基于GIS制圖軟件進行坐標轉換在礦產資源規劃中的應用研究

董雪

摘要：隨著坐標系的更新、精化以及坐標基準的變化，坐標系統的變換不可避免。我國曾先后使用過1954北京坐標系、新54北京坐標系和1980西安坐標系。由于空間技術的發展，我國建立了2000中國大地坐標系，該坐標系為地心坐標且精度與所使用的參心坐標系相比有本質的提高。若采用新坐標系，現有測繪成果都要作相應變化，尤其是地圖產品。從理論上說，啟用新坐標系只需利用兩個坐標系的定義差，或利用公共點坐標進行相似變換即可。本文通過三種坐標系的分析，了解他們之間的相互關系，并對它們坐標和適量圖形相互之間的轉換在GIS制圖軟件中進行了轉換演示。

關鍵詞：GIS;坐標轉換;礦產資源規劃

1、項目研究意義與研究背景

根據《中華人民共和國測繪法》，經國務院批準，我國自2018年7月1日起，全面啟用2000國家大地坐標系。目前我國的礦產資源管理系統中的數據中，還有相當一部分數據是54坐標，所以54到80坐標，80到2000坐標的轉換不會在某一個時間節點終止，還需要廣大GIS工作技術人員對兩種坐標系下的新舊資料和數據進行轉換。

本課題主要研究礦產資源規劃過程中遇到的坐標數據和圖件矢量數據在mapgis6.7這種陜西礦產常規制圖軟件中由老舊坐標系向新坐標系的轉換的原理和方法。

2、國家2000坐標系統的使用背景

2000國家大地坐標系（china geodetic coordinate system 2000）簡稱CGCS2000坐標系，是我國當前最新的國家大地坐標系，是以地球質量中心為原點的地心大地坐標系，是當今空間時代全球通用的基本大地坐標系，是我國新一代大地坐標系的適宜選擇。地心大地坐標系可以滿足大地測量、地球物理、天文、導航和航天應用以及經濟、社會發展的廣泛需求。2008年7月1日我國CGCS2000坐標系的正式啟用，其優越性也經逐步得到體現，各級測繪成果也逐步的向其過渡。

3、基本原理及應用分析

3.1我國現有3種坐標系統之間的轉換原理

地球橢球體有長半徑和短半徑之分，長半徑（a）即赤道半徑，短半徑（b）即極半徑。f=（a-b）/a為橢球體的扁率，表示橢球體的扁平程度。由此可見，地球橢球體的形狀和大小取決于a、b、f 。因此，a、b、f 被稱為地球橢球體的三要素。

3.2三種坐標系的轉換原理

在實際應用過程中，橢球間的坐標轉換 ，一般而言比較嚴密的是用七參數法 ，即 X 平移 ， Y 平移、Z 平移、X 旋轉、Y 旋轉、Z 旋轉、尺度變化參數 M 。要求得七參數就需要在一個地區采用 3 個以上的已知點，如果區域范圍不大，最遠點間的距離不大于 30 km（經驗值），這可以用三參數，即 X 平移、Y平移、Z 平移，而將 X 旋轉、Y 旋轉、Z 旋轉、尺度變化參數M 視為 0，所以三參數只是七參數的一種特例。

轉換時采用具有明顯幾何意義的三參數和七參數轉換模型進行。

相應的坐標變換公式為：

式中△X0，△Y0，△Z0為三個平移參數，∈x、∈y、∈z為三個旋轉參數，m為尺度變化參數。上述坐標轉換模型也稱為Bursa-wolf模型。

當兩個空間直角坐標軸相互平行，而且尺度一致時，則可簡化成僅含三參數的坐標換算公式。

3.3在GIS軟件中坐標系的轉換方法

1）找公共點并求出轉換參數

現以54坐標系下的坐標、圖形向80坐標系下轉換為例，在mapgis6.7中用七參數轉換方法進行演示操作。

第一步：向地方測繪局（或其他地方）找本區域三個或三個以上公共點坐標對（即北京54坐標下x、y、z和西安80坐標系下x、y、z）;

第二步：將公共點的坐標對全部轉換以弧度為單位。

①菜單：投影轉換——輸入單點投影轉換，將原始投影參數設置為54坐標系下的實際坐標值;將結果投影參數設置為54坐標系下，地理坐標系的秒值。然后在原始數據中輸入收集到的第一組54坐標值，點擊“投影點”，計算出公共點的弧度值并記錄下來，將轉出的坐標值進行記錄。依此類推，記算出其他公共點轉為“秒”的值。

②將收集到的80坐標值進行同樣的米值到弧度秒值的計算。

第三步：求公共點操作系數（菜單：投影轉換——坐標系轉換）。如果求出轉換系數后，記錄下來，需要特別注意的是此處輸入的X、Y值是測量上的表示方法，而非數學表示方法，輸入次序與前面的單點投影變換的輸入次序是相反的。

依照相同的方法，再輸入另外的5個公共點對;然后點“求轉換系數”，求得七參數，并用記事本記錄下來。

第四步：編輯坐標轉換系數（菜單：投影轉換——編輯坐標轉換系數），在此處錄入上一步記事本中記錄下的七參數，最后進行投影變換。“當前投影”輸入54坐標系參數，“目的投影”輸入80坐標系參數。進行轉換時系統會自動調用曾編輯過的坐標轉換系數。

2） 進行坐標和適量圖形的轉換

設置過之后在“P投影轉換——U用戶文件投影轉換”中可以進行坐標的轉換;在“P投影轉換——D工作區直接投影轉換”中可以進行適量圖形的轉換。

點擊“開始轉換”，之后將文件另存為即可得到轉換后的80坐標系下的單文件。

80坐標系到2000坐標系的轉換原理和方法與之相同，不再一一累述。仍有不少同仁會說，mapgis6.7中沒有2000坐標系呀，沒關系mapgis為大家預留了自定義橢球。只要在安裝路徑下mapgis67/program/ellip.dat文件，選擇用記事本打開。在“5：新的橢球體（自定義）”中把2000橢球參數按照已有的坐標系模式輸入進去保存就行了。參考如下“5：國家大地2000坐標系”，6378137，298.257222101.這樣就把2000坐標系導入到67中去了。

參考文獻：

[1]黨亞民，成英燕，薛樹強，《大地坐標系統及其應用》，測繪出版社

[2]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（1）：16一19

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