运用ObjectARX技术进行2000国家大地坐标系转换的研究.pdf

运用O b j e c t A R X技术进行2 0 0 0国家大地坐标系转换的研究姚先锋1,陈 琦2(1.江苏省测绘地理信息职业技能鉴定指导中心,江苏 南京2 1 0 0 1 3;2.无锡市曦晨测绘有限公司,江苏 无锡2 1 4 0 2 1)摘 要 由于历史原因,大多数城市的测绘成果是基于1 9 5 4年北京坐标系、1 9 8 0西安坐标系和地方城市坐标系,其成果受技术条件制约,精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用也迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。根据 中华人民共和国测绘法 规定,中国建立全国统一的大地坐标系统,即2 0 0 0国家大地坐标系(C h i n aG e o d e t i cC o o r d i n a t eS y s t e m2 0 0 0),并在全国范围内广泛使用。进行坐标系之间的高效转换以满足城市规划建设的需求。鉴于此,实现了基于四参数及七参数模型的,支持各类坐标系间的相互转换。关键词 C G C S 2 0 0 0;O b j e c t A R X;坐标系转换0 引 言无锡市自然资源和规划局 关于转发的通知(锡国土资发2 0 1 71 7 5号)明确,从2 0 1 7年7月1日起,全市国土资源系统基础测绘全部采用2 0 0 0国家大地坐标系,2 0 1 8年6月底前,所有已有基础测绘成果全部转化为2 0 0 0国家大地坐标系1。这些成果基于原有的无锡城市坐标系,不可能重新测绘,并且当前工作基于原有数据成果进行展开,尤其有近1 00 0 0幅DWG格式基本比例尺地形图数据以及大量各类DWG格式的成果数据,迫切需要根据C G C S 2 0 0 0的建设要求,研发坐标系统转换软件,满足城市规划、城市发展的要求。1 转换模型2定义一个坐标系的3个基本要素是原点、指向、尺度。原点即坐标系的原点,指向即坐标轴的指向,尺度即长度单位。由于各个坐标系,或者说定义坐标系的组织所确定的这3个要素都有所区别,这就产生基准的变换。1.1 七参数转换模型2X2Y2Z2=(1+m)R1(x)R2(y)R3(z)X1Y1Z1+X Y Z(1)式中,X、Y、Z为平移参数,单位为m;X1、Y1、Z1为无锡城市坐标系的平面直角坐标,单位为m;X2、Y2、Z2为2 0 0 0国家大地坐标系的平面直角坐标,单位为m;1+m为比例因子;x、y、Z为对应轴旋转角度,单位为弧度。R1(x)=1000c o sxs i nx0-s i nxc o sx(2)R2(y)=c o sy0-s i ny010s i ny0c o sy(3)R3(z)=c o szs i nz0-s i nzc o sz0001(4)1.2 四参数转换模型X2Y2=(1+m)c o ss i n-s i nc o sX1Y1+X Y(5)式中,X、Y为平移参数,单位为m;X1、Y1为无锡城市坐标系的平面直角坐标,单位为m;X2、Y2为2 0 0 0国家大地坐标系的平面直角坐标,单位为m;1+m为比例因子;为对应轴旋转角度,单位为弧度。1.3 七参数转换模型和四参数转换模型的关系在七参数转换模型公式中,取Z1、Z2、Z、x、y的值为0,那么R1(x)、R2(y)为单位矩阵,可以推导出四参数转换模型公式。2 转换路线设计2.1 模型选择无锡城市坐标系是相对独立的平面坐标系统,其主要维持的是一套平面的坐标体系,而2 0 0 0国家17运用O b j e c t A R X技术进行2 0 0 0国家大地坐标系转换的研究大地坐标系是一套空间的坐标体系。我们可以对无锡城市坐标与投影到平面上的2 0 0 0国家大地坐标系下的平面直角坐标建立转换关系3。经过比较分析,利用四参数转换模型的可以得到较好的符合性。x y2 0 0 0为某点在C G C S 2 0 0 0下的平面直角坐标;x yw为该点在无锡城市坐标系下的平面直角坐标;x y 为无锡城市 坐标系转换 到2 0 0 0国家大地坐标系下的平面直角坐标的平移参数;m为无锡城市坐标系转换到2 0 0 0国家大地坐标系的尺度参数;为无锡城市坐标系转换到2 0 0 0国家大地坐标系的旋转参数。则由无锡城市坐标系转换到2 0 0 0国家大地坐标系的的转换关系模型为:xy2 0 0 0=x y+(1+m)c o ss i n-s i nc o sxyw(6)2.2 重合点选取本次采用无锡市市区D级G P S控制网8 3个控制点,提供控制点在2 0 0 0国家大地坐标系的平面直角坐标(X2 0 0 0,Y2 0 0 0)、无 锡 城 市 坐 标 系 下 的 坐 标(Xw,Yw)。在其中选取在无锡市区有代表性的均匀分布的控制点,建立无锡城市坐标与2 0 0 0国家坐标系间的转换模型,计算坐标转换参数。利用转换参数,代 入 转 换 模 型,得 到 点 位 在 转 换 模 型 下 的2 0 0 0国 家 坐 标(XT,YT),与 点 位 的 实 测 坐 标(X2 0 0 0,Y2 0 0 0)比较分析,评价转换模型的点位转换精度。2.3 模型参数计算用所确定的重合点坐标,根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数,即4个转换因子(x、y、m)。利用转换参数,代入转换模型,得到重合点位在转换模型下的2 0 0 0国家大地坐标(XT,YT),与点位的实测坐标(X2 0 0 0,Y2 0 0 0)计算重合点坐标残差,根据其残差值的大小来选取,若残差大于3倍中误差则剔除,重新计算坐标转换参数,直到满足精度要求为止4。2.4 坐标转换精度评定和评估方法用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标,应选择部分重合点作为外部检核点,不参与转换参数计算,用转换参数计算这些点的转换坐标与已知坐标进行外部检核。应选定至少6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进行检核。依据计算坐标转换模型参数的重合点的残差Mp评估坐标转换精度。对于n个点,坐标转换精度估计公式如下:v(残差)=重合点转换坐标-重合点已知坐标(7)X坐标残差中误差:Mx=v vxn-1(8)Y坐标残差中误差:My=v vyn-1(9)点位中误差:Mp=M2x+M2y(1 0)3 类库A c G e M a t r i x 3 dO b j e c t A R X是一个二次开发的开发软件包,一个动态链接库(D L L),它提供了以C+为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口,共享A u t o-C A D的地址空间并直接调用A u t o C A D的函数,能真正快速的访问A u t o C A D图形数据库5。在此次 项 目 中,我 们 运 用 类A c G e M a t r i x 3 d,A c G e M a t r i x 3 d表示三维空间的仿射变换,包括平移。每个矩阵M的形式如下:M=a0 0a0 1a0 2t0a1 0a1 1a1 2t1a2 0a2 1a2 2t2(1 1)式中,矩阵A=a0 0a0 1a0 2a1 0a1 1a1 2a2 0a2 1a2 2称为M的线性部分,列T=t0t1t2称为M的平动部分。为了得到变换的A c G e P o i n t 3 d p n t,通过相应的变换,必须将矩阵M和点列P的乘积MP=(p n t.x,p n t.y,p n t.z,1.0)乘以T的次方。为了得到A c G e V e c t o r 3 d v e c,通过相应的变换,必须将矩阵M和向量列V的乘积MV=(v e c.x,v e c.y,v e c.z,0.0)乘以T的幂次方。每个矩阵M都与一个坐标系相关联。该坐标系以原点(t0,t1,t2)和向量(a0 0,a1 0,a2 0)、(a0 1,a1 1,a2 1)和(a0 2,a1 2,a2 2)为轴。矩阵M将标准坐标系映射到具有原点(0,0,0)和轴(1,0,0)、(0,1,0)和(0,0,1)的坐标系。4 功能实现(1)系 统 环 境:A u t o C A D 2 0 1 9、O b j e c t A R X2 0 1 9、V i s u a lS t u d i o2 0 1 7、W i n d o w s6 4位。(2)代码实现实现代码如图1所示。27江苏省测绘地理信息学会2 0 2 3年学术年会图1 功能实现代码5 结 语此功能基于成熟的O b j e c t A R X开发的四参数及七参数模型,实现了测绘成果由有一种坐标系成果到另外一种坐标系成果之间的高效转换。经过测试,单位小时内可以转换1 1 0 0标准图幅的地形数据,实现了各级、各行业、各部门间测绘成果共享与互动更新,更好地为城市发展、经济建设、社会进步提供测绘保障服务,满足城市规划建设的需求。参考文献1 成英燕,程鹏飞,秘金钟.等,基于现框架下的省市级C OR S站到C G C S 2 0 0 0的转换J 测绘通报,2 0 1 1(7):1-3.2 邱云峰,倪津,胡超滇,等.“新昆明坐标系”的球定位和坐标方位角研究J.测绘工程,2 0 0 9,1 8(1)6 5-6 7.3 邱云峰,倪津.不同投影归算面间的坐标换算J.测绘通报,2 0 0 1(9):1 2-1 3.4 施一民.现 代 大 地 控 制 测 量 M.北 京:测 绘 出 版社,2 0 0 8.5 钱业宏.采用布尔莎模型实现批量A u t o C A D数据坐标转换 J.测 绘 与 空 间 地 理 信 息,2 0 1 9,4 2(1 1):2 2 3-2 2 5.6 中华人民共和国建设部.城市测量规范:C J J/8-9 9S 北京:中国建筑出版社1 9 9 9.37运用O b j e c t A R X技术进行2 0 0 0国家大地坐标系转换的研究