坐标转换在某水利工程中的应用

吴国宏 周延国 张旭

摘 要：2000国家大地坐标系启用后，为了合理利用已有成果，需要将不同时期的测绘成果转换成2000国家大地坐标系。本文以西安80坐标系与2000国家大地坐标系在某水利工程中的转换为例，对转换公共点的选择进行探讨，分析了不同公共点对转换成果误差的影响。

关键词：坐标转换;转换模型;四参数法;七参数法

中图分类号：TV221文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0075-03

Abstract： After the 2000 national geodetic coordinate system was put into use， in order to make rational use of the existing results， it is necessary to convert the surveying and mapping results of different periods into 2000 national geodetic coordinate system. Taking the transformation of Xi'an 80 coordinate system and 2000 national geodetic coordinate system in a water conservancy project as an example， this paper discussed the selection of transformation common points and analyzed the influence of different common points on the error of transformation results.

Keywords： coordinate transformation;the transformation model;four parameters method;seven parameter method

随着科学技术的进步展，新型测量仪器和测绘手段都得到了相应提高。但是，现行使用的大地坐标系成果精度偏低，无法满足新技术的要求。2008年7月1日，我国开始启用2000国家大地坐标系，国家测绘地理信息局将停止提供其他坐标系下的测绘成果。为了实现资源共享，合理利用现有成果，需要将不同时期的测绘成果在不同坐标系统之间进行转换[1]。本文以西安80坐标系与2000国家大地坐标系在某水利工程中的转换为例，对转换公共点的选择进行探讨，分析不同公共点对转换成果误差的影响。

1 坐标转换原理

1.1 常用的坐标系统

我国常用的坐标系统有北京54坐标系、西安80坐标系、2000国家坐标系和WGS-84坐标系。西安80坐标系的参考椭球元素采用1975年国际大地测量学和地球物理学联合会（International Union of Geodesy and Geophysics，IUGG）第16届大会推荐的数值，大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇，西安80坐标系椭球基本参数定义为[2]：[a]=6 378 140 m，[1f]=298.257，[GM]=3.986 005×108 m3s-2，[J2]=1.082 63×10-8，[ω]=7.292 115×10-5 rad-1。2000国家坐标系是国家测绘局于2008年颁布并实施的一种新型坐标系。该坐标系原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000国家大地坐标系的[Z]轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，[X]轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，[Y]轴与[X]轴、[Z]轴构成右手正交坐标系，采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系椭球基本参数定义为[2]：[a]=6 378 137 m，[1f]=298.257 222 101， [GM]=3.986 004 418×1014 m3s-2，[ω]=7.292 115×10-5 rad-1。

1.2 坐标转换模型

在工程测量中经常要用到坐标系之间的关系转换，不同坐标系之间的坐标转换过程就是转换参数的求解过程，常用的转换模型有四参数法和七参数法[3]。

2 坐标转换在某水利工程中的应用

2.1 工程概况

某水库工程位于市泾川县境内的刘李河上，水库工程等级为Ⅳ等，工程规模为小（一）型，主要功能设计为城镇和灌溉供水。原坐标系统为西安80坐标系，中央子午线108°，3°带投影。从2018年7月1日起，甘肃省全面使用2000国家大地坐标系。该测区原有的6个GPS控制点及西安80坐标测绘成果资料需要转换为2000国家大地坐标系才能使用。

2.2 转换模型

在西安80坐标系与2000国家坐标系之间的坐标转换中，分别选用二维四参数模型和三维七参数模型。无论选用哪种模型，首先要求出两坐标系之间的转换参数[4]。转换参数的获取主要依靠坐标公共点来实现，坐标公共点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点[5]。四参数转换最少需要2个具有二维坐标的公共点，七参数转换最少需要3个具有三维坐标的公共点。

2.3 坐标转换

在项目坐标转换实施过程中，七参数转换选择（G1、G4、G5）3個具有三维坐标的公共点，由南方测绘GPS数据处理软件中坐标转换功能实现七参数求解[4];四参数转换分别选择6组不同的公共点进行坐标转换，用广东南方数码科技股份有限公司的CASS软件坐标转换功能进行坐标参数求解和转换，其转换结果见表1、表2和表3。

3 精度评估与检核

3.1 精度检核

在坐标转换过程中，选择部分不参与转换参数计算的公共点（重合点）作为检核点，利用转换参数模型解算出这些公共点的2000国家大地坐标系的坐标，与已知坐标进行比较。

3.2 精度评估

由表3可知，使用七参数模型进行坐标转换的最大点位误差为0.02 m，满足基本平面控制最弱相邻点点位允许中误差为图上0.05 mm的规范要求;四参数转换选择了6组不同的公共点进行坐标转换，其中前三组（G1、G4）、（G1、G5）、（G4、G5）在测区内（G1～G6）的转换精度误差最大为0.015 m，满足相应的精度指标要求，测区外（G7～G15）转换误差达到0.627 m，残差大于3倍中误差;后三组（G12、G4）、（G12、G5）、（G1、G12）转换误差较大，满足不了规范精度要求，主要原因是由于选择了G12作为转换公共点而引起的，G12点偏离测区约3 km。由此看来，选择合适的转换公共点是至关重要的工作。

4 结语

不同坐标系之间的坐标转换是利用已有资料的重要手段，选择合适的转换模型可以把原有的坐标系统转换成2000国家大地坐标系，实现了资料共享;转换模型及转换参数的选择是影响转换精度的重要因素，七参数转换精度明显高于四参数转换精度，在小范围内且点位精度要求不高的情况下，利用四参数进行坐标转换是可行的。无论是七参数转换还是四参数转换，不同坐标系之间的资料利用是可以实现的。

参考文献：

[1]魏小林.西安80坐标系与CGCS2000坐标系转换研究[J].河南科技，2019（17）：150-153.

[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.全球定位系统（GPS）测量规范：GB/T18314—2009[S].中国标准出版社，2009.

[3]郭春喜，马林波，张骥，等.西安80坐标系与WGS84坐标系转换模型的确定[J].东北测绘，2002（4）：34-36.

[4]马家琼，杨晓英，崔文刚，等.WGS—84与西安80坐标转换研究[J].测绘与空间地理信息，2013（4）：158-160.

[5]苗琦，陈敏，姜航，等.國家2000坐标系在地质勘查中的推广应用[J].能源与环境，2018（1）：3-4.