□ 周博飛孫偉李帥

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.國家測繪地理信息局第四地形測量隊，黑龍江哈爾濱150081）

國家基本比例尺測繪成果坐標系轉(zhuǎn)換軟件的研制

□ 周博飛1孫偉2李帥1

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.國家測繪地理信息局第四地形測量隊，黑龍江哈爾濱150081）

我國測繪成果存在坐標系統(tǒng)不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，使不同坐標系測繪成果的使用存在一定的局限性，無法有效地充分使用測繪成果。為使測繪成果能夠更好地滿足國民經(jīng)濟建設(shè)各部門的需求，最大程度地發(fā)揮各種測繪成果的應(yīng)用價值，設(shè)計了坐標系轉(zhuǎn)換軟件。

坐標轉(zhuǎn)換；國家坐標系；地方坐標系

引言

目前我國常用的坐標系包括1954北京坐標系、西安1980坐標系、國家2000坐標系和地方坐標系。這些不同坐標系測繪成果的使用存在一定的局限性，無法有效地充分使用測繪成果。本系統(tǒng)針對不同坐標系、不同比例尺的測繪成果制定相應(yīng)的坐標轉(zhuǎn)換方案。主要實現(xiàn)1954北京坐標系至1980西安坐標系、1954北京坐標系至2000國家大地坐標系、1980西安坐標系至2000國家大地坐標系的坐標轉(zhuǎn)換；地方坐標系到國家坐標系之間的轉(zhuǎn)換。最大程度地發(fā)揮各種測繪成果的應(yīng)用價值。

1.坐標轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1.1 設(shè)計思路

1.1.1 國家基本比例尺測繪成果坐標間轉(zhuǎn)換

國家基本比例尺測繪成果采用的比例尺主要分三種：大比例尺、中比例尺和小比例尺。大比例尺主要包括1∶500、1∶1000、1∶2000；中比例尺為3度分帶，主要包括1∶5000、1∶1萬；小比例尺為6度分帶，主要包括1∶5萬和1∶25萬。國家基本比例尺測繪成果主要采用圖幅改正數(shù)實現(xiàn)坐標轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)利用圖幅改正數(shù)實現(xiàn)了批量對標準數(shù)據(jù)組織和命名的1954年北京坐標系的DLG、DOM、DEM測繪成果向1980西安坐標系、2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換及1980西安坐標系的DLG、DOM、DEM測繪成果向2000國家大地坐標系的轉(zhuǎn)換，并參照新坐標系的標準圖廓對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行自動換帶、數(shù)據(jù)拼接、數(shù)據(jù)接邊、數(shù)據(jù)裁切和數(shù)據(jù)重采樣等處理。

1.1.2 地方坐標系測繪成果向國家（大地）坐標系的轉(zhuǎn)換

地方坐標系的定義有兩種：（1）地方坐標系是局部地區(qū)建立平面控制網(wǎng)時，根據(jù)需要投影到任意選定面上和（或）采用地方子午線為中央子午線的一種直角坐標系。（2）地方坐標系是因建設(shè)、城市規(guī)劃和科學研究需要而在局部地區(qū)建立的相對獨立的平面坐標系統(tǒng)。為便于必要時與國家坐標系進行相互轉(zhuǎn)換，通常應(yīng)與國家坐標系進行聯(lián)測。本軟件采用布爾莎—沃爾夫七參數(shù)模型進行地方坐標系到國家（大地）坐標系的轉(zhuǎn)換。

1.1.3 區(qū)域坐標轉(zhuǎn)換

有些國家（大地）坐標成果數(shù)據(jù)是按照行政區(qū)劃進行組織管理，無法按照用改正數(shù)分幅轉(zhuǎn)換的方式進行坐標轉(zhuǎn)換。但是如果用戶手中有包含該區(qū)域的所有標準圖幅的改正數(shù)，則可以考慮用這些圖幅改正數(shù)將該行政區(qū)域的數(shù)據(jù)整體進行坐標轉(zhuǎn)換。

1.1.4 解算布爾莎7參數(shù)

對于布爾莎7參數(shù)的設(shè)定，用戶可以自行輸入7參數(shù)，也可以利用本系統(tǒng)下的7參數(shù)解算功能，利用提供的已知控制點文件來計算7參數(shù)。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The system function structure diagram

1.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

1.2.1 系統(tǒng)界面

系統(tǒng)界面風格采用office2007風格，界面簡潔明了，功能齊全，并且可以進行工程的新建、打開和保存，主要目的是記錄用戶設(shè)置，避免用戶下次啟動程序時重新進行工程的設(shè)置。保存工程時，會直接將工程保存在新建工程時指定好的路徑，并且下次打開程序時，自動保留上次的設(shè)置。

圖2 軟件界面Fig.2 Software interface

1.2.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1）基于ArcObjects的空間校正

獲取被校正要素上的某點與基準要素上的對應(yīng)點，這樣就建立了一個置換鏈接，起點是被校正要素上的某點，終點是基準要素上的對應(yīng)點，用同樣的方法建立足夠的鏈接。理論上有三個置換鏈接就能做仿射變換，對于DLG數(shù)據(jù)本系統(tǒng)利用ArcObjects中的 ITransformationMethodGEN接口下的Transform方法進行仿射變換；對于DOM、DEM 數(shù)據(jù)利 用 ArcObjects中 的IrasterGeometryProc接口下的warp方法進行柵格數(shù)據(jù)的校正。無論是矢量還是柵格數(shù)據(jù)的空間校正，都要提前準備好需要的frompoints和topoints對應(yīng)點集數(shù)組，點集數(shù)組的維數(shù)越高越能提高空間校正的精度，本系統(tǒng)獲取4到9個對應(yīng)點數(shù)組，可以大大提高空間校正的精度。

2）基于ArcObjects的投影變換

一般情況下地理數(shù)據(jù)庫和柵格數(shù)據(jù)庫在創(chuàng)建時都具有空間參考的屬性，空間參考定義了該數(shù)據(jù)集的地理坐標系統(tǒng)或投影坐標系統(tǒng)，沒有坐標系統(tǒng)的地理數(shù)據(jù)在生產(chǎn)應(yīng)用過程中是毫無意義的，但由于在數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)庫過程中可能造成坐標系統(tǒng)信息丟失，或創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時忽略了坐標系統(tǒng)的定義，因此需要對沒有坐標系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)集進行坐標系統(tǒng)定義。對于矢量數(shù)據(jù)的投影和坐標轉(zhuǎn)換一般用到的接口和方法有IGeometry.Project方法，IGeometry接口的Project方法提供的投影操作實現(xiàn)了最基本的坐標轉(zhuǎn)換功能。實際數(shù)據(jù)處理過程中，比較明確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換前后空間參考信息情況下一般用此方法作坐標轉(zhuǎn)換，不同投影帶之間的坐標轉(zhuǎn)換就是一個典型。對于柵格數(shù)據(jù)可以調(diào)用ArcGis中的Project Raster方法。

3）柵格數(shù)據(jù)的重采樣

柵格數(shù)據(jù)的重采樣主要基于三種方法：最鄰近采樣（NEAREST），雙線性ILINEAR）和三次卷積采樣（CUBIC）。

（1）最鄰近采樣：它用輸入柵格數(shù)據(jù)中最臨近柵格值作為輸出值。因此，在重采樣后的輸出柵格中的每個柵格值，都是輸入柵格數(shù)據(jù)中真實存在而未加任何改變的值。這種方法簡單易用，計算量小，重采樣的速度最快。

（2）雙線性采樣：此重采樣法取待采樣點（x，y）點周圍四個鄰點，在y方向（或X方向）內(nèi)插兩次，再在x方向（或y方向）內(nèi)插一次，得到（x，y）點的柵格值。

（3）三次卷積采樣：這是進一步提高內(nèi)插精度的一種方法。它的基本思想是增加鄰點來獲得最佳插值函數(shù)。取待計算點周圍相鄰的16個點，與雙線性采樣類似，可先在某一方向上內(nèi)插，如先在x方向上，每四個值依次內(nèi)插四次，再根據(jù)四次的計算結(jié)果在y方上內(nèi)插，最終得到內(nèi)插結(jié)果。

本系統(tǒng)采取最鄰近采樣法，獲得原始柵格的分辨率和轉(zhuǎn)換后的沖采樣范圍，然后調(diào)用ArcObjects中的IRasterGeometryProc. Resamle方法進行操作。

2.精度驗證

國家坐標系轉(zhuǎn)換中，1萬比例尺數(shù)據(jù)共檢測控制點71個，X方向最大誤差0.0028，最小誤差0.0002；Y方向最大誤差0.0039，最小誤差0.0001；最大平面距離誤差為0.004，最小平面距離誤差為0.0004；X方向中誤差為0.001，Y方向0.0015，平面距離中誤差為0.0018。

5萬比例尺數(shù)據(jù)共檢測控制點69個，X方向最大誤差0.0033，最小誤差0.0233；Y方向最大誤差0.0001，最小誤差0.0001；最大平面誤差為0.0235，最小平面誤差為0.0001；中誤差 X方向 0.0018，Y方向0.0063，平面距離中誤差為0.0065。

地方坐標系轉(zhuǎn)換，采取中山市約900平方公里的區(qū)域數(shù)據(jù)成果作為檢測數(shù)據(jù)，共檢測控制點25個，經(jīng)檢測得出X方向最大誤差為0.00008，最小誤差為0.00005；Y方向最大誤差為0.0005，最小誤差為0.00045；X方向中誤差為0.00006，Y方向中誤差為0.00047；平面距離最大誤差為0.0005，最小誤差為0.00045，中誤差為0.00048。

3 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，對地理信息產(chǎn)品的需求越來越大，不同坐標系下的測繪成果的互相轉(zhuǎn)換定會成為必然。本系統(tǒng)實現(xiàn)了國家基本比例尺不同坐標系測繪成果的坐標轉(zhuǎn)換，可以更好地應(yīng)用國家基本比例尺不同坐標系的測繪成果，提高測繪成果的應(yīng)用空間，節(jié)約成本，充分發(fā)揮測繪成果的作用。

【1】蔣波濤.ArcObjects開發(fā)基礎(chǔ)與技巧[M].武漢大學出版社，2006.

【2】李德仁.出差處理和可靠性理論[M].北京：測繪出版社，1988.

【3】吳建華.基于ArcGIS Engine的GIS軟件開發(fā)方法[J].測繪通報，2010（11）:54-57.

【4】李東，毛之琳.地方坐標系向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換方法的研究[J].測繪與空間地理信息，2010，33（q6）：193-196.

周博飛（1981年——），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，本科學歷，主要從事GIS應(yīng)用產(chǎn)品開發(fā)與地理信息數(shù)據(jù)加工生產(chǎn)技術(shù)支持工作。

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2095-7319（2014）04-0011-04