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国土测绘中不同坐标系统的转换方法研究陈观辉

发表时间：2020/8/5 来源：《基层建设》2020年第9期作者：陈观辉

[导读] 摘要：本文就不同坐标系的定义、相互关系、转换方法分别进行阐述，基于这些理论结合相关的转换模型，利用Coord、CASS9.1、ArcGIS10.2三种软件对廉江市E级GPS控制点平面坐标进行80坐标系到2000坐标系的转换，并对转换结果进行对比分析，验证这三种常用转换软件的可靠性。

        廉江市国土资源测绘院广东廉江 524400
        摘要：本文就不同坐标系的定义、相互关系、转换方法分别进行阐述，基于这些理论结合相关的转换模型，利用Coord、CASS9.1、ArcGIS10.2三种软件对廉江市E级GPS控制点平面坐标进行80坐标系到2000坐标系的转换，并对转换结果进行对比分析，验证这三种常用转换软件的可靠性。
        关键词：坐标系;转换模型;转换;分析
        自2018年7月1日起，广东省全面启用2000国家大地坐标系。7月1日后涉及空间坐标的报批审查、备案项目和不动产数据入库，全部采用2000国家大地坐标系。所以在土地报批、不动产数据入库等需要将其他坐标系的数据成果转换2000国家大地坐标系。国土测绘中常遇到的主要是54北京坐标系、80西安坐标系和2000国家大地坐标系间的转换。
        1我国常用的大地坐标系统
        54北京坐标系：采用克拉索夫斯基椭球参数，通过与前苏联1942年坐标系进行联测，计算建立的我国大地坐标系，它的原点在前苏联的普尔科沃，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3。
        80西安坐标系：原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，椭球参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG 75地球椭球体。属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.25722101。
        2000国家大地坐标系：2000 国家大地坐标系是地心坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心;2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面(历元2000.0)的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长轴a＝6378137m，扁率f=1/298.257222101，地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2，自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1。
        2坐标转换基本理论
        坐标转换主要有两种: 一种是同一基准下不同的坐标形式之间的转换；第二种是不同基准下坐标之间的转换。对于不同基准坐标系之间的转换，需要知道两者的转换参数，常用的有布尔莎七参数法和平面四参数法。
        2.1相同坐标系的坐标转换
        同一坐标系的大地坐标转换为空间直角坐标的公式如下:

        3转换实例分析
        本节转换实例基于10个廉江市C级GPS控制网的1980西安坐标系和2000国家大地坐标系的两套坐标成果,其中山祖小学和新华电视站两个点用于检核解算模型的精度，其余8个点参与转换参数的解算。利用Coord、CASS9.1、Arcgis10.2三种软件对26个廉江市E级GPS控制点数据进行80坐标系到2000坐标系的转换，并将转换结果与C、E级GPS静态控制网联测数据进行对比分析。
        3.1 利用Coord软件转换
        （1）地图投影:高斯三度带投影，中央子午线111°，其他参数默认设置即可；（2）空间直角坐标转大地坐标：源坐标类型选择平面坐标，目标坐标类型选择大地坐标，椭球都选择国家80，自定义源文件格式为：点号，北方向X,东方向Y，高程H，选择源文件进行转换即可；（3）计算七参数：依次将80和2000两套坐标的C级GPS控制点对应输入列表中（源坐标为大地坐标，目标坐标为平面直角坐标）。完成后，源椭球选择国家80，目标椭球选择CGCS2000。选择转换模型为“布尔莎”，点击“计算”计算出七参数。确定后软件将计算出的七参数设置为当前值；（4）检核七参数解算模型的精度；（5）坐标转换：勾选“七参数转换”，按照相应格式导入E级GPS控制点的80坐标系成果，选择 “文件转换”转换成2000坐标系成果
        3.2 利用CASS9.1软件转换
        （1）将E级GPS控制点的80坐标导入CASS9.1 软件中；（2）cass9. 1 软件顶部菜单“地物编辑”的下拉菜单的“坐标转换”项；（3）依次输入C级GPS控制点的80和2000两套坐标的公共点，设置转换前坐标系为国家80，转换后坐标系CGCS2000，高斯投影3度带，所在带号37和中央子午线111°；（4）计算出七参数；（5）检核七参数解算模型的精度；（6）选择图形转换方式，使用七参数转换；（7）选择图形中E级GPS控制点，确定后完成转换，导出转换后的数据。

        3.3 利用ArcGIS10.2软件转换
        在ArcGIS10. 2 中进行七参数转换，ArcGIS 软件七参数转换主要步骤如下: （1）将待转换E级GPS控制点输出shape数据；（2）定义shape数据投影为“Xian_1980_3_Degree_GK_zone_37”；（3）ArcGIS10.2的七参数格式：平移参数单位是米，旋转参数单位是秒，尺度单位是百万，Coord软件计算出的七参数可以直接在ArcGIS中使用；（4）创建自定义地理( 坐标) 变换:①输入坐标转换的名称，如“Xian80 to CGCS2000”；②选择“输入的坐标系”的名称为“Xian_1980_3_Degree_GK_zone_37”、“输出的坐标系”的名称为“CGCS2000_3_Degree_GK_zone_37”；转换方法选择“COORDINATE_FRAME的布尔莎七参数模型; 在参数栏依次输入转换后的七参数，结束后确定即创建成功；（5）投影: 在菜单栏中依次选择输入转换的E级GPS控制点shape数据、输出转换后的shape数据的名称和输出的坐标系，选择坐标变换的名称选择“Xian80 to CGCS2000”，确定后开始转换；( 6) 重新加载转换后输出的shape数据查看是否转换成功，成功后导出转换的数据。
        4转换精度分析
        坐标转换完成后根据坐标转换模型计算的重合点的残差中误差来评估坐标转换的精度。转换精度估算公式如下：V（残差）=重合点的转换坐标-重合点已知坐标。将转换后的坐标成果与C、E级GPS静态控制网联测成果进行对比，如表1所示：
        其中，Vxy为点位残差值。
        通过表1对比发现：①使用相同控制点求取七参数，利用Coord、CASS、Arcgis三种软件对同一组数据进行转换，精度相差不大于±1mm；②基于C级控制点对E级点进行转换，误差均未超过1CM，达到毫米级的转换精度，能够满足控制点转换的精度要求。
        5结束语
        国土测绘中涉及多个坐标系统的坐标数据，可以利用Coord、CASS9.1、Arcgis10.2几种软件进行坐标系统转换，且转换精度较高，可以很好的解决多套坐标系统相互转换的问题。
        参考文献
        ［1］刘枭华刘青.不同格式数据的坐标系统转换方法研究[J].矿山测量，2017（10）.
        ［2］刘万欣王俊民.西咸新区测绘工程坐标系统转换方法研究[J] .陕西煤炭，2013，(06).
        ［3］章重阳钟婷婷.清远市2000国家大地坐标系坐标转换方法研究[J].江西科学，2019，(02).