劉延斌

摘 要：文章簡(jiǎn)要介紹了土地整理項(xiàng)目中，坐標(biāo)系的選擇、建立、坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換，以及河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)在土地整理項(xiàng)目中的運(yùn)用。熟練掌握土地整理項(xiàng)目中相關(guān)的測(cè)繪技術(shù)，才能更大效能地發(fā)揮測(cè)繪技術(shù)的作用，更好地為土地整理項(xiàng)目服務(wù)。

關(guān)鍵詞：土地整理;坐標(biāo)系;衛(wèi)星定位;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：P204;F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

土地整理運(yùn)用多種措施，對(duì)農(nóng)田、水系、道路、植被、村莊、林地、荒地、廢棄的工業(yè)用地等進(jìn)行綜合治理，是恢復(fù)耕地、提高土地利用率的重要措施。土地整理工作，大部分分布在農(nóng)村地區(qū)，目前各地都把整理后的農(nóng)田納入基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，尤其是土地利用指標(biāo)可以跨省轉(zhuǎn)讓以來，西部省份更是加大土地整理力度，大大提高了土地的整體利用率。在土地整理過程中，設(shè)計(jì)、測(cè)圖、規(guī)劃、施工、驗(yàn)收等各個(gè)環(huán)節(jié)，都離不開測(cè)繪工作。掌握相關(guān)的測(cè)繪技術(shù)，是土地整理項(xiàng)目順利實(shí)施的保障[1]。

1 平面坐標(biāo)系統(tǒng)

1.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇

目前，我國(guó)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有1980西安坐標(biāo)系、2000國(guó)家大地坐標(biāo)系、與2000國(guó)家大地坐標(biāo)系相聯(lián)系的獨(dú)立坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的建立均采用高斯-克呂格投影，簡(jiǎn)稱高斯投影。該投影具有中央子午線上的點(diǎn)投影長(zhǎng)度不變，而偏離中央子午線越遠(yuǎn)的點(diǎn)，其長(zhǎng)度變形也越大的特點(diǎn)。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，因高斯投影的特點(diǎn)，邊長(zhǎng)的變形會(huì)對(duì)邊長(zhǎng)、面積產(chǎn)生影響。所以在項(xiàng)目實(shí)施過程中，為減小長(zhǎng)度變形，提高測(cè)量精度，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，要將邊長(zhǎng)變形值控制在2.5cm/km以內(nèi)。這時(shí)，通過選取合適的中央子午線和投影面高度來達(dá)到這一要求。所以，在項(xiàng)目實(shí)施階段，一般以滿足投影長(zhǎng)度變形限值為基本要求，選擇坐標(biāo)系的種類。但是項(xiàng)目完成后，為與土地管理的其他資料銜接，又必須與國(guó)家指定的坐標(biāo)系建立聯(lián)系，為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換提供依據(jù)。

1.2 投影長(zhǎng)度變形的計(jì)算

地面邊長(zhǎng)投影到高斯平面后，其長(zhǎng)度變形值的數(shù)學(xué)模型可寫為：

（1）式中，D為觀測(cè)邊長(zhǎng)，ym為觀測(cè)邊東坐標(biāo)離開中央子午線的距離，H為觀測(cè)邊長(zhǎng)的平均大地高，R為觀測(cè)邊平均曲率半徑，其計(jì)算公式為：

（2）式中，子午圈曲率半徑是M，卯酉圈曲率半徑是N，橢球長(zhǎng)半軸是a，橢球的第二偏心率是，觀測(cè)邊的平均緯度是B。實(shí)際計(jì)算時(shí)，B可取測(cè)區(qū)的平均緯度。

1.3 確定坐標(biāo)系統(tǒng)

從（1）式可知，觀測(cè)值邊長(zhǎng)投影變形值大小由中央子午線以及投影面高決定。所以，在土地整理項(xiàng)目中，為將邊長(zhǎng)變形值控制在2.5cm/km以內(nèi)，常根據(jù)測(cè)區(qū)所處的位置和海拔高度情況，按以下方法選定坐標(biāo)系。

當(dāng)測(cè)區(qū)邊長(zhǎng)變形值小于等于2.5cm/km時(shí)，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用高斯正形3°帶投影，中央子午線選用標(biāo)準(zhǔn)帶，投影面為參考橢球面;

當(dāng)測(cè)區(qū)邊長(zhǎng)變形值大于2.5cm/km時(shí)，通過抬高投影面的方法，采用高斯正形3°帶投影，中央子午線選用標(biāo)準(zhǔn)帶，投影面為抬高后的參考橢球面;

當(dāng)測(cè)區(qū)邊長(zhǎng)變形值大于2.5cm/km時(shí)，平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用高斯正形任意帶投影，投影面為測(cè)區(qū)的海拔面。

上述三種方法中，第一種省事又簡(jiǎn)單，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的平面直角坐標(biāo)系，與其他資料容易銜接。而第2、3種方法所定義的坐標(biāo)系，投影后邊長(zhǎng)變形值雖能滿足要求，但新產(chǎn)生坐標(biāo)系的坐標(biāo)值則變化較大，需要做坐標(biāo)平移處理，在數(shù)據(jù)處理上雖多出了工作量，但在成果與其他土地資料及數(shù)據(jù)庫(kù)銜接時(shí)會(huì)更容易些。

2 使用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)

2.1 河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)目前共有基準(zhǔn)站點(diǎn)72個(gè)，絕大部分站點(diǎn)通過氣象專網(wǎng)連接至數(shù)據(jù)處理中心，個(gè)別站點(diǎn)通過專線和無線3G內(nèi)容進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)通訊，除個(gè)別站點(diǎn)因網(wǎng)絡(luò)等原因?qū)е卵舆t過大外，其他站點(diǎn)運(yùn)行穩(wěn)定，服務(wù)系統(tǒng)軟件利用Ntrip協(xié)議通過移動(dòng)、電信加密專線進(jìn)行CGCS2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的高精度定位改正數(shù)發(fā)布，服務(wù)范圍覆蓋河北全省，用戶需通過加密SIM卡連接進(jìn)行高精度網(wǎng)絡(luò)RTK定位測(cè)量，平面精度1-3cm，高程精度5-8cm。

2.2 河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)在土地整理項(xiàng)目中的應(yīng)用

河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)平面定位精度達(dá)1-3cm，直接測(cè)定碎部點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地為項(xiàng)目實(shí)施提供高精度、高質(zhì)量的碎部點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使得項(xiàng)目實(shí)施的效率大大提高。河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)全天候、實(shí)時(shí)的高精度定位服務(wù)，為土地整理項(xiàng)目的地形圖測(cè)繪、土方量計(jì)算、面積計(jì)算、土地整治、施工方樣、竣工測(cè)量等提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，使土地整理項(xiàng)目高效率的實(shí)施得以保證[2-3]。

3 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

現(xiàn)階段，我國(guó)土地整理項(xiàng)目中仍在使用1980西安坐標(biāo)系。我國(guó)從2008年7月1日之后開始使用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，從此以后，2000國(guó)家大地坐標(biāo)系開始陸續(xù)用到土地整理項(xiàng)目中。多種坐標(biāo)系的并存、坐標(biāo)系之間的聯(lián)系，均涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問題。

3.1 相同坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)的投影變換

不同階段所產(chǎn)生的坐標(biāo)系，屬相同橢球參數(shù)時(shí)，運(yùn)用投影變換的方法可使坐標(biāo)系建立聯(lián)系。用高斯正反算，可將坐標(biāo)投影到任意中央子午線，可實(shí)現(xiàn)抵償投影面的抬高或降低的投影換算。

3.2 不同坐標(biāo)下平面直角坐標(biāo)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

在定義平面直角坐標(biāo)系時(shí)，不同的投影參數(shù)得到使用，從而產(chǎn)生了不同坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)。不同坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)之間的聯(lián)系可通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法建立聯(lián)系從而實(shí)現(xiàn)互轉(zhuǎn)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的模型較多，平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是最頻繁使用的模型。

3.2.1 平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型（赫爾默特法）

平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型是一個(gè)坐標(biāo)變換數(shù)學(xué)模型，是根據(jù)笛卡爾直角坐標(biāo)系建立的。通過平移、旋轉(zhuǎn)和尺度變化兩個(gè)坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)，又叫做相似變換，公共點(diǎn)最少要兩個(gè)。平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型如下：

式中，x0，y0：平移參數(shù);m：尺度參數(shù);α：旋轉(zhuǎn)角。

3.2.2 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度評(píng)定和評(píng)估方法

經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的控制點(diǎn)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，需要根據(jù)計(jì)算的公共點(diǎn)的殘差中的誤差評(píng)估。如有n個(gè)公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)下，估算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度的公式如下：

V（殘差）=公共點(diǎn)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)-公共點(diǎn)已知坐標(biāo)

對(duì)平面坐標(biāo)有：x殘差中誤差;y殘差中

誤差;

則轉(zhuǎn)后平面坐標(biāo)點(diǎn)位中誤差為。

3.2.3 平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本要求

依據(jù)高斯投影的特點(diǎn)，平面直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)遵循如下原則：

參與轉(zhuǎn)換的兩套坐標(biāo)系，保持相同的中央子午線，中央子午線不同時(shí)不能直接轉(zhuǎn)換，需分步轉(zhuǎn)換;

轉(zhuǎn)換時(shí)盡量選用最常用的四參數(shù)轉(zhuǎn)換法;

不用考慮兩套坐標(biāo)系投影面高度的不同，該因素不影響轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換結(jié)果。

公共點(diǎn)的選取盡量均勻分布，并且能覆蓋測(cè)區(qū)。

4 高程轉(zhuǎn)換

我國(guó)采用的高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng)，運(yùn)用河北省衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)直接測(cè)得的高程為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的大地高，在控制測(cè)量、地形測(cè)圖中不能直接使用，需先求出該點(diǎn)位置的高程異常值，換算成正常高后才能使用。河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型已于2006年建成，運(yùn)用河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型可獲取任意點(diǎn)位的高程異常，依據(jù)公式正常高=大地高-高程異常值，可直接推算出碎部點(diǎn)的正常高。河北省似大地水準(zhǔn)面精化模型的精度，平原地區(qū)可達(dá)4cm，山區(qū)優(yōu)于8cm，由此推算出碎部點(diǎn)的高程精度完全滿足土地整理項(xiàng)目對(duì)高程精度的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在各地區(qū)實(shí)施的土地整理項(xiàng)目中，都有測(cè)繪的身影，測(cè)繪技術(shù)與土地整理項(xiàng)已然密不可分，已成為不可或缺的基礎(chǔ)性工作。測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，新技術(shù)新方法越來越多，隨著我國(guó)5G技術(shù)的應(yīng)用、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的成功運(yùn)行，新的測(cè)繪技術(shù)在土地整理項(xiàng)目的實(shí)施中會(huì)更加便捷高效，土地整理工作越來越需要測(cè)繪，熟練掌握相關(guān)的測(cè)繪技術(shù)，才能確保土地整理項(xiàng)目的順利實(shí)施。

參考文獻(xiàn)

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