坐标转换中的AutoCAD数据规范化问题研究

杨霞，白洁，孙伟，2

(1.武汉市测绘研究院，湖北 武汉 430022； 2.精密工程与工业测量国家测绘地理信息局重点实验室，湖北 武汉 430079)

1 引 言

我国自2008年7月1日获国务院批复启用了新一代地心坐标系——2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)，之后各省市陆续开始2000国家大地坐标系的建立和应用工作，并研究坐标转换方法和方案，开展现有各类测绘信息成果的坐标转换工作。武汉市于2014年获国家测绘地理信息局批准建立武汉2000坐标系，全市从2017年7月1日开始启用武汉2000坐标系。在2000国家大地坐标系的建立和应用推广中，一项重要工作是各类空间数据的坐标系统转换，包括：矢量数据格式(*.mdb、*.gdb、*.shp、*.dwg、*.dxf等)；栅格数据格式(*.tif、*.jpg、*.png、*.img等)；矢量栅格混合格式；文本数据格式的转换。为了正确、高效地将各类空间数据从原有坐标系统转换至新坐标系统，除了选取转换模型、建立不同坐标系统间转换关系、研发批量转换工具等工作[1～9]外，还要面对数据多样化、复杂化等问题，特别是CAD数据的不规范问题。dwg、dxf(DataExchangeFile，图形交换文件)图形是广泛采用的CAD数据文件格式[10]，绘图软件包括AutoCAD、中望CAD、天正CAD以及基于CAD平台二次开发插件等，各软件之间并不完全兼容。诸多来源的CAD空间数据在坐标转换过程中的数据规范化问题，将直接影响转换结果的正确性和转换的效率。

本文主要对适宜进行坐标转换的AutoCAD图件的数据规范化问题进行研究，首先对不规范数据进行分类，在此基础上，结合案例对不同类型的不规范数据的来源、影响、转换结果等问题进行分析，并给出解决方案。

2 坐标转换中不规范AutoCAD数据的分类

2.1 块数据

AutoCAD生产的数据包括dwg、dxf格式，可以看成是点、线、文本等几何元素的集合，其中一些AutoCAD对象不适合直接进行坐标转换，如图1所示的块参照。块参照记录位置信息的是插入点，因而在进行坐标转换的时候，其实是对插入点进行了转换，这就产生了由于插入点位置不合理而导致的位置偏移。对于插入的图斑，转换时，也是对插入点的坐标进行转换，以从北京54到武汉2000坐标系的转换为例，两个坐标系之间不仅有平移，还有旋转，如果图斑的范围很大，只对插入点坐标进行转换，即使插入点位置合理，也会导致图上对象的位置、方向不准确。

图1 块参照示例

2.2 非标准AutoCAD数据

AutoCAD提供了二次开发接口，用户可以进行二次开发，从而达到满足个性化需求、提高绘图效率等目的，但也会带来兼容性问题。目前，非标准AutoCAD数据主要表现为3种情况：①制图不规范导致的：不合逻辑的点、线等，如长度为0的线、面积为0的面；②未知第三方绘图软件或插件绘制的图形、要素；③AutoCAD暂不兼容的其他情况。此类数据常常出现转换以后要素丢失、填充符号变化等问题。

2.3 自定义表达的数据

由于行业性、习惯性等原因，会出现自定义坐标偏移、旋转等情况，如纵坐标平移3 000 000 m、横坐标带带号等，常见自定义表达可以在转换软件中设置自动识别，不需再次进行人工编辑，未知自定义表达则会导致转换结果不正确。另外，在设计领域，有时会将图形单位转换为mm来进行建筑物设计等，这种情况下，需先将单位转换回m再进行坐标转换。

此外，还存在一部分数据无坐标系统、未知坐标系统的情况，前者本身也不需要进行转换，后者则需明确其坐标系统或者建立转换关系，然后才能进行转换。

3 数据不规范导致的坐标转换问题

数据不规范可能导致转换过程中产生以下几种典型问题：①转换后图形位置错误；②转换后要素样式发生变化；③转换后要素数量变化；④转换失败或转换效率低下。

3.1 块转换导致的位置错误

AutoCAD数据生产中，经常会用到块参照、图斑等，这些块类的对象在进行坐标转换时转的是插入点，如果插入点位置不合理，虽原始图形位置显示正确，但转换以后的图形位置将发生变化，有的图形偏离较远很容易发现，如图2所示。有的偏移较小不容易发现，以图3所示块参照为例，选取两组试验数据由北京54坐标系转换为武汉2000坐标系：第一组，两个块参照显示重合且插入点相同(块参照左下角)；第二组，两个块参照显示重合但插入点不同，其中一个块参照的插入点不准确。转换前后图形如图3所示，第一组转换后，两个块参照依旧重合，第二组转换后两个块参照位置发生错位，主要是其中一个块参照的插入点不合理导致的，由于偏移量并不大，在没有参照地形地物的情况下很难发现。对于大面积图斑，如图4所示，1×106m2范围的图形，插入点位置在图框左下角，转换后离插入点越远位置偏移越大，图斑打散前后转换结果中两栋建筑物之间x方向偏移超过 2 m。因而对于上述块参照需要先进行打散，再进行坐标转换，以保证转换后图形位置的正确性。

图2 块参照转换后发生较大偏移示意图

图3块参照转换后发生较小偏移示意图

图4大范围图斑直接转换后建筑物偏移示意图

3.2 第三方软件或插件编辑图件转换后要素样式发生变化

转换软件的开发都是基于一定的平台和数据格式，对于未知格式则可能出现不兼容的情况。例如，基于AutoCAD数据格式开发的转换软件，转换其他软件绘制的dwg数据，如中望CAD、自主开发的绘图插件等，可能会发生填充样式发生变化等问题，如图5所示。对于此类问题，一方面，软件开发者可以对软件进行升级、增强软件本身的兼容性，然而任何软件都不可能穷尽所有情况，特别是面对诸多自主开发的绘图插件；另一方面，转换前后需进行适当的图形编辑，以保证转换后图面显示符合要求。

图5 坐标转换前后填充样式发生变化

3.3 制图不规范导致的坐标转换问题

由于制图不规范等原因，原始图形可能存在绘图辅助点线、不合逻辑的数据、坐标异常的数据，从而导致坐标转换以后要素缺失、位置错误、转换失败、效率降低等问题。坐标转换的过程可以概括为“读—算—写”的过程，任何一个过程出现问题，都可能导致转换错误或失败。如图6所示，原始图形存在大量长度为0的线，这部分要素在转换过程中没有被全部写出，751条长度为0的线只写出22条，从而导致转换前后要素数量不一致，虽然不影响图形使用，但增加了甄别是否有用要素有所缺失的工作，也容易给图形使用者带来困惑。如图7所示，坐标异常图形(超出转换区域)的存在导致整个图形转换失败或降低转换效率，超区域转换时即使能够转换成功，转换结果也不准确。此类问题解决办法是坐标转换前进行图面清理和图形规范化，越规范的图件同等条件下转换效率越高、转换以后图件也越规范。

图6 不合逻辑的线示例

图7坐标异常的数据示例

4 结 论

鉴于制图软件、插件诸多，图件涉及领域广泛，制图习惯不一等原因，源数据规范性问题成为坐标转换实际工作中面临最多的问题之一。不规范数据分类和案例分析表明，源数据的局限性、多样性和复杂性从一定程度上影响了转换质量和效率，坐标转换前后进行适当的数据编辑是必要的，建议坐标转换前进行数据清理和规范化，以保证转换的质量和效率。除文中所述典型问题外，其他数据规范化细则有待于进一步研究。