基于AutoCAD的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的快速實(shí)現(xiàn)

蘇鐵柱，宋奇海，王見(jiàn)兵

(1.湖南省勘察測(cè)繪院，湖南株洲412007;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京210095)

基于AutoCAD的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的快速實(shí)現(xiàn)

蘇鐵柱1，宋奇海2，王見(jiàn)兵1

(1.湖南省勘察測(cè)繪院，湖南株洲412007;2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇南京210095)

在AutoCAD制圖軟件中，如何快速展示電子地圖的大地坐標(biāo)，是一個(gè)亟須解決的問(wèn)題。通過(guò)對(duì)坐標(biāo)正反算和AutoCAD制圖技術(shù)的疊加運(yùn)用，以數(shù)字珠海電力為例，詳細(xì)說(shuō)明基于AutoCAD動(dòng)態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的快速實(shí)現(xiàn)。

AutoCAD;大地坐標(biāo);迭代算法;VBA編程

坐標(biāo)是空間實(shí)體的位置描述，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是從一種坐標(biāo)系統(tǒng)變換到另一種坐標(biāo)系統(tǒng)的過(guò)程，通過(guò)建立兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)。筆者所在單位承擔(dān)了珠海電網(wǎng)的定位測(cè)量，需要提交90珠海坐標(biāo)系(AutoCAD DWG圖形)和WGS-84坐標(biāo)系(地理坐標(biāo))下的兩套成果。按以往坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，工作量非常大且容易出錯(cuò)。通過(guò)開(kāi)發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件掛接在AutoCAD程序中，實(shí)現(xiàn)了在90珠海坐標(biāo)系地形圖中用鼠標(biāo)捕捉任意一點(diǎn)，馬上顯示90珠海坐標(biāo)系X、Y值和WGS-84坐標(biāo)系經(jīng)緯度的功能。實(shí)現(xiàn)了在一套地形圖上同時(shí)體現(xiàn)兩套坐標(biāo)成果的功能。

一、引 言

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程就是轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解過(guò)程。常用方法有三參數(shù)法、四參數(shù)法和七參數(shù)法。

1.大地坐標(biāo)(B，L，H)到平面直角

坐標(biāo)(X，Y，Z)的轉(zhuǎn)換

常規(guī)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，首先確定轉(zhuǎn)換參數(shù)，即橢球參數(shù)，分帶標(biāo)準(zhǔn)(1.5°、3°、6°帶等)和中央子午線(xiàn)的經(jīng)度。其中，橢球參數(shù)就是指平面直角坐標(biāo)系采用什么樣的橢球基準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)有不同的長(zhǎng)短軸及扁率。一般工程中3°帶應(yīng)用的較為廣泛。對(duì)于中央子午線(xiàn)的確定有兩種方法：①取平面直角坐標(biāo)系中Y坐標(biāo)的前兩位數(shù)乘以3，即可得到對(duì)應(yīng)的中央子午線(xiàn)的經(jīng)度，如X=3 250 212 m，Y=395 121 123 m，則中央子午線(xiàn)的經(jīng)度=39×3°=117°;②根據(jù)大地坐標(biāo)經(jīng)度，如經(jīng)度是在155.5°～185.5°之間，那么對(duì)應(yīng)的中央子午線(xiàn)經(jīng)度=(155.5+185.5)÷2=117°，其他情況可以據(jù)此3°帶類(lèi)推。

另外一些工程采用自身特殊的分帶標(biāo)準(zhǔn)，則對(duì)應(yīng)的參數(shù)確定不在上述之列。確定參數(shù)之后，可以用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

2.1954 北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系

和WGS-84坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換

這三個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)較為常用的，均采用不同的橢球基準(zhǔn)，基本系數(shù)見(jiàn)表1。

表1

由于采用的橢球基準(zhǔn)不同及投影的局限性，全國(guó)各地并不存在一致的轉(zhuǎn)換參數(shù)。這種轉(zhuǎn)換由于工作量大，條件許可時(shí)，一般都采用GPS聯(lián)測(cè)已知點(diǎn)，應(yīng)用GPS軟件自動(dòng)完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。若條件不許可，且有足夠的重合點(diǎn)，也可以進(jìn)行人工解算。詳細(xì)方法見(jiàn)第3節(jié)。

3.任意兩空間坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

由于測(cè)量坐標(biāo)系和施工坐標(biāo)系采用不同的標(biāo)準(zhǔn)，要進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換，必須知道3個(gè)以上重合點(diǎn)(即在兩個(gè)坐標(biāo)系中坐標(biāo)均為已知)，采用布爾莎模型進(jìn)行求解。

其中，m為尺度比參數(shù);εx、εy、εz為旋轉(zhuǎn)參數(shù);ΔX0、ΔY0、ΔZ0為平移參數(shù)。

解算這7個(gè)參數(shù)，至少要用到3個(gè)已知點(diǎn)，采用間接平差模型進(jìn)行解算。

解得七參數(shù)后，利用布爾莎公式就可以進(jìn)行未知點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換了，每輸入一組坐標(biāo)值，就能求出它在新坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。但是要想GPS觀測(cè)成果用于工程或者測(cè)繪，還需要將地方直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為大地坐標(biāo)，最后還要轉(zhuǎn)換為平面高斯坐標(biāo)。

4.空間直角坐標(biāo)到大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

由文獻(xiàn)［1］可知

根據(jù)式(2)，通過(guò)解方程計(jì)算大地經(jīng)度L、緯度B和大地高H(點(diǎn)沿法線(xiàn)到橢球面的距離)，但整個(gè)計(jì)算方法比較復(fù)雜，通常采用迭代法，具體公式如下

二、技術(shù)路線(xiàn)

90珠海坐標(biāo)系屬地方直角坐標(biāo)系，中央子午線(xiàn)113°21'，采用3°帶高斯投影，地球的橢球參數(shù)與1980西安坐標(biāo)系一致。

首先開(kāi)發(fā)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，掛接到AutoCAD程序中，打開(kāi)90珠海坐標(biāo)系A(chǔ)utoCAD圖，用鼠標(biāo)捕捉地形圖上任意點(diǎn)，立即顯示90珠海坐標(biāo)X、Y值和WGS-84經(jīng)緯度坐標(biāo)值。成果精確到毫米并自動(dòng)填入設(shè)計(jì)好的Excel表格中。技術(shù)框圖如圖1所示。

三、程序?qū)崿F(xiàn)

AutoCAD支持多種形式的編程，比較常見(jiàn)的是AutoLisp、AutoCAD VBA和ObjectARX。針對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序的功能單一和復(fù)雜度不大的情況，考慮采用AutoCAD VBA編程實(shí)現(xiàn)。

圖1

程序基本代碼和基本計(jì)算流程如下：

四、應(yīng)用實(shí)例

筆者所在單位于2009年10月—12月承擔(dān)了珠海市香洲和金灣兩個(gè)區(qū)中壓電網(wǎng)的定位測(cè)量，采集中壓電網(wǎng)部件點(diǎn)123 696個(gè)、線(xiàn)路總長(zhǎng)3 215.433 km，采用廣州南方測(cè)繪儀器公司開(kāi)發(fā)的CASS7.0數(shù)字化測(cè)繪軟件編輯生成90珠海坐標(biāo)系電網(wǎng)圖，按實(shí)際情況編輯連接方式等。使用開(kāi)發(fā)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件掛接在AutoCAD程序中，打開(kāi)90珠海坐標(biāo)系電網(wǎng)圖(DWG格式)，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊各測(cè)點(diǎn)，自動(dòng)計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的90珠海坐標(biāo)系平面坐標(biāo)和WGS-84坐標(biāo)成果。并自動(dòng)填入《珠海市中低壓電網(wǎng)部件測(cè)量成果表》中，最終提交了90珠海坐標(biāo)和WGS-84經(jīng)緯度兩套坐標(biāo)成果。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文采用自主開(kāi)發(fā)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件，實(shí)現(xiàn)了在一套地形圖上同時(shí)展現(xiàn)兩套坐標(biāo)成果，并能自動(dòng)填入到《珠海市中低壓電網(wǎng)部件測(cè)量成果表》等功能，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，工作效率得到了較大提高。坐標(biāo)成果精度達(dá)到了厘米級(jí)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 孔祥元，郭際明.控制測(cè)量學(xué)［M］.3版.武漢：武漢大學(xué)出版社，2007.

［2］ 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院測(cè)量平差學(xué)科組.誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2004.

［3］ 趙長(zhǎng)勝.勒讓德級(jí)數(shù)計(jì)算大地坐標(biāo)主題反解的迭代算法［J］.測(cè)繪通報(bào)，2004(8)：7-8.

Quick Achievement of Dynamic Coordinate Conversion Based on AutoCAD

SU Tiezhu，SONG Qihai，WANG Jianbing

0494-0911(2010)11-0046-02

P282.2

B

2010-07-22

蘇鐵柱(1956—)，男，湖南茶陵人，高級(jí)工程師，主要從事測(cè)繪應(yīng)用技術(shù)研究。