省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換探討

連宏亮 李軒宇

摘 ?要 ?國(guó)土資源數(shù)據(jù)以空間數(shù)據(jù)為主，支撐著各級(jí)國(guó)土資源日常管理和監(jiān)管工作。為推進(jìn)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)的共建共享與應(yīng)用，需要全面開(kāi)展國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換工作。本文以省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)從1980西安坐標(biāo)系向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為例，對(duì)省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 ?國(guó)土資源空間數(shù)據(jù);2000國(guó)家大地坐標(biāo)系;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：P208 ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Discussion on Coordinate Transformation of Provincial Land and Resources Spatial Data

Lian Hongliang ， Li Xuanyu

（Hunan Institute of Geomatics Sciences and Technology ， Changsha Hunan 410007）

Abstract： Land and resources data is mainly spatial data， which supports the daily management and supervision of land and resources at all levels. To promote the co-construction-co-sharing and application of land and resources spatial data， it is necessary to carry out the transformation of China Geodetic Coordinate System 2000 of land and resources spatial data. Taking the transformation of provincial land and resources spatial data from Xian geodetic coordinate system 1980 to China Geodetic Coordinate System 2000 as an example， the coordinate transformation method of provincial land and resources spatial data was discussed in this paper.

Keywords： spatial data of land and resources; China Geodetic Coordinate System 2000; coordinate transformation

引言

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是我國(guó)構(gòu)建的原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的坐標(biāo)系，是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)，采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系對(duì)提高我國(guó)空間基準(zhǔn)的安全性，提升測(cè)繪精度，實(shí)現(xiàn)地理信息共享和推動(dòng)高精度定位技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義[1]。因此，國(guó)務(wù)院、原國(guó)家測(cè)繪地理信息局均下達(dá)了關(guān)于推廣使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的相關(guān)通知，對(duì)加快推進(jìn)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換提出了明確要求。

省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)主要包括土地資源、土地規(guī)劃、地質(zhì)礦產(chǎn)、地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害、業(yè)務(wù)管理等各類相關(guān)數(shù)據(jù)。使用坐標(biāo)系多為1980西安坐標(biāo)系，部分?jǐn)?shù)據(jù)采用1954年北京坐標(biāo)系，這兩種坐標(biāo)系均屬于參心坐標(biāo)系，即原點(diǎn)位于參考橢球的中心，且都屬于靜態(tài)、二維的平面坐標(biāo)系，已無(wú)法滿足當(dāng)前測(cè)繪技術(shù)、空間技術(shù)的快速發(fā)展[3]，如不及時(shí)轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，在全國(guó)范圍將形成實(shí)際上的“數(shù)據(jù)孤島”，不僅不利于實(shí)施“大數(shù)據(jù)行動(dòng)計(jì)劃”，而且對(duì)部門間信息共享和業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)也將造成極大障礙。本文以1980西安坐標(biāo)系向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為例，對(duì)省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行探討。

1 ?坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，關(guān)鍵在于重合點(diǎn)和轉(zhuǎn)換模型的選定、轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算及相關(guān)的轉(zhuǎn)換操作。通過(guò)選取合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型、一定密度且分布均勻的兩個(gè)坐標(biāo)系的重合點(diǎn)，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，最后運(yùn)用GIS軟件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。具體方法、流程，見(jiàn)圖1。

1.1 ?重合點(diǎn)的選取

坐標(biāo)重合點(diǎn)應(yīng)在1980西安坐標(biāo)系和2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下均有坐標(biāo)成果的點(diǎn)中選用[3]，擇優(yōu)選取地方控制網(wǎng)的起算點(diǎn)及高精度控制點(diǎn)，重合點(diǎn)應(yīng)均勻分布且范圍覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)域，重合點(diǎn)的確定應(yīng)根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)反復(fù)驗(yàn)算，若重合點(diǎn)坐標(biāo)殘差超限則應(yīng)該剔除該重合點(diǎn)，重算參數(shù)并驗(yàn)算重合點(diǎn)坐標(biāo)殘差，直到精度滿足為止。

1.2 ?轉(zhuǎn)換模型的選擇及轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算

根據(jù)坐標(biāo)類型，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型包括以下幾種：

（1）大地坐標(biāo)類轉(zhuǎn)換模型：包括三維七參數(shù)模型、二維七參數(shù)模型、橢球面多項(xiàng)式擬合。主要用于不同參考橢球間的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，比較適用區(qū)域范圍較大的數(shù)據(jù)開(kāi)展轉(zhuǎn)換。

（2）空間直角坐標(biāo)類轉(zhuǎn)換模型：包括布爾莎模型、莫洛金斯基模型、三維四參數(shù)模型。主要用于不同參考橢球間的空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，比較適用區(qū)域適中，如省級(jí)、省級(jí)以下或小于2°×2°局部區(qū)域的數(shù)據(jù)開(kāi)展轉(zhuǎn)換。

（3）平面坐標(biāo)類轉(zhuǎn)換模型：包括二維四參數(shù)模型、平面多項(xiàng)式擬合。主要用于平面坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，平面擬合多用于相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。平面坐標(biāo)類轉(zhuǎn)換模型比較適用局部小區(qū)域的數(shù)據(jù)開(kāi)展轉(zhuǎn)換。

每一種轉(zhuǎn)換模型都有各自的適用范圍，開(kāi)展坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中應(yīng)充分分析其影響因素和適用特點(diǎn)，選取合適的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。根據(jù)選取的坐標(biāo)重合點(diǎn)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，可以運(yùn)用最小二乘法計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)[4]。并用計(jì)算出的轉(zhuǎn)換參數(shù)驗(yàn)算參與參數(shù)計(jì)算的重合點(diǎn)的坐標(biāo)殘差，若殘差超限則應(yīng)該剔除該重合點(diǎn)重算參數(shù)，直到精度滿足為止。

1.3 ?精度檢核與評(píng)估

1.3.1 ?精度檢核

在未參與計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點(diǎn)中均勻分布地選定部分重合點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，一般不少于6個(gè)，用這些點(diǎn)的已知坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換出的坐標(biāo)進(jìn)行比較，開(kāi)展精度檢核[4]。

1.3.2 ?精度評(píng)定和評(píng)估方法

利用檢核點(diǎn)的已知坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換出的坐標(biāo)進(jìn)行比較，依據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評(píng)估公式計(jì)算檢核點(diǎn)殘差中誤差，利用檢核點(diǎn)殘差中誤差來(lái)評(píng)估坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度。

精度評(píng)估公式如下：

（1）平面坐標(biāo)系平面點(diǎn)位中誤差[4]：

x殘差中誤差：

y殘差中誤差：

平面點(diǎn)位中誤差：

（2）空間直角坐標(biāo)系點(diǎn)位中誤差[4]：

x殘差中誤差：

y殘差中誤差：

z殘差中誤差：

空間點(diǎn)位中誤差：

殘差v =轉(zhuǎn)換坐標(biāo)- 已知坐標(biāo)，n為檢核點(diǎn)數(shù)量。

1.4 ?坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

通常，采用數(shù)據(jù)格式對(duì)應(yīng)的GIS軟件開(kāi)展坐標(biāo)轉(zhuǎn)換能有效避免在坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作中因數(shù)據(jù)格式變換而導(dǎo)致可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失，下面針對(duì)wp、wl、wt格式數(shù)據(jù)，以MAPGIS軟件為例，介紹轉(zhuǎn)換操作流程。

1.4.1 ?檢查數(shù)據(jù)空間參考系

數(shù)據(jù)空間參考系定義是否正確會(huì)直接影響數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性，對(duì)于空間參考系定義有誤的數(shù)據(jù)應(yīng)重新定義數(shù)據(jù)空間參考系，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前檢查數(shù)據(jù)空間參考系對(duì)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作至關(guān)重要。MAPGIS軟件空間參考系定義界面，見(jiàn)圖2。

1.4.2 ?設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)以便于開(kāi)展坐標(biāo)轉(zhuǎn)換操作。MAPGIS軟件設(shè)置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)界面，見(jiàn)圖3。

1.4.3 ?數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

利用MAPGIS K10軟件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，對(duì)源坐標(biāo)系、目標(biāo)坐標(biāo)系進(jìn)行設(shè)置，并選取已設(shè)置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。MAPGIS K10軟件提供了單點(diǎn)、單文件和批量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，見(jiàn)圖4、圖5、圖6、圖7。

2 ?轉(zhuǎn)換案例

2.1 ?資料情況及分析

某地進(jìn)行省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)2000坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換任務(wù)，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)主要包括土地利用現(xiàn)狀、土地利用總體規(guī)劃、土地整治規(guī)劃，礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃，基本農(nóng)田、農(nóng)用地分等，土地資源批、供、用、補(bǔ)，礦產(chǎn)資源勘查、開(kāi)發(fā)，基礎(chǔ)地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)、地球物理等空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括shp、gdb、wp、wl、wt等;比例尺覆蓋1：5000、1：10000、1：50000等。

區(qū)域內(nèi)國(guó)家GPS A、B、C級(jí)控制點(diǎn)及GPS連續(xù)運(yùn)行站點(diǎn)共700多個(gè)，其中GPS連續(xù)運(yùn)行站點(diǎn)不多于10個(gè)，GPS A、B級(jí)點(diǎn)共100多個(gè)，GPS C級(jí)點(diǎn)600多個(gè)，具有1980西安坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系兩套坐標(biāo)，點(diǎn)位分布均勻。

開(kāi)展坐標(biāo)轉(zhuǎn)換前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括數(shù)據(jù)的類別、空間參考系、數(shù)據(jù)格式、重要程度、地理范圍等，最終形成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換目錄。

2.2 ?轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算及轉(zhuǎn)換精度檢核情況

2.2.1 ?坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算

省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)類型多樣、多數(shù)按縣（市、區(qū)）存儲(chǔ)等特點(diǎn)，如不考慮坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的一致性將會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)接邊工作。為確保本案例省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度和一致性，避免因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不一致引起接邊誤差，同時(shí)兼顧GIS軟件坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能的使用，避免因數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換引起數(shù)據(jù)丟失，本案例省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型鑒于上述考慮選擇布爾莎轉(zhuǎn)換模型。經(jīng)選取重合點(diǎn)計(jì)算，1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)最終選取600多個(gè)控制點(diǎn)作為重合點(diǎn)，利用布爾莎轉(zhuǎn)換模型計(jì)算出了全省統(tǒng)一的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。參與參數(shù)計(jì)算的重合點(diǎn)坐標(biāo)殘差，均未超出3倍中誤差。

2.2.2 ?轉(zhuǎn)換精度檢核情況

本案例利用74個(gè)未參與轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算的控制點(diǎn)（全省均勻分布）作為省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度檢核點(diǎn)，檢核點(diǎn)位分布，見(jiàn)圖8。通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求得檢核點(diǎn)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，利用檢核點(diǎn)的已知坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評(píng)定方法，得出本案例省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差為4.23cm，轉(zhuǎn)換精度滿足省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度要求。檢核點(diǎn)位殘差情況，見(jiàn)表1;檢核點(diǎn)轉(zhuǎn)換誤差情況，見(jiàn)表2、圖9。

3 ?結(jié)語(yǔ)

國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位精度要求為不大于圖上0.1mm，通過(guò)以上案例，上述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法可以實(shí)現(xiàn)省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，同時(shí)能滿足省級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)中各類比例尺數(shù)據(jù)1980西安坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度要求。

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