許兆華，李 紅

(1.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，哈爾濱150080;2.黑龍江測繪地理信息局第三測繪工程院，哈爾濱150080)

根據(jù)國土資源部門的要求，移民區(qū)地形圖要求使用1980西安坐標系，而我省水利工程中大多數(shù)工程項目使用的是1954年北京坐標系，為了達到要求，就必須對移民區(qū)地形圖進行坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。這里，就闡述一下松花江干流堤防通河縣移民區(qū)地形圖坐標系統(tǒng)需要進行1954年北京坐標系統(tǒng)和1980西安坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換步驟和方法。

1 求取轉(zhuǎn)換參數(shù)

新中國建立后，我國大地測量進入全面發(fā)展時期，在全國范圍開展了正規(guī)的大地測量和測圖工作，迫切需要建立一個參心大地坐標系。鑒于當(dāng)時的歷史條件，暫時采用了克拉索夫斯基橢球參數(shù)(長半軸a=6 378 245 m，扁率α=1/298.3)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標系進行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系。其中高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準面差距重新平差結(jié)果為依據(jù)，按我國的天文水準路線傳算過來的。因此1954年北京坐標系可以認為是前蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸，因為它們的橢球參數(shù)和大地原點一致，它的原點不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球是克拉索夫斯基橢球。但又不完全是前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系。如大地點高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準，高程異常是以1955年大地水準面重新平差結(jié)果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的。為了適應(yīng)大地測量發(fā)展的需要及進行全國天文大地網(wǎng)整體平差，我國于1978年4月，采用了新的橢球元素和進行了新的定位與定向，建立了新的坐標系——1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系的大地原點設(shè)在我國中部——陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。該坐標系是參心坐標系。橢球短軸Z軸平行于由地球質(zhì)心指向1968.0地極原點(JYD)的方向;大地起始子午面平行于格林尼治天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向;Y軸與Z，X軸成右手坐標系.橢球參數(shù)采用1975年國際大地測量與物理聯(lián)合會第十六屆大會的推薦值，其橢球參數(shù):(長半軸a=6 378 140 m，扁率α=1/298.257)，1980年國家大地坐標系建立后，實施了全國天文大地網(wǎng)整體平差。提供了屬于1980年國家大地坐標系的大地成果。這種成果與原大地點局部平差成果二者屬于兩個不同的參心坐標系。這給實際的使用帶來一定問題。實用部門和單位大量成果是1954年北京坐標系的。因而也有的部門個單位將1980年國家大地坐標系的空間直角坐標系3個平移參數(shù)平移變換至克氏橢球中心，橢球參數(shù)保持與1954年北京坐標系相同而建立所謂新1954年北京坐標系，這樣新1954坐標系與原1954坐標系接近，但其精度和1980年國家大地坐標系相同［1］。

三維坐標變換中參數(shù)直接影響到轉(zhuǎn)換點的精度，而轉(zhuǎn)換參數(shù)與公共點的分布和精度有關(guān)。本文通過以轉(zhuǎn)換點的擬合誤差最小為目標函數(shù)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，逐步剔除精度不高和分布不合理的公共點。使得轉(zhuǎn)換參數(shù)相對于所有的轉(zhuǎn)換點達到局部最優(yōu)。

坐標轉(zhuǎn)換中常采用相似變換模型，如BURSA模型、MOLODENSKY模型。一般有3個平移參數(shù)，3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù)。通過3個以上的公共點由最小二乘法擬合出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后求得的參數(shù)進行坐標轉(zhuǎn)換［2］。

轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度同樣取決于公共點的精度，因此需要對公共點進行選擇即剔除可能存在的粗差點和對網(wǎng)形分布進行優(yōu)化。通過誤差傳播定律求得轉(zhuǎn)換點擬合誤差，以擬合誤差最小為目標進行公共點的選擇。

移民區(qū)分布比較分散，對其進行坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換就要分段進行，采用達到精度的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

通河移民區(qū)實例:首先選取3個以上移民區(qū)附近的國家三角點或GPS點，此種點必須具有1954年北京坐標系統(tǒng)和1980西安坐標系統(tǒng)兩種坐標系的坐標成果，求出其轉(zhuǎn)換參數(shù)，對其殘差大的公共點進行刪除選取，選擇能夠達到精度的點進行參數(shù)計算。這里用CASS成圖軟件中的坐標轉(zhuǎn)換功能進行實現(xiàn)。

首先在CASS成圖軟件中點擊“地物編輯”菜單，在下拉菜單中點擊“坐標轉(zhuǎn)換”，出現(xiàn)對話框見圖1。

由于公共點數(shù)據(jù)涉及國家機密，所以此處不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)。按照提示，按步驟進行操作，進行參數(shù)的選擇計算。

2 地形圖的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

參數(shù)計算完成之后，就進行地形圖的坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，利用CASS成圖軟件中的地形圖坐標轉(zhuǎn)換功能，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，進行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換見圖2。

在上述對話框中點擊使用其參數(shù)轉(zhuǎn)換，對話框消失，在命令行出現(xiàn)請選擇實體，用窗選選擇圖形，確認之后，窗口圖形即為轉(zhuǎn)換后圖形。

圖1 CASS成圖軟件中坐標轉(zhuǎn)換對話框

圖2 地形圖坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換示意圖

3 地形圖轉(zhuǎn)換后的檢查

地形圖轉(zhuǎn)換前，把公共點展點或是把控制點到地形圖里，然后查詢校對其轉(zhuǎn)換后的坐標成果，是否一致或相符，能否滿足地形圖精度要求。

4 結(jié)論

隨著測繪科技發(fā)展與進步，以上兩種坐標系都要被2000國家坐標系取代，但根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展不平衡的實際情況，以上兩種坐標系還要使用一段時間，這段時間里，還必須進行一些坐標系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作。

［1］徐紹銓，等.GPS測量原理及應(yīng)用:第二版［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003.

［2］劉大杰.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2007.