株洲县“图形数据转换”项目的研究与实现

刘立衡（株洲市规划设计院，湖南　株洲　412000）



株洲县“图形数据转换”项目的研究与实现

刘立衡（株洲市规划设计院，湖南株洲412000）

随着长株潭两型社会的迅速发展，为了统一规划部门用地管理的工作协调及信息共享，株洲县推进了株洲县独立坐标、1980西安坐标系株洲独立坐标、任意直角坐标系与株洲独立坐标的“图形数据转换”重点工程。本文针对四种坐标系统的联测、转换参数的求取以及精度检测等关键性技术问题进行了研究和解决，并从中得到了有益的结论。

地形图；坐标系；株洲独立坐标；株洲县独立坐标；坐标转换；转换参数

1　引言

几十年来，株洲县的城市规划、建设和管理等一直采用的是株洲县独立坐标。而当今各地普遍存在着54北京坐标系、80西安坐标系和地方独立坐标系共存的现实情况，株洲县建设用地管理中规划部门依据株洲县独立坐标划拨和测量土地，而国土部门采用的是西安80坐标系，规划部门原有旧图数据坐标系统有株洲县独立坐标、西安80坐标系株洲独立坐标、任意直角坐标系。多种坐标系的地形图数据，使得旧图数据无法得到充分利用，也难以与株洲市规划部门的统一规划相结合。

在日常的建设用地勘测定界工作中，经常遇到建设用地规划界线等规划要素、城市规划道路红线和开发区界线、土地权属界线、基本农田保护界线、土地利用现状界线等地籍要素的转换问题、相互套合，以及不同坐标系下测绘的地籍图、地行图，转换到统一的坐标系下是由于工作要求。因此，如何快速、高效、准确地实现不同坐标系下图形数据的转换成为测绘生产中遇到的一个实际课题。

不同坐系下图形数据的转换实际上是新旧坐标的转换，平面直角坐标转换的方法很多，有正形变换、仿射变换、赫尔墨特相似变换等方法，本文通过基于赫尔墨特相似变换原理计算出的两个平移参数、一个旋转参数和一个尺度比参数，在CASS7.1平台下实现从图形到图形的转换。

2　坐标转换关系的确定

2.1控制网坐标系统的联测与重新平差

覆盖本项目的西安80坐标系株洲独立坐标E级GPS控制网，建立于2010年4月，全网共16点。覆盖本项目范围的株洲独立坐标E级GPS控制网，建立于2010年4月，全网共16点。覆盖本项目另外一处范围的任意直角坐标系GPS控制网，建立于2007年7月，全网共16点。覆盖本项目范围的株洲县独立坐标平面测量控制网，建立于1997年，座落于本项目范围的共有3点。上述四种控制网点系不同时期独立布设，所采用的起算控制点及数据不同，且具有各自不同的测量误差。因此，首先需要通过联测出它们的差异，并通过计算改正使其得到统一。

鉴于这四种控制网点的规模大小、精度等级和控制范围基本一致，项目在全范围内针对四网重合的14个公共点进行了联测，并重新进行平差计算，以统一它们的株洲县独立坐标、株洲独立坐标及西安80坐标系株洲独立坐标。联测采用了2台标称精度为5mm+1ppm的Trimble双频GPS接收机、2台标称精度为5mm+1ppm的南方S86双频GPS接收机和3台标称精度为5mm+1ppm的NGS200单频GPS接收机进行，其有效观测时段≥1.6×1h。施测之前均事先编制GPS卫星可见性预报表。每时段的开机和关机均严格量取天线高，两次互差不大于3mm，取平均值作为最后结果。

GPS基线解算采用南方静态GPS处理软件（GPSADJ4.4）进行，其数据利用率大于90%。解算后进行了同步三边闭合环闭合差的检核以及新联测基线与旧网基线构成的异步环闭合差的检核，所有闭合差均满足《全球定位系统（GPS）测量规范》的要求。

平差计算采用南方静态GPS处理软件 （GPSADJ4.4）进行，将联测的GPS基线与原网基线一起重新进行整体计算，以联测的公共点作为起算控制点进行约束平差。平差后，各项指标亦满足相关的精度要求。

2.2坐标参数

“图形数据转换”项目的实现，首要的前提是必须建立起株洲独立坐标与1980西安坐标系株洲独立坐标及另外两种坐标系之间的符合精度和管理要求的严密转换关系。

众所周知，坐标系之间的差异主要取决于坐标系的定位与定向，椭球参数以及坐标系的尺度定义。除此之外，经典大地测量不可避免存在局部变形误差以及测量控制网的累积误差等［1］。株洲独立坐标和1980西安坐标系株洲独立坐标及另外两种坐标系都采用高斯平面投影，其最本质的区别是采用了不同的参考椭球。前者采用的是1954年北京坐标系的参考椭球（简称54椭球），而第二种采用的则是IAG-75椭球（简称80椭球），也并不是地心坐标系［2］。株洲县独立坐标和任意直角坐标系都采用的是54椭球，只是中央子午线与株洲独立坐标的中央子午线有所不同。

3　图形数据转换方法

赫尔墨特相似变换实质上是将旧坐标下的原图经过平移、旋转和尺度比改正转换成新坐标系下的图形，使转换后图形的的形状保持不变。通过联测的公共点计算出四参数进行图形数据转换，利用南方静态GPS处理软件（GPSADJ4.4）计算得出平移参数：X方向平移量 93.3666，Y方向平移量288.2656，旋转参数0.0020750609°，缩放系数0.9999808514。其误差均在±0.7cm以内。

3.1方法一：命令转换

该方法直接用CASS7.1中的ROTATE旋转命令、MOVE移动命令和SCALE缩放命令实现旧图到新图的转换。

（1）打开原图后，在命令提示行输入MOVE，或者直接点击工栏中图标执行移动命令、或者通过下拉菜单执行移动命令，将整个图形从基点坐标（0，0）平移到坐标（288.2656，93.3666）。

（2）执行 ROTATE旋转命令，以基点坐标（288.2656，93.3666）为基准旋转-0.0020750609°。

（3）执行SCALE缩放命令，以基点坐标（288.2656，93.3666）为基准缩放0.9999808514。至此从旧图到新图的转换完成。

3.2方法二：CASS命令转换

该方法直接用 CASS7.1“地物编辑”下拉菜单中的“坐标转换”命令即可实现旧图到新图的转换。

（1）打开原图后，点击“地物编辑”下拉菜单中的“坐标转换”命令，在对话框中输入公共点。

（2）点击对话框中的“计算转换参数”按钮，计算出转换参数。

（3）点击对话框中的“转换”按钮。至此从旧图到新图的转换完成。

3.3方法三：图块转换

（1）执行WBLOCK命令，将图形对象制作成为图块，以基点（0，0）为插入点，选取所有图形后即刻将图形按块保存。

（2）执行INSERT插入命令，打开做好的图块，在命令提示行或插入对话框中依次输入插入点坐标（288.2656，93.3666）、缩放系数（X、Y 方向一样）0.9999808514、旋转角-0.0020750609°，确认后旧图到新图的转换完成。

4　转换后图形数据的检验

4.1原有控制点的检核

为具体考察地形图数据转换后的正确性及精度，评估转换计算的实际效果，在项目范围内均匀选取了一定数量的原有控制点，通过联测将其实测坐标与转换计算坐标进行了比较。检核点的测量方法采用CORS进行，开关机测量三次同一个点的坐标，取其平均值做为最后的坐标值。

大量外部检核数据表明，三套转换后的地形图数据控制点点位较差均在1.5cm以内。实际精度优于±2.0cm。

5　结论

本文基于CASS7.1对不同坐标系图形的转换方法作了初步探讨。转换方法共有三种，第一种和第三种转换完成的图形，图式符号和文字的朝向都不是正北方向。而第二种方法则不会出现这种情况，所以建议采用第二种方法。

图形数据转换的精度，取决于四参数的精度，而四参数的精度又取决于公共点数量，数量越多，精度越高。株洲县独立坐标和西安 80坐标系株洲独立坐标、株洲独立坐标、任意直角坐标系转换参数的计算，选取了覆盖旧图范围的14个公共点，转换过程严密，转换参数精度为±0.7cm。经过检验数据可以证明，该方法具有高效、方便、快捷等特点，图形转换得到的数据准确，与转换公式计算的结果完全一致，实现了从新旧坐标的转换至图形到图形的转换或数据到数据的转换。

［1］丁士俊，张忠明.几种不同坐标变换方法问题的研究［J］.四川测绘，2005，28（1）：16～19.

［2］熊 介.椭球大地测量学［M］.北京：解放军出版社，1988.

刘立衡（1983-），男，工程师，主要从事测绘工程工作。

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2095-2066（2016）11-0113-02

2016-1-16