基于AutoCAD平臺的圖件動態坐標標注系統設計與實現

余章蓉，王友昆，董國橋

(1.昆明理工大學津橋學院，云南 昆明 650106； 2.武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079；3.昆明市測繪研究院，云南 昆明 650051)

1 引 言

AutoCAD的dwg格式的圖件在工程規劃、設計、建設中應用廣泛。坐標標注是工程設計圖、審批圖、竣工圖等工程圖件繪制中常用的功能，其目的是將重要位置的坐標醒目地顯示在圖紙上，便于識圖者使用[1]。AutoCAD自帶命令可以實現圖件平面坐標的快速標注，一些學者基于AutoCAD平臺也研究開發一些快速標注的插件[2～4]。對于測繪成果圖件的坐標標注，除了標注平面坐標外，有時還需要標注地理坐標，甚至需要標注該點的其他坐標系的坐標成果。基于地理坐標的標注，部分學者也做了相應的研究工作[5]，但對于標注其他坐標系成果的研究較少。傳統的方式是先利用坐標轉換工具將需要標注的位置坐標進行轉換，然后利用坐標標注工具將轉換的文本內容標注在圖件中[6]。這種方法不但工序煩瑣，而且容易出錯。本文將坐標轉換的功能集成在坐標標注模塊之中，將坐標轉換和坐標標注有機結合，同時將轉換參數加密存儲于加密狗中達到保密的效果，系統在多個規劃建設項目中得到了應用，大大提高了坐標標注的效率。

2 系統設計與實現

2.1 需求分析

圖件標注一般是將圖件關鍵位置的平面坐標標注在圖上，也有標注地理坐標的需求。針對一些特殊要求，需要在同一圖件中標注該位置的其他坐標系成果坐標。一般的CAD圖件均為平面坐標系，標注平面坐標時可直接獲取圖件位置的坐標值進行標注。當要標注地理坐標時，需要將獲取的圖件平面坐標通過高斯反算為經緯度值后再標注。當需要標注其他坐標系成果坐標時，需要先將獲取的圖件坐標值進行坐標轉換，然后標注轉換后的坐標值。

2.2 系統設計

為了實現AutoCAD平臺下同一坐標系成果圖件的不同坐標系成果的坐標標注功能，標注系統采用Visual Studio 2012開發平臺和C#語言開發，利用AutoCAD ObjectARX .NET技術實現AutoCAD標注點獲取和視窗操作的交互，基于加密狗實現坐標轉換參數的存儲、調用及坐標轉換等功能，搭建開發多坐標系成果坐標動態標注系統。系統主要包括系統設置、坐標點選擇、坐標轉換、高斯反算、坐標標注等步驟，如圖1所示。

(1)系統設置，對成果的坐標標注類型和是否需要坐標轉換進行設置。

(2)坐標點選擇，通過AutoCAD的互操作選擇需要標注的源坐標點位置，其平面坐標記為(x，y)j。

(3)坐標轉換，如果標注的坐標需要坐標轉換則根據系統設置，自動判斷后調用對應的函數進行坐標轉換，轉換后的目標平面坐標記為(x，y)k。

(4)高斯反算，如果坐標標注類型為地理坐標，設置橢球參數，將(x，y)k高斯反算為(B，L)k。

(5)坐標標注，按照設置的標注樣式，將坐標值(x，y)k或(B，L)k標注圖元添加到圖形中。

2.3 功能實現

(1)系統設置

參數設置主要實現對成果圖件的標注類型和坐標轉換參數進行設置。標注類型是設置標注平面坐標或標注地理坐標。如果需要進行坐標轉換，需要對轉換區域、源坐標名稱和目標坐標名稱進行設置，以便后續調用相應的轉換參數進行坐標轉換。設置示意圖如圖2所示。

圖2 系統設置

(2)坐標轉換

坐標轉換主要以平面四參數模型實現源坐標轉換為目標坐標。平面四參數模型為相似變換模型[7]，模型包括2個坐標平移參數△x/△y，1個尺度參數m，1個角度旋轉參數α，轉換關系如式(1)。

(1)

式中(xj，yj)為轉換前源坐標，(xk，yk)為轉換后目標坐標，a=mcosα，b=msinα

坐標轉換計算方法簡單，將4個參數及源坐標帶入式(1)即可計算出目標坐標。為提高用戶體驗，用戶只需選擇轉換區域、源坐標名稱、目標坐標名稱，程序自動根據用戶選擇通過索引的方式調用轉換參數，實現坐標的自動轉換，坐標轉換流程如圖3所示。

為保證轉換參數不被泄密，轉換參數用戶是不可見的，轉換參數加密后存儲于加密狗[8～10]。通過加密狗唯一的硬件ID進行識別，確保標注程序同加密狗對應。同時，采用加密狗自帶的RSA非對稱算法[11～13]，利用公鑰和私鑰分別實現轉換參數的加密和解密。為降低坐標轉換的精度，可將坐標混淆及坐標轉換的代碼‘移植’到加密狗內，極大地提高保密性。

圖3 坐標轉換流程

當標注坐標為地理坐標時，需要先采用高斯反算將高斯投影平面直角坐標(x，y)轉換為大地坐標(B，L)后標注，一般采用迭代法計算[14]。

(3)標注樣式

通過圖元的標注樣式設置，用戶可以標注出符合不同出圖要求的標注圖元。平面坐標標注和地理坐標標注的標注樣式設置，均包括標注圖層、箭頭樣式、文字樣式、字體大小、小數位、坐標前綴等內容。標注圖層、箭頭樣式、文字樣式列表框，由程序讀取圖形全部圖層名稱、箭頭樣式、文字樣式至列表框，供用戶選擇設置。坐標前綴可以增加坐標的前綴符，如平面坐標可加入“X=”、“Y=”前綴符。

平面坐標標注的樣式設置如圖4所示，可以設置坐標的比例，如可以將米為單位的坐標放大1 000倍以毫米為單位標注。此外，還可以標注圖元的高程，并可互換X/Y的坐標位置。

圖4 平面坐標標注樣式設置

地理坐標標注的樣式設置，比平面坐標標注多了橢球參數設置和角度格式樣式的設置，橢球參數的中央經線及橢球定義用于高斯反算，角度格式用于設置標注的經度和緯度的，如圖5所示。

圖5 地理坐標標注樣式設置

(4)動態標注

AutoCAD ObjectARX .NET提供的JIG(Just in Time Graphic 即時繪圖)技術可以實現動態標注[15]，通過標注過程的交互操作，用戶在標注過程中可以預覽標注結果，大大提高了用戶的體驗效果。基于本文的需求，如圖6所示，其實現的交互過程如下：

①用戶點擊需要標注的P1點。

②程序獲取點坐標，根據系統設置將該坐標轉換后將標注的內容傳入JIG類。

③鼠標移動，程序獲取鼠標的臨時點P2坐標，JIG類根據P1和P2點的位置將箭頭、橫線、標注文字等圖元臨時繪制出來，繪制的結果隨用戶的鼠標位置動態移動。

④用戶鼠標在P3位置處點擊確認后，程序將標注圖元添加至圖形，結束命令。

圖6 動態標注示意圖

動態標注的核心是對ObjectARX .NET提供的EntityJig類和DrawJig類進行繼承重寫[16]，不同之處在于EntityJig只能操作單個圖元，DrawJig可以操作多個圖元。由于標注的圖元至少有4個，加上高程則有5個圖元，因此采用繼承DrawJig類來實現動態標注。繼承DrawJig類，重寫類的Sampler和WorldDraw函數即可。Sampler用于獲取用戶命令(鼠標)狀態，判斷鼠標是否點擊第二個點，如果沒有則調用WorldDraw用于繪制動態的圖元，如果點擊了第二個點則將圖元繪制添加到圖形中。

3 實例應用

以昆明市長水機場遮蔽角及障礙物測量項目為例，1∶500地形圖采用城市獨立坐標系測制，圖件需要標注城市獨立坐標系平面坐標、長水機場AB坐標系平面坐標、1954北京坐標系地理坐標。首先，第一次坐標標注前需要進行系統設置，也可在標注過程中重新設置。

長水機場AB坐標系平面坐標需要經過坐標轉換后標注，因此標注類型勾選“標注XY”、坐標轉換勾選“是否轉換”，并設置源坐標和目標坐標，如圖7所示。城市獨立坐標系平面坐標可根據獲取的圖件坐標直接標注，因此不用勾選“是否轉換”。1954北京坐標系地理坐標需要坐標轉換和高斯反算后標注，標注類型勾選“標注BL”，目標坐標選擇1954北京坐標系。

圖7 機場AB平面坐標系標注設置

點擊確定后，如果需要坐標轉換，程序根據源坐標和目標坐標名稱自動索引存放于加密狗內對應的轉換參數，將獲取的坐標進行轉換。為查看不同標注樣式的標注效果，城市獨立坐標系采用空心箭頭、兩位小數進行標注，機場AB坐標系采用無箭頭、三位小數、前綴A/B標識、高程進行標注，1954北京坐標系采用實心箭頭、一位小數、前綴B/L、‘°′″’角度格式進行標注，結果如圖8所示。

圖8 坐標標注實例示意圖

4 結 語

本文將坐標轉換和動態標注有機結合，實現了不同坐標系成果坐標在同一圖件中標注的應用需求。基于加密狗的安全性和編輯性，實現了軟件的保護、轉換參數存儲和坐標轉換過程的保密。同時，基于即時繪圖(JIG)技術，實現了動態標注。系統操作簡便、功能齊全，減少了獨立坐標轉換的環節，極大地提高了坐標標注效率。