基于AutoCAD平臺的圖件動態(tài)坐標標注系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

余章蓉，王友昆，董國橋

(1.昆明理工大學津橋學院，云南 昆明 650106； 2.武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079；3.昆明市測繪研究院，云南 昆明 650051)

1 引 言

AutoCAD的dwg格式的圖件在工程規(guī)劃、設計、建設中應用廣泛。坐標標注是工程設計圖、審批圖、竣工圖等工程圖件繪制中常用的功能，其目的是將重要位置的坐標醒目地顯示在圖紙上，便于識圖者使用[1]。AutoCAD自帶命令可以實現(xiàn)圖件平面坐標的快速標注，一些學者基于AutoCAD平臺也研究開發(fā)一些快速標注的插件[2～4]。對于測繪成果圖件的坐標標注，除了標注平面坐標外，有時還需要標注地理坐標，甚至需要標注該點的其他坐標系的坐標成果。基于地理坐標的標注，部分學者也做了相應的研究工作[5]，但對于標注其他坐標系成果的研究較少。傳統(tǒng)的方式是先利用坐標轉換工具將需要標注的位置坐標進行轉換，然后利用坐標標注工具將轉換的文本內容標注在圖件中[6]。這種方法不但工序煩瑣，而且容易出錯。本文將坐標轉換的功能集成在坐標標注模塊之中，將坐標轉換和坐標標注有機結合，同時將轉換參數(shù)加密存儲于加密狗中達到保密的效果，系統(tǒng)在多個規(guī)劃建設項目中得到了應用，大大提高了坐標標注的效率。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 需求分析

圖件標注一般是將圖件關鍵位置的平面坐標標注在圖上，也有標注地理坐標的需求。針對一些特殊要求，需要在同一圖件中標注該位置的其他坐標系成果坐標。一般的CAD圖件均為平面坐標系，標注平面坐標時可直接獲取圖件位置的坐標值進行標注。當要標注地理坐標時，需要將獲取的圖件平面坐標通過高斯反算為經(jīng)緯度值后再標注。當需要標注其他坐標系成果坐標時，需要先將獲取的圖件坐標值進行坐標轉換，然后標注轉換后的坐標值。

2.2 系統(tǒng)設計

為了實現(xiàn)AutoCAD平臺下同一坐標系成果圖件的不同坐標系成果的坐標標注功能，標注系統(tǒng)采用Visual Studio 2012開發(fā)平臺和C#語言開發(fā)，利用AutoCAD ObjectARX .NET技術實現(xiàn)AutoCAD標注點獲取和視窗操作的交互，基于加密狗實現(xiàn)坐標轉換參數(shù)的存儲、調用及坐標轉換等功能，搭建開發(fā)多坐標系成果坐標動態(tài)標注系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)設置、坐標點選擇、坐標轉換、高斯反算、坐標標注等步驟，如圖1所示。

(1)系統(tǒng)設置，對成果的坐標標注類型和是否需要坐標轉換進行設置。

(2)坐標點選擇，通過AutoCAD的互操作選擇需要標注的源坐標點位置，其平面坐標記為(x，y)j。

(3)坐標轉換，如果標注的坐標需要坐標轉換則根據(jù)系統(tǒng)設置，自動判斷后調用對應的函數(shù)進行坐標轉換，轉換后的目標平面坐標記為(x，y)k。

(4)高斯反算，如果坐標標注類型為地理坐標，設置橢球參數(shù)，將(x，y)k高斯反算為(B，L)k。

(5)坐標標注，按照設置的標注樣式，將坐標值(x，y)k或(B，L)k標注圖元添加到圖形中。

2.3 功能實現(xiàn)

(1)系統(tǒng)設置

參數(shù)設置主要實現(xiàn)對成果圖件的標注類型和坐標轉換參數(shù)進行設置。標注類型是設置標注平面坐標或標注地理坐標。如果需要進行坐標轉換，需要對轉換區(qū)域、源坐標名稱和目標坐標名稱進行設置，以便后續(xù)調用相應的轉換參數(shù)進行坐標轉換。設置示意圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設置

(2)坐標轉換

坐標轉換主要以平面四參數(shù)模型實現(xiàn)源坐標轉換為目標坐標。平面四參數(shù)模型為相似變換模型[7]，模型包括2個坐標平移參數(shù)△x/△y，1個尺度參數(shù)m，1個角度旋轉參數(shù)α，轉換關系如式(1)。

(1)

式中(xj，yj)為轉換前源坐標，(xk，yk)為轉換后目標坐標，a=mcosα，b=msinα

坐標轉換計算方法簡單，將4個參數(shù)及源坐標帶入式(1)即可計算出目標坐標。為提高用戶體驗，用戶只需選擇轉換區(qū)域、源坐標名稱、目標坐標名稱，程序自動根據(jù)用戶選擇通過索引的方式調用轉換參數(shù)，實現(xiàn)坐標的自動轉換，坐標轉換流程如圖3所示。

為保證轉換參數(shù)不被泄密，轉換參數(shù)用戶是不可見的，轉換參數(shù)加密后存儲于加密狗[8～10]。通過加密狗唯一的硬件ID進行識別，確保標注程序同加密狗對應。同時，采用加密狗自帶的RSA非對稱算法[11～13]，利用公鑰和私鑰分別實現(xiàn)轉換參數(shù)的加密和解密。為降低坐標轉換的精度，可將坐標混淆及坐標轉換的代碼‘移植’到加密狗內，極大地提高保密性。

圖3 坐標轉換流程

當標注坐標為地理坐標時，需要先采用高斯反算將高斯投影平面直角坐標(x，y)轉換為大地坐標(B，L)后標注，一般采用迭代法計算[14]。

(3)標注樣式

通過圖元的標注樣式設置，用戶可以標注出符合不同出圖要求的標注圖元。平面坐標標注和地理坐標標注的標注樣式設置，均包括標注圖層、箭頭樣式、文字樣式、字體大小、小數(shù)位、坐標前綴等內容。標注圖層、箭頭樣式、文字樣式列表框，由程序讀取圖形全部圖層名稱、箭頭樣式、文字樣式至列表框，供用戶選擇設置。坐標前綴可以增加坐標的前綴符，如平面坐標可加入“X=”、“Y=”前綴符。

平面坐標標注的樣式設置如圖4所示，可以設置坐標的比例，如可以將米為單位的坐標放大1 000倍以毫米為單位標注。此外，還可以標注圖元的高程，并可互換X/Y的坐標位置。

圖4 平面坐標標注樣式設置

地理坐標標注的樣式設置，比平面坐標標注多了橢球參數(shù)設置和角度格式樣式的設置，橢球參數(shù)的中央經(jīng)線及橢球定義用于高斯反算，角度格式用于設置標注的經(jīng)度和緯度的，如圖5所示。

圖5 地理坐標標注樣式設置

(4)動態(tài)標注

AutoCAD ObjectARX .NET提供的JIG(Just in Time Graphic 即時繪圖)技術可以實現(xiàn)動態(tài)標注[15]，通過標注過程的交互操作，用戶在標注過程中可以預覽標注結果，大大提高了用戶的體驗效果。基于本文的需求，如圖6所示，其實現(xiàn)的交互過程如下：

①用戶點擊需要標注的P1點。

②程序獲取點坐標，根據(jù)系統(tǒng)設置將該坐標轉換后將標注的內容傳入JIG類。

③鼠標移動，程序獲取鼠標的臨時點P2坐標，JIG類根據(jù)P1和P2點的位置將箭頭、橫線、標注文字等圖元臨時繪制出來，繪制的結果隨用戶的鼠標位置動態(tài)移動。

④用戶鼠標在P3位置處點擊確認后，程序將標注圖元添加至圖形，結束命令。

圖6 動態(tài)標注示意圖

動態(tài)標注的核心是對ObjectARX .NET提供的EntityJig類和DrawJig類進行繼承重寫[16]，不同之處在于EntityJig只能操作單個圖元，DrawJig可以操作多個圖元。由于標注的圖元至少有4個，加上高程則有5個圖元，因此采用繼承DrawJig類來實現(xiàn)動態(tài)標注。繼承DrawJig類，重寫類的Sampler和WorldDraw函數(shù)即可。Sampler用于獲取用戶命令(鼠標)狀態(tài)，判斷鼠標是否點擊第二個點，如果沒有則調用WorldDraw用于繪制動態(tài)的圖元，如果點擊了第二個點則將圖元繪制添加到圖形中。

3 實例應用

以昆明市長水機場遮蔽角及障礙物測量項目為例，1∶500地形圖采用城市獨立坐標系測制，圖件需要標注城市獨立坐標系平面坐標、長水機場AB坐標系平面坐標、1954北京坐標系地理坐標。首先，第一次坐標標注前需要進行系統(tǒng)設置，也可在標注過程中重新設置。

長水機場AB坐標系平面坐標需要經(jīng)過坐標轉換后標注，因此標注類型勾選“標注XY”、坐標轉換勾選“是否轉換”，并設置源坐標和目標坐標，如圖7所示。城市獨立坐標系平面坐標可根據(jù)獲取的圖件坐標直接標注，因此不用勾選“是否轉換”。1954北京坐標系地理坐標需要坐標轉換和高斯反算后標注，標注類型勾選“標注BL”，目標坐標選擇1954北京坐標系。

圖7 機場AB平面坐標系標注設置

點擊確定后，如果需要坐標轉換，程序根據(jù)源坐標和目標坐標名稱自動索引存放于加密狗內對應的轉換參數(shù)，將獲取的坐標進行轉換。為查看不同標注樣式的標注效果，城市獨立坐標系采用空心箭頭、兩位小數(shù)進行標注，機場AB坐標系采用無箭頭、三位小數(shù)、前綴A/B標識、高程進行標注，1954北京坐標系采用實心箭頭、一位小數(shù)、前綴B/L、‘°′″’角度格式進行標注，結果如圖8所示。

圖8 坐標標注實例示意圖

4 結 語

本文將坐標轉換和動態(tài)標注有機結合，實現(xiàn)了不同坐標系成果坐標在同一圖件中標注的應用需求。基于加密狗的安全性和編輯性，實現(xiàn)了軟件的保護、轉換參數(shù)存儲和坐標轉換過程的保密。同時，基于即時繪圖(JIG)技術，實現(xiàn)了動態(tài)標注。系統(tǒng)操作簡便、功能齊全，減少了獨立坐標轉換的環(huán)節(jié)，極大地提高了坐標標注效率。