基于CGCS2000的镇江相对独立平面坐标系的建立

陈立民，马雪萍，凌祥安

(1.镇江市勘察测绘研究院，江苏 镇江 212004； 2.镇江市土地勘测事务所，江苏 镇江 212004)

1 引 言

经国务院批准，自2008年7月1日起，我国全面启用2000国家大地坐标系(简称CGCS2000)，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年～10年[1]。根据全面推行使用2000国家大地坐标系的要求，2018年12月14日，自然资源部发布2018年第55号公告，决定自2019年1月1日起停止向社会提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系的基础测绘成果。

由于复杂的历史原因，镇江市长期面临着多个地方坐标系共存、起算基准不统一等问题，既不利于地方测绘地理信息工作的正常开展[2]，也不能满足当前城乡发展、智慧城市建设的需要。对于城市测绘地理信息管理来说，在辖区内建立并启用适宜的、统一的CGCS2000平面坐标系已成为当前测绘基础工作的重中之重[3]，这不仅是相关政策的基本要求，也是解决镇江历史问题、适应城乡建设发展的迫切需要。

2 镇江现有坐标系概况

镇江位于江苏省西南部，地理位置在北纬31°37′～32°19′，东经118°58′～119°58′之间，东西跨度约 95 km，南北跨度约 76 km，处于国家大地坐标系统一3°带第40带西侧。东、南接常州市，西为南京市，北与扬州市、泰州市隔江相望。

由于行政区划管理、部门归属不同等历史原因，镇江市的平面坐标系在整个地区并不统一。主要有中央子午线为120°的西安80坐标系、中央子午线为120°的北京54坐标系、中央子午线为119°30′的镇江坐标系。各类坐标系下的测绘地理信息成果无法融合、不便共享，各套独立坐标系相邻边缘处的地理信息数据难以接边。

鉴于此，为进一步促进全市测绘基准建设的统一化、标准化和科学化，促进全市测绘地理信息资源共享，更好地助力智慧镇江和“多规合一”平台建设，有效保障镇江城市建设和经济社会发展，并满足城市 1∶500地形图测绘以及城市各类工程测量的需要，在不施加高程抵偿面的基础上，确定适合镇江区域的中央子午线并建立基于CGCS2000的城市相对独立平面坐标系十分必要。

3 镇江相对独立平面坐标系的建立

3.1 引入CGCS2000坐标

在综合分析镇江及周边地区现有控制成果的基础上，结合镇江及周边地区的JSCORS、B、C级GPS控制网，通过对镇江市D级GNSS控制网起算点成果的更新，使其全面、均匀覆盖全市，构成基于省级现代测绘基准框架的控制网，实现了2000国家大地坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系和全市GNSS控制点镇江坐标系成果之间的关系，建立了与江苏省大地坐标框架之间的联系，为镇江相对独立平面坐标系采用与CGCS2000坐标系一致的参考椭球奠定了基础。

3.2 不同投影方案分析

根据国家相关规定和要求[4，5]，高程归化和高斯投影的长度变形不得大于1/40000，即不得大于 2.5 cm/km，其长度变形才能满足 1∶500地形图测图和市政工程施工放样的需要。若城市地区高程大于 160 m或平面位置离开统一3°带的中央子午线的东西方向距离大于 45 km范围，其长度变形则超过规定的1/40000，应该采取适当的措施。

(1)采用国家统一3°带中央子午线120°的投影方案分析

经测算，如果采用120°中央子午线，左湖立交桥以西区域的高斯投影长度变形值超过 2.5 cm/km，超限区域东西跨度为 53 km，最西侧离中央子午线 98 km，变形超限区域面积为 2 234 km2，占镇江市域面积比例为60%(具体如图1、图2所示)，最大变形量△s为 11.8 cm/km。

=11.8 cm/km

图1 120°中央子午线投影变形超限区域

图2 120°中央子午线每千米投影长度变形量

由此可见，采用中央子午线为120°的CGCS2000坐标系，在镇江全域约60%范围内，其投影长度变形量均不能满足投影长度变形限差要求，不利于城市规划建设和发展，此中央子午线不适合镇江市。

(2)采用中央子午线119°30′的投影方案分析

中央子午线119°30′位于智慧大道西侧，在镇江市域的最西边存在投影长度变形超限区域，超限区域东西最大跨度为 5.9 km，最西侧离中央子午线 51 km，变形超限区域面积为 34.8 km2，占镇江市域面积比例为0.91%(具体如图3、图4所示)，最大变形量△s为 3.2 cm/km。

=3.2 cm/km

图3 119°30′中央子午线投影变形超限区域

图4 119°30′中央子午线每千米投影长度变形量

综上分析，采用中央子午线为119°30′投影方案，投影变形超限区域面积比较小，对常规测量影响不大。当在这些区域进行较高精度的长度测量时，可同时进行高程归化长度变形改正和高斯投影长度变形改正，减小长度变形超限产生的影响。对于精密工程测量，应根据工程项目的实际情况，建立独立坐标系，以满足工程的需要。

3.3 2018镇江坐标系的确定

通过比较分析，并经相关专家论证，最终确定采用中央子午线为119°30′的相关参数建立镇江相对独立平面坐标系，并命名为“2018镇江坐标系”。该系统采用高斯投影，中央子午线为119°30′，投影面为2000国家大地坐标系采用的参考椭球面。

基于CGCS2000的2018镇江坐标系具有以下优缺点：

(1)具有较好的成果共享性。镇江东西跨度约1°，且采用一条中央子午线，辖市区的测绘数据可以不经过投影换带处理就可以实现共享，具有很强的实用性。

(2)具有较强的历史沿革性。镇江大量的测绘地理信息数据成果资料是在119°30′下测绘完成的，基于CGCS2000的2018镇江坐标系仍保留了原中央子午线，即保留了测绘作业习惯，兼顾了已有数据、资料和成果的延续性，又顾及将来发展的需要，可减少部分转换工作。

(3)由于是自定义的中央子午线，在一定程度上增加了与国家坐标系的衔接工作量。

4 城市相对独立坐标系与CGCS2000建立联系

4.1 坐标转换参数确定

在城市范围内均匀选取新旧坐标系下的重合控制点和检验点，采用Bursa七参数转换模型进行参数计算，计算转换参数的重合点数目不得少于6个。

4.2 坐标转换

通过国家测评的坐标转换软件共26款，可选择合适的一款或采用FME、GIS等具有投影变换功能的软件对地理信息成果数据进行批量坐标转换工作，具体流程如图5所示。

图5 坐标转换流程图

对于标准分幅的DLG图形数据，需要在坐标转换后重新进行分幅。沿着旧图廓，处理面合并、重复注记删除等问题，在新图廓处需要补充植被符号、注记等信息，图廓处的拓扑重建，以保证重新分幅的图面整体的可读性。

5 结 语

2018年12月，基于CGCS2000的2018镇江坐标系经江苏省测绘地理信息局批准为镇江市唯一合法的独立坐标系统。该地方坐标系统对全市域范围具有更好的控制性，能提供更高的测绘精度，同时又兼顾了全省的成果资料共享性和本地测绘使用的便捷性。该地方独立坐标系统的建立，不但将为全市自然资源事业未来的蓬勃发展埋下伏笔，同时也将为全市未来几十年经济社会的快速发展提供更坚实更精确的基础测绘服务。