基于CGCS2000的鎮江相對獨立平面坐標系的建立

陳立民，馬雪萍，凌祥安

(1.鎮江市勘察測繪研究院，江蘇 鎮江 212004； 2.鎮江市土地勘測事務所，江蘇 鎮江 212004)

1 引 言

經國務院批準，自2008年7月1日起，我國全面啟用2000國家大地坐標系(簡稱CGCS2000)，2000國家大地坐標系與現行國家大地坐標系轉換、銜接的過渡期為8年～10年[1]。根據全面推行使用2000國家大地坐標系的要求，2018年12月14日，自然資源部發布2018年第55號公告，決定自2019年1月1日起停止向社會提供1954年北京坐標系和1980西安坐標系的基礎測繪成果。

由于復雜的歷史原因，鎮江市長期面臨著多個地方坐標系共存、起算基準不統一等問題，既不利于地方測繪地理信息工作的正常開展[2]，也不能滿足當前城鄉發展、智慧城市建設的需要。對于城市測繪地理信息管理來說，在轄區內建立并啟用適宜的、統一的CGCS2000平面坐標系已成為當前測繪基礎工作的重中之重[3]，這不僅是相關政策的基本要求，也是解決鎮江歷史問題、適應城鄉建設發展的迫切需要。

2 鎮江現有坐標系概況

鎮江位于江蘇省西南部，地理位置在北緯31°37′～32°19′，東經118°58′～119°58′之間，東西跨度約 95 km，南北跨度約 76 km，處于國家大地坐標系統一3°帶第40帶西側。東、南接常州市，西為南京市，北與揚州市、泰州市隔江相望。

由于行政區劃管理、部門歸屬不同等歷史原因，鎮江市的平面坐標系在整個地區并不統一。主要有中央子午線為120°的西安80坐標系、中央子午線為120°的北京54坐標系、中央子午線為119°30′的鎮江坐標系。各類坐標系下的測繪地理信息成果無法融合、不便共享，各套獨立坐標系相鄰邊緣處的地理信息數據難以接邊。

鑒于此，為進一步促進全市測繪基準建設的統一化、標準化和科學化，促進全市測繪地理信息資源共享，更好地助力智慧鎮江和“多規合一”平臺建設，有效保障鎮江城市建設和經濟社會發展，并滿足城市 1∶500地形圖測繪以及城市各類工程測量的需要，在不施加高程抵償面的基礎上，確定適合鎮江區域的中央子午線并建立基于CGCS2000的城市相對獨立平面坐標系十分必要。

3 鎮江相對獨立平面坐標系的建立

3.1 引入CGCS2000坐標

在綜合分析鎮江及周邊地區現有控制成果的基礎上，結合鎮江及周邊地區的JSCORS、B、C級GPS控制網，通過對鎮江市D級GNSS控制網起算點成果的更新，使其全面、均勻覆蓋全市，構成基于省級現代測繪基準框架的控制網，實現了2000國家大地坐標系、1954年北京坐標系、1980西安坐標系和全市GNSS控制點鎮江坐標系成果之間的關系，建立了與江蘇省大地坐標框架之間的聯系，為鎮江相對獨立平面坐標系采用與CGCS2000坐標系一致的參考橢球奠定了基礎。

3.2 不同投影方案分析

根據國家相關規定和要求[4，5]，高程歸化和高斯投影的長度變形不得大于1/40000，即不得大于 2.5 cm/km，其長度變形才能滿足 1∶500地形圖測圖和市政工程施工放樣的需要。若城市地區高程大于 160 m或平面位置離開統一3°帶的中央子午線的東西方向距離大于 45 km范圍，其長度變形則超過規定的1/40000，應該采取適當的措施。

(1)采用國家統一3°帶中央子午線120°的投影方案分析

經測算，如果采用120°中央子午線，左湖立交橋以西區域的高斯投影長度變形值超過 2.5 cm/km，超限區域東西跨度為 53 km，最西側離中央子午線 98 km，變形超限區域面積為 2 234 km2，占鎮江市域面積比例為60%(具體如圖1、圖2所示)，最大變形量△s為 11.8 cm/km。

=11.8 cm/km

圖1 120°中央子午線投影變形超限區域

圖2 120°中央子午線每千米投影長度變形量

由此可見，采用中央子午線為120°的CGCS2000坐標系，在鎮江全域約60%范圍內，其投影長度變形量均不能滿足投影長度變形限差要求，不利于城市規劃建設和發展，此中央子午線不適合鎮江市。

(2)采用中央子午線119°30′的投影方案分析

中央子午線119°30′位于智慧大道西側，在鎮江市域的最西邊存在投影長度變形超限區域，超限區域東西最大跨度為 5.9 km，最西側離中央子午線 51 km，變形超限區域面積為 34.8 km2，占鎮江市域面積比例為0.91%(具體如圖3、圖4所示)，最大變形量△s為 3.2 cm/km。

=3.2 cm/km

圖3 119°30′中央子午線投影變形超限區域

圖4 119°30′中央子午線每千米投影長度變形量

綜上分析，采用中央子午線為119°30′投影方案，投影變形超限區域面積比較小，對常規測量影響不大。當在這些區域進行較高精度的長度測量時，可同時進行高程歸化長度變形改正和高斯投影長度變形改正，減小長度變形超限產生的影響。對于精密工程測量，應根據工程項目的實際情況，建立獨立坐標系，以滿足工程的需要。

3.3 2018鎮江坐標系的確定

通過比較分析，并經相關專家論證，最終確定采用中央子午線為119°30′的相關參數建立鎮江相對獨立平面坐標系，并命名為“2018鎮江坐標系”。該系統采用高斯投影，中央子午線為119°30′，投影面為2000國家大地坐標系采用的參考橢球面。

基于CGCS2000的2018鎮江坐標系具有以下優缺點：

(1)具有較好的成果共享性。鎮江東西跨度約1°，且采用一條中央子午線，轄市區的測繪數據可以不經過投影換帶處理就可以實現共享，具有很強的實用性。

(2)具有較強的歷史沿革性。鎮江大量的測繪地理信息數據成果資料是在119°30′下測繪完成的，基于CGCS2000的2018鎮江坐標系仍保留了原中央子午線，即保留了測繪作業習慣，兼顧了已有數據、資料和成果的延續性，又顧及將來發展的需要，可減少部分轉換工作。

(3)由于是自定義的中央子午線，在一定程度上增加了與國家坐標系的銜接工作量。

4 城市相對獨立坐標系與CGCS2000建立聯系

4.1 坐標轉換參數確定

在城市范圍內均勻選取新舊坐標系下的重合控制點和檢驗點，采用Bursa七參數轉換模型進行參數計算，計算轉換參數的重合點數目不得少于6個。

4.2 坐標轉換

通過國家測評的坐標轉換軟件共26款，可選擇合適的一款或采用FME、GIS等具有投影變換功能的軟件對地理信息成果數據進行批量坐標轉換工作，具體流程如圖5所示。

圖5 坐標轉換流程圖

對于標準分幅的DLG圖形數據，需要在坐標轉換后重新進行分幅。沿著舊圖廓，處理面合并、重復注記刪除等問題，在新圖廓處需要補充植被符號、注記等信息，圖廓處的拓撲重建，以保證重新分幅的圖面整體的可讀性。

5 結 語

2018年12月，基于CGCS2000的2018鎮江坐標系經江蘇省測繪地理信息局批準為鎮江市唯一合法的獨立坐標系統。該地方坐標系統對全市域范圍具有更好的控制性，能提供更高的測繪精度，同時又兼顧了全省的成果資料共享性和本地測繪使用的便捷性。該地方獨立坐標系統的建立，不但將為全市自然資源事業未來的蓬勃發展埋下伏筆，同時也將為全市未來幾十年經濟社會的快速發展提供更堅實更精確的基礎測繪服務。