基于七参数的AutoCAD数据坐标系统转换方案研究

基于七参数的AutoCAD数据坐标系统转换方案研究曹健*卢云辉（大连市勘察测绘研究院有限公司，辽宁大连116021）摘要由于现阶段我国测绘成果的坐标系统不统一，有北京1954坐标系、西安1980坐标系、地方独立坐标系，同时2000国家大地坐标系也于2008年7月正式启用。所以在勘察测绘行业，我们不可避免地要进行测绘成果的坐标系转换。本文提出了进行AutoCAD数据坐标系统转换的新方案。该方案利用AutoCAD数据区域内的、在两个不同坐标系的公共点的坐标值，求得该区域的七参数，然后在VisualStutio环境中，加载AutoCAD提供的类库，利用七参数解求图形在新坐标系统中的坐标串，形成一个新的AutoCAD数据文件。本方案操作简便，转换效率高，精度好。关键词大地测量技术；AutoCAD；七参数；坐标转换TheresearchoftheTransformationSchemeofAutoCAD’sDataCoordinateSystembasedon7parametersCaoJian,LuYunhui（DalianAcademyofReconnaissanceandMappingCO.,LTD,Liaoning,Dalian,116021）Abstract：Duetothatatthepresentphaseourcountrysurveyingcoordinatesystemisnotuniform,whichincludesBeijing1954coordinatesystem,Xi'an1980coordinatesystemandlocalindependentcoordinatesystem,whilethe2000nationalgeodeticcoordinatesystemhasofficiallystartedusingin2008July.Sointhesurveyingandmappingindustry,it'sinevitableforwetodotheconversionofsurveyingcoordinatesystem.ThispaperputsforwardanewschemeofconvertingAutoCAD’sDataCoordinateSystem.ThisschemeutilizesthecoordinatevalueofcommonpointsfromtwodifferentcoordinatesystemsinAutoCAD’sdataareatoobtainthearea’s7parameters.Afterward,itloadsclasslibrariesaffordedbyAutoCADandgetgraphics’coordinatestringsinnewcoordinatesystembyusing7parameters,thenformsanewAutoCAD’sdatafile.Thisschemeoperationseasilyandhaveahighefficiencyandprecision.KeyWords：Geodesytechniques，AutoCAD,7parameters,CoordinatesystemTransformation1背景由于现阶段我国测绘成果的坐标系统不统一，有北京1954坐标系、西安1980坐标系、地方独立坐标系，同时2000国家大地坐标系也于2008年7月正式启用。所以在勘察测绘行业，我们不可避免地要进行测绘成果的坐标系转换。常用的转换方法主要有四参数转换和七参数转换两种。如果地面两点的距离小于10km，几乎可以忽略因为采用不同的椭球参数对于转换精度的影响；如果地面两点的距离超过15km，必须考虑两种不同坐标系所采用的椭球参数，避免因椭球参数的差异，导致点位换算后精度过低。换言之，七参数是一种空间直角坐标系的转换模型，而四参数是一种平面直角坐标系的转换模型。所以，采用七参数转换方法能够很好的保证转换的精度，而在面积较大区域，四参数转换是不能满足精度要求的。我们知道，很多软件都有利用七参数将一个或多个点进行转换的功能，在ESRI公司的ArcCatalog软件中，有利用七参数将GIS格式数据进行全库转换的功能，十分方便。但是对于整个AutoCAD数据文件，进行坐标系统转换，生成另一个坐标系统的AutoCAD文件的软件却十分罕见。基于此，笔者对于这一课题进行了尝试，并且获得了很好的效果。2坐标系转换思路首先选取要进行坐标转换区域的公共点，获得公共点在原坐标系统下和目标坐标系统下的三维坐标；根据控制点的坐标，通过间接平差的方法解求七参数；然后用公共点的坐标检验七参数的可靠性，如果不满足要求，则需重新计算七参数。七参数满足要求以后，转换程序打开每一个需要转换的AutoCAD数据文件，获取每一个数据文件中的每一个元素的图形坐标串以及其属性数据，然后新建一个AutoCAD数据文件，将每一个元素的坐标串经过七参数转换生成新的坐标串数据，附带属性数据生成新的元素，保存在新的AutoCAD数据文件中，完成坐标系统的转换。选取控制点开始结束解求7参数读取CAD数据遍历每一个图形利用七参数进行坐标转换属性数据全部带上遍历需要转换的CAD数据文件生成CAD数据文件，完成转换图形属性利用解求的7参数检验转换精度未通过通过图1坐标系转换流程图3解求七参数七参数，即两个空间直角坐标系之间转换的七个参数，包括3个轴的旋转角、3个坐标增量和1个尺度因子。要解求七参数，就要至少知道3个及以上公共点的空间直角坐标（X，Y，Z）。常用的七参数解求方法主要有三种：三点法、多点法和严密平差法。当对坐标转换的精度要求不高，或者只有三个点时，可以采用三点法。当对转换的精度要求较高，而且又能提供三个以上的公共点时，可以采用多点法。当对转换的精度要求非常高时，需要采用严密平差法。由参考文献[1]可知，三点法是一种近似的七参数求解方法，对于三个公共点，按某种转换模型可以列出9个方程，取其中七个方程就能求得七参数。而多点法则利用了更多的公共点，进行平差之后可以得到更好的解算结果。设两个空间直角坐标系中有n个公共点（n3），它们在两个坐标系中的坐标分别为（iX，iY，iZ）和（iX，iY，iZ），记iiiiiiiiiZZZYYYXXX,,，认为iX，iY，iZ是含有随机误差的观测值，并且视其为同等精度观测值，将七参数iX，iY，iZ，xr，yr，zr，s作为未知数，采用W模型，按最小二乘法求解即可得七参数。但采用此法求解时是将（iX，iY，iZ）当作等权观测值，没有考虑它们的相关性和精度差异，因而也是一种近似的求法。严密平差法考虑（iX，iY，iZ）和（iX，iY，iZ）会受到不同的误差影响，因此它们不是等精度的观测值，也就是要将它们当做不等精度的观测值来处理。在这种情况下，转换模型除了要将七参数作为未知数外，还应取公共点在某个空间直角坐标系统中的坐标作为未知参数，然后利用转换模型建立误差方程，按照相关平差方法求解，即可得到七参数。这种方法在理论上最严密，求解精度最高，但数学模型也最复杂。上述七参数求解数学模型的计算公式，可以参照参考文献[1]。在本项目中，笔者将一批地方独立坐标系的AutoCAD数据文件转换成为西安1980坐标系下的成果，选择了一定数目的公共点以后，求得七参数。为了验证该套七参数的正确性，笔者将部分公共点在地方独立坐标系中的坐标利用该套七参数，求得西安1980坐标系中的坐标，并与该公共点的已知的坐标进行比对。从下表可以看出，精度符合要求，能够作为该区域的转换七参数来使用。表1利用七参数解求坐标与已知坐标对照表已知X坐标已知Y坐标求得X坐标求得Y坐标X较差Y较差41401725.6314329950.03041401725.6004329950.051-0.0310.02141400877.6324315971.95041400877.6574315971.9370.025-0.01341372429.0504317815.73141372429.0644317815.7390.0140.00841360129.6734300645.09241360129.6214300645.066-0.052-0.02641350344.3664314866.45941350344.3474314866.475-0.0190.0164AutoCAD数据坐标系统转换4.1坐标系统转换的实现在VisualStudio开发环境中，加载AutoCAD提供的类库，利用C#进行二次开发，来完成AutoCAD数据的坐标系统转换。创建AcadApplication、AcadDocument对象，并初始化AcadModelSpace，利用其SelectionSet获得选择集，遍历每一个对象，获得其坐标串及其属性信息。首先利用七参数：3个轴的旋转角（xr，yr，zr）、3个坐标增量（X，Y，Z）和1个尺度因子（s），将在AutoCAD数据文件中获取的坐标串按照以下公式进行坐标转换，求得在新坐标系统下的坐标串。originalxyxzyznewZYXrrrrrrsZYXZYX111)1(图2坐标转换公式创建一个新的AutoCAD数据文件，根据该坐标串已及该对象在原AutoCAD数据中的线型、颜色、图层、字体文件、字高、倾斜角、块名、插入比例等属性信息，利用AcadModelSpace对象的AddCircle、Add3DPoly、AddArc、InsertBlock、AddEllipse、AddLine、AddPoint、AddPolyline、AddText、AddMText、AddMLine等方法在新建的AutoCAD数据文件中生成对应的图形，即完成数据的转化[2]，由于该方案的独特转换方式，属性数据无丢失，能够最大限度的保证数据的原样。4.2程序界面及操作将要转换的AutoCAD原始数据文件存放到一个文件夹中，并选择该文件夹；设置目标数据文件夹，即经坐标系转换后的AutoCAD数据文件存储的位置。在系统界面中输入七参数，点击确定，如图3所示，即可完成转换。由此可见，该程序操作非常简便，没有多余的人工干预，对用户的要求低，取得了很好的效果。图3系统操作界面5结论1、该方案利用公共点解求七参数，然后利用七参数进行坐标系统转换，直接将原坐标系统的AutoCAD文件转换成目标坐标系统的AutoCAD文件，中间过程没有数据格式转换，数据属性信息无丢失，操作方便，转换效率高。2、该方案经过了项目的测试，应用在第二次土地调查、土地利用规划等多个项目中，经多次使用验证，转换结果精确，操作非常简便，对于测量坐标系统的转换具有重要的实践意义。参考文献：[1]刘大杰，施一民等.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，1996.12.[2]曹健，李国忠等.Microstation到AutoCAD的数据转换解决方案研究.城市勘测[J]，2009年，第一期：46-48.作者简介：曹健，男，1982年生，山东临沂人，硕士，工程师，注册测绘师，主要从事城市地理信息系统方面的工作与研究。电话：[phone]，E-mail：[e-mail]。