淺析2000國家大地坐標系轉換及數據成果轉換
——以韶關市為例

鄭伯楨

（韶關市國土資源技術中心廣東韶關512026）

淺析2000國家大地坐標系轉換及數據成果轉換
——以韶關市為例

鄭伯楨

（韶關市國土資源技術中心廣東韶關512026）

為解決韶關市不同地區之間、同一地區不同時期的基礎測繪數據所采用的坐標體系互不相同給國土資源管理、信息化工作帶來的諸多制約和不便，現利用GPS靜態觀測技術求取參數、確定模型，并開發坐標轉換處理軟件對現有數據成果2000國家大地坐標系進行轉換，為統籌全市地理信息資源，實現省、市、縣、區節點的互聯互通、共建共享提供數據支持，也為下一步社會各應用部門數據生產提供統一平臺，并為坐標系進行維護和快速更新、數字城市、數字縣區等信息化建設奠定堅實的基礎。

2000國家大地坐標系；坐標系統轉換；參數

1 引言

面對空間技術、信息技術及其應用技術的迅猛發展和廣泛普及，在創建數字地球、數字中國的過程中，需要一個以全球參考基準框架為背景的、全國統一的、協調一致的坐標系統來處理國家、區域、海洋與全球化的資源、環境、社會和信息等問題。單純采用目前參心、二維、低精度、靜態的大地坐標系統和相應的基礎設施作為我國現行應用的測繪基準，必然會帶來愈來愈多不協調問題，產生眾多矛盾，制約高新技術的應用。這導致先進的對地觀測技術所獲取的測繪成果在使用時的精度損失，無法全面滿足現勢性較高的城市建設、行業部門對高精度測繪地理信息服務的要求。

鑒于上述原因，如何實現坐標系的“平穩過渡”，又能滿足測繪工作的需要，這是測繪工作者必須研究解決的問題。在這樣的背景下，國家組織相關科研單位對大地坐標系統建設理論進行研究并進行實踐，取得了重大成果。2008年7月1日正式啟用2000國家大地坐標系（China Geodetic CoordinateSystem，CGCS2000）。

2 技術設計

在我市已有1980西安坐標系控制點數據成果的基礎上，采購覆蓋作業范圍的控制點2000國家大地坐標系坐標成果，并利用GPS靜態觀測技術求取剩余已有控制點的2000國家大地坐標系成果。均勻選取覆蓋作業范圍的控制點作為求取轉換參數的同名點，利用坐標轉換工具求出1980西安坐標系至2000國家大地坐標系的轉換參數，并對轉換參數進行檢核。利用求取的轉換參數將市區其他已有控制點成果、基礎地理信息數據、1：2000影像圖數據、地名地址數據及地理實體數據進行2000國家大地坐標系轉換，并將轉換完畢的所有數據重新進行處理、建庫。技術流程如圖1所示。

圖1 韶關市區2000國家大地坐標系轉換技術流程圖

3 坐標轉換

3.1 GPS控制點觀測及計算

本控制網由C級網和D級網共同組成，采用TBC進行基線解算和網平差，該軟件能夠對大數據量短基線數據進行精確解算，同時提供自由網和約束網不同類型的網平差，提交較為完善的精度指標，GPS觀測網共有46個點組成，全網共獲得了290條基線（網形如圖2）；本測區外業觀測共使用7臺TrimbleGPS接收機進行野外數據采集，各種儀器在進測區前都進行過檢驗，具有可靠的穩定性，符合要求，選定衛星幾何圖形強度較好的觀測時間安排施測計劃和調度表。

圖2 GPS網型圖

為檢核本網基線的精度，在WGS-84坐標系下，使用TBC平差軟件以測區中心位置G24的WGS-84坐2標（概略坐標）為起算點，采用上面選取的181條基線進行三維無約束平差計算。韶關市GPS-D級控制網最后平差，選擇經過前面檢核的181條合格基線，使用TBC平差軟件進行，3°帶投影，以東經114°為中央子午線，進行三維約束平差，控制網選擇6個GPS C級點作為起算數據。

3.2 轉換參數計算模型確定

項目轉換模型選用七參數布爾莎模型直接對兩坐標系在空間直角坐標系范疇進行變換。公式如下：

其中，下標1、2分別表示兩個不同坐標基準下的空間直角坐標。△X、△Y和△Z為三個平移參數，δu為尺度參數，εX、εY和εZ為三個旋轉歐拉角。

3.3 坐標轉換參數求取

2000國家大地坐標系采用的地球橢球參數數值為：

長半軸：a＝6378137m

扁率：f=1/298.257222101

地心引力常數：GM＝3.986004418×1014m3s-2

自轉角速度：ω＝7.292l15×10-5rad/s

重合點的獲取一方面是通過實測獲取，另一方面是通過收集獲取。選取原則是：盡量選取足夠的高等級、高精度且分布均勻的點作為坐標轉換的重合點。采用二維轉換模式至少選取2個以上的重合點，采用三維轉換模式至少選取3個以上的重合點，重合點及檢查點的分布要覆蓋整個轉換區域且盡量分布均勻。考慮到韶關市的作業區范圍及已有控制點分布情況，選擇以下20個控制點作為重合點，如圖3所示。

圖3 重合點觀測設計圖

計算七參數，可以選用最小二乘或抗差估計法，選擇最小二乘或抗差估計計算七參數讀入源坐標和目標坐標，得到從源坐標系到目標坐標系的轉換七參數，并對以上兩種方法計算的結果取平均，得到最終的七參數。

3.4 數據成果坐標轉換

控制點坐標轉換實施步驟：

（1）收集、整理轉換區域內重合點成果；

（2）分析、選取用于計算坐標轉換參數的重合點；

（3）確定坐標轉換參數計算方法與坐標轉換模型；

（4）兩坐標系下重合點坐標形式的轉換。若采用平面四參數轉換模型，則要將重合點的兩坐標系坐標換算同一投影帶的高斯平面坐標，若采用Bursa七參數坐標轉換模型，則要將重合點的兩坐標系坐標換算成各坐標系下的空間直角坐標；

（5）據確定的轉換方法與轉換模型利用最小二乘法初步計算坐標轉換參數；

（6）分析重合點坐標轉換殘差，根據轉換殘差剔除粗差點。一般的若殘差大于3倍殘差中誤差則認為是粗差予以剔除，然后重新計算坐標轉換參數，直到滿足一定的精度要求為止；

（7）坐標轉換殘差滿足精度要求（合格）時，計算最終的坐標轉換參數并估計坐標轉換參數精度；

（8）根據計算的轉換參數，按步驟轉換待轉換點的目標坐標系坐標。

4 數據處理及建庫

4.1 矢量地圖數據

對坐標轉換成2000國家坐標系的矢量地圖進行分級控制和配賦符號，主要表達境界、道路、鐵路、水系、居民地、植被及注記等要素。

（1）SHP等文件數據處理。數據轉換入庫：對已經加工處理的矢量數據經過數據轉換和入庫，將數據導入公共地理框架庫中；加工編輯處理；制圖美化：包括地圖符號化和地圖整飾；切片生成瓦片地圖數據。

（2）將整理完成的2000國家大地坐標系的電子地圖矢量數據，利用ArcGIS的MXD地圖配置方案進行切片。將ArcGIS的MXD工作空間切片生成瓦片地圖數據。

主要流程如圖4所示。

4.2 18～20級影像地圖數據

影像數據的處理與建庫需要經過以下流程：

（1）數據校正。影像數據幾何校正是糾正影像拍攝時因地形等因素產生的幾何變形，并賦予數據真實的空間坐標，以供用戶使用。

影像數據校正必須有控制資料，如：合理分布的校正控制點。這些點可以從已有控制資料（如地形圖）通過內業轉點方法選取、也可以用野外實測獲得。對于高分辨遙感影像的幾何校正，內業轉點一般采用大比例尺地形圖，如1：500或1：1000的地形圖；野外實測一般采用GPS定位測量方法完成。

（2）數據投影轉換。影像數據投影轉換主要是解決各數據的投影不一致，從而統一數據坐標系，方便用戶使用，使用前期獲取的坐標轉換七參數將數據投影轉換至2000國家大地坐標系。

（3）數據拼接。影像數據拼接是通過對相鄰影像的無縫拼接處理，保持地物連續一致性的基礎上，去除重疊區多余影像，從而形成整景影像。

（4）數據融合。影像數據融合是通過高級影像處理技術來復合多源遙感影像，以達到全色和多光譜數據優勢互補，增強空間細節，減少顏色失真，形成對地面目標較完整的信息描述。

4.3 地名地址數據

圖4 矢量地圖數據處理流程圖

地名地址數據的處理與建庫方法：

地名地址數據的數據來源包括SHP地名庫文件、Excel地址庫。地名地址數據的處理與建庫方法如圖5所示。

圖5 地名地址數據的處理與建庫方法

5 結論

本文以韶關市為例，利用GPS靜態觀測技術，通過對高等級、高精度且分布均勻的重合點進行相應平差處理，確定了韶關市2000國家大地坐標系轉換的數學模型，完成了轉換參數的解算；并利用轉換軟件的處理，完成了已有數據成果向2000國家大地坐標系的轉換。實踐中驗證了驗證該轉換方法的可行性及數據成果的可靠性，但由于各方面原因，還存在一些相關問題在今后的時間里有待進一步解決。如數據體系有待進一步完善，數據覆蓋率有待進一步提高，數據需要持續進行更新，同時對于現有的數據成果也需要進一步加強管理，有效利用，實現共享。

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[3]林曉靜，張小紅，郭斐.ITRF2005與CGCS2000坐標轉換方法與精度分析[J].大地測量與地球動力學，2010（06）：118～124.

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P226.+3

A

1004-7344（2016）30-0190-02

2016-9-15

鄭伯楨（1980-），男，本科，主要從事測繪工作。