淺談林業制圖中坐標系問題

王福星，張 巖

（河北省林業調查規劃設計院，河北 石家莊 050051）

隨著林業數字化、信息化的迅猛發展，全國森林資源數據庫建設已經全面展開，尤其是森林資源地理信息系統開發、建設，越來越得到人們的廣泛關注和重視。而各類森林資源地理信息系統和國家基礎地理信息系統息息相關，各種比例尺地形圖、航空影像和衛星遙感影像等都是林業地理信息最重要的基礎數據。我國自2008年開始啟用2000國家大地坐標系，計劃8～10a逐步完成北京54坐標系和西安80坐標系的轉換和銜接工作，在現有情況下，各種坐標系同時存在，需要頻繁使用不同的坐標系和進行坐標系轉換。為了更好地利用國家基礎地理信息，服務林業信息化建設，對相關坐標系的了解就顯得尤為重要。

20世紀70年代中期前，我國普遍采用的是北京54坐標系，并建立了全國天文大地網。70年代末期，我國建立了1980年國家大地坐標系。西安80坐標系啟用后，與原有的基于北京54坐標系下的國家基本系列地形圖、控制成果、大比例尺各類工程規劃用圖、地籍地形圖以及房產宗地圖等資料存在銜接問題。在我們林業制圖中也存在同樣的問題，如何使北京54坐標系下的成果順利精確的轉換到西安80坐標系下，達到成果共享，成為一個迫切需要解決的問題。

1 林業制圖中坐標系的問題

要討論林業制圖的坐標系問題，首先必須了解地球旋轉橢球體、大地基準面、地圖投影等基本術語。（1）地球旋轉橢球體：為了能夠用數學方法來描述變化萬千的、近似橢球體的地球表面而定義的橢球體。（2）大地基準面，設想海洋處于靜止平衡狀態時，并將它延伸到大陸內部的閉合曲面。（3）地圖投影：采用某種特定的數學方法和參數，將空間地物球面坐標投影到平面坐標的理論和方法稱為地圖投影。從模擬地球表面，形成平面地圖的過程，我們至少應該注意兩個關鍵步驟，第一，選擇用于擬合大地基準面的橢球體，用球面坐標和高程描述地球表面；第二，將球面坐標投影為平面坐標，即地圖投影。這兩方面都與林業制圖中使用的坐標系有著密不可分的關系。

在林業制圖過程中廣泛使用的北京54坐標系和西安80坐標系是兩個不同的地理坐標系，采用的是不同的參考橢球體。北京54坐標系采用克拉索夫斯基橢球體，西安80坐標系采用地球橢球基本參數為1975年國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的數據。平面投影方法均采用了高斯-克呂格投影。高斯-克呂格投影是一種等角橫切橢圓柱投影，為了控制投影變形誤差，按一定的經度差將地球表面劃分為若干帶，然后對每帶進行投影。帶差分6度或3度兩種。

2 北京54坐標系和西安80坐標系轉換問題

河北省林業基礎地理信息數據庫主要包括：1∶5萬和1∶1萬地形圖、高分辨率衛星（航空）遙感影像數據，由于這些基礎地理數據主要是北京54坐標系和西安80坐標系兩種，因此面臨著向2000國家大地坐標系轉換的問題。全國北京54坐標系向2000國家大地坐標系轉換改正量計算采用兩步法：首先計算北京54坐標系轉換向西安80坐標系轉換改正量，其次計算西安80坐標系向2000國家大地坐標系轉換改正量，最后將兩改正量疊加形成年北京54坐標系向2000國家大地坐標系轉換坐標轉換改正量。河北省林業制圖過程中現在面臨問題就是如何完成北京54坐標系向西安80坐標系的轉換，這種轉換其實是在不同的橢球體之間參數的轉換，是不嚴密的，因此不存在一套轉換參數全國通用，在每個地方會不一樣，因為它們是兩個不同的橢球基準。具體的轉換方法：（1）七參數法。即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉，Y旋轉，Z旋轉和比例因子，首先需要在一個地區提供3個以上的公共點坐標對（即北京 54坐標下 x、y、z和西安 80坐標系下 x、y、z），通過坐標轉換軟件求解橢球轉換參數，即七參數，再利用七參數完成單點或文件（批量）的坐標轉換。（2）實測求解法。在工作范圍內，實測不同坐標系的同點點對，通過七參數布爾莎模型（比較嚴密）求解七參數，然后利用七參數法進行轉換。（3）直接校正。如果誤差不大，范圍比較小，可以利用地理信息軟件（如ARCGIS軟件）提供的空間校正方法，采用一定量的原坐標系的點和與之對應的目的坐標系的點，進行映射變換，完成不同坐標系數據的轉換。

［1］程鵬飛，成英燕，等.2000國家大地坐標系實用寶典［M］.北京:測繪出版社，2008.

［2］徐智.GIS中地圖投影的應用［J］.水土保持研究，2004，（2）.

［3］成英燕,李夕銀.適用于不同橢球的高斯平面坐標正反算的實用算法［J］.測繪科學，2004，（4）.