株洲縣“圖形數據轉換”項目的研究與實現

劉立衡（株洲市規劃設計院，湖南　株洲　412000）

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株洲縣“圖形數據轉換”項目的研究與實現

劉立衡（株洲市規劃設計院，湖南株洲412000）

隨著長株潭兩型社會的迅速發展，為了統一規劃部門用地管理的工作協調及信息共享，株洲縣推進了株洲縣獨立坐標、1980西安坐標系株洲獨立坐標、任意直角坐標系與株洲獨立坐標的“圖形數據轉換”重點工程。本文針對四種坐標系統的聯測、轉換參數的求取以及精度檢測等關鍵性技術問題進行了研究和解決，并從中得到了有益的結論。

地形圖；坐標系；株洲獨立坐標；株洲縣獨立坐標；坐標轉換；轉換參數

1　引言

幾十年來，株洲縣的城市規劃、建設和管理等一直采用的是株洲縣獨立坐標。而當今各地普遍存在著54北京坐標系、80西安坐標系和地方獨立坐標系共存的現實情況，株洲縣建設用地管理中規劃部門依據株洲縣獨立坐標劃撥和測量土地，而國土部門采用的是西安80坐標系，規劃部門原有舊圖數據坐標系統有株洲縣獨立坐標、西安80坐標系株洲獨立坐標、任意直角坐標系。多種坐標系的地形圖數據，使得舊圖數據無法得到充分利用，也難以與株洲市規劃部門的統一規劃相結合。

在日常的建設用地勘測定界工作中，經常遇到建設用地規劃界線等規劃要素、城市規劃道路紅線和開發區界線、土地權屬界線、基本農田保護界線、土地利用現狀界線等地籍要素的轉換問題、相互套合，以及不同坐標系下測繪的地籍圖、地行圖，轉換到統一的坐標系下是由于工作要求。因此，如何快速、高效、準確地實現不同坐標系下圖形數據的轉換成為測繪生產中遇到的一個實際課題。

不同坐系下圖形數據的轉換實際上是新舊坐標的轉換，平面直角坐標轉換的方法很多，有正形變換、仿射變換、赫爾墨特相似變換等方法，本文通過基于赫爾墨特相似變換原理計算出的兩個平移參數、一個旋轉參數和一個尺度比參數，在CASS7.1平臺下實現從圖形到圖形的轉換。

2　坐標轉換關系的確定

2.1控制網坐標系統的聯測與重新平差

覆蓋本項目的西安80坐標系株洲獨立坐標E級GPS控制網，建立于2010年4月，全網共16點。覆蓋本項目范圍的株洲獨立坐標E級GPS控制網，建立于2010年4月，全網共16點。覆蓋本項目另外一處范圍的任意直角坐標系GPS控制網，建立于2007年7月，全網共16點。覆蓋本項目范圍的株洲縣獨立坐標平面測量控制網，建立于1997年，座落于本項目范圍的共有3點。上述四種控制網點系不同時期獨立布設，所采用的起算控制點及數據不同，且具有各自不同的測量誤差。因此，首先需要通過聯測出它們的差異，并通過計算改正使其得到統一。

鑒于這四種控制網點的規模大小、精度等級和控制范圍基本一致，項目在全范圍內針對四網重合的14個公共點進行了聯測，并重新進行平差計算，以統一它們的株洲縣獨立坐標、株洲獨立坐標及西安80坐標系株洲獨立坐標。聯測采用了2臺標稱精度為5mm+1ppm的Trimble雙頻GPS接收機、2臺標稱精度為5mm+1ppm的南方S86雙頻GPS接收機和3臺標稱精度為5mm+1ppm的NGS200單頻GPS接收機進行，其有效觀測時段≥1.6×1h。施測之前均事先編制GPS衛星可見性預報表。每時段的開機和關機均嚴格量取天線高，兩次互差不大于3mm，取平均值作為最后結果。

GPS基線解算采用南方靜態GPS處理軟件（GPSADJ4.4）進行，其數據利用率大于90%。解算后進行了同步三邊閉合環閉合差的檢核以及新聯測基線與舊網基線構成的異步環閉合差的檢核，所有閉合差均滿足《全球定位系統（GPS）測量規范》的要求。

平差計算采用南方靜態GPS處理軟件 （GPSADJ4.4）進行，將聯測的GPS基線與原網基線一起重新進行整體計算，以聯測的公共點作為起算控制點進行約束平差。平差后，各項指標亦滿足相關的精度要求。

2.2坐標參數

“圖形數據轉換”項目的實現，首要的前提是必須建立起株洲獨立坐標與1980西安坐標系株洲獨立坐標及另外兩種坐標系之間的符合精度和管理要求的嚴密轉換關系。

眾所周知，坐標系之間的差異主要取決于坐標系的定位與定向，橢球參數以及坐標系的尺度定義。除此之外，經典大地測量不可避免存在局部變形誤差以及測量控制網的累積誤差等［1］。株洲獨立坐標和1980西安坐標系株洲獨立坐標及另外兩種坐標系都采用高斯平面投影，其最本質的區別是采用了不同的參考橢球。前者采用的是1954年北京坐標系的參考橢球（簡稱54橢球），而第二種采用的則是IAG-75橢球（簡稱80橢球），也并不是地心坐標系［2］。株洲縣獨立坐標和任意直角坐標系都采用的是54橢球，只是中央子午線與株洲獨立坐標的中央子午線有所不同。

3　圖形數據轉換方法

赫爾墨特相似變換實質上是將舊坐標下的原圖經過平移、旋轉和尺度比改正轉換成新坐標系下的圖形，使轉換后圖形的的形狀保持不變。通過聯測的公共點計算出四參數進行圖形數據轉換，利用南方靜態GPS處理軟件（GPSADJ4.4）計算得出平移參數：X方向平移量 93.3666，Y方向平移量288.2656，旋轉參數0.0020750609°，縮放系數0.9999808514。其誤差均在±0.7cm以內。

3.1方法一：命令轉換

該方法直接用CASS7.1中的ROTATE旋轉命令、MOVE移動命令和SCALE縮放命令實現舊圖到新圖的轉換。

（1）打開原圖后，在命令提示行輸入MOVE，或者直接點擊工欄中圖標執行移動命令、或者通過下拉菜單執行移動命令，將整個圖形從基點坐標（0，0）平移到坐標（288.2656，93.3666）。

（2）執行 ROTATE旋轉命令，以基點坐標（288.2656，93.3666）為基準旋轉-0.0020750609°。

（3）執行SCALE縮放命令，以基點坐標（288.2656，93.3666）為基準縮放0.9999808514。至此從舊圖到新圖的轉換完成。

3.2方法二：CASS命令轉換

該方法直接用 CASS7.1“地物編輯”下拉菜單中的“坐標轉換”命令即可實現舊圖到新圖的轉換。

（1）打開原圖后，點擊“地物編輯”下拉菜單中的“坐標轉換”命令，在對話框中輸入公共點。

（2）點擊對話框中的“計算轉換參數”按鈕，計算出轉換參數。

（3）點擊對話框中的“轉換”按鈕。至此從舊圖到新圖的轉換完成。

3.3方法三：圖塊轉換

（1）執行WBLOCK命令，將圖形對象制作成為圖塊，以基點（0，0）為插入點，選取所有圖形后即刻將圖形按塊保存。

（2）執行INSERT插入命令，打開做好的圖塊，在命令提示行或插入對話框中依次輸入插入點坐標（288.2656，93.3666）、縮放系數（X、Y 方向一樣）0.9999808514、旋轉角-0.0020750609°，確認后舊圖到新圖的轉換完成。

4　轉換后圖形數據的檢驗

4.1原有控制點的檢核

為具體考察地形圖數據轉換后的正確性及精度，評估轉換計算的實際效果，在項目范圍內均勻選取了一定數量的原有控制點，通過聯測將其實測坐標與轉換計算坐標進行了比較。檢核點的測量方法采用CORS進行，開關機測量三次同一個點的坐標，取其平均值做為最后的坐標值。

大量外部檢核數據表明，三套轉換后的地形圖數據控制點點位較差均在1.5cm以內。實際精度優于±2.0cm。

5　結論

本文基于CASS7.1對不同坐標系圖形的轉換方法作了初步探討。轉換方法共有三種，第一種和第三種轉換完成的圖形，圖式符號和文字的朝向都不是正北方向。而第二種方法則不會出現這種情況，所以建議采用第二種方法。

圖形數據轉換的精度，取決于四參數的精度，而四參數的精度又取決于公共點數量，數量越多，精度越高。株洲縣獨立坐標和西安 80坐標系株洲獨立坐標、株洲獨立坐標、任意直角坐標系轉換參數的計算，選取了覆蓋舊圖范圍的14個公共點，轉換過程嚴密，轉換參數精度為±0.7cm。經過檢驗數據可以證明，該方法具有高效、方便、快捷等特點，圖形轉換得到的數據準確，與轉換公式計算的結果完全一致，實現了從新舊坐標的轉換至圖形到圖形的轉換或數據到數據的轉換。

［1］丁士俊，張忠明.幾種不同坐標變換方法問題的研究［J］.四川測繪，2005，28（1）：16～19.

［2］熊 介.橢球大地測量學［M］.北京：解放軍出版社，1988.

劉立衡（1983-），男，工程師，主要從事測繪工程工作。

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2095-2066（2016）11-0113-02

2016-1-16