ArcGIS在工程項目占地計算中的應用

李小鵬 王玨玉

1. 黑龍江省富天力生物科技有限公司 黑龍江 哈爾濱 150000；

2. 東北林業(yè)大學 黑龍江 哈爾濱 150000

引言

隨著ArcGIS軟件的推廣使用，其已逐漸成為規(guī)劃、林業(yè)等部門數(shù)據(jù)管理和制圖的重要工具。其作為主流的平臺軟件，廣泛應用到我國地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)和建庫中，形成了大量的矢量數(shù)據(jù)。利用ArcGIS軟件可以準確計算斑塊面積，為建設單位提供最直觀的占用地塊拐點坐標等，因此，使用ArcGIS作為項目占地分析的基礎軟件是最佳的選擇。目前，ArcGIS軟件在工程占地中常遇到的矢量數(shù)據(jù)坐標系轉換、提取數(shù)據(jù)庫屬性、計算面積及提取項目占地坐標拐點等問題研究較少，本文針對上述問題展開討論，以便于在工程占地項目中建設單位可以更快更準確地落實地塊位置，也為今后ArcGIS在基層工作中的應用提高效率。

1 ArcGlS坐標系

ArcGIS軟件中預設了兩套坐標系統(tǒng)：地理坐標系和投影坐標系。其中，地理坐標系為球面坐標，是通過經(jīng)緯度對地球表面點位引用的坐標系，在實際測量中通常使用大地經(jīng)緯度，即大地坐標（BL)；投影坐標系是從地球的近似橢球體投影得到的，用X、Y值表示，單位通常是米，是將地理坐標系按照一定的方式進行投影得到的，再我國，目前工程中高斯-克呂格投影使用較多，為了控制精度，1∶250000-1∶500000比例尺地圖采用經(jīng)差6°分帶，全國共劃分為11個6°帶（13號帶-23號帶）；1:10000及以上比例尺的地圖采用經(jīng)差3°分帶，全國共劃分為22個3°帶（24號帶-45號帶）[1]。在此應當注意幾個工程中容易混淆的問題：①在計算面積過程中使用的均為投影坐標系，地理坐標系是無法計算面積的；②常說的經(jīng)緯度坐標是地理坐標系下的產(chǎn)物，是沒有3°分帶與6°分帶之說的。

2 ArcGlS在工程中的應用

2.1 CAD工程占地圖轉換為ArcGIS占地矢量數(shù)據(jù)

項目建設過程中，建設單位接觸較多的為CAD圖紙，該類圖紙無法直接用于ArcGIS中，需要將其轉換為ArcGIS中的文件類型方可進行下一步分析。首先，根據(jù)CAD圖中坐標確定該圖使用的坐標系的分帶方式及中央經(jīng)線，找到“內(nèi)容列表”－“圖層”－右鍵“坐標系”，選擇與CAD文件中對應的坐標系。隨后，將cad文件中“polyline”文件加載至ArcGIS中，打開ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素轉面”，輸入要素為之前加載的cad文件，輸出要素類為生成的面數(shù)據(jù)，選擇好想要存儲的路徑，確定。若cad圖繪制過程中有誤差導致圖形未能閉合，上述操作將導致無法生成對應的shp面，此時，可在容差選項處，容差按實際需要進行設置，如0.1m。

此時生成的面數(shù)據(jù)沒有定義坐標系，是無法進行正常相交、剪裁等操作的。打開ArcToolbox，找到“管理工具”－“投影和變換”－“定義投影”，將上述生成的面數(shù)據(jù)定義上需要的坐標系，此后該數(shù)據(jù)便可進行進一步的處理。

圖1 CAD圖轉換為ArcGlS矢量數(shù)據(jù)

2.2 坐標系轉換

2.2.1 不同橢球體下坐標轉換（以西安80坐標與CGCS2000坐標轉換為例）。

今年來，我國使用較多的主要有北京54坐標系、西安80坐標系和CGCS2000（大地2000）坐標系三種，2008年國務院批準開始啟用CGCS2000，并要求從2018年開始全面使用，并停止提供其他坐標系的測繪成果[2]。

工程中常遇到的坐標系統(tǒng)轉換為西安80坐標系和CGCS2000兩坐標系之間的轉換，CGCS2000坐標系是地心坐標系，使用該坐標系對坐標系維護和快速更新有促進作用[3]。

兩坐標系直接轉換需要用到七參數(shù)，分別為坐標原點的3個平移參數(shù)、坐標系之間的尺度參數(shù)以及三個坐標軸之間的旋轉參數(shù)。

2.2.1.1 七參數(shù)坐標轉換公式。

其中：X、Y、Z—空間直角坐標

a1—縮放因子

a2、a3、a4—分別為X、Y、Z的旋轉量

2.2.1.2 大地坐標轉為空間直角坐標轉換公式：

其中：N—橢球面卯酉圈的曲率半徑

e—橢球的第一偏心率

B、L、H—大地緯度、經(jīng)度、高

a、b—橢球的長短半徑

f—橢球扁率

W—第一輔助系數(shù)

2.2.1.3 空間直角坐標轉為大地坐標轉換公式：

通過借助其他工具，如COORD軟件及編程工具按上述原理，選取至少3個公共點，可以計算得出不同坐標系坐標轉換的七參數(shù)，另外注意，在七參數(shù)中：平移參數(shù)單位是米，旋轉參數(shù)單位是秒、尺度參數(shù)的單位是百萬。在ArcGIS中，通過“管理工具”－“投影和變換”－“創(chuàng)建自定義地理（坐標）變換”工具，定義西安80坐標系與CGCS2000坐標系之間的轉換關系，由于投影轉換時為得到更好的精度，常選用“COORDINATE_FRAME”的算法，如圖2所示。在我國，精確地七參數(shù)，不同地區(qū)均有不同，且將改數(shù)據(jù)定為涉密數(shù)據(jù)，如果有需要，沒需要以單位及批準項目名義簽署保密協(xié)議后，到當?shù)氐臏y繪部門或者國土部門進行購買，需要嚴格保密，無法隨便流通，故此處為轉換原理解析。目前工程中遇到上述問題，相關部門會提供轉換后矢量數(shù)據(jù)，并不會直接提供七參數(shù)。

圖2 西安80坐標與CGCS2000坐標轉換

2.2.2 同一橢球體下坐標轉換。工程中常遇到的同一橢球體下坐標轉換，主要為坐標換帶、坐標加減帶號等計算，此類轉換是嚴密的，屬于無精度損失轉換，不需要定義地理變換參數(shù)。在源坐標為平面直角坐標的情況下，設置目標坐標為對應帶號的平面直角坐標，即可實現(xiàn)坐標換帶、坐標加減帶號等功能[1]。打開ArcToolbox，找到“管理工具”－“投影和變換”－“要素”－“投影”，輸入數(shù)據(jù)為源數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)為目標數(shù)據(jù)[4]。

2.3 計算圖斑面積并提取圖斑拐點坐標

經(jīng)過上述坐標系轉換后的數(shù)據(jù)，便可進行相關處理，計算圖斑面積及提取對應圖斑拐點坐標，以便工程中使用。

圖3 某工程永久占用土地性質(zhì)及面積

2.3.1 計算圖斑面積。打開需要進行處理的數(shù)據(jù)屬性表，在屬性表中添加字段，選擇雙精度類型，更改下面的精度和小數(shù)位數(shù)，便可進行圖斑面積計算等操作。在此需要注意“雙精度”數(shù)據(jù)能實現(xiàn)有效數(shù)字16位的數(shù)據(jù)存儲。

2.3.2 提取拐點坐標。打開ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素折點轉點”，輸入要素為源數(shù)據(jù)，輸出要素類為目標坐標點數(shù)據(jù)，選擇合適的存儲路徑，確定，此時便將面數(shù)據(jù)中所有折點生成了點數(shù)據(jù)。

打開ArcToolbox，找到數(shù)據(jù)“管理工具”－“要素”添加XY坐標，點開上述生成的點數(shù)據(jù)文件屬性表就會出現(xiàn)X坐標列和Y坐標列，另外，若要計算坐標點經(jīng)緯度格式的坐標，可添加“文本”類型數(shù)據(jù)，通過計算幾何可得對應經(jīng)緯度坐標，（如圖4所示[5]）。

圖4 某工程永久占用土地坐標

3 結束語

ArcGIS軟件具有強大計算、統(tǒng)計分析及圖表輸出功能，可以做到精確、快速地對矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等進行管理，此外，ArcGIS與多種軟件均有接口，是一項先進的現(xiàn)代信息技術。利用ArcGIS軟件對工程建設占地進行管理，可以快速準確的獲得工程占地位置、占地面積及占地拐點坐標的計算，且可以便捷的與地圖影像軟件進行聯(lián)合，及時發(fā)現(xiàn)問題。除此之外，利用ArcGIS軟件還可以繪制相關圖件，利用軟件內(nèi)的符號系統(tǒng)等工具，可以做到成圖規(guī)范美觀、精度高、速度快。ArcGIS的使用具有良好的推廣價值。