基于AutoCAD的图形数据坐标系转换细节问题探讨

李杰,郝会民,宿永利

基于AutoCAD的图形数据坐标系转换细节问题探讨

李杰1∗,郝会民1,宿永利2

(1.石家庄市勘察测绘设计研究院,河北石家庄 050019； 2.石家庄市城市规划信息中心,河北石家庄 050019)摘 要：随着各地2000国家大地坐标系的建立与逐步启用，原有坐标系空间数据成果转换日益提上日程。规划主管部门以及勘测、规划设计单位在多年来的业务工作中积累和生产了大量基于AutoCAD的图形数据，为保证历史数据的延续性、可利用性，需要开展坐标系转换工作。本文结合石家庄数据转换情况，探讨转换过程中的技术问题，尤其是一些细节问题。

坐标系转换；解耦算法；文字旋转角；图块角度；凸度；填充处理；扩展属性；坐标系标识

1 引 言

石家庄市于2011年完成基于CGCS2000的石家庄城市坐标系的建立,经过两年基础地形图数据积累与坐标系转换探索,石家庄市人民政府于2013年4月发文公告自2013年5月1日起正式启用石家庄城市坐标系,过渡期两年。石家庄市城乡规划局于同年5月6日正式将该坐标系应用到规划审批中。

新坐标系的启用,是一项复杂的系统工程,涉及众多规划、设计和建设单位以及海量空间数据转换问题,如何确保坐标系更换平稳过渡是必须考虑的问题,怎样转换好空间数据则是重中之重。

石家庄市城乡规划局规划设计成果以及石家庄市勘察测绘设计研究院日常测绘项目生产的数据多数基于AutoCAD平台,这类成果占到空间数据总量的八成以上。

基于以上情况,本文着重探讨AutoCAD图形数据转换过程中的技术问题,尤其是一些细节问题。

2 技术问题的提出

由于空间数据的多样性、复杂性,转换过程中会遇到各种各样的问题,同时因为AutoCAD平台自身的原因,很多图形数据规范性差,对转换工作提出更高要求。一些常见的技术问题如下:

(1)如何快速准确求解转换参数。

(2)参数求定后,如何处理图形对象。

AutoCAD图形数据中常用实体类型如:文字、块、点、直线、多义线、圆、圆弧、填充等在转换过程中注意哪些细节问题,如何处理扩展属性问题等。

(3)与空间位置密切关联的坐标、边长和面积等空间标注数值如何同步更新。

(4)转换后成果如何与转换前区分,即坐标系标识问题等。

3 解决问题的方法

在石家庄市城乡规划局启用新坐标系过程中,石家庄市勘察测绘设计研究院完成了大量数据转换工作,积累了一定经验。

3.1 参数求定问题

平面四参数变换是局部区域坐标系转换常用的方法,其求解过程存在多种,其中转换参数的解耦算法[3],较总体最小二乘平差方便直观,更易于编程实现。平面四参数转换模型为:

式中,X1,Y1为源坐标,X2,Y2为目的坐标,dx,dy为平移参数,m为尺度参数,α为旋转参数。

求解过程中需要注意的问题有:求参前,保证目的坐标系与源坐标系的中央子午线一致(不用顾及投影面问题),否则应进行换带处理,确保二者具有相同或相近的投影变形规律,否则转换残差会较大；计算过程中,要多次反复,剔除粗差和误差较大的点,结合点位空间分布确定求参点,提高转换精度与可靠性；一般情况下,精度相当的转换参数会有多套,要注意实际应用中固定使用一套为妥。

3.2 如何转换图形对象问题

为保证转换工作的科学性、严密性,建议转换图形数据时采用空间特征点逐点转换方式。按照实体类型获取特征点坐标或获取矩形包围盒,根据转换参数计算出转换后坐标,修改或移动实体特征点至新坐标。

这一过程中需要注意的细节问题较多,具体如下:

(1)文字转换时,需要注意具有旋转角度的文字。转换时宜将文字旋转角考虑在内。例如:输电线电压伏数注记,转换前,文字方向与电力线垂直,如不考虑旋转角,转换后,便不能保持其与电力线的垂直关系,尽管差值微小,从理论上讲,转换不够严密。

(2)图块转换时,不能仅转换定位插入点,同样需要考虑图块角度的影响。仍以电力线为例,转换前,电力线箭头符号与电线母线方向一致,如不考虑旋转角,转换后,一般会产生较小的偏角。

图形数据中,经常存在非基本图块或图元(如以图块形式存在的分幅地形图、规划图等),这些数据如果按照一个图块转换无疑是错误的,需要进入图块内部处理实体完成转换。

(3)多义线转换时,要注意多段线、二维多段线、三维多段线数据存储格式的不同,编程声明数组时注意数组维数,否则很容易出现坐标存取失败的情况。

转换多义线时,要特别注意凸度问题。凸度是指弧段的曲率。对于多义线中的某一弧段,假定起止点位移的长度为D,垂直于该弧段中点的距离为H,则其凸度值为(2×H/D),零凸度表示该弧段为直线段；从弧段起始点到终止点顺时针走向时,符号为负,反之为正。如图1所示。

图1 凸度释义图

根据两点坐标、凸度数值及其正负号,便可以固定弧段的空间位置,按照数学关系,可推算出弧段圆心、中间点坐标,根据转换后坐标可计算出弧段转换后的凸度值,从而保证弧段严密转换。

(4)圆类要素转换时,需要读出圆心坐标和半径,根据圆边线上正北、正东、正南、正西4个方向点,求均值计算转换后的圆半径。

通常坐标系转换存在一个微小的缩放系数,圆类要素转换后,虽然仍为圆,但与相邻要素的拓扑关系会有所改变,会产生极其微小的重叠或裂缝,根据需求决定是否处理。

(5)地形图数据是基础空间数据,转换时应注意区分空间数据与配置符号数据。例如:棚房边线拐角配置的角线以及依比例尺自然斜坡坡顶线上配置的短坡线等,注意转换前后这类符号宜符合配置符号的特征(固定长度值、与母线的方位关系等)。

(6)各种规划设计成果中大量存在填充类型的实体,填充类要素转换不可回避。

根据笔者经验,规划设计成果的规范化程度远不及地形图数据,转换难度较大,填充转换便是其中之一。

我们在转换填充类要素时,首先重新生成一个与填充关联的边界线,通过转换边界线联动转换填充,转换完成后,再删除边界线。

(7)扩展属性问题

信息化测绘技术应用日益广泛,信息化测绘产品在坐标系转换过程中,需要面对如何维护原有属性数据的问题。

石家庄市勘察测绘设计研究院规划地形图测绘已实现信息化,对与规划密切相关的建筑物、道路、植被、水系等要素,在常规地形图测绘基础上增加了规划属性调查,从而满足规划审批需要。

例如:建筑物增加建筑物名称,楼号,地址,建筑物属性,建筑物属性代码,基底面积,地上层数,地下层数,主体建筑面积,建筑物高度,多媒体信息,测量日期等属性信息；控制点含有等级、纵坐标X、横坐标Y、高程H、点之记等信息。以上属性数据均存储在要素的扩展属性中,在转换过程中,要注意同步更改或专项事后修改。

3.3 空间标注数据转换

规划测绘成果标注有坐标、边长和面积数据,转换时需要同步修正。坐标数据根据图内X和Y文字实体之间的几何关系,判断出成对对应的X、Y然后转换；边长数据根据文字标注角度和其数值虚拟一个线段或弧段完成转换；面积数据需要构建面积线之间的拓扑关系进行转换。具体转换过程,今后将另文论述。

3.4 坐标系标识

为了明确区分转换前后的成果,须给转换后成果加上明确的坐标系标识,否则,容易引起误用,尤其是新旧坐标差值较小时。

明确坐标系可采用以下几种方法:

(1)文件名标识；

(2)图层加后缀标识；

(3)图内加说明文字注记；

(4)其他必要的方法等。

4 质量控制

坐标系转换工作数据纷杂,工作量大,难度高,责任重大,转换前、转换中、转换后都要做好质量管控环节。

转换前,做好待转数据分析工作,制定转换思路与方案；转换中,随时应对出现的新问题,制定修正措施；转换后,进行数据转换前后的对比分析以及与其他相关数据进行空间关系校核,确保转换结果正确。

5 结 语

基于CGCS2000建立的新一代坐标系统,技术先进,精度高,具有无可比拟的优越性。为了早日发挥新坐标系的作用,原有各种格式的空间数据需要开展坐标系转换工作,本文结合AutoCAD平台图形数据转换工作,提出了自己的心得和体会,以期对同行实施类似项目提供借鉴。

[1] 石家庄市人民政府.关于启用石家庄城市坐标系的公告[R].2013.

[2] 谭清华，张明.基于DWG文件的图形转换方法与程序实现[J].城市勘测，2012(4).

[3] 杜兰，王若璞，王占统等.平面坐标转换参数的解耦算法[J].测绘通报，2012(1)：26～28.

[4] 彭维吉，彭秋云.AutoCAD平台下不同坐标系图形数据的转换[J].城市勘测，2007(3).

[5] 邱卫宁，陶本藻，姚宜斌等.测量数据处理理论与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2008.

[6] 孔建，姚宜斌，许双安.整体最小二乘求取坐标转换参数[J].大地测量与地球动力学，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,高级工程师,主要从事技术管理工作与地理信息软件研发。