松花江干流堤防通河縣移民區地形圖坐標系統轉換

許兆華，李 紅

(1.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080;2.黑龍江測繪地理信息局第三測繪工程院，哈爾濱150080)

根據國土資源部門的要求，移民區地形圖要求使用1980西安坐標系，而我省水利工程中大多數工程項目使用的是1954年北京坐標系，為了達到要求，就必須對移民區地形圖進行坐標系統轉換。這里，就闡述一下松花江干流堤防通河縣移民區地形圖坐標系統需要進行1954年北京坐標系統和1980西安坐標系統之間的轉換步驟和方法。

1 求取轉換參數

新中國建立后，我國大地測量進入全面發展時期，在全國范圍開展了正規的大地測量和測圖工作，迫切需要建立一個參心大地坐標系。鑒于當時的歷史條件，暫時采用了克拉索夫斯基橢球參數(長半軸a=6 378 245 m，扁率α=1/298.3)，并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系。其中高程異常是以前蘇聯1955年大地水準面差距重新平差結果為依據，按我國的天文水準路線傳算過來的。因此1954年北京坐標系可以認為是前蘇聯1942年坐標系的延伸，因為它們的橢球參數和大地原點一致，它的原點不在北京，而在前蘇聯的普爾科沃，相應的橢球是克拉索夫斯基橢球。但又不完全是前蘇聯1942年普爾科沃坐標系。如大地點高程是以1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面為基準，高程異常是以1955年大地水準面重新平差結果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的。為了適應大地測量發展的需要及進行全國天文大地網整體平差，我國于1978年4月，采用了新的橢球元素和進行了新的定位與定向，建立了新的坐標系——1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系的大地原點設在我國中部——陜西省涇陽縣永樂鎮。該坐標系是參心坐標系。橢球短軸Z軸平行于由地球質心指向1968.0地極原點(JYD)的方向;大地起始子午面平行于格林尼治天文臺子午面，X軸在大地起始子午面內與Z軸垂直指向經度零方向;Y軸與Z，X軸成右手坐標系.橢球參數采用1975年國際大地測量與物理聯合會第十六屆大會的推薦值，其橢球參數:(長半軸a=6 378 140 m，扁率α=1/298.257)，1980年國家大地坐標系建立后，實施了全國天文大地網整體平差。提供了屬于1980年國家大地坐標系的大地成果。這種成果與原大地點局部平差成果二者屬于兩個不同的參心坐標系。這給實際的使用帶來一定問題。實用部門和單位大量成果是1954年北京坐標系的。因而也有的部門個單位將1980年國家大地坐標系的空間直角坐標系3個平移參數平移變換至克氏橢球中心，橢球參數保持與1954年北京坐標系相同而建立所謂新1954年北京坐標系，這樣新1954坐標系與原1954坐標系接近，但其精度和1980年國家大地坐標系相同［1］。

三維坐標變換中參數直接影響到轉換點的精度，而轉換參數與公共點的分布和精度有關。本文通過以轉換點的擬合誤差最小為目標函數求解轉換參數，逐步剔除精度不高和分布不合理的公共點。使得轉換參數相對于所有的轉換點達到局部最優。

坐標轉換中常采用相似變換模型，如BURSA模型、MOLODENSKY模型。一般有3個平移參數，3個旋轉參數和1個尺度參數。通過3個以上的公共點由最小二乘法擬合出相應的轉換參數，然后求得的參數進行坐標轉換［2］。

轉換參數的精度同樣取決于公共點的精度，因此需要對公共點進行選擇即剔除可能存在的粗差點和對網形分布進行優化。通過誤差傳播定律求得轉換點擬合誤差，以擬合誤差最小為目標進行公共點的選擇。

移民區分布比較分散，對其進行坐標系統轉換就要分段進行，采用達到精度的轉換參數。

通河移民區實例:首先選取3個以上移民區附近的國家三角點或GPS點，此種點必須具有1954年北京坐標系統和1980西安坐標系統兩種坐標系的坐標成果，求出其轉換參數，對其殘差大的公共點進行刪除選取，選擇能夠達到精度的點進行參數計算。這里用CASS成圖軟件中的坐標轉換功能進行實現。

首先在CASS成圖軟件中點擊“地物編輯”菜單，在下拉菜單中點擊“坐標轉換”，出現對話框見圖1。

由于公共點數據涉及國家機密，所以此處不能出現數據。按照提示，按步驟進行操作，進行參數的選擇計算。

2 地形圖的坐標系統轉換

參數計算完成之后，就進行地形圖的坐標系統轉換，利用CASS成圖軟件中的地形圖坐標轉換功能，輸入轉換參數，進行轉換。轉換見圖2。

在上述對話框中點擊使用其參數轉換，對話框消失，在命令行出現請選擇實體，用窗選選擇圖形，確認之后，窗口圖形即為轉換后圖形。

圖1 CASS成圖軟件中坐標轉換對話框

圖2 地形圖坐標系統轉換示意圖

3 地形圖轉換后的檢查

地形圖轉換前，把公共點展點或是把控制點到地形圖里，然后查詢校對其轉換后的坐標成果，是否一致或相符，能否滿足地形圖精度要求。

4 結論

隨著測繪科技發展與進步，以上兩種坐標系都要被2000國家坐標系取代，但根據經濟發展不平衡的實際情況，以上兩種坐標系還要使用一段時間，這段時間里，還必須進行一些坐標系統的轉換工作。

［1］徐紹銓，等.GPS測量原理及應用:第二版［M］.武漢:武漢大學出版社，2003.

［2］劉大杰.全球定位系統(GPS)的原理與數據處理［M］.上海:同濟大學出版社，2007.