基于GIS制圖軟件進行坐標轉(zhuǎn)換在礦產(chǎn)資源規(guī)劃中的應(yīng)用研究

董雪

摘要：隨著坐標系的更新、精化以及坐標基準的變化，坐標系統(tǒng)的變換不可避免。我國曾先后使用過1954北京坐標系、新54北京坐標系和1980西安坐標系。由于空間技術(shù)的發(fā)展，我國建立了2000中國大地坐標系，該坐標系為地心坐標且精度與所使用的參心坐標系相比有本質(zhì)的提高。若采用新坐標系，現(xiàn)有測繪成果都要作相應(yīng)變化，尤其是地圖產(chǎn)品。從理論上說，啟用新坐標系只需利用兩個坐標系的定義差，或利用公共點坐標進行相似變換即可。本文通過三種坐標系的分析，了解他們之間的相互關(guān)系，并對它們坐標和適量圖形相互之間的轉(zhuǎn)換在GIS制圖軟件中進行了轉(zhuǎn)換演示。

關(guān)鍵詞：GIS;坐標轉(zhuǎn)換;礦產(chǎn)資源規(guī)劃

1、項目研究意義與研究背景

根據(jù)《中華人民共和國測繪法》，經(jīng)國務(wù)院批準，我國自2018年7月1日起，全面啟用2000國家大地坐標系。目前我國的礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中，還有相當一部分數(shù)據(jù)是54坐標，所以54到80坐標，80到2000坐標的轉(zhuǎn)換不會在某一個時間節(jié)點終止，還需要廣大GIS工作技術(shù)人員對兩種坐標系下的新舊資料和數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。

本課題主要研究礦產(chǎn)資源規(guī)劃過程中遇到的坐標數(shù)據(jù)和圖件矢量數(shù)據(jù)在mapgis6.7這種陜西礦產(chǎn)常規(guī)制圖軟件中由老舊坐標系向新坐標系的轉(zhuǎn)換的原理和方法。

2、國家2000坐標系統(tǒng)的使用背景

2000國家大地坐標系（china geodetic coordinate system 2000）簡稱CGCS2000坐標系，是我國當前最新的國家大地坐標系，是以地球質(zhì)量中心為原點的地心大地坐標系，是當今空間時代全球通用的基本大地坐標系，是我國新一代大地坐標系的適宜選擇。地心大地坐標系可以滿足大地測量、地球物理、天文、導(dǎo)航和航天應(yīng)用以及經(jīng)濟、社會發(fā)展的廣泛需求。2008年7月1日我國CGCS2000坐標系的正式啟用，其優(yōu)越性也經(jīng)逐步得到體現(xiàn)，各級測繪成果也逐步的向其過渡。

3、基本原理及應(yīng)用分析

3.1我國現(xiàn)有3種坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換原理

地球橢球體有長半徑和短半徑之分，長半徑（a）即赤道半徑，短半徑（b）即極半徑。f=（a-b）/a為橢球體的扁率，表示橢球體的扁平程度。由此可見，地球橢球體的形狀和大小取決于a、b、f 。因此，a、b、f 被稱為地球橢球體的三要素。

3.2三種坐標系的轉(zhuǎn)換原理

在實際應(yīng)用過程中，橢球間的坐標轉(zhuǎn)換 ，一般而言比較嚴密的是用七參數(shù)法 ，即 X 平移 ， Y 平移、Z 平移、X 旋轉(zhuǎn)、Y 旋轉(zhuǎn)、Z 旋轉(zhuǎn)、尺度變化參數(shù) M 。要求得七參數(shù)就需要在一個地區(qū)采用 3 個以上的已知點，如果區(qū)域范圍不大，最遠點間的距離不大于 30 km（經(jīng)驗值），這可以用三參數(shù)，即 X 平移、Y平移、Z 平移，而將 X 旋轉(zhuǎn)、Y 旋轉(zhuǎn)、Z 旋轉(zhuǎn)、尺度變化參數(shù)M 視為 0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。

轉(zhuǎn)換時采用具有明顯幾何意義的三參數(shù)和七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型進行。

相應(yīng)的坐標變換公式為：

式中△X0，△Y0，△Z0為三個平移參數(shù)，∈x、∈y、∈z為三個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，m為尺度變化參數(shù)。上述坐標轉(zhuǎn)換模型也稱為Bursa-wolf模型。

當兩個空間直角坐標軸相互平行，而且尺度一致時，則可簡化成僅含三參數(shù)的坐標換算公式。

3.3在GIS軟件中坐標系的轉(zhuǎn)換方法

1）找公共點并求出轉(zhuǎn)換參數(shù)

現(xiàn)以54坐標系下的坐標、圖形向80坐標系下轉(zhuǎn)換為例，在mapgis6.7中用七參數(shù)轉(zhuǎn)換方法進行演示操作。

第一步：向地方測繪局（或其他地方）找本區(qū)域三個或三個以上公共點坐標對（即北京54坐標下x、y、z和西安80坐標系下x、y、z）;

第二步：將公共點的坐標對全部轉(zhuǎn)換以弧度為單位。

①菜單：投影轉(zhuǎn)換——輸入單點投影轉(zhuǎn)換，將原始投影參數(shù)設(shè)置為54坐標系下的實際坐標值;將結(jié)果投影參數(shù)設(shè)置為54坐標系下，地理坐標系的秒值。然后在原始數(shù)據(jù)中輸入收集到的第一組54坐標值，點擊“投影點”，計算出公共點的弧度值并記錄下來，將轉(zhuǎn)出的坐標值進行記錄。依此類推，記算出其他公共點轉(zhuǎn)為“秒”的值。

②將收集到的80坐標值進行同樣的米值到弧度秒值的計算。

第三步：求公共點操作系數(shù)（菜單：投影轉(zhuǎn)換——坐標系轉(zhuǎn)換）。如果求出轉(zhuǎn)換系數(shù)后，記錄下來，需要特別注意的是此處輸入的X、Y值是測量上的表示方法，而非數(shù)學表示方法，輸入次序與前面的單點投影變換的輸入次序是相反的。

依照相同的方法，再輸入另外的5個公共點對;然后點“求轉(zhuǎn)換系數(shù)”，求得七參數(shù)，并用記事本記錄下來。

第四步：編輯坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)（菜單：投影轉(zhuǎn)換——編輯坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)），在此處錄入上一步記事本中記錄下的七參數(shù)，最后進行投影變換。“當前投影”輸入54坐標系參數(shù)，“目的投影”輸入80坐標系參數(shù)。進行轉(zhuǎn)換時系統(tǒng)會自動調(diào)用曾編輯過的坐標轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2） 進行坐標和適量圖形的轉(zhuǎn)換

設(shè)置過之后在“P投影轉(zhuǎn)換——U用戶文件投影轉(zhuǎn)換”中可以進行坐標的轉(zhuǎn)換;在“P投影轉(zhuǎn)換——D工作區(qū)直接投影轉(zhuǎn)換”中可以進行適量圖形的轉(zhuǎn)換。

點擊“開始轉(zhuǎn)換”，之后將文件另存為即可得到轉(zhuǎn)換后的80坐標系下的單文件。

80坐標系到2000坐標系的轉(zhuǎn)換原理和方法與之相同，不再一一累述。仍有不少同仁會說，mapgis6.7中沒有2000坐標系呀，沒關(guān)系mapgis為大家預(yù)留了自定義橢球。只要在安裝路徑下mapgis67/program/ellip.dat文件，選擇用記事本打開。在“5：新的橢球體（自定義）”中把2000橢球參數(shù)按照已有的坐標系模式輸入進去保存就行了。參考如下“5：國家大地2000坐標系”，6378137，298.257222101.這樣就把2000坐標系導(dǎo)入到67中去了。

參考文獻：

[1]黨亞民，成英燕，薛樹強，《大地坐標系統(tǒng)及其應(yīng)用》，測繪出版社

[2]丁士俊，張忠明.幾種不同坐標變換方法問題的研究[J].四川測繪，2005（1）：16一19

[3]魏子卿.我國大地坐標系的換代問題[J].武漢大學學報.信息科學版2003，28（2）：138-143.