劉立衡（株洲市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南　株洲　412000）

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株洲縣“圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目的研究與實(shí)現(xiàn)

劉立衡（株洲市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南株洲412000）

隨著長株潭兩型社會(huì)的迅速發(fā)展，為了統(tǒng)一規(guī)劃部門用地管理的工作協(xié)調(diào)及信息共享，株洲縣推進(jìn)了株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)、1980西安坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)、任意直角坐標(biāo)系與株洲獨(dú)立坐標(biāo)的“圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”重點(diǎn)工程。本文針對四種坐標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)測、轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取以及精度檢測等關(guān)鍵性技術(shù)問題進(jìn)行了研究和解決，并從中得到了有益的結(jié)論。

地形圖；坐標(biāo)系；株洲獨(dú)立坐標(biāo)；株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換參數(shù)

1　引言

幾十年來，株洲縣的城市規(guī)劃、建設(shè)和管理等一直采用的是株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)。而當(dāng)今各地普遍存在著54北京坐標(biāo)系、80西安坐標(biāo)系和地方獨(dú)立坐標(biāo)系共存的現(xiàn)實(shí)情況，株洲縣建設(shè)用地管理中規(guī)劃部門依據(jù)株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)劃撥和測量土地，而國土部門采用的是西安80坐標(biāo)系，規(guī)劃部門原有舊圖數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)有株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)、西安80坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)、任意直角坐標(biāo)系。多種坐標(biāo)系的地形圖數(shù)據(jù)，使得舊圖數(shù)據(jù)無法得到充分利用，也難以與株洲市規(guī)劃部門的統(tǒng)一規(guī)劃相結(jié)合。

在日常的建設(shè)用地勘測定界工作中，經(jīng)常遇到建設(shè)用地規(guī)劃界線等規(guī)劃要素、城市規(guī)劃道路紅線和開發(fā)區(qū)界線、土地權(quán)屬界線、基本農(nóng)田保護(hù)界線、土地利用現(xiàn)狀界線等地籍要素的轉(zhuǎn)換問題、相互套合，以及不同坐標(biāo)系下測繪的地籍圖、地行圖，轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下是由于工作要求。因此，如何快速、高效、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系下圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換成為測繪生產(chǎn)中遇到的一個(gè)實(shí)際課題。

不同坐系下圖形數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換實(shí)際上是新舊坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法很多，有正形變換、仿射變換、赫爾墨特相似變換等方法，本文通過基于赫爾墨特相似變換原理計(jì)算出的兩個(gè)平移參數(shù)、一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度比參數(shù)，在CASS7.1平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)從圖形到圖形的轉(zhuǎn)換。

2　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系的確定

2.1控制網(wǎng)坐標(biāo)系統(tǒng)的聯(lián)測與重新平差

覆蓋本項(xiàng)目的西安80坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)E級GPS控制網(wǎng)，建立于2010年4月，全網(wǎng)共16點(diǎn)。覆蓋本項(xiàng)目范圍的株洲獨(dú)立坐標(biāo)E級GPS控制網(wǎng)，建立于2010年4月，全網(wǎng)共16點(diǎn)。覆蓋本項(xiàng)目另外一處范圍的任意直角坐標(biāo)系GPS控制網(wǎng)，建立于2007年7月，全網(wǎng)共16點(diǎn)。覆蓋本項(xiàng)目范圍的株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)平面測量控制網(wǎng)，建立于1997年，座落于本項(xiàng)目范圍的共有3點(diǎn)。上述四種控制網(wǎng)點(diǎn)系不同時(shí)期獨(dú)立布設(shè)，所采用的起算控制點(diǎn)及數(shù)據(jù)不同，且具有各自不同的測量誤差。因此，首先需要通過聯(lián)測出它們的差異，并通過計(jì)算改正使其得到統(tǒng)一。

鑒于這四種控制網(wǎng)點(diǎn)的規(guī)模大小、精度等級和控制范圍基本一致，項(xiàng)目在全范圍內(nèi)針對四網(wǎng)重合的14個(gè)公共點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測，并重新進(jìn)行平差計(jì)算，以統(tǒng)一它們的株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)、株洲獨(dú)立坐標(biāo)及西安80坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)。聯(lián)測采用了2臺(tái)標(biāo)稱精度為5mm+1ppm的Trimble雙頻GPS接收機(jī)、2臺(tái)標(biāo)稱精度為5mm+1ppm的南方S86雙頻GPS接收機(jī)和3臺(tái)標(biāo)稱精度為5mm+1ppm的NGS200單頻GPS接收機(jī)進(jìn)行，其有效觀測時(shí)段≥1.6×1h。施測之前均事先編制GPS衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)表。每時(shí)段的開機(jī)和關(guān)機(jī)均嚴(yán)格量取天線高，兩次互差不大于3mm，取平均值作為最后結(jié)果。

GPS基線解算采用南方靜態(tài)GPS處理軟件（GPSADJ4.4）進(jìn)行，其數(shù)據(jù)利用率大于90%。解算后進(jìn)行了同步三邊閉合環(huán)閉合差的檢核以及新聯(lián)測基線與舊網(wǎng)基線構(gòu)成的異步環(huán)閉合差的檢核，所有閉合差均滿足《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的要求。

平差計(jì)算采用南方靜態(tài)GPS處理軟件 （GPSADJ4.4）進(jìn)行，將聯(lián)測的GPS基線與原網(wǎng)基線一起重新進(jìn)行整體計(jì)算，以聯(lián)測的公共點(diǎn)作為起算控制點(diǎn)進(jìn)行約束平差。平差后，各項(xiàng)指標(biāo)亦滿足相關(guān)的精度要求。

2.2坐標(biāo)參數(shù)

“圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，首要的前提是必須建立起株洲獨(dú)立坐標(biāo)與1980西安坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)及另外兩種坐標(biāo)系之間的符合精度和管理要求的嚴(yán)密轉(zhuǎn)換關(guān)系。

眾所周知，坐標(biāo)系之間的差異主要取決于坐標(biāo)系的定位與定向，橢球參數(shù)以及坐標(biāo)系的尺度定義。除此之外，經(jīng)典大地測量不可避免存在局部變形誤差以及測量控制網(wǎng)的累積誤差等［1］。株洲獨(dú)立坐標(biāo)和1980西安坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)及另外兩種坐標(biāo)系都采用高斯平面投影，其最本質(zhì)的區(qū)別是采用了不同的參考橢球。前者采用的是1954年北京坐標(biāo)系的參考橢球（簡稱54橢球），而第二種采用的則是IAG-75橢球（簡稱80橢球），也并不是地心坐標(biāo)系［2］。株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)和任意直角坐標(biāo)系都采用的是54橢球，只是中央子午線與株洲獨(dú)立坐標(biāo)的中央子午線有所不同。

3　圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法

赫爾墨特相似變換實(shí)質(zhì)上是將舊坐標(biāo)下的原圖經(jīng)過平移、旋轉(zhuǎn)和尺度比改正轉(zhuǎn)換成新坐標(biāo)系下的圖形，使轉(zhuǎn)換后圖形的的形狀保持不變。通過聯(lián)測的公共點(diǎn)計(jì)算出四參數(shù)進(jìn)行圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，利用南方靜態(tài)GPS處理軟件（GPSADJ4.4）計(jì)算得出平移參數(shù)：X方向平移量 93.3666，Y方向平移量288.2656，旋轉(zhuǎn)參數(shù)0.0020750609°，縮放系數(shù)0.9999808514。其誤差均在±0.7cm以內(nèi)。

3.1方法一：命令轉(zhuǎn)換

該方法直接用CASS7.1中的ROTATE旋轉(zhuǎn)命令、MOVE移動(dòng)命令和SCALE縮放命令實(shí)現(xiàn)舊圖到新圖的轉(zhuǎn)換。

（1）打開原圖后，在命令提示行輸入MOVE，或者直接點(diǎn)擊工欄中圖標(biāo)執(zhí)行移動(dòng)命令、或者通過下拉菜單執(zhí)行移動(dòng)命令，將整個(gè)圖形從基點(diǎn)坐標(biāo)（0，0）平移到坐標(biāo)（288.2656，93.3666）。

（2）執(zhí)行 ROTATE旋轉(zhuǎn)命令，以基點(diǎn)坐標(biāo)（288.2656，93.3666）為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)-0.0020750609°。

（3）執(zhí)行SCALE縮放命令，以基點(diǎn)坐標(biāo)（288.2656，93.3666）為基準(zhǔn)縮放0.9999808514。至此從舊圖到新圖的轉(zhuǎn)換完成。

3.2方法二：CASS命令轉(zhuǎn)換

該方法直接用 CASS7.1“地物編輯”下拉菜單中的“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”命令即可實(shí)現(xiàn)舊圖到新圖的轉(zhuǎn)換。

（1）打開原圖后，點(diǎn)擊“地物編輯”下拉菜單中的“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”命令，在對話框中輸入公共點(diǎn)。

（2）點(diǎn)擊對話框中的“計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)”按鈕，計(jì)算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（3）點(diǎn)擊對話框中的“轉(zhuǎn)換”按鈕。至此從舊圖到新圖的轉(zhuǎn)換完成。

3.3方法三：圖塊轉(zhuǎn)換

（1）執(zhí)行WBLOCK命令，將圖形對象制作成為圖塊，以基點(diǎn)（0，0）為插入點(diǎn)，選取所有圖形后即刻將圖形按塊保存。

（2）執(zhí)行INSERT插入命令，打開做好的圖塊，在命令提示行或插入對話框中依次輸入插入點(diǎn)坐標(biāo)（288.2656，93.3666）、縮放系數(shù)（X、Y 方向一樣）0.9999808514、旋轉(zhuǎn)角-0.0020750609°，確認(rèn)后舊圖到新圖的轉(zhuǎn)換完成。

4　轉(zhuǎn)換后圖形數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)

4.1原有控制點(diǎn)的檢核

為具體考察地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后的正確性及精度，評估轉(zhuǎn)換計(jì)算的實(shí)際效果，在項(xiàng)目范圍內(nèi)均勻選取了一定數(shù)量的原有控制點(diǎn)，通過聯(lián)測將其實(shí)測坐標(biāo)與轉(zhuǎn)換計(jì)算坐標(biāo)進(jìn)行了比較。檢核點(diǎn)的測量方法采用CORS進(jìn)行，開關(guān)機(jī)測量三次同一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，取其平均值做為最后的坐標(biāo)值。

大量外部檢核數(shù)據(jù)表明，三套轉(zhuǎn)換后的地形圖數(shù)據(jù)控制點(diǎn)點(diǎn)位較差均在1.5cm以內(nèi)。實(shí)際精度優(yōu)于±2.0cm。

5　結(jié)論

本文基于CASS7.1對不同坐標(biāo)系圖形的轉(zhuǎn)換方法作了初步探討。轉(zhuǎn)換方法共有三種，第一種和第三種轉(zhuǎn)換完成的圖形，圖式符號和文字的朝向都不是正北方向。而第二種方法則不會(huì)出現(xiàn)這種情況，所以建議采用第二種方法。

圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精度，取決于四參數(shù)的精度，而四參數(shù)的精度又取決于公共點(diǎn)數(shù)量，數(shù)量越多，精度越高。株洲縣獨(dú)立坐標(biāo)和西安 80坐標(biāo)系株洲獨(dú)立坐標(biāo)、株洲獨(dú)立坐標(biāo)、任意直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算，選取了覆蓋舊圖范圍的14個(gè)公共點(diǎn)，轉(zhuǎn)換過程嚴(yán)密，轉(zhuǎn)換參數(shù)精度為±0.7cm。經(jīng)過檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可以證明，該方法具有高效、方便、快捷等特點(diǎn)，圖形轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，與轉(zhuǎn)換公式計(jì)算的結(jié)果完全一致，實(shí)現(xiàn)了從新舊坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換至圖形到圖形的轉(zhuǎn)換或數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

［1］丁士俊，張忠明.幾種不同坐標(biāo)變換方法問題的研究［J］.四川測繪，2005，28（1）：16～19.

［2］熊 介.橢球大地測量學(xué)［M］.北京：解放軍出版社，1988.

劉立衡（1983-），男，工程師，主要從事測繪工程工作。

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2095-2066（2016）11-0113-02

2016-1-16