）19-0088-02

2016-6-16