基于Android手機的坐標轉換軟件開發及應用

吳限 賀祎侃 潘國榮

摘 要：?現有的測繪軟件多存在于PC端和工業所使用的PDA端，在手機端鮮有開發，已經不能滿足現代快節奏工作的需求。本次在空間直角坐標和大地坐標之間的轉換公式和七參數轉換模型的基礎上，使用JAVA語言并借助Android studio軟件編寫開發坐標轉換軟件，使測繪內外業工作便捷，實時，快速完成。

關鍵詞：?手機端; 坐標轉換; 七參數; JAVA語言

中圖分類號： TP 311? ? ? 文獻標志碼： A

Development and Implementation of Coordinate Conversion Software Based on the Android Mobile Phone

WU Xian， HE Yikan， PAN Guorong

（1. Tongji University Architectural Design （Group） Co. Ltd.， Shanghai 200092， China;

2. College of Surveying and Geo-informatics， Tongji University， Shanghai 200092， China）

Abstract：

The existing software about surveying and mapping is unable to meet the needs of modern fast-paced work， because most of them are in the PC terminal and industrial PDA terminal and seldom are developed in the mobile phone terminal. Based on the conversion formula between rectangular space coordinate and geodetic coordinate and conversion model of seven parameter， we use JAVA language and eclipse software to complete coordinate conversion software in order to make inside and outside work about surveying and mapping convenient real-time and rapid completion.

Key words：

mobile phone terminal; coordinate conversion; seven parameters; JAVA language

0 引言

由于測量人員在測繪外業工作期間需要攜帶大量測量儀器，一般不攜帶體積較大并且昂貴的PC電腦和PDA手持儀器，其中坐標數據若直接由測繪人員人工計算，其工作量極大，并且很容易出現錯誤。在這種情況下，此次選擇在人們都會隨身攜帶的智能手機開發坐標轉換軟件以解決上述問題，實現空間直角坐標和大地坐標的轉換以及七參數轉換功能[1]，以便在測量外業作業時便捷，實時，快速地協助測繪內外業工作。

1 手機Android端軟件開發優勢

1） Android具有成熟的編程語言

Android開發是基于JAVA編程語言進行的，JAVA語言作為老牌的編程語言[2]，目前已經成為市場上最成熟、應用最廣泛的編程語言之一。在很多成熟的系統中JAVA都是第一選擇，在每月的TIOBE編程語言排行榜中，JAVA語言常年穩居榜首位置，可見其的受歡迎程度。

2） Android平臺的開放性

Android平臺最成功的一點就是其的開放性，開放的平臺吸引了大量的開發者，開發者也不斷將最新的成功上傳至平臺，逐漸形成了Android平臺的龐大開源代碼庫。借助于開源的代碼庫[3]、免費的開發軟件以及不斷更新的第三方開源共享，測量人員能快速上手Android進行開發。

3） Android系統的易操作性[4-5]

如今人手基本都有一部安卓手機，安卓軟件所依賴的設備問題也就此解決。一般在測量人員外出作業中所攜帶PC電腦或PDA手持儀器都不如安卓手機便攜，易操作。如今安卓手機大多都是觸屏手機，在此設備下的軟件保留了傳統的操作方式，并且借助于手機隨身攜帶的特點，能保證測量人員在采集數據過程中進行實時的記錄，處理和保存操作，極大地提升了測量工作的效率，減少了測量人員作業的負擔。

2 數學模型

[6-11]

1） 大地坐標轉換至空間直角坐標如式（1）所示。

當已知三個或三個以上重合點時，即可對式（7）通過最小二乘方法解算七參數。

3 坐標轉換系統

本次軟件設計所適用的最低Android版本為Android4.0，目標版本為Android5.0，如今Android版本已經升級到Android7.0[13]，所以此次程序設計基本能適用于當今市面上絕大多數手機安卓版本。

本系統最終生成一份apk安裝文件，通過在手機端打開并安裝即可進行使用。本系統提供了空間直角坐標和大地坐標之間的轉換功能，以及具有七參數轉換以及求解功能，在系統中包含了最常用的四個坐標系統：1954北京坐標系，1980西安坐標系，WGS84坐標系[7]和2000國家大地坐標系[14]，可選擇所需要的坐標系進行計算，其中轉換的成果會自動保存在一個文檔之中，可在主界面進行查看，也可導入電腦進行進一步分析。

3.1 主界面

主頁面如圖1所示。可進入模式選擇所需的模式進行計算操作，也可查看歷史轉換記錄，退出功能如同手機home鍵，返回手機桌面。

3.2 大地-空間坐標轉換模塊

由于空間直角坐標轉換至大地坐標無法之間通過公式求得，所以需要對大地緯度B進行迭代，整個大地坐標和空間直角坐標轉換計算過程的流程見圖2所示。

可見其在秒級和毫米級的精度上和現有軟件相同，其他結果和PC軟件成果在長度和角度上分別相差小于1 mm和1″，在絕大部分的工程中滿足精度要求[15]，已經可以代替現有PC軟件進行工程應用。運用過程中可在設置中選擇所使

用的坐標系統，并且所選擇的坐標系統會顯示在頁面中央，以防選擇錯誤造成坐標轉換失敗。在每次計算成功后，所轉換的原始坐標和新坐標都會自動存儲到文檔之中，以供查閱。

3.3 七參數轉換模塊

由于實際應用中會涉及不同的空間坐標系統，為了方便工作，所使用的坐標系間需要進行相互轉換，而轉換前并不知道轉換參數，所以在轉換前需要通過3個或3個以上的公共點坐標進行七參數的求解。

七參數求解界面如圖5所示，在中間輸入公共點的個數后，在下側列表中點擊對應標簽，輸入點名和兩個坐標系的坐標，即可進行七參數的求解。

對于這個模塊進行模擬檢驗，假設七參數為X=[ΔX ΔY ΔZ m wx wy wz]T=[1 2 3 0.02 0.1 0.2 0.3]T，其中長度和角度的單位分別為m和″，通過本系統計算所得五組坐標，對照現有PC軟件，計算結果完全一致。手機計算結果如圖6所示。

可見手機7個參數計算結果在精度已經可以滿足日常工程需求。為實現其他點的坐標轉換，接著可點擊確定即可進入七參數坐標轉換頁面，如圖7所示。

此頁面也可以在主頁面的模式選擇中直接進入，區別在于通過主頁面進入時七參數默認全為0，需要手動輸入，用此方法進入七參數默認為計算所得7個參數。

4 總結

通過檢驗，本手機的坐標轉換與PC的結果一致。所制作的系統安裝軟件可以直接放入手機進行安裝，在野外作業時用于實踐。本系統簡單易用，只需要按設定步驟輸入數值即可得到結果。安卓系統下的系統不僅能滿足PC端軟件的精度，更能在隨身攜帶的手機上方便解決坐標轉換。

參考文獻

[1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎[M].（第二版）. 武漢：武漢大學出版，2014.

[2] 白文榮，王曉燕. Java核心技術[M]. 北京：清華大學出版社， 2018.

[3] 詹帥. Eclipse插件技術在加速器控制系統中的應用 [D]. 北京：中國科學院大學（中國科學院近代物理研究所）， 2018.

[4] 劉志平，余前勇，査劍鋒.空間直角坐標至兩類常用坐標的快速變換[J].測繪科學，2014，40（3）：8-11.

[5] 蔣赫敏，鐘若飛，謝東海.智能手機移動測量方法的設計與實現 [J].測繪通報， 2019 （6）：71-76.

[6] 史先琳，張博.楊武年.一種Android智能移動終端的水準測量系統實現[J]測繪科學，2014，39（8）：167-170.

[7] 彭楨.基于VB的2000國家大地坐標系坐標轉換程序的實現 [J].礦山測量， 2016 ，44（6）：75-79.

[8] 董陽武.基于ArcGIS的2000國家大地坐標系轉換研究 [J].江西建材， 2019 （9）：53-54.

[9] 楊娟. 大地元素實現坐標系統轉換的數學模型[J].測繪科學，2014，39（3）：41-44.

[10] 魏保峰，李國柱，倪曙，等. 2000國家大地坐標與城市平面坐標轉換方法的研究[J]. 測繪通報， 2016 （1）：57-61.

[11] 鄧勇，張正祿，黃江雄，等. 工程測量中的坐標轉換相關問題探討[J]. 測繪科學，2011，36（5）：28-30.

[12] 馬濤峰，盧小平，祿豐年.基于對偶四元數的三維空間坐標轉換直接解法[J]. 大地測量與地球動力學， 2017，37（12）：1276-1280.

[13] 陳秀萍，黃彥鋒.基于Android智能手機的測繪軟件開發應用探討[J].價值工程，2012（27）：198-199.

[14] 廖震宇. 原有測繪基準向CGCS2000統一的方法研究和實現[J].測繪地理信息，2016，41（4）：40-44.

[15] 張訓虎，劉晉虎，何川，等. 2000國家大地坐標系轉換常見問題分析[J].測繪通報，2016（9）：52-55.

（收稿日期： 2019.12.06）