測繪工作中自編坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序和其他坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序?qū)Ρ?/h1>
2014-03-26 03:27:08孫慧梅彭秀忠孟建國
吉林地質(zhì) 2014年1期
孫慧梅，李 昊，高 源，彭秀忠，孟建國
吉林省煤田地質(zhì)物探公司，吉林 長春 130031
隨著社會的不斷發(fā)展進步，測繪工作在社會中的應(yīng)用也越來越廣泛。在很多基礎(chǔ)行業(yè)中都可見到測繪者的身影。由于科技的進步，對測繪工作者要求也越來越嚴(yán)格。社會生產(chǎn)正向集約化和專業(yè)化方向發(fā)展，社會分工越來越詳細(xì)。測繪項目種類也來越多，測繪行業(yè)也從內(nèi)外業(yè)一體化向多部門專一分工轉(zhuǎn)變。
先進的科學(xué)技術(shù)和先進的作業(yè)方法不斷應(yīng)用到測繪的各個環(huán)節(jié)中，隨著經(jīng)驗的積累，目前我國建立的最新的、并符合我國的地理坐標(biāo)系統(tǒng)-----全國80（西安80）。于是就有老坐標(biāo)系統(tǒng)（北京54）向新坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，但是現(xiàn)有測繪成果又不能一次性全面更新，再加上近年社會基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐不斷的加大，各種各樣的圖紙不斷的更新，更新的時間也差別很大，地域不同更新的期限也不同。短期內(nèi)不可能建立坐標(biāo)系統(tǒng)完善、統(tǒng)一的測繪成果。另外有些測繪項目覆蓋的區(qū)域太廣、測繪基礎(chǔ)成果不統(tǒng)一，到成果匯交時都得按要求提供統(tǒng)一的成果資料；測繪成果當(dāng)然也要轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的坐標(biāo)系下?，F(xiàn)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序有很多，也有好多免費的軟件可以從網(wǎng)絡(luò)上下載；但是其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序所用的“數(shù)學(xué)模型”我沒有發(fā)現(xiàn)正確的，找到的一些公式一帶到程序里所得出的結(jié)果就是對不上；也許是輸入者手誤把公式輸入錯誤了吧！現(xiàn)在我就對我們公司由我參與編寫的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序進行講解。對此軟件評述均為作者觀點，如有不對之處歡迎批評指正。
1 自編坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序界面
目前國內(nèi)的軟件市場關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的程序有好多種，很多軟件公司都有自己的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，程序的界面也是五化八門，當(dāng)然編程人員的思路和習(xí)慣不同?，F(xiàn)就對本公司的程序的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序拿來與大家探討。本程序非常簡單，設(shè)計坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要輸入的參數(shù)均在同一個界面內(nèi)（如圖1所示）。
本程序暫只為北京54（克氏橢球）、WGS84、全國80（西安80或IAG-75橢球）坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換。與南方公司和多個網(wǎng)上下載的共享軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的比較，本程序所得出來的成果與其它軟件進行比較均可達到工程要求的精度。與其它軟件的數(shù)據(jù)成果比較結(jié)果如表1所示。
圖1 單點轉(zhuǎn)換主程序界面Fig.1 Main program interface of single-point conversion
圖2 批量轉(zhuǎn)換程序界面Fig.2 Program interface of batch conversion
表1 本程序和其他坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序結(jié)果比較表Table 1 Results comparison of this program and other coordinate conversion programs
我公司軟件的特點：
（1）所有參數(shù)均在一個界面內(nèi)，許多默認(rèn)的參數(shù)都在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定，避免給使用者帶來不便。
（2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換均按平面→大地→平面的順序進行依次轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法與精度一致。
（3）軟件把求得的大地坐標(biāo)（WGS-84）成果和輸入數(shù)據(jù)的格式直接注釋在對應(yīng)的輸入框下。
（4）軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)采用測量的數(shù)據(jù)進位法→單進雙不進的原則取得測量有效位數(shù)。
（5）功能強大的按文件的方式批量轉(zhuǎn)換坐標(biāo)（圖2），在操作前就可以看到數(shù)據(jù)格式的幫助文件。
（6）批量轉(zhuǎn)換界面可以手工輸入或按文件方式讀取。
（7）過程文件的保存功能；就是把轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的WGS-84坐標(biāo)成果單獨保存以供使用。
2 在編程和使用過程中的經(jīng)驗小結(jié)
（1）當(dāng)換帶的坐標(biāo)中央子午線和橢球都一致時，所求坐標(biāo)與原坐標(biāo)相等。
（2）WGS-84坐標(biāo)系也有自己的橢球參數(shù)，也可以求得其高斯坐標(biāo)即x、y，只不過我們所用的WGS-84都是其大地坐標(biāo)即B、L格式。因此地方坐標(biāo)系都可以從國家坐標(biāo)系中進行直接轉(zhuǎn)換得出。本軟件只要知道橢球a：橢球長半徑，b：橢球短半徑，d：赤道子午線曲率半徑，即可求得其余全部參數(shù)。
（3）橢球參數(shù)中知道長半軸、短半軸與扁率等任意兩個都可以確定一個橢球，并對其進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
（4）參數(shù)中的中央子午線可以任意輸入一個合理值如111.53等，可用于某些城市地方坐標(biāo)系自建的中央子午線。
3 程序所用的數(shù)學(xué)模型
3,1 高斯正算公式
（1）輔助公式：
（2）主公式：
a：對應(yīng)橢球長半徑，b：對應(yīng)橢球短半徑，d：赤道子午線曲率半徑，e：對應(yīng)橢球第一偏心率，e’：對應(yīng)橢球第二偏心率，B：已知點緯度，L：已知點經(jīng)度， ：經(jīng)差X：子午弧長，L0：所求點對應(yīng)帶號的中央子午線，N：卯酉圈曲率半徑，x、y：為對應(yīng)點的高斯平面坐標(biāo)。
3.2 高斯反算公式
（1） 輔助公式：
北京54：
全國80：
（2）主公式：
c：極曲率半徑，Bf：底點緯度， L0f：所求點對應(yīng)帶號的中央子午線，n：卯酉圈曲率半徑，x，y：為已知點的高斯平面坐標(biāo)， B0、 ι0：為對應(yīng)點的大地坐標(biāo)。
3.3 本程序用到的橢球參數(shù)及參數(shù)值
北京54∶
全國80∶
4 結(jié)束語
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是應(yīng)用比較廣泛的，隨著科技的發(fā)展，測繪領(lǐng)域的不斷擴大，坐標(biāo)換帶和各坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換將是我們測繪工作者們必須掌握一項技術(shù)；上面的公式主要是我國目前應(yīng)用最廣泛的兩種橢球參數(shù)：北京54、全國80，如果要求其他橢球的相對坐標(biāo)，只要將各個橢球的理論參數(shù)帶入公式都可以推導(dǎo)出來。
[1] CJJ-99,中華人民共和國建設(shè)部,城市測量規(guī)范[S].
[2] 金國雄、黃嘉惠.控制測量學(xué)[M].測繪出版社，1987.
[3] 馮林剛.關(guān)于GPS控制網(wǎng)WGS84平差坐標(biāo)向地方獨立坐標(biāo)系得轉(zhuǎn)換[J].測繪通報，2005，（3）.
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隨著社會的不斷發(fā)展進步，測繪工作在社會中的應(yīng)用也越來越廣泛。在很多基礎(chǔ)行業(yè)中都可見到測繪者的身影。由于科技的進步，對測繪工作者要求也越來越嚴(yán)格。社會生產(chǎn)正向集約化和專業(yè)化方向發(fā)展，社會分工越來越詳細(xì)。測繪項目種類也來越多，測繪行業(yè)也從內(nèi)外業(yè)一體化向多部門專一分工轉(zhuǎn)變。
先進的科學(xué)技術(shù)和先進的作業(yè)方法不斷應(yīng)用到測繪的各個環(huán)節(jié)中，隨著經(jīng)驗的積累，目前我國建立的最新的、并符合我國的地理坐標(biāo)系統(tǒng)-----全國80（西安80）。于是就有老坐標(biāo)系統(tǒng)（北京54）向新坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，但是現(xiàn)有測繪成果又不能一次性全面更新，再加上近年社會基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)步伐不斷的加大，各種各樣的圖紙不斷的更新，更新的時間也差別很大，地域不同更新的期限也不同。短期內(nèi)不可能建立坐標(biāo)系統(tǒng)完善、統(tǒng)一的測繪成果。另外有些測繪項目覆蓋的區(qū)域太廣、測繪基礎(chǔ)成果不統(tǒng)一，到成果匯交時都得按要求提供統(tǒng)一的成果資料；測繪成果當(dāng)然也要轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的坐標(biāo)系下?，F(xiàn)在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序有很多，也有好多免費的軟件可以從網(wǎng)絡(luò)上下載；但是其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序所用的“數(shù)學(xué)模型”我沒有發(fā)現(xiàn)正確的，找到的一些公式一帶到程序里所得出的結(jié)果就是對不上；也許是輸入者手誤把公式輸入錯誤了吧！現(xiàn)在我就對我們公司由我參與編寫的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序進行講解。對此軟件評述均為作者觀點，如有不對之處歡迎批評指正。
1 自編坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序界面
目前國內(nèi)的軟件市場關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的程序有好多種，很多軟件公司都有自己的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，程序的界面也是五化八門，當(dāng)然編程人員的思路和習(xí)慣不同?，F(xiàn)就對本公司的程序的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序拿來與大家探討。本程序非常簡單，設(shè)計坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要輸入的參數(shù)均在同一個界面內(nèi)（如圖1所示）。
本程序暫只為北京54（克氏橢球）、WGS84、全國80（西安80或IAG-75橢球）坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換。與南方公司和多個網(wǎng)上下載的共享軟件進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的比較，本程序所得出來的成果與其它軟件進行比較均可達到工程要求的精度。與其它軟件的數(shù)據(jù)成果比較結(jié)果如表1所示。
圖1 單點轉(zhuǎn)換主程序界面Fig.1 Main program interface of single-point conversion
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（2）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換均按平面→大地→平面的順序進行依次轉(zhuǎn)換，保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法與精度一致。
（3）軟件把求得的大地坐標(biāo)（WGS-84）成果和輸入數(shù)據(jù)的格式直接注釋在對應(yīng)的輸入框下。
（4）軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)采用測量的數(shù)據(jù)進位法→單進雙不進的原則取得測量有效位數(shù)。
（5）功能強大的按文件的方式批量轉(zhuǎn)換坐標(biāo)（圖2），在操作前就可以看到數(shù)據(jù)格式的幫助文件。
（6）批量轉(zhuǎn)換界面可以手工輸入或按文件方式讀取。
（7）過程文件的保存功能；就是把轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的WGS-84坐標(biāo)成果單獨保存以供使用。
2 在編程和使用過程中的經(jīng)驗小結(jié)
（1）當(dāng)換帶的坐標(biāo)中央子午線和橢球都一致時，所求坐標(biāo)與原坐標(biāo)相等。
（2）WGS-84坐標(biāo)系也有自己的橢球參數(shù)，也可以求得其高斯坐標(biāo)即x、y，只不過我們所用的WGS-84都是其大地坐標(biāo)即B、L格式。因此地方坐標(biāo)系都可以從國家坐標(biāo)系中進行直接轉(zhuǎn)換得出。本軟件只要知道橢球a：橢球長半徑，b：橢球短半徑，d：赤道子午線曲率半徑，即可求得其余全部參數(shù)。
（3）橢球參數(shù)中知道長半軸、短半軸與扁率等任意兩個都可以確定一個橢球，并對其進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
（4）參數(shù)中的中央子午線可以任意輸入一個合理值如111.53等，可用于某些城市地方坐標(biāo)系自建的中央子午線。
3 程序所用的數(shù)學(xué)模型
3,1 高斯正算公式
（1）輔助公式：
（2）主公式：
a：對應(yīng)橢球長半徑，b：對應(yīng)橢球短半徑，d：赤道子午線曲率半徑，e：對應(yīng)橢球第一偏心率，e’：對應(yīng)橢球第二偏心率，B：已知點緯度，L：已知點經(jīng)度， ：經(jīng)差X：子午弧長，L0：所求點對應(yīng)帶號的中央子午線，N：卯酉圈曲率半徑，x、y：為對應(yīng)點的高斯平面坐標(biāo)。
3.2 高斯反算公式
（1） 輔助公式：
北京54：
全國80：
（2）主公式：
c：極曲率半徑，Bf：底點緯度， L0f：所求點對應(yīng)帶號的中央子午線，n：卯酉圈曲率半徑，x，y：為已知點的高斯平面坐標(biāo)， B0、 ι0：為對應(yīng)點的大地坐標(biāo)。
3.3 本程序用到的橢球參數(shù)及參數(shù)值
北京54∶
全國80∶
4 結(jié)束語
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是應(yīng)用比較廣泛的，隨著科技的發(fā)展，測繪領(lǐng)域的不斷擴大，坐標(biāo)換帶和各坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換將是我們測繪工作者們必須掌握一項技術(shù)；上面的公式主要是我國目前應(yīng)用最廣泛的兩種橢球參數(shù)：北京54、全國80，如果要求其他橢球的相對坐標(biāo)，只要將各個橢球的理論參數(shù)帶入公式都可以推導(dǎo)出來。
[1] CJJ-99,中華人民共和國建設(shè)部,城市測量規(guī)范[S].
[2] 金國雄、黃嘉惠.控制測量學(xué)[M].測繪出版社，1987.
[3] 馮林剛.關(guān)于GPS控制網(wǎng)WGS84平差坐標(biāo)向地方獨立坐標(biāo)系得轉(zhuǎn)換[J].測繪通報，2005，（3）.
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