2000国家大地坐标系转换方案研究与应用

谢薇

摘要：本文以荆州市统一2000国家大地坐标系项目为背景，对1980西安坐标系、地方独立坐标系向2000国家大地坐标系转换的方法进行了较为深入的研究分析，简述了转换参数的计算方法，测试了几款行业内不同的坐标转换软件，对如何实现DWG、TIFF数据的无损批量转换进行方案叙述和实例应用，以期为各城市的地理信息数据统一坐标系统，实现科学转换提供借鉴。

关键词：2000国家大地坐标系；转换参数计算；转换模型；

1 背景

根据《中华人民共和国测绘法》，经国务院批准，我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年^[1]。根据荆州市人民政府办公室《关于推广2000国家大地坐标系的通知》文件精神及《荆州市基础测绘发展十三五规划》项目目标要求，荆州市统一2000国家大地坐标系项目被提上日程，任务要求根据荆州市实际情况，计算三套参数：WGS-84坐标系向2000国家大地坐标系转换的Bursa七参数；1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换的平面四参数；地方独立坐标系向2000国家大地坐标系转换的平面四参数，同时根据荆州市地理信息数据特点，对行业内不同的坐标转换软件进行测试，研究制定符合本地数据特性的转换方案，并对转换完成的数据成果进行质量检查，保证坐标转换精度的符合性及转换内容的一致性。

2 转换参数计算

2.1 资料收集和内业计算

收集本地区已有控制点资料，共计56个GPS C级点，这些点已有2000国家大地坐标系和水准测量成果，通过GPS C级网静态观测数据约束平差，同时得到这些点的WGS84坐标和大地高、1980西安坐标和地方独立坐标系坐标，可以选取起算点和转换模型计算转换参数。

省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型，对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型^[1]。根据现有的成果资料，本项目分别采用布尔莎七参数转换模型和平面四参数模型计算WGS84坐标系至2000国家大地坐标系的Bursa七参数、1980西安坐标系至2000国家大地坐标系平面四参数、地方独立坐标至2000国家大地坐标系的平面四参数。转换时起算点的选择应根据控制范围及具体情况，进行多种点组合方式分别计算和优选。

转换参数计算的步骤和方法如下：

1. 选取均匀分布于控制区域的起算点和转换模型计算转换参数。

2. 利用得到的转换参数计算起算点和检验点的坐标残差和点位差。

3. 剔除残差超限的起算点。

4. 利用剩余的起算点重新解算转换参数，并计算起算点和检验点坐标残差及点位中误差。

5. 通过多种点组合，选取转换后残差中误差最小的起算点组合，采用最小二乘法计算转换参数。

2.2 外业检核

使用转换参数前，应对转换参数的精度、可靠性进行分析和实测检查。检核点应分布在控制区域的中部和边缘，对现存的GPS C级点尽可能全部实测。检核点精度指标：实地检核平面最大较差不应大于5cm，高程较差不应大于30mm（D为参考站到检查点的距离，单位为km）。

外业实地检核37个点，分布在控制区域的中部和边缘，且满足坐标转换精度检核需要的外部检核点数。检核使用天宝GPS R4-3接收机，采用RTK控制测量方法进行外业观测，观测时三角架对中、整平，每点观测2次，每次观测180s，得到外业实测WGS84坐标和大地高、1980西安坐标以及地方独立坐标系坐标。

2.3 精度评定

经过对起算点多种点组合方式的计算和优选，最终采用的转换参数对外业实地检核所测坐标的转换结果与已知点2000国家大地坐标系成果以及水准成果比较，结果如下：

WGS84坐标至2000国家大地坐标转换实地检核点平面中误差0.017m，高程中误差0.019m，平面最弱点位为G03，点位平面较差0.037m，高程最弱点位为JZ32，点位高程较差0.038m。

1980西安坐标-2000国家大地坐标转换实地检核点平面中误差0.018m，最弱点位为JZ20，点位平面较差0.035m。

地方独立坐标-2000国家大地坐标转换实地检核点平面中误差0.017m，最弱点位为JZ20，点位平面较差0.032m。

3 数据转换方案

3.1 数据来源与分析

荆州市指令性转换数据主要来自规划编制部门，数据主要为*.dwg 矢量数据和*.tiff栅格数据。dwg是AutoCAD创立的一种图纸保存格式，已经成为二维CAD的标准格式，是一种轻量级的数据库^[2]，被城市规划部门普遍使用。而规划部门使用的基于CAD的第三方软件诸多（比如天正建筑、湘源规划软件等），致使dwg数据相比shp、mdb等矢量数据更加复杂，转换起来也存在很多困难。因此，需要根据规划部门数据格式特点，研究制定符合数据特性的转换方案，保证转换后数据内容的一致性。

3.2 坐标转换方案研究

3.2.1 dwg数据坐标转换

FME作为全球领先的空间数据整合平台，提供多源数据格式支持，400多种数据处理转换器对数据进行几何、属性、坐标转换方面的处理，并且提供布尔莎、莫洛金斯基、四参数、六参数、七参数、网格插值等多种坐标转换模型，满足不同尺度、不同范围数据坐标转换的需要，支持自定义坐标系，共享自定义坐标系等。对多幅dwg数据可利用FME进行模型搭建实现批量转换。

dwg数据中有代理图形的，FME会转换为图案填充，如不符合数据使用部门要求，需用南方CASS进行转换。对单幅dwg数据可直接采用南方CASS进行转换，南方CASS是基于CAD二次开发的地理信息处理软件，对dwg数据转换后能够较好地保证数据图层数、要素数量的一致性，但需要注意图形中冻结或锁定图形，需解冻解锁后转换。

3.2.2 TIFF数据坐标转换

对多幅TIFF影像数据可采用FME或ArcGIS进行批量转换。

3.2.3 点数据坐标转换

对点数据可利用Coord GM实现单点或批量坐标转换。

3.2.4 分幅数据坐标转换

对分幅数据转换后删去图框，利用南方iData的图幅接边功能，对分幅处进行接边处理，再批量分幅输出。

图1 iData图幅接边功能规则建立

4 结语

荆州市统一2000国家大地坐标系三套坐标转换参数，已通过湖北省测绘质量监督检验站验收合格，使用FME和南方CASS、iData等软件对数据进行转换研究，制定转换方案，将转换前和转换后的结果进行对比，检查数据发现图层、要素数量、属性都没有丢失的现象，且误差也都在允许误差范围内。荆州市统一2000国家大地坐标系项目现已成功转换数据万余幅，2000国家大地坐标系的推广使用为荆州市测量坐标系统一奠定基础，推进了荆州市测绘成果加速实现共享应用。

参考文献

[1] 程鹏飞，成英燕，文汉江等.2000国家大地坐标系实用宝典[M].北京:测绘出版社,2008:3～4.

[2] 陈晓辉，吕莹，郑天阳等.2000国家大地坐标系转换方法研究[J].测绘与空间地理信息,2020,43(7):34～36.

作者简介：

谢 薇（1987—），女，大学，测绘工程，工程师，主要从事城市测量、地图编制及地理信息处理等工作