2013昆明坐标系的建设及测绘成果坐标转换分析*

2015-01-03包银丽袁翔东

地矿测绘 2015年4期

关键词：昆明市基线昆明

包银丽，赵雷，袁翔东

(昆明市测绘管理中心，云南昆明 650500)

2013昆明坐标系的建设及测绘成果坐标转换分析*

包银丽，赵雷，袁翔东

(昆明市测绘管理中心，云南昆明 650500)

文章首先对2013昆明坐标系的建设方法进行了简要介绍，并采用7参数法建立了2013昆明坐标系与CGCS2000坐标系、1980西安坐标系、1954年北京坐标系、2004昆明坐标系间的转换关系，采用4参数法建立了2013昆明坐标系与1987昆明坐标系的转换关系。实践证明，2013昆明坐标系的建成及其与各坐标系之间转换关系的建立，不仅能满足昆明各地的城市测量、地籍测量、施工放样、勘测定界等测绘工作的需要，还能方便地将测绘成果与国家坐标系成果进行相互转换。

2013昆明坐标系；昆明市GPSC级网；坐标转换；CGCS2000

0 引言

为了满足城市建设、规划及城市可持续发展的需要应建立城市平面坐标系统，所建立的城市坐标系统往往相对独立，但需与国家坐标系统建立联系。20世纪80年代，昆明市建立了“1987昆明坐标系”，该坐标系是采用常规测量手段建立的大地控制网，与1954年北京坐标系有联系。随着卫星定位技术广泛应用于大地控制测量中，昆明市于2004年建立了与1980西安坐标系有联系的GPS大地控制网，并命名为“2004昆明坐标系”。由于不同的部门要求使用不同的坐标系统成果，目前昆明出现了“1987昆明坐标系”和“2004昆明坐标系”同时并存的局面。2008年7月1日正式启用CGCS2000地心坐标系统以后，要求新生产的各类测绘成果应采用CGCS2000地心坐标系，现有测绘成果在过渡期内应逐步转换到CGCS2000地心坐标系统下[1-3]。云南省新型大地网(GPSC级网)成果已于2009年投入使用，为各地提供高精度的空间直角坐标，把地方控制网统一于国家现代大地测量基准上。本文就基于CGCS2000地心坐标系统建设“2013昆明坐标系”、整合现有坐标系测绘成果的转换进行论述。

1 2013昆明坐标系

2013年，由昆明市测绘管理中心组织，委托云南省测绘工程院实施完成“基于CGCS2000的昆明市统一坐标系统建设及测绘成果坐标转换”项目。项目通过对已有的昆明市GPSC级点61点进行踏勘普查；在现有昆明市GPSC级点的基础上新埋7点；根据踏勘结果，对已遭破坏的5点进行重新选埋；根据新建点及补埋点，联测昆明GPSC级点24点，建立68个点的昆明市基础测绘首级控制网，建立与CGCS2000有严密转换关系的2013昆明坐标系，满足昆明市的城市测量、地籍测量、施工放样、勘测定界等测绘工作的需要。同时，能方便地将测绘成果与国家坐标系进行相互转换，统一测绘基准。

2013昆明坐标系，经解算得到已有的59个(A007、KMIN除外)昆明市C级网控制点坐标成果与昆明市C级网成果较差(部分)，如表1所示。

表1 部分控制点成果较差Tab.1 Difference errors of results for parts of control points

从表1中可以看出，此次计算成果与昆明C级网成果相比，存在3个点差异较大，主要为A034、A039 U分量相差近7 cm，A045平面方向相差近4 cm。为了找出上述3个点两期成果差异较大的原因，将此次成果、已有的昆明市C级网成果分别计算上述3个点与其他点的基线，比较成果坐标反算基线与观测数据处理获得基线之间的差异，如表2所示。

从表2可以看出，对于A031_A034、A045_A046这两条基线在昆明市C级网中存在多个时段的重复观测，在2013坐标系中也存在重复观测，两期观测资料计算的基线分量较为吻合，由此可以认为2013坐标系处理的基线是可靠的。同时，利用C级网成果反算的基线与时段基线解则存在差异，主要为基线A031_A034、A045_A046在U分量上存在4.2 cm，3.1 cm的差异，基线A045_A046在N分量上存在2.6 cm的差异，而利用2013坐标系成果反算的基线与时段基线解吻合，可见2013坐标系平差成果正确且可靠。除去上述3点后，统计2013坐标系成果与昆明市C级网成果较差，如表3所示。

从表3可以看出：2013坐标系解算成果中大部分控制点坐标较差为N 分量最大2.2 cm，最小-1.4 cm，平均值0.3 cm；E分量最大1.5 cm，最小-2.0 cm，平均0.3 cm；U分量最大1.2 cm，最小-2.9 cm，平均-1.5 cm。两套成果的吻合程度为N分量0.8 cm，E分量0.7 cm，U分量1.7 cm。

表2 A031_A034、A039_A041、A045_A046基线解与成果反算基线较差Tab.2 Difference errors of results for baselines A031_A034，A039_A041，and A045_A046

表3 控制点成果较差统计Tab.3 Difference error statistics of results for control points

另一方面，2013坐标系中观测数据由国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心进行了处理，获得了新增的11个点的CGCS2000坐标，其成果作为对算成果，对算成果较差如表4所示，统计结果如表5所示。从表4、表5可以看出，两套成果较差平面方向小于1 cm，垂直方向大部分点位在2 cm以内，从另一个侧面也反映了2013坐标解算成果的正确性与可靠性。

其中，两套成果中个别点如A065、A070高程方向较差大于2 cm，原因可能是两套成果在数据处理时所采用的基线解算策略、平差基准以及观测值定权方案等存在差异，进而导致约束平差过程时对基线观测值的残差的分配存在差异。

表4 对算成果较差Tab.4 Difference errors of results of two groups

表5 较差统计Tab.5 Difference error statistics

2 测绘成果坐标转换

2.1 转换技术路线

测绘成果转换技术路线：

1)在GPSC级网基础上，采用具有1987年昆明坐标系成果、2004昆明坐标系成果的控制点，作为求取坐标转换参数的公共点。

2)采用7参数法建立2013昆明坐标系与CGCS2000坐标系、1980西安坐标系、1954年北京坐标系、2004昆明坐标系间的数学转换关系；采用4参数法建立2013昆明坐标系与1987年昆明坐标系间的的数学转换关系。

3)采用4参数方法实现图件成果转换为2013昆明坐标系成果。

2.2 坐标转换模型

坐标转换模型：

1)2013昆明坐标系与CGCS2000坐标系、1980西安坐标系、1954年北京坐标系、2004昆明坐标系间的转换计算采用7参数模型，转换关系为：

(1)

利用7参数建立不同空间坐标系间的转换关系，需要3个以上具有不同空间坐标的公共点。1980西安坐标系、1954年北京坐标系的大地高H通常无法直接观测得到，可近似的用正常高加上高程异常得到，空间直角坐标(X80/54，Y80/54，Z80/54)就可由(B80/54，L80/54，H80/54) 转换得到。

2)2013昆明坐标系与1987年昆明坐标系间的转换计算采用4参数模型，转换关系为：

(2)

利用4参数建立不同坐标系间的转换关系，至少需要2个以上具有不同平面坐标的公共点。

2.3 转换计算

转换计算的实施步骤为：

1)选取全部公共点依据相应转换模型求取转换参数，再利用该转换参数回代求解各点的转换坐标，由此计算公共点的残差；

2)分析残差值大于2倍残差中误差的点的可靠性，检查点位和成果的正确性，重新选取公共点；

3)重复第一和第二步骤，直到公共点的残差满足要求；

4)用确定的公共点求取最终转换参数，以此回代计算各点的转换坐标。

坐标转换精度估计依据下式计算：

1)V(残差)=公共点已知坐标-公共点转换坐标；

2)空间坐标残差中误差：

3)平面坐标残差中误差：

2.4 转换软件的开发

坐标转换软件的主界面，如图1所示。其中快捷工具栏与菜单栏中的功能一致，利用本软件能实现2000国家大地坐标系(CGCS2000坐标系)、1954年北京坐标系、1980西安坐标系、昆明地方坐标系之间的自由转换，同时本软件还支持单点转换和批量转换。

图1 软件运行主界面Fig.1 The main interface of software

软件主要功能包括：空间坐标与大地坐标的正反变换；投影转换功能；换带计算功能；7参数变换；平面坐标变换；图像转换等。其主要功能结构，如图2所示。

图2 软件功能结构Fig.2 The function structure of software

2.5 转换结果验算

利用坐标转换软件对现有数据进行图像转换前后成果对比验算，验算计算情况，如表6所示。

经验算计算，利用滇池西岸1∶500、1∶2 000数字地形图，主城三环1∶500数字地形图进行测绘成果坐标转换软件图像转换DLG功能实现2004昆明坐标系-0(大地高1 800 m)到2013昆明坐标(大地高1 768.7 m)数据成果转换验算计算进度ΔX、ΔY成果优于±1.0 mm(成果小数取位至mm)；经昆明市坐标系转换交换格式2004昆明坐标系-0(大地高1 800 m)到2013昆明坐标(大地高1 768.7 m)参数采用图形数据图根控制点成果验算计算结果一致。

表6 验算Tab.6 Check calculation

利用转换软件坐标转换功能实现1980西安坐标系(34带)到CGCS2000坐标系(34带)数据成果转换验算计算ΔX、ΔY成果优于±1.0 mm(成果小数取位至mm)，在昆明市GPSC级网覆盖范围内参数成果转换，参数计算结果与CGCS2000国家坐标系平差成果一致。精度验算统计，如表7所示。

3 结束语

《测绘法》规定一个城市只能建立一套城市坐标系，昆明市目前使用两套坐标系成果，测绘资料标准不统一，非常不利于城市测绘的发展，也不利于依据《测绘法》对测绘行业进行有效管理。基于CGCS2000 的2013昆明坐标系的建成及各坐标系之间转换关系的建立，将现有各类测绘成果逐步转换到新的坐标系统下，结束了昆明市多种坐标系统同时使用、多头管理的局面，为现代新昆明信息化建设提供统一的测绘成果。

[1] 施一民.现代大地控制测量[M].北京：测绘出版社，2008.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 28584—2012城市坐标系统建设规范[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 24356—2009测绘成果质量检查与验收[S].北京：中国标准出版社，2009.

Construction of Kunming Coordinate System 2013 and Analysis of Coordinate Transformation for Surveying and Mapping Results

BAO Yin-li，ZHAO Lei，YUAN Xiang-dong

(KunmingCenterofSurveyingandMappingManagement,KunmingYunnan650500,China)

At first,this paper briefly introduces the method of construction of Kunming Coordinate System 2013.With 7 parameters method,the transformation relationships between Kunming Coordinate System 2013 and China Geodetic Coordinate System 2000,Xi’an Coordinate System in 1980,Beijing Coordinate System in 1954,and Kunming Coordinate System 2004 are established.With 4 parameters method,the transformation relationship between Kunming Coordinate System 2013 and Kunming Coordinate System 1987 is established.The practice shows that both the construction of Kunming Coordinate System 2013 and the construction of transformation relationship between different coordinate systems not only can meet the needs of the surveying and mapping projects such as city surveying, cadastral surveying, construction setting out, and investigation delimitation and so on, but also can conveniently realize the transformation of results between general coordinate system and national coordinate system.

Kunming Coordinate System 2013；KunmingC-level GPS control network；coordinate transformation；CGCS2000