坐標轉換中的AutoCAD數據規范化問題研究

楊霞，白潔，孫偉，2

(1.武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022； 2.精密工程與工業測量國家測繪地理信息局重點實驗室，湖北 武漢 430079)

1 引 言

我國自2008年7月1日獲國務院批復啟用了新一代地心坐標系——2000國家大地坐標系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)，之后各省市陸續開始2000國家大地坐標系的建立和應用工作，并研究坐標轉換方法和方案，開展現有各類測繪信息成果的坐標轉換工作。武漢市于2014年獲國家測繪地理信息局批準建立武漢2000坐標系，全市從2017年7月1日開始啟用武漢2000坐標系。在2000國家大地坐標系的建立和應用推廣中，一項重要工作是各類空間數據的坐標系統轉換，包括：矢量數據格式(*.mdb、*.gdb、*.shp、*.dwg、*.dxf等)；柵格數據格式(*.tif、*.jpg、*.png、*.img等)；矢量柵格混合格式；文本數據格式的轉換。為了正確、高效地將各類空間數據從原有坐標系統轉換至新坐標系統，除了選取轉換模型、建立不同坐標系統間轉換關系、研發批量轉換工具等工作[1～9]外，還要面對數據多樣化、復雜化等問題，特別是CAD數據的不規范問題。dwg、dxf(DataExchangeFile，圖形交換文件)圖形是廣泛采用的CAD數據文件格式[10]，繪圖軟件包括AutoCAD、中望CAD、天正CAD以及基于CAD平臺二次開發插件等，各軟件之間并不完全兼容。諸多來源的CAD空間數據在坐標轉換過程中的數據規范化問題，將直接影響轉換結果的正確性和轉換的效率。

本文主要對適宜進行坐標轉換的AutoCAD圖件的數據規范化問題進行研究，首先對不規范數據進行分類，在此基礎上，結合案例對不同類型的不規范數據的來源、影響、轉換結果等問題進行分析，并給出解決方案。

2 坐標轉換中不規范AutoCAD數據的分類

2.1 塊數據

AutoCAD生產的數據包括dwg、dxf格式，可以看成是點、線、文本等幾何元素的集合，其中一些AutoCAD對象不適合直接進行坐標轉換，如圖1所示的塊參照。塊參照記錄位置信息的是插入點，因而在進行坐標轉換的時候，其實是對插入點進行了轉換，這就產生了由于插入點位置不合理而導致的位置偏移。對于插入的圖斑，轉換時，也是對插入點的坐標進行轉換，以從北京54到武漢2000坐標系的轉換為例，兩個坐標系之間不僅有平移，還有旋轉，如果圖斑的范圍很大，只對插入點坐標進行轉換，即使插入點位置合理，也會導致圖上對象的位置、方向不準確。

圖1 塊參照示例

2.2 非標準AutoCAD數據

AutoCAD提供了二次開發接口，用戶可以進行二次開發，從而達到滿足個性化需求、提高繪圖效率等目的，但也會帶來兼容性問題。目前，非標準AutoCAD數據主要表現為3種情況：①制圖不規范導致的：不合邏輯的點、線等，如長度為0的線、面積為0的面；②未知第三方繪圖軟件或插件繪制的圖形、要素；③AutoCAD暫不兼容的其他情況。此類數據常常出現轉換以后要素丟失、填充符號變化等問題。

2.3 自定義表達的數據

由于行業性、習慣性等原因，會出現自定義坐標偏移、旋轉等情況，如縱坐標平移3 000 000 m、橫坐標帶帶號等，常見自定義表達可以在轉換軟件中設置自動識別，不需再次進行人工編輯，未知自定義表達則會導致轉換結果不正確。另外，在設計領域，有時會將圖形單位轉換為mm來進行建筑物設計等，這種情況下，需先將單位轉換回m再進行坐標轉換。

此外，還存在一部分數據無坐標系統、未知坐標系統的情況，前者本身也不需要進行轉換，后者則需明確其坐標系統或者建立轉換關系，然后才能進行轉換。

3 數據不規范導致的坐標轉換問題

數據不規范可能導致轉換過程中產生以下幾種典型問題：①轉換后圖形位置錯誤；②轉換后要素樣式發生變化；③轉換后要素數量變化；④轉換失敗或轉換效率低下。

3.1 塊轉換導致的位置錯誤

AutoCAD數據生產中，經常會用到塊參照、圖斑等，這些塊類的對象在進行坐標轉換時轉的是插入點，如果插入點位置不合理，雖原始圖形位置顯示正確，但轉換以后的圖形位置將發生變化，有的圖形偏離較遠很容易發現，如圖2所示。有的偏移較小不容易發現，以圖3所示塊參照為例，選取兩組試驗數據由北京54坐標系轉換為武漢2000坐標系：第一組，兩個塊參照顯示重合且插入點相同(塊參照左下角)；第二組，兩個塊參照顯示重合但插入點不同，其中一個塊參照的插入點不準確。轉換前后圖形如圖3所示，第一組轉換后，兩個塊參照依舊重合，第二組轉換后兩個塊參照位置發生錯位，主要是其中一個塊參照的插入點不合理導致的，由于偏移量并不大，在沒有參照地形地物的情況下很難發現。對于大面積圖斑，如圖4所示，1×106m2范圍的圖形，插入點位置在圖框左下角，轉換后離插入點越遠位置偏移越大，圖斑打散前后轉換結果中兩棟建筑物之間x方向偏移超過 2 m。因而對于上述塊參照需要先進行打散，再進行坐標轉換，以保證轉換后圖形位置的正確性。

圖2 塊參照轉換后發生較大偏移示意圖

圖3塊參照轉換后發生較小偏移示意圖

圖4大范圍圖斑直接轉換后建筑物偏移示意圖

3.2 第三方軟件或插件編輯圖件轉換后要素樣式發生變化

轉換軟件的開發都是基于一定的平臺和數據格式，對于未知格式則可能出現不兼容的情況。例如，基于AutoCAD數據格式開發的轉換軟件，轉換其他軟件繪制的dwg數據，如中望CAD、自主開發的繪圖插件等，可能會發生填充樣式發生變化等問題，如圖5所示。對于此類問題，一方面，軟件開發者可以對軟件進行升級、增強軟件本身的兼容性，然而任何軟件都不可能窮盡所有情況，特別是面對諸多自主開發的繪圖插件；另一方面，轉換前后需進行適當的圖形編輯，以保證轉換后圖面顯示符合要求。

圖5 坐標轉換前后填充樣式發生變化

3.3 制圖不規范導致的坐標轉換問題

由于制圖不規范等原因，原始圖形可能存在繪圖輔助點線、不合邏輯的數據、坐標異常的數據，從而導致坐標轉換以后要素缺失、位置錯誤、轉換失敗、效率降低等問題。坐標轉換的過程可以概括為“讀—算—寫”的過程，任何一個過程出現問題，都可能導致轉換錯誤或失敗。如圖6所示，原始圖形存在大量長度為0的線，這部分要素在轉換過程中沒有被全部寫出，751條長度為0的線只寫出22條，從而導致轉換前后要素數量不一致，雖然不影響圖形使用，但增加了甄別是否有用要素有所缺失的工作，也容易給圖形使用者帶來困惑。如圖7所示，坐標異常圖形(超出轉換區域)的存在導致整個圖形轉換失敗或降低轉換效率，超區域轉換時即使能夠轉換成功，轉換結果也不準確。此類問題解決辦法是坐標轉換前進行圖面清理和圖形規范化，越規范的圖件同等條件下轉換效率越高、轉換以后圖件也越規范。

圖6 不合邏輯的線示例

圖7坐標異常的數據示例

4 結 論

鑒于制圖軟件、插件諸多，圖件涉及領域廣泛，制圖習慣不一等原因，源數據規范性問題成為坐標轉換實際工作中面臨最多的問題之一。不規范數據分類和案例分析表明，源數據的局限性、多樣性和復雜性從一定程度上影響了轉換質量和效率，坐標轉換前后進行適當的數據編輯是必要的，建議坐標轉換前進行數據清理和規范化，以保證轉換的質量和效率。除文中所述典型問題外，其他數據規范化細則有待于進一步研究。