李小鹏 王珏玉
1. 黑龙江省富天力生物科技有限公司 黑龙江 哈尔滨 150000;
2. 东北林业大学 黑龙江 哈尔滨 150000
随着ArcGIS软件的推广使用,其已逐渐成为规划、林业等部门数据管理和制图的重要工具。其作为主流的平台软件,广泛应用到我国地理信息数据生产和建库中,形成了大量的矢量数据。利用ArcGIS软件可以准确计算斑块面积,为建设单位提供最直观的占用地块拐点坐标等,因此,使用ArcGIS作为项目占地分析的基础软件是最佳的选择。目前,ArcGIS软件在工程占地中常遇到的矢量数据坐标系转换、提取数据库属性、计算面积及提取项目占地坐标拐点等问题研究较少,本文针对上述问题展开讨论,以便于在工程占地项目中建设单位可以更快更准确地落实地块位置,也为今后ArcGIS在基层工作中的应用提高效率。
ArcGIS软件中预设了两套坐标系统:地理坐标系和投影坐标系。其中,地理坐标系为球面坐标,是通过经纬度对地球表面点位引用的坐标系,在实际测量中通常使用大地经纬度,即大地坐标(BL);投影坐标系是从地球的近似椭球体投影得到的,用X、Y值表示,单位通常是米,是将地理坐标系按照一定的方式进行投影得到的,再我国,目前工程中高斯-克吕格投影使用较多,为了控制精度,1∶250000-1∶500000比例尺地图采用经差6°分带,全国共划分为11个6°带(13号带-23号带);1:10000及以上比例尺的地图采用经差3°分带,全国共划分为22个3°带(24号带-45号带)[1]。在此应当注意几个工程中容易混淆的问题:①在计算面积过程中使用的均为投影坐标系,地理坐标系是无法计算面积的;②常说的经纬度坐标是地理坐标系下的产物,是没有3°分带与6°分带之说的。
项目建设过程中,建设单位接触较多的为CAD图纸,该类图纸无法直接用于ArcGIS中,需要将其转换为ArcGIS中的文件类型方可进行下一步分析。首先,根据CAD图中坐标确定该图使用的坐标系的分带方式及中央经线,找到“内容列表”-“图层”-右键“坐标系”,选择与CAD文件中对应的坐标系。随后,将cad文件中“polyline”文件加载至ArcGIS中,打开ArcToolbox,找到“管理工具”-“要素”-“要素转面”,输入要素为之前加载的cad文件,输出要素类为生成的面数据,选择好想要存储的路径,确定。若cad图绘制过程中有误差导致图形未能闭合,上述操作将导致无法生成对应的shp面,此时,可在容差选项处,容差按实际需要进行设置,如0.1m。
此时生成的面数据没有定义坐标系,是无法进行正常相交、剪裁等操作的。打开ArcToolbox,找到“管理工具”-“投影和变换”-“定义投影”,将上述生成的面数据定义上需要的坐标系,此后该数据便可进行进一步的处理。
图1 CAD图转换为ArcGlS矢量数据
2.2.1 不同椭球体下坐标转换(以西安80坐标与CGCS2000坐标转换为例)。
今年来,我国使用较多的主要有北京54坐标系、西安80坐标系和CGCS2000(大地2000)坐标系三种,2008年国务院批准开始启用CGCS2000,并要求从2018年开始全面使用,并停止提供其他坐标系的测绘成果[2]。
工程中常遇到的坐标系统转换为西安80坐标系和CGCS2000两坐标系之间的转换,CGCS2000坐标系是地心坐标系,使用该坐标系对坐标系维护和快速更新有促进作用[3]。
两坐标系直接转换需要用到七参数,分别为坐标原点的3个平移参数、坐标系之间的尺度参数以及三个坐标轴之间的旋转参数。
2.2.1.1 七参数坐标转换公式。
其中:X、Y、Z—空间直角坐标
a1—缩放因子
a2、a3、a4—分别为X、Y、Z的旋转量
2.2.1.2 大地坐标转为空间直角坐标转换公式:
其中:N—椭球面卯酉圈的曲率半径
e—椭球的第一偏心率
B、L、H—大地纬度、经度、高
a、b—椭球的长短半径
f—椭球扁率
W—第一辅助系数
2.2.1.3 空间直角坐标转为大地坐标转换公式:
通过借助其他工具,如COORD软件及编程工具按上述原理,选取至少3个公共点,可以计算得出不同坐标系坐标转换的七参数,另外注意,在七参数中:平移参数单位是米,旋转参数单位是秒、尺度参数的单位是百万。在ArcGIS中,通过“管理工具”-“投影和变换”-“创建自定义地理(坐标)变换”工具,定义西安80坐标系与CGCS2000坐标系之间的转换关系,由于投影转换时为得到更好的精度,常选用“COORDINATE_FRAME”的算法,如图2所示。在我国,精确地七参数,不同地区均有不同,且将改数据定为涉密数据,如果有需要,没需要以单位及批准项目名义签署保密协议后,到当地的测绘部门或者国土部门进行购买,需要严格保密,无法随便流通,故此处为转换原理解析。目前工程中遇到上述问题,相关部门会提供转换后矢量数据,并不会直接提供七参数。
图2 西安80坐标与CGCS2000坐标转换
2.2.2 同一椭球体下坐标转换。工程中常遇到的同一椭球体下坐标转换,主要为坐标换带、坐标加减带号等计算,此类转换是严密的,属于无精度损失转换,不需要定义地理变换参数。在源坐标为平面直角坐标的情况下,设置目标坐标为对应带号的平面直角坐标,即可实现坐标换带、坐标加减带号等功能[1]。打开ArcToolbox,找到“管理工具”-“投影和变换”-“要素”-“投影”,输入数据为源数据,输出数据为目标数据[4]。
经过上述坐标系转换后的数据,便可进行相关处理,计算图斑面积及提取对应图斑拐点坐标,以便工程中使用。
图3 某工程永久占用土地性质及面积
2.3.1 计算图斑面积。打开需要进行处理的数据属性表,在属性表中添加字段,选择双精度类型,更改下面的精度和小数位数,便可进行图斑面积计算等操作。在此需要注意“双精度”数据能实现有效数字16位的数据存储。
2.3.2 提取拐点坐标。打开ArcToolbox,找到“管理工具”-“要素”-“要素折点转点”,输入要素为源数据,输出要素类为目标坐标点数据,选择合适的存储路径,确定,此时便将面数据中所有折点生成了点数据。
打开ArcToolbox,找到数据“管理工具”-“要素”添加XY坐标,点开上述生成的点数据文件属性表就会出现X坐标列和Y坐标列,另外,若要计算坐标点经纬度格式的坐标,可添加“文本”类型数据,通过计算几何可得对应经纬度坐标,(如图4所示[5])。
图4 某工程永久占用土地坐标
ArcGIS软件具有强大计算、统计分析及图表输出功能,可以做到精确、快速地对矢量数据、影像数据等进行管理,此外,ArcGIS与多种软件均有接口,是一项先进的现代信息技术。利用ArcGIS软件对工程建设占地进行管理,可以快速准确的获得工程占地位置、占地面积及占地拐点坐标的计算,且可以便捷的与地图影像软件进行联合,及时发现问题。除此之外,利用ArcGIS软件还可以绘制相关图件,利用软件内的符号系统等工具,可以做到成图规范美观、精度高、速度快。ArcGIS的使用具有良好的推广价值。