唯杰地图-VJMAP

# Cesium与CAD图叠加显示

Cesium是一个非常优秀的三维地球GIS引擎, 开源且免费, 能够加载各种符合标准的地图图层，瓦片图、矢量图等都支持。在实际中经常会遇到需要将CAD的图纸叠加到cesium上面，与地表地形叠加显示查看。那如何实现在Cesium中实现与CAD的DWG图叠加显示分析呢？

# 技术分析

业内一般的做法步骤为:

  • (1) 在AutoCAD中把DWG图导出为DXF明码格式文件
  • (2) 利用第三方工具如GDAL，把dxf转为shp等GIS数据格式
  • (3) 利用开源的gis服务，如geoserver或mapserver把shp文件发布成gis服务
  • (4) 在cesium中加载gis服务的瓦片图层

上面的方案的优点很明显，基本上利用开源的方案能把流程跑通。但在实际项目中缺点也很明显，主要是在步骤 (1)(2), 因为dwg是私有格式，通过dwg转出成dxf再转化成shp文件时，会丢失图中的很多数据，CAD数据类型较为丰富，支持点、块符号、线、面、多段线、椭圆、块、文字等多种数据类型，而转换到GIS中，只转换为点、线、面、注记等类型，这使得CAD图形数据不能很好的满足GIS的要求，如：CAD中的Text数据类型，直接转换后只转换为GIS中的Point。通过这种转换去绘制，会导致和原始CAD图形绘制不太一样， 同时CAD里面有线型、字体也会导致绘制上的差异性。

唯杰地图vjmap完全兼容AutoCAD格式的DWG文件，无需通过转换可直接发布成gis的WMS格式，可有效解决上面问题。实现步骤为:

  • (1) 上传DWG图形，利用唯杰地图发布为WMS图层
  • (2) 在cesium中加载wms瓦片图层

# 实现

先上效果图，（红色的线为cad图层)

cesiumcad.gif

# 具体步骤:

  • 确定CAD图的坐标系

    在打开的CAD图中，随便找了图中的一个点坐标，坐标为”614802.89177, 3257472.36997”

    那怎么确定这个坐标是哪个坐标系呢？ 如果已经知道坐标能不能倒推坐标系呢？

    可以通过 通过CAD图中的坐标确定坐标系 这个工具。也可以用如下方法，这里我们只讨论高斯克吕格投影。

    假设已经知道数据的投影是高斯克吕格，怎样判定是6°带还是3°带？怎样判定中央经线是多少呢？

    如果坐标范围是6位，我们可以判定坐标系不带带号的。如果Y值范围在333000m~667000m，可能是3°分带法；如果Y值范围在166 000m~834000m，一定是6°分带法。如果取值范围重合的部分有可能3°分带法也可能在6°分带法。

    如果坐标范围是8位，我们可以判定坐标系是以带号命名，并且根据带号可以知道是3°带还是6°带。我们国家的经度范围大致在73°33′E~105°05′E，所以如果是以带号命名，带号在13~23带之间的，说明是6°分带法；带号在25~45带之间的，说明是3°分带法。

    在这个图中，坐标为”614802“为6位，大概率能确定为省去了带系的3°分带坐标。并且根据图中图框中坐标系写的为2000坐标系，同时地点为重庆附近。而重庆的经度差不多是以106开头。我们去epsg官网查询得知，该坐标系应该是"EPSG:4544".

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  • 上传打开CAD图

    在唯杰地图云端图纸管理平台 (opens new window) 上传CAD图形。

  • 在cesium增加cad图层

    let imageryProvider= new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
			url: "http://t0.tianditu.gov.cn/img_w/wmts?tk=3346bb6ad29b5013c5952cf1117b80e9",
			layer: "img",
			style: "default",
			tileMatrixSetID: "w",
			format: "tiles",
			maximumLevel: 14,
		});

		let viewer = new Cesium.Viewer('cesiumContainer', {
			imageryProvider: imageryProvider,
			contextOptions: {
				webgl: {
					alpha: true
				}
			},
			selectionIndicator: false,
			animation: false, //是否显示动画控件
			baseLayerPicker: false, //是否显示图层选择控件
			geocoder: false, //是否显示地名查找控件
			timeline: false, //是否显示时间线控件
			sceneModePicker: false, //是否显示投影方式控件
			navigationHelpButton: false, //是否显示帮助信息控件
			infoBox: false, //是否显示点击要素之后显示的信息
			fullscreenButton: false,
			shouldAnimate: true //动画播放
		});

		var layers = viewer.scene.imageryLayers;

		layers.addImageryProvider(
			new Cesium.WebMapServiceImageryProvider({
			    // 通过vjmap的wms加载cad图
				url: `https://vjmap.com/server/api/v1/map/cmd/wms/
sys_cadcesium/v1?mapbounds=&format=image/png&service=WMS&version=1.1.1&request=GetMap&srs=EPSG:4326&transparent=true&width=256&height=256&layers=se92105f73&crs=EPSG:4544&fourParameter=&token=your token`,
			})
		);
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上面的代码好像简单明了，可实际中发现，在cesium中，cad可以和天地图影像叠加。但在放大的过程中，发现wms生成的瓦片有错开的问题。如下图所示:

image-20220801193313571

# 问题分析

在cesium中，是WGS84坐标系，而CAD图是4544坐标系。两个不同的椭球体之间转换，在WMS中瓦片生成是根据坐标转换生成的瓦片数据，而由于坐标转换是非线性的，导致生成的图片内容不能完全对上。所以有错开的问题。

那怎么解决呢？

最终的方案是：

  • 先通过四参数，把CAD与墨卡托3857的转换参数求出来

  • 再墨卡托3857转wgs4326

    通过这样的转换，数据转换是线性转换了，就不会有错开的问题了。

    具体代码如下:

    // --Cesium中加载CAD图(WMS图层)--
// 地图服务对象
let svc = new vjmap.Service(env.serviceUrl, env.accessToken)
// 打开地图
let mapId = "sys_cadcesium";
let res = await svc.openMap({
    mapid: mapId, // 地图ID
    mapopenway: vjmap.MapOpenWay.GeomRender, // 以几何数据渲染方式打开
    style: vjmap.openMapDarkStyle() // div为深色背景颜色时，这里也传深色背景样式
})
if (res.error) {
    // 如果打开出错
    message.error(res.error)
}
let layer = res.layer;//图层样式名

let mapBounds = vjmap.GeoBounds.fromString(res.bounds);
let boundsArray = mapBounds.toPointArray();

// 得到坐标转换后的墨卡托点
let mktPoints = await svc.cmdTransform("EPSG:4544", "EPSG:3857", boundsArray.map(a => vjmap.geoPoint(a)));
// cad上面的点坐标
let cadPoints = [...boundsArray];
// 通过坐标参数求出四参数
let fourparam = vjmap.coordTransfromGetFourParamter(
    mktPoints.map(a => vjmap.geoPoint(a)),
    cadPoints.map(a => vjmap.geoPoint(a)),
    true
);

if (typeof Cesium !== "object") {
    // 如果没有环境
    await vjmap.addScript([{
        src: "js/Cesium/Cesium.js"
    }, {
        src: "js/Cesium/Widgets/widgets.css"
    }])
}

let imageryProvider= new Cesium.WebMapTileServiceImageryProvider({
    url: "https://t0.tianditu.gov.cn/img_w/wmts?tk=3346bb6ad29b5013c5952cf1117b80e9",
    layer: "img",
    style: "default",
    tileMatrixSetID: "w",
    format: "tiles",
    maximumLevel: 14,
});

let viewer = new Cesium.Viewer('map', {
    imageryProvider: imageryProvider,
    contextOptions: {
        webgl: {
            alpha: true
        }
    },
    selectionIndicator: false,
    animation: false, //是否显示动画控件
    baseLayerPicker: false, //是否显示图层选择控件
    geocoder: false, //是否显示地名查找控件
    timeline: false, //是否显示时间线控件
    sceneModePicker: false, //是否显示投影方式控件
    navigationHelpButton: false, //是否显示帮助信息控件
    infoBox: false, //是否显示点击要素之后显示的信息
    fullscreenButton: false,
    shouldAnimate: true //动画播放
});


var layers = viewer.scene.imageryLayers;

// 加一个高德注记图层
layers.addImageryProvider(
    new Cesium.UrlTemplateImageryProvider({
        url: "https://webst02.is.autonavi.com/appmaptile?x={x}&y={y}&z={z}&lang=zh_cn&size=1&scale=1&style=8",
    })
);


// 增加cad的wms图层
let wmsUrl = svc.wmsTileUrl({
    mapid: mapId, // 地图id
    layers: layer, // 图层名称
    bbox: '', // bbox这里不需要传，cesium会自动加上
    srs: "EPSG:4326", // cesium地图是wgs84
    crs: "EPSG:3857", // 先把wgs84转3857
    fourParameter: [fourparam.dx,fourparam.dy,fourparam.scale,fourparam.rotate] // 转成 3857后，再用四参数去转成cad坐标
})
layers.addImageryProvider(
    new Cesium.WebMapServiceImageryProvider({
        url: wmsUrl,
    })
);


// cad图坐标转web wgs84坐标
const cadToWebCoordinate = point => {
    // 先用四参数转成墨卡托3857，再墨卡托3857转wgs84
    // 这里需要用四参数反算，因为上面的四参数是3857转cad的，这里是反过来，要cad转3857，所以需要反算
    let ptMkt = vjmap.coordTransfromByInvFourParamter(vjmap.geoPoint(point), fourparam);
    return vjmap.Projection.mercator2LngLat(ptMkt);// 再墨卡托3857转经纬度
}
// 转web wgs84坐标转cad图坐标
const webTocadCoordinate = point => {
    // 先wgs84转墨卡托3857,再用四参数转成cad
    let ptMkt = vjmap.Projection.lngLat2Mercator(vjmap.geoPoint(point));
    return vjmap.coordTransfromByFourParamter(ptMkt, fourparam);
}
// 根据cad图的中心点，计算wgs84的中心点坐标
let cadCenter = mapBounds.center();
let webCenter = cadToWebCoordinate(cadCenter);
//设置初始位置
viewer.camera.flyTo({
    destination: Cesium.Cartesian3.fromDegrees(webCenter[0], webCenter[1], 30000)
});

// 如果需要在地图上查询cad的实体坐标，可通过svc.rectQueryFeature来实现，需要传入两个cad的点坐标范围
// 可以通过 webTocadCoordinate 接口把wgs84的坐标转成 cad 的坐标去查询.
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    出于对数据保密的需要，我们对CAD图进行了脱敏处理，叠加的效果如下

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访问 https://vjmap.com/demo/#/demo/map/web/07cesiumCadWmsLayer (opens new window) ，查看效果和代码

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