基于AutoCAD平臺的坐標系統轉換的設計與實現

張予東，王瑞芳，呂寶奇

(1.鄭州測繪學校，河南鄭州450015;2.河南省測繪工程院，河南鄭州450002)

基于AutoCAD平臺的坐標系統轉換的設計與實現

張予東1，王瑞芳1，呂寶奇2

(1.鄭州測繪學校，河南鄭州450015;2.河南省測繪工程院，河南鄭州450002)

采用一定的數學模型，在AutoCAD平臺下通過編程完成任意兩個坐標系之間的轉換，實現參數計算、精度評定、文件轉換、圖形轉換的功能。

坐標轉換;圖形轉換;AutoCAD

一、引 言

我國測繪生產采用的坐標系并不相同。常用的國家大地坐標系有1954北京坐標系和1980西安坐標系，1954北京坐標系采用的參考橢球為克拉索夫斯基橢球體，而1980西安坐標系采用的參考橢球為IAG75橢球體［1］。我國有較多城市為了避免高斯投影變形帶來的不便，采用地方獨立坐標系(也稱為城市坐標系)。經國務院批準，國家測繪局發布公告，我國從2008年7月1日起，啟用新的地心坐標系——2000國家大地坐標系(CGCS2000)，要求2008年7月1日后新生產的各類測繪成果和建立的地理信息系統應采用CGCS2000，并用8～10年完成現有的各類基礎測繪成果和基礎地理信息數據庫的坐標系向CGCS2000的過渡和轉換［2］。由于現有的各類基礎測繪成果很大部分是基于Auto－CAD平臺生產的DWG格式，所以開發這類測繪成果坐標系統轉換軟件，AutoCAD應該作為首選平臺。本文主要介紹了基于AutoCAD平臺開發的坐標系統轉換軟件，實現了常用坐標系(1954北京坐標系、1980西安坐標系、WGS－84坐標系、CGCS2000以及自定義的地方坐標系)之間的轉換，實現了根據平面四參數模型和二維七參數模型進行參數計算、精度評定、控制點文件轉換、DWG圖形轉換等功能。

二、數學模型

1.平面四參數模型

式中，(X，Y)為目標坐標系下坐標;(x，y)為原坐標系下坐標;ΔX、ΔY為平移參數;ε為旋轉角度;m為尺度因子。

2.二維七參數模型

式中，ΔB、ΔL為同一點位在兩個坐標系下的緯度差、經度差(單位為弧度);Δa、Δf為橢球長半軸差(單位為米)、扁率差(無量綱);ΔX、ΔY、ΔZ為平移參數(單位為米);εx、εy、εz為旋轉參數(單位為弧度);m為尺度參數(無量綱)。

三、系統的設計與實現

本系統采用VC++2005和ObjectARX SDK開發環境，在AutoCAD平臺下進行二次開發。由新舊坐標系的重合點坐標，根據相應的轉換模型，利用最小二乘原理，采用間接平差的方法，求得轉換參數。再將參數代入模型將舊坐標系轉換成新坐標系。圖形轉換采用逐點轉換的方法，避免了傳統坐標系轉換的整體平移、縮放、旋轉的方法帶來的局部誤差，避免了接邊的問題。

1.系統運行主界面

系統運行的主界面如圖1、圖2所示。

圖1 平面四參數模型界面

圖2 二維七參數模型界面

2.系統的特點

1)圖形逐點轉換技術。傳統的坐標轉換方法都是對圖形進行整體的平移、旋轉、縮放。這樣會導致圖形的局部變形，以及出現圖形接邊問題。采用逐點轉換技術可以避免這些問題。

2)圖形的無損轉換。在圖形轉換的過程中對圖形變形進行修正。如電力線箭頭符號等有向符號和控制點等注記分數線。

3)適用于任何坐標系。本程序在內置幾種常用坐標系的同時還增加自定義的地方坐標系，只要輸入坐標系的橢球參數即可進行轉換，真正做到適用于任意坐標系。

3.數據驗算與精度評估

筆者以焦作市地方坐標系到CGCS2000轉換為例，轉換結果如表1所示。

四、結束語

案例分析結果表明該系統運行性能良好，并且能獲得可靠的成果數據。平面四參模型與主要適用于中小城市以及其地方坐標系，最好控制在3°帶范圍內。二維七參數模型主要適用于較大城市及全省范圍，要求重合點均勻分布。坐標重合點可采用在兩個坐標系下均有坐標成果的點。但最終重合點還需根據所確定的轉換參數，計算重合點坐標殘差，根據其殘差值的大小來確定，若殘差大于2倍中誤差則剔除，重新計算坐標轉換參數，直到滿足精度要求為止。用于計算轉換參數的重合點數量與轉換區域的大小有關，但不得少于5個。

表1 坐標系間轉換m

［1］ 彭愛文，曹佩瑤.平面坐標轉換方法探討及轉換軟件的設計思路［J］.測繪與空間地理信息，2007，30(3): 189－191，197.

［2］ 程鵬飛，成英燕，文漢江，等.2000國家大地坐標系實用寶典［M］.北京:測繪出版社，2008.

［3］ 楊國清，張予東.平面控制網四參數法坐標轉換與殘差內插［J］.測繪通報，2010(11):48－50.

［4］ 吉淵明.采用最小二乘法建立平面坐標系統轉換公式［J］.浙江測繪，2002(1):41－43.

Design and Realization of Coordinate Transformation System Based on AutoCAD

ZHANG Yudong，WANG Ruifang，Lü Baoqi

0494－0911(2011)11－0057－02

P226.3

B

2011－08－22

張予東(1970—)女，河南開封人，高級講師，主要從事測量教學工作。