ArcGIS在工程項(xiàng)目占地計(jì)算中的應(yīng)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(xué) 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(mén)數(shù)據(jù)管理和制圖的重要工具。其作為主流的平臺(tái)軟件，廣泛應(yīng)用到我國(guó)地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)和建庫(kù)中，形成了大量的矢量數(shù)據(jù)。利用ArcGIS軟件可以準(zhǔn)確計(jì)算斑塊面積，為建設(shè)單位提供最直觀的占用地塊拐點(diǎn)坐標(biāo)等，因此，使用ArcGIS作為項(xiàng)目占地分析的基礎(chǔ)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(biāo)系轉(zhuǎn)換、提取數(shù)據(jù)庫(kù)屬性、計(jì)算面積及提取項(xiàng)目占地坐標(biāo)拐點(diǎn)等問(wèn)題研究較少，本文針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)討論，以便于在工程占地項(xiàng)目中建設(shè)單位可以更快更準(zhǔn)確地落實(shí)地塊位置，也為今后ArcGIS在基層工作中的應(yīng)用提高效率。

1 ArcGlS坐標(biāo)系

ArcGIS軟件中預(yù)設(shè)了兩套坐標(biāo)系統(tǒng)：地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。其中，地理坐標(biāo)系為球面坐標(biāo)，是通過(guò)經(jīng)緯度對(duì)地球表面點(diǎn)位引用的坐標(biāo)系，在實(shí)際測(cè)量中通常使用大地經(jīng)緯度，即大地坐標(biāo)（BL)；投影坐標(biāo)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(biāo)系按照一定的方式進(jìn)行投影得到的，再我國(guó)，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(guó)共劃分為11個(gè)6°帶（13號(hào)帶-23號(hào)帶）；1:10000及以上比例尺的地圖采用經(jīng)差3°分帶，全國(guó)共劃分為22個(gè)3°帶（24號(hào)帶-45號(hào)帶）[1]。在此應(yīng)當(dāng)注意幾個(gè)工程中容易混淆的問(wèn)題：①在計(jì)算面積過(guò)程中使用的均為投影坐標(biāo)系，地理坐標(biāo)系是無(wú)法計(jì)算面積的；②常說(shuō)的經(jīng)緯度坐標(biāo)是地理坐標(biāo)系下的產(chǎn)物，是沒(méi)有3°分帶與6°分帶之說(shuō)的。

2 ArcGlS在工程中的應(yīng)用

2.1 CAD工程占地圖轉(zhuǎn)換為ArcGIS占地矢量數(shù)據(jù)

項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，建設(shè)單位接觸較多的為CAD圖紙，該類(lèi)圖紙無(wú)法直接用于ArcGIS中，需要將其轉(zhuǎn)換為ArcGIS中的文件類(lèi)型方可進(jìn)行下一步分析。首先，根據(jù)CAD圖中坐標(biāo)確定該圖使用的坐標(biāo)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(biāo)系”，選擇與CAD文件中對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)系。隨后，將cad文件中“polyline”文件加載至ArcGIS中，打開(kāi)ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素轉(zhuǎn)面”，輸入要素為之前加載的cad文件，輸出要素類(lèi)為生成的面數(shù)據(jù)，選擇好想要存儲(chǔ)的路徑，確定。若cad圖繪制過(guò)程中有誤差導(dǎo)致圖形未能閉合，上述操作將導(dǎo)致無(wú)法生成對(duì)應(yīng)的shp面，此時(shí)，可在容差選項(xiàng)處，容差按實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，如0.1m。

此時(shí)生成的面數(shù)據(jù)沒(méi)有定義坐標(biāo)系，是無(wú)法進(jìn)行正常相交、剪裁等操作的。打開(kāi)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(biāo)系，此后該數(shù)據(jù)便可進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

圖1 CAD圖轉(zhuǎn)換為ArcGlS矢量數(shù)據(jù)

2.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

2.2.1 不同橢球體下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（以西安80坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為例）。

今年來(lái)，我國(guó)使用較多的主要有北京54坐標(biāo)系、西安80坐標(biāo)系和CGCS2000（大地2000）坐標(biāo)系三種，2008年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)開(kāi)始啟用CGCS2000，并要求從2018年開(kāi)始全面使用，并停止提供其他坐標(biāo)系的測(cè)繪成果[2]。

工程中常遇到的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為西安80坐標(biāo)系和CGCS2000兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，CGCS2000坐標(biāo)系是地心坐標(biāo)系，使用該坐標(biāo)系對(duì)坐標(biāo)系維護(hù)和快速更新有促進(jìn)作用[3]。

兩坐標(biāo)系直接轉(zhuǎn)換需要用到七參數(shù)，分別為坐標(biāo)原點(diǎn)的3個(gè)平移參數(shù)、坐標(biāo)系之間的尺度參數(shù)以及三個(gè)坐標(biāo)軸之間的旋轉(zhuǎn)參數(shù)。

2.2.1.1 七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式。

其中：X、Y、Z—空間直角坐標(biāo)

a1—縮放因子

a2、a3、a4—分別為X、Y、Z的旋轉(zhuǎn)量

2.2.1.2 大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)為空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(zhǎng)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(biāo)轉(zhuǎn)為大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式：

通過(guò)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(gè)公共點(diǎn)，可以計(jì)算得出不同坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)參數(shù)單位是秒、尺度參數(shù)的單位是百萬(wàn)。在ArcGIS中，通過(guò)“管理工具”－“投影和變換”－“創(chuàng)建自定義地理（坐標(biāo)）變換”工具，定義西安80坐標(biāo)系與CGCS2000坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，由于投影轉(zhuǎn)換時(shí)為得到更好的精度，常選用“COORDINATE_FRAME”的算法，如圖2所示。在我國(guó)，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(méi)需要以單位及批準(zhǔn)項(xiàng)目名義簽署保密協(xié)議后，到當(dāng)?shù)氐臏y(cè)繪部門(mén)或者國(guó)土部門(mén)進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)，需要嚴(yán)格保密，無(wú)法隨便流通，故此處為轉(zhuǎn)換原理解析。目前工程中遇到上述問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)會(huì)提供轉(zhuǎn)換后矢量數(shù)據(jù)，并不會(huì)直接提供七參數(shù)。

圖2 西安80坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

2.2.2 同一橢球體下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。工程中常遇到的同一橢球體下坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，主要為坐標(biāo)換帶、坐標(biāo)加減帶號(hào)等計(jì)算，此類(lèi)轉(zhuǎn)換是嚴(yán)密的，屬于無(wú)精度損失轉(zhuǎn)換，不需要定義地理變換參數(shù)。在源坐標(biāo)為平面直角坐標(biāo)的情況下，設(shè)置目標(biāo)坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)帶號(hào)的平面直角坐標(biāo)，即可實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)換帶、坐標(biāo)加減帶號(hào)等功能[1]。打開(kāi)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(biāo)數(shù)據(jù)[4]。

2.3 計(jì)算圖斑面積并提取圖斑拐點(diǎn)坐標(biāo)

經(jīng)過(guò)上述坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，便可進(jìn)行相關(guān)處理，計(jì)算圖斑面積及提取對(duì)應(yīng)圖斑拐點(diǎn)坐標(biāo)，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(jì)算圖斑面積。打開(kāi)需要進(jìn)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(lèi)型，更改下面的精度和小數(shù)位數(shù)，便可進(jìn)行圖斑面積計(jì)算等操作。在此需要注意“雙精度”數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)有效數(shù)字16位的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

2.3.2 提取拐點(diǎn)坐標(biāo)。打開(kāi)ArcToolbox，找到“管理工具”－“要素”－“要素折點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)”，輸入要素為源數(shù)據(jù)，輸出要素類(lèi)為目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，選擇合適的存儲(chǔ)路徑，確定，此時(shí)便將面數(shù)據(jù)中所有折點(diǎn)生成了點(diǎn)數(shù)據(jù)。

打開(kāi)ArcToolbox，找到數(shù)據(jù)“管理工具”－“要素”添加X(jué)Y坐標(biāo)，點(diǎn)開(kāi)上述生成的點(diǎn)數(shù)據(jù)文件屬性表就會(huì)出現(xiàn)X坐標(biāo)列和Y坐標(biāo)列，另外，若要計(jì)算坐標(biāo)點(diǎn)經(jīng)緯度格式的坐標(biāo)，可添加“文本”類(lèi)型數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算幾何可得對(duì)應(yīng)經(jīng)緯度坐標(biāo)，（如圖4所示[5]）。

圖4 某工程永久占用土地坐標(biāo)

3 結(jié)束語(yǔ)

ArcGIS軟件具有強(qiáng)大計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析及圖表輸出功能，可以做到精確、快速地對(duì)矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等進(jìn)行管理，此外，ArcGIS與多種軟件均有接口，是一項(xiàng)先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)。利用ArcGIS軟件對(duì)工程建設(shè)占地進(jìn)行管理，可以快速準(zhǔn)確的獲得工程占地位置、占地面積及占地拐點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算，且可以便捷的與地圖影像軟件進(jìn)行聯(lián)合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。除此之外，利用ArcGIS軟件還可以繪制相關(guān)圖件，利用軟件內(nèi)的符號(hào)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(jià)值。