国土空间数据向2000坐标系转换软件开发

吴志春

摘  要  本文探讨了国土资源空间数据从其他坐标系向2000国家大地坐标系转换的技术方法，根据转换流程编制了坐标转换软件，通过实例验证了转换方法的可行性和转换精度的可靠性，并在湖南省多个市县投入使用，取得了良好的效果。

关键词  坐标转换;空间数据;转换模型;2000国家大地坐标系

中图分类号：P226.3 文献标识码：A

文章编号：1672-5603（2020）03-80-5

Abstract： The technical methods for the conversion of land and resources spatial data from other coordinate systems to the 2000 national geodetic coordinate system were discussed. The coordinate conversion software was compiled. The feasibility and accuracy of the conversion method were verified by examples. The coordinate conversion software were put into use in many cities and counties in Hunan Province and obtained a good outcome.

Keywords： coordinate conversion; spatial data; conversion model; CGCS2000

为构建统一的坐标系统，满足经济社会发展和生产建设需要，自然资源部（原国土资源部）和原国家测绘地理信息局于2017年3月10日下发了《关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》，决定于2018年6月底前完成全系统各类国土资源空间数据向2000国家大地坐标系的转换[1]。在启用2000国家大地坐标系之前，我国国土资源领域积累了海量的1954年北京坐标系和1980西安坐标系的相关的空间数据资料，而旧坐标系的空间数据主要是服务于地形测绘、国土资源管理的DWG格式图件资料。研究如何高效的将存量的国土空间数据转换至2000国家大地坐标系，具有重要意义。本文就湖南省存量的国土和规划空间数据向2000国家大地坐标系转换的技术路线和流程进行了研究探索，开发设计了国土空间数据的坐标转换软件，并通过实例验证了转换流程和软件满足坐标转换实用性和转换精度要求。

1  坐标转换模型和方法流程

目前可采纳的坐标转换模型有多种，但在实际运用过程中应用最多的坐标转换模型是平面四参数和布尔莎七参数坐标转换模型。下面以空间坐标数据从西安80坐标系向2000国家大地坐标系转换为例进行介绍。

1.1  平面四参数模型

在范围小于100平方公里的局部地区，可采用平面四参数模型进行坐标转换，精度能够满足日常转换要求[2]。平面四参数模型是一种平面直角坐标转换模型，模型包含的4个坐标转换参数分别是两个平移参数、一个旋转参数、一个尺度参数[3-5]。具体转换公式如下所示：

其中，x0，y0为平移参数，α为旋转参数，为尺度参数，x2000，y2000为2000國家大地坐标系下的平面直角坐标，x80，y80为西安80坐标系下的平面直角坐标，坐标单位为米。在平面四参数解算过程中，一般选取3个以上同时具有80坐标和2000坐标的共同点进行四参数的解算，解算主要依据最小二乘法间接平差进行迭代求解，计算出满足点位中误差要求的参数。

1.2  布尔莎七参数模型

在大范围的不同椭球基准的坐标转换中，往往使用比较严密的布尔莎七参数模型，进行坐标转换[6]。布尔莎七参数模型涉及7个参数，包含3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数[7]。布尔莎七参数转换模型如下所示：

式中，3个平移参数，3个旋转参数，1个尺度参数。为2000国家大地坐标系下的空间直角坐标，为西安80坐标系下的空间直角坐标，坐标单位为米。

下面以西安80坐标系转换到2000国家大地坐标系为例，介绍布尔莎七参数一般解算过程，选取4个以上同时具有80坐标和2000坐标的共同点进行七参数的解算，解算主要依据最小二乘法间接平差进行迭代计算，计算出满足点位中误差要求的参数，具体解算方法如图1所示。

1.3 坐标转换方法流程

根据坐标转换原理及方法步骤，可得出坐标转换的具体过程。首先是确定所用的坐标转换模型，其次根据坐标模型进行解算坐标转换参数，最后根据解算后的转换参数进行坐标转换。下面以将矢量数据从西安80坐标系平面坐标转换为2000国家大地坐标系平面坐标为例，分别介绍四参数和七参数的具体转换流程。其中平面四参数模型的具体转换流程如图2所示，布尔莎七参数模型的具体转换流程如图3所示。

2  坐标转换软件实现

2.1 国土空间的数据类型

我国普遍存在的国土空间数据有CAD格式的dwg和dxf数据，ArcGIS格式的shp、mdb、gdb数据，MapGIS格式的wp、wl、wt、hdf数据，栅格格式的tif、img、grd形式数据等空间数据。各种数据都可以使用平面四参数和布尔莎七参数模型进行坐标转换。

2.2 坐标转换软件实现

针对国土空间的数据类型，分类进行坐标转换，其中CAD格式和ARCGIS格式的空间数据是国土资源管理和测绘地理信息中采用最多的数据形式。本文以岳阳市2000国家大地坐标系坐标转换软件（图4）为例对各类格式的数据向2000坐标转换软件开发进行具体阐述。

本文的坐标转换程序开发采用Autodesk公司提供的AutoCAD二次开发组件ObjectARX+MicrosoftVisualStudio.NET开发，采用VC++开发语言在AutoCAD平台下进行二次开发实现各种坐标转换功能。由于大部分的CAD图形没有坐标参考信息，为方便用户判断DWG图件的坐标系统，本文的转换软件以插件的形式内嵌于CAD程序中，如图5所示。软件提供平面四参数模型或布尔莎七参数转换模型供用户进行CAD图形数据的坐标转换。在具体的转换中，用户也可以使用自定义的转换参数，也可以使用软件自带的参数进行指定区域的数据坐标转换，其中自带的转换参数进行加密了处理，内置于软件中以确保软件自带参数的保密性。

软件基于布尔莎转换七参数模型，也可提供软件自带转换参数和用户自定义的转换参数供用户进行ArcGIS格式数据的坐标转换，具体如图6所示。

在MapGIS转换模块中，根据MapGIS的文件格式，基于布尔莎转换七参数模型，通过二进制的通过读取其中的坐标值，通过布尔莎转换七参数模型转换坐标，写入新的MapGIS文件，完成MapGIS格式数据的坐标转换。

3  数据转换实例

本文以布尔莎七参数模型对1980西安坐标系地形图进行坐标转换为例，测试坐标转换软件转换的实用性并进行精度评价[9]。选取岳阳市某幅1980西安坐标系的dwg地形图，用CAD软件打开，并使用本文研制的坐标转换软件进行坐标转换，参数模型选择岳阳市80转2000七参数模型，根据地形图的坐标投影情况，中央子午线选择114度，如图7所示，点击转换，即可将图形数据转换为2000国家大地坐标系的平面坐标系下，转换过程方便快捷。

坐标转换的精度由转换方法、参数模型精度、计算机坐标计算的小数点取位共同决定。坐标转换的整体转换精度一般采用如下方法验证：在计算模型参数时，采用同时具有两个坐标系坐标的5个以上的共同点计算模型转换参数，另外保留6个以上的共同点作为检查点进行转换精度的验证。坐标转换时，将整个图幅和检查点一起从原始坐标系转换到目标坐标系下，计算转换后的6个高精度检查点的坐标与其在2000坐标系下的真实坐标的差值。本文使用软件的布尔莎七參数转换模型，验证岳阳市的均匀分布的6个具有1980西安坐标系和2000国家坐标系在114度中央子午线高斯克里格投影下的投影坐标的转换坐标误差，具体转换误差如表1所示。

经过检测，转换后的数据与原始的2000坐标残差最大值均小于0.005m，能够满足1：500比例尺地形图的转换精度要求[10]。由于其转换精度的可靠性和操作的便捷性，本文所研发的坐标转换软件在岳阳市本级、汨罗市、湘阴县、平江县、临湘市、洪江市、安化县、益阳市本级、华容县、通道县、溆浦县、中方县等12个市县国土资源局进行安装和使用，方便国土局和其他单位的技术人员对遗漏的存量数据进行坐标转换。

4  结论

本文介绍了常见坐标转换模型，研究对应的坐标转换流程，并开发了相应的坐标转换软件，最后以数据实例验证了坐标转换软件的实用性和精度，并在湖南省各个市县国土资源部门安装使用，取得了较好的效果。随着国土资源管理数据的多样化和多规合一的要求，后续涉及规划、林业、水利等诸多部门的空间数据也需要统一到2000国家大地坐标系下，本文的研究成果对2000国家大地坐标系推广应用以及存量空间数据坐标转换工作具有一定的推进作用。

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