基于FME地形图坐标转换的研究

蔡　乐（湖南省第二测绘院，湖南　长沙　410119）



基于FME地形图坐标转换的研究

蔡乐（湖南省第二测绘院，湖南长沙410119）

测绘内业工作中经常涉及到地形图的坐标转换，目前的测绘成图软件虽然都具有坐标转换功能，但同时也存在着支持的数据格式单一、转换效率不高、处理的数据量有限等等不足，笔者通过多年的工作实践，提出利用FME数据转换平台对地形图数据进行坐标转换的技术方法。利用该技术，可在多种数据格式间轻松高效的实现海量数据的坐标转换。

FME；AutoCAD；坐标转换；四参数

1　前言

随着城乡建设速度的加快和城市规模的不断扩大，许多城市、乡镇的基础测绘得到加强，为城乡规划、建设服务的各类比例尺地形图得到及时扩充和更新。但部分城市、乡镇在不同时期、不同部门测绘和使用的地形图坐标系统并不统一，有1954年北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家大地坐标系和众多的地方独立坐标系等，导致各个地区甚至同一地区的不同部门之间的存在着不同的坐标系成果，所以在日常工作中常常涉及到数字地形图坐标系统的转换。

目前国内的测绘成图软件种类众多，数据格式也比较多，其中以AutoCAD的DWG格式应用最为广泛，虽然市场上大多数的测绘成图软件都具有坐标转换的功能，但同时也存在多种不足，如支持的数据格式单一、转换效率不高、有的需要做二次开发等，特别是对大数据量的处理，通常都无能为力。笔者通过多年的工作实践，提出利用FME数据转换平台对CAD数据进行坐标转换的技术方法。

2　FME软件介绍

FME（Feature Manipulate Engine）是由加拿大Safe Software公司推出的一套完整的访问空间数据的解决方案，可用于读写、存储和转换各种空间数据。通过FME提供的多元数据访问技术、多种接口和运行模式，可以建立多种访问类型的空间数据应用系统，从而大大提高对数据的使用效率，减少人工进行繁杂的数据转换处理的工作量。

传统转换有时可比作一个连接两个数据源的狭小通道，目的是提供一个简单直接访问外部数据的方法，此方法的基础是对细管两端有限的数据结构进行支持。传统的转换软件通常仅单向作业，在某些情况下，他们仅处理特定的数据集。传统转换的特点有：从A到B的基本几何要素映射；简单的点、线概念的支持；传统属性（非图形）数据单独处理；未定义元数据；输入数据与输出模型要求一致；此外，由于不同系统的模型可能会有较大的差异，因此会导致一定程度的信息丢失。

而语义转换则在多个方面与传统转换不同。从整体效果上来看，可大大减少提供者和用户所需的工作量，并可减少相关数据的管理费用。与传统转换软件相比，FME可提供相当高级的功能。实际上，如此之宽阔的管路转换软件表明了截然不同的软件类型。语义转换的特点有：定义A目标和B目标之间的映射；使用要素处理语言；允许重新定义数据模型，如几何关系1至几何关系2、几何关系至面向对象型、面向对象型1至面向对象型2；提供函数来实现查找、统计和计算功能；提供过程用于将原始数据处理成所需类型的数据。传统转换与语义转换的对比如图1所示。

3　FME实现数据坐标转换技术路线

在本文中，笔者以AutoCAD数据为例，介绍FME软件在数字地形图坐标转换方面的应用。

图1　传统转换与语义转换对比

某测区原有1：500地形图约11km2，测区范围大致呈矩形分布，东西向略长，跨度约为4.5km，为1954年北京坐标系成果，数据格式为DWG数据，文件大小145MB。因工作要求，需要将该地形图转换为1980西安坐标系成果使用。主要技术流程如图2所示。

图2　主要技术流程图

3.1坐标转换函数模型

在实际工作中通常采用的坐标转换方法有七参数和四参数两种，七参数模型通常用于椭球面3°及以上的省级及全国范围的坐标转换，但需要3个以上公共点在两个椭球下的大地坐标方可实现转换，四参数模型通常用于局部区域的坐标转换，仅需2个以上公共点的平面坐标即可实现转换。在本次转换中，因测区最长跨度约为4.5km，在这个距离下，我们几乎可以忽略因采用不同椭球参数对转换精度的影响，故笔者采用四参数模型来完成本次转换。参数模型见图3和式（1）。

图3　四参数模型

式中：x1、y1、x2、y2分别为原坐标系和新坐标系下的平面直角坐标，转换需要用到四个参数：△x、△y分别为x、y方向的平移参数，α为旋转参数，k为尺度参数；

FME软件中并没有四参数模型的转换器，而是提供了一个仿射变换转换（AFFINER）模型，模型如式（2）：

式中：x1、y1、x2、y2分别为原坐标系和新坐标系下的平面直角坐标，转换需要用到六个参数：A、B、C、D、E、F。

对两种转换模型进行对比分析后，可知，测量中所用的四参数模型其实为仿射变换模型的一个特例，即令D=-B，E=A时，仿射变换的六个参数简化为四个，同时因仿射变换模型基于数学坐标系建立，而四参数模型基于测量坐标系建立，其x、y方向正好相反，故仿射变换的六个参数与四参数模型之间存在如式（3）的函数关系：

3.2准备工作

测区已有1954年北京坐标系控制点成果一套，经实地踏勘，选取保存完好、分布均匀的6个GPS-D级控制点（D01、D02、D03、D05、D06、D08）作为公共点，与国家控制点联测后，解算出1980西安坐标系成果，利用最小二乘法计算出四参数，并通过式（3）转换为仿射变换六参数。

3.3实施转换

在FME Workbench工作空间中，添加读模块，读入DWG格式数据，然后添加Affiner转换器，并输入相应参数，最后添加写模块，串成一个工作流，如图4所示。该工作空间可保存为工作模板（*.fmw）供下次使用。

图4　FM E工作模板

工作空间设好后，点击运行，静等两分钟，即可得到转换后的地形图。运行时，通过观察windows任务管理器，发现在转换实施时，FME对内存的调用达到了6GB，这也正是FME在大数据处理方面的优势所在。

4　精度评估

转换完成后，将转换后的控制点坐标与已知坐标进行比较，转换误差均在2cm以内，可以满足用图需要（见表1）。

表1　

5　结论

FME是一款功能强大的数据处理和转换软件，本文仅以DWG数据的为例，介绍了AFFINER转换器在坐标转换中的应用，实际上，FME支持多达300种以上的GIS数据格式，包含500多个转换器，如果把FME软件熟练运用到各个数据处理和转换当中，将会很大提高工作效率和质量，节省资源，特别是对海量数据的处理，更能体现FME软件的优势。

［1］吴铭杰.CAD数据坐标转换方法的研究［J］.江西测绘，2009（1）：34～37.

［2］范冲，王东亮.基于FME的CAD数据坐标转换工具开发及实现［J］.测绘与空间地理信息，2014（4）：10～13.

［3］北京世纪安图数码科技发展有限责任公司.FME技术白皮书［G］.北京：北京世纪安图数码科技发展有限责任公司，2003.

［4］国家测绘地理信息局.《大地测量控制点坐标转换技术规程》［S］.2013.

蔡 乐（1983-），男，工程师，本科，主要从事基础测绘和GIS工作。

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A

2095-2066（2016）19-0088-02

2016-6-16