國家基本比例尺測繪成果坐標系轉換軟件的研制

□ 周博飛孫偉李帥

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.國家測繪地理信息局第四地形測量隊，黑龍江哈爾濱150081）

國家基本比例尺測繪成果坐標系轉換軟件的研制

□ 周博飛1孫偉2李帥1

（1.黑龍江地理信息工程院，黑龍江哈爾濱150081；2.國家測繪地理信息局第四地形測量隊，黑龍江哈爾濱150081）

我國測繪成果存在坐標系統不統一的現狀，使不同坐標系測繪成果的使用存在一定的局限性，無法有效地充分使用測繪成果。為使測繪成果能夠更好地滿足國民經濟建設各部門的需求，最大程度地發揮各種測繪成果的應用價值，設計了坐標系轉換軟件。

坐標轉換；國家坐標系；地方坐標系

引言

目前我國常用的坐標系包括1954北京坐標系、西安1980坐標系、國家2000坐標系和地方坐標系。這些不同坐標系測繪成果的使用存在一定的局限性，無法有效地充分使用測繪成果。本系統針對不同坐標系、不同比例尺的測繪成果制定相應的坐標轉換方案。主要實現1954北京坐標系至1980西安坐標系、1954北京坐標系至2000國家大地坐標系、1980西安坐標系至2000國家大地坐標系的坐標轉換；地方坐標系到國家坐標系之間的轉換。最大程度地發揮各種測繪成果的應用價值。

1.坐標轉換系統設計與實現

1.1 設計思路

1.1.1 國家基本比例尺測繪成果坐標間轉換

國家基本比例尺測繪成果采用的比例尺主要分三種：大比例尺、中比例尺和小比例尺。大比例尺主要包括1∶500、1∶1000、1∶2000；中比例尺為3度分帶，主要包括1∶5000、1∶1萬；小比例尺為6度分帶，主要包括1∶5萬和1∶25萬。國家基本比例尺測繪成果主要采用圖幅改正數實現坐標轉換。本系統利用圖幅改正數實現了批量對標準數據組織和命名的1954年北京坐標系的DLG、DOM、DEM測繪成果向1980西安坐標系、2000國家大地坐標系轉換及1980西安坐標系的DLG、DOM、DEM測繪成果向2000國家大地坐標系的轉換，并參照新坐標系的標準圖廓對轉換后的數據進行自動換帶、數據拼接、數據接邊、數據裁切和數據重采樣等處理。

1.1.2 地方坐標系測繪成果向國家（大地）坐標系的轉換

地方坐標系的定義有兩種：（1）地方坐標系是局部地區建立平面控制網時，根據需要投影到任意選定面上和（或）采用地方子午線為中央子午線的一種直角坐標系。（2）地方坐標系是因建設、城市規劃和科學研究需要而在局部地區建立的相對獨立的平面坐標系統。為便于必要時與國家坐標系進行相互轉換，通常應與國家坐標系進行聯測。本軟件采用布爾莎—沃爾夫七參數模型進行地方坐標系到國家（大地）坐標系的轉換。

1.1.3 區域坐標轉換

有些國家（大地）坐標成果數據是按照行政區劃進行組織管理，無法按照用改正數分幅轉換的方式進行坐標轉換。但是如果用戶手中有包含該區域的所有標準圖幅的改正數，則可以考慮用這些圖幅改正數將該行政區域的數據整體進行坐標轉換。

1.1.4 解算布爾莎7參數

對于布爾莎7參數的設定，用戶可以自行輸入7參數，也可以利用本系統下的7參數解算功能，利用提供的已知控制點文件來計算7參數。

圖1 系統功能結構圖Fig.1 The system function structure diagram

1.2 系統實現

1.2.1 系統界面

系統界面風格采用office2007風格，界面簡潔明了，功能齊全，并且可以進行工程的新建、打開和保存，主要目的是記錄用戶設置，避免用戶下次啟動程序時重新進行工程的設置。保存工程時，會直接將工程保存在新建工程時指定好的路徑，并且下次打開程序時，自動保留上次的設置。

圖2 軟件界面Fig.2 Software interface

1.2.2 系統關鍵技術

1）基于ArcObjects的空間校正

獲取被校正要素上的某點與基準要素上的對應點，這樣就建立了一個置換鏈接，起點是被校正要素上的某點，終點是基準要素上的對應點，用同樣的方法建立足夠的鏈接。理論上有三個置換鏈接就能做仿射變換，對于DLG數據本系統利用ArcObjects中的 ITransformationMethodGEN接口下的Transform方法進行仿射變換；對于DOM、DEM 數據利 用 ArcObjects中 的IrasterGeometryProc接口下的warp方法進行柵格數據的校正。無論是矢量還是柵格數據的空間校正，都要提前準備好需要的frompoints和topoints對應點集數組，點集數組的維數越高越能提高空間校正的精度，本系統獲取4到9個對應點數組，可以大大提高空間校正的精度。

2）基于ArcObjects的投影變換

一般情況下地理數據庫和柵格數據庫在創建時都具有空間參考的屬性，空間參考定義了該數據集的地理坐標系統或投影坐標系統，沒有坐標系統的地理數據在生產應用過程中是毫無意義的，但由于在數據格式轉換、轉庫過程中可能造成坐標系統信息丟失，或創建數據庫時忽略了坐標系統的定義，因此需要對沒有坐標系統信息的數據集進行坐標系統定義。對于矢量數據的投影和坐標轉換一般用到的接口和方法有IGeometry.Project方法，IGeometry接口的Project方法提供的投影操作實現了最基本的坐標轉換功能。實際數據處理過程中，比較明確數據轉換前后空間參考信息情況下一般用此方法作坐標轉換，不同投影帶之間的坐標轉換就是一個典型。對于柵格數據可以調用ArcGis中的Project Raster方法。

3）柵格數據的重采樣

柵格數據的重采樣主要基于三種方法：最鄰近采樣（NEAREST），雙線性ILINEAR）和三次卷積采樣（CUBIC）。

（1）最鄰近采樣：它用輸入柵格數據中最臨近柵格值作為輸出值。因此，在重采樣后的輸出柵格中的每個柵格值，都是輸入柵格數據中真實存在而未加任何改變的值。這種方法簡單易用，計算量小，重采樣的速度最快。

（2）雙線性采樣：此重采樣法取待采樣點（x，y）點周圍四個鄰點，在y方向（或X方向）內插兩次，再在x方向（或y方向）內插一次，得到（x，y）點的柵格值。

（3）三次卷積采樣：這是進一步提高內插精度的一種方法。它的基本思想是增加鄰點來獲得最佳插值函數。取待計算點周圍相鄰的16個點，與雙線性采樣類似，可先在某一方向上內插，如先在x方向上，每四個值依次內插四次，再根據四次的計算結果在y方上內插，最終得到內插結果。

本系統采取最鄰近采樣法，獲得原始柵格的分辨率和轉換后的沖采樣范圍，然后調用ArcObjects中的IRasterGeometryProc. Resamle方法進行操作。

2.精度驗證

國家坐標系轉換中，1萬比例尺數據共檢測控制點71個，X方向最大誤差0.0028，最小誤差0.0002；Y方向最大誤差0.0039，最小誤差0.0001；最大平面距離誤差為0.004，最小平面距離誤差為0.0004；X方向中誤差為0.001，Y方向0.0015，平面距離中誤差為0.0018。

5萬比例尺數據共檢測控制點69個，X方向最大誤差0.0033，最小誤差0.0233；Y方向最大誤差0.0001，最小誤差0.0001；最大平面誤差為0.0235，最小平面誤差為0.0001；中誤差 X方向 0.0018，Y方向0.0063，平面距離中誤差為0.0065。

地方坐標系轉換，采取中山市約900平方公里的區域數據成果作為檢測數據，共檢測控制點25個，經檢測得出X方向最大誤差為0.00008，最小誤差為0.00005；Y方向最大誤差為0.0005，最小誤差為0.00045；X方向中誤差為0.00006，Y方向中誤差為0.00047；平面距離最大誤差為0.0005，最小誤差為0.00045，中誤差為0.00048。

3 結束語

隨著經濟的發展和社會的進步，對地理信息產品的需求越來越大，不同坐標系下的測繪成果的互相轉換定會成為必然。本系統實現了國家基本比例尺不同坐標系測繪成果的坐標轉換，可以更好地應用國家基本比例尺不同坐標系的測繪成果，提高測繪成果的應用空間，節約成本，充分發揮測繪成果的作用。

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【2】李德仁.出差處理和可靠性理論[M].北京：測繪出版社，1988.

【3】吳建華.基于ArcGIS Engine的GIS軟件開發方法[J].測繪通報，2010（11）:54-57.

【4】李東，毛之琳.地方坐標系向2000國家大地坐標系轉換方法的研究[J].測繪與空間地理信息，2010，33（q6）：193-196.

周博飛（1981年——），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，本科學歷，主要從事GIS應用產品開發與地理信息數據加工生產技術支持工作。

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2095-7319（2014）04-0011-04