ArcGIS在工程项目占地计算中的应用
2022-03-10李小鹏王珏玉
李小鹏 王珏玉
1. 黑龙江省富天力生物科技有限公司 黑龙江 哈尔滨 150000；
2. 东北林业大学 黑龙江 哈尔滨 150000
引言
随着ArcGIS软件的推广使用，其已逐渐成为规划、林业等部门数据管理和制图的重要工具。其作为主流的平台软件，广泛应用到我国地理信息数据生产和建库中，形成了大量的矢量数据。利用ArcGIS软件可以准确计算斑块面积，为建设单位提供最直观的占用地块拐点坐标等，因此，使用ArcGIS作为项目占地分析的基础软件是最佳的选择。目前，ArcGIS软件在工程占地中常遇到的矢量数据坐标系转换、提取数据库属性、计算面积及提取项目占地坐标拐点等问题研究较少，本文针对上述问题展开讨论，以便于在工程占地项目中建设单位可以更快更准确地落实地块位置，也为今后ArcGIS在基层工作中的应用提高效率。
1 ArcGlS坐标系
ArcGIS软件中预设了两套坐标系统：地理坐标系和投影坐标系。其中，地理坐标系为球面坐标，是通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系，在实际测量中通常使用大地经纬度，即大地坐标（BL)；投影坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的，用X、Y值表示，单位通常是米，是将地理坐标系按照一定的方式进行投影得到的，再我国，目前工程中高斯-克吕格投影使用较多，为了控制精度，1∶250000-1∶500000比例尺地图采用经差6°分带，全国共划分为11个6°带（13号带-23号带）；1:10000及以上比例尺的地图采用经差3°分带，全国共划分为22个3°带（24号带-45号带）[1]。在此应当注意几个工程中容易混淆的问题：①在计算面积过程中使用的均为投影坐标系，地理坐标系是无法计算面积的；②常说的经纬度坐标是地理坐标系下的产物，是没有3°分带与6°分带之说的。
2 ArcGlS在工程中的应用
2.1 CAD工程占地图转换为ArcGIS占地矢量数据
项目建设过程中，建设单位接触较多的为CAD图纸，该类图纸无法直接用于ArcGIS中，需要将其转换为ArcGIS中的文件类型方可进行下一步分析。首先，根据CAD图中坐标确定该图使用的坐标系的分带方式及中央经线，找到“内容列表”－“图层”－右键“坐标系”，选择与CAD文件中对应的坐标系。随后，将cad文件中“polyline”文件加载至ArcGIS中，打开ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素转面”，输入要素为之前加载的cad文件，输出要素类为生成的面数据，选择好想要存储的路径，确定。若cad图绘制过程中有误差导致图形未能闭合，上述操作将导致无法生成对应的shp面，此时，可在容差选项处，容差按实际需要进行设置，如0.1m。
此时生成的面数据没有定义坐标系，是无法进行正常相交、剪裁等操作的。打开ArcToolbox，找到“管理工具”－“投影和变换”－“定义投影”，将上述生成的面数据定义上需要的坐标系，此后该数据便可进行进一步的处理。
图1 CAD图转换为ArcGlS矢量数据
2.2 坐标系转换
2.2.1 不同椭球体下坐标转换（以西安80坐标与CGCS2000坐标转换为例）。
今年来，我国使用较多的主要有北京54坐标系、西安80坐标系和CGCS2000（大地2000）坐标系三种，2008年国务院批准开始启用CGCS2000，并要求从2018年开始全面使用，并停止提供其他坐标系的测绘成果[2]。
工程中常遇到的坐标系统转换为西安80坐标系和CGCS2000两坐标系之间的转换，CGCS2000坐标系是地心坐标系，使用该坐标系对坐标系维护和快速更新有促进作用[3]。
两坐标系直接转换需要用到七参数，分别为坐标原点的3个平移参数、坐标系之间的尺度参数以及三个坐标轴之间的旋转参数。
2.2.1.1 七参数坐标转换公式。
其中：X、Y、Z—空间直角坐标
a1—缩放因子
a2、a3、a4—分别为X、Y、Z的旋转量
2.2.1.2 大地坐标转为空间直角坐标转换公式：
其中：N—椭球面卯酉圈的曲率半径
e—椭球的第一偏心率
B、L、H—大地纬度、经度、高
a、b—椭球的长短半径
f—椭球扁率
W—第一辅助系数
2.2.1.3 空间直角坐标转为大地坐标转换公式：
通过借助其他工具，如COORD软件及编程工具按上述原理，选取至少3个公共点，可以计算得出不同坐标系坐标转换的七参数，另外注意，在七参数中：平移参数单位是米，旋转参数单位是秒、尺度参数的单位是百万。在ArcGIS中，通过“管理工具”－“投影和变换”－“创建自定义地理（坐标）变换”工具，定义西安80坐标系与CGCS2000坐标系之间的转换关系，由于投影转换时为得到更好的精度，常选用“COORDINATE_FRAME”的算法，如图2所示。在我国，精确地七参数，不同地区均有不同，且将改数据定为涉密数据，如果有需要，没需要以单位及批准项目名义签署保密协议后，到当地的测绘部门或者国土部门进行购买，需要严格保密，无法随便流通，故此处为转换原理解析。目前工程中遇到上述问题，相关部门会提供转换后矢量数据，并不会直接提供七参数。
图2 西安80坐标与CGCS2000坐标转换
2.2.2 同一椭球体下坐标转换。工程中常遇到的同一椭球体下坐标转换，主要为坐标换带、坐标加减带号等计算，此类转换是严密的，属于无精度损失转换，不需要定义地理变换参数。在源坐标为平面直角坐标的情况下，设置目标坐标为对应带号的平面直角坐标，即可实现坐标换带、坐标加减带号等功能[1]。打开ArcToolbox，找到“管理工具”－“投影和变换”－“要素”－“投影”，输入数据为源数据，输出数据为目标数据[4]。
2.3 计算图斑面积并提取图斑拐点坐标
经过上述坐标系转换后的数据，便可进行相关处理，计算图斑面积及提取对应图斑拐点坐标，以便工程中使用。
图3 某工程永久占用土地性质及面积
2.3.1 计算图斑面积。打开需要进行处理的数据属性表，在属性表中添加字段，选择双精度类型，更改下面的精度和小数位数，便可进行图斑面积计算等操作。在此需要注意“双精度”数据能实现有效数字16位的数据存储。
2.3.2 提取拐点坐标。打开ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素折点转点”，输入要素为源数据，输出要素类为目标坐标点数据，选择合适的存储路径，确定，此时便将面数据中所有折点生成了点数据。
打开ArcToolbox，找到数据“管理工具”－“要素”添加XY坐标，点开上述生成的点数据文件属性表就会出现X坐标列和Y坐标列，另外，若要计算坐标点经纬度格式的坐标，可添加“文本”类型数据，通过计算几何可得对应经纬度坐标，（如图4所示[5]）。
图4 某工程永久占用土地坐标
3 结束语
ArcGIS软件具有强大计算、统计分析及图表输出功能，可以做到精确、快速地对矢量数据、影像数据等进行管理，此外，ArcGIS与多种软件均有接口，是一项先进的现代信息技术。利用ArcGIS软件对工程建设占地进行管理，可以快速准确的获得工程占地位置、占地面积及占地拐点坐标的计算，且可以便捷的与地图影像软件进行联合，及时发现问题。除此之外，利用ArcGIS软件还可以绘制相关图件，利用软件内的符号系统等工具，可以做到成图规范美观、精度高、速度快。ArcGIS的使用具有良好的推广价值。
