基于ARCGIS的1980坐標成果向CGCS2000坐標轉換研究

【摘要】隨著全球定位系統空間大地測量技術的不斷發展和完善，過去建立的1954北京坐標系和1980西安坐標系難以跟上現代空間技術的應用。如何將這些坐標系轉換到2000國家坐標系是當前必須解決的問題。本文就西安80坐標系到2000國家坐標系之間的轉換的基礎理論和方法進行了研究，給出了基于ArcGIS環境下將1980西安坐標系轉換到2000中國大地坐標系的有效解決辦法。

【關鍵詞】ArcGIS;西安80坐標系;2000國家坐標系;坐標轉換

1、引言

隨著全球定位系統空間大地測量技術的不斷發展和完善，過去建立的1954北京坐標系和1980西安坐標系難以跟上現代空間技術的應用。為了滿足國家在工程控制、地球物理勘探、對地觀測以及航天等多方位的應用，國土資源部統一部署，從2018年7月1日起將全面啟用2000國家大地坐標系（CGCS2000）。CGCS2000是采用地球質量中心作為原點的地心坐標系，將區域性大地測量直接或間接的納入到全球大地測量的范圍[1-3]。

本文主要從基于ARCGIS的1980坐標成果向CGCS2000坐標轉換方面進行研究。

2、ARCGIS坐標轉換介紹

2.1 ArcGIS中的坐標系統

ArcGIS中預定義了兩套坐標系統，地理坐標系和投影坐標系。

地理坐標系：根據坐標原點的不同，分為參心坐標系和地心坐標系。目前比較常用的是北京54坐標系和西安80坐標系，都屬于參心坐標系;WGS84坐標系和CGCS2000坐標系屬于地心坐標系。

投影坐標系：常見的投影坐標系主要是高斯克呂格投影。

2.2 ArcGIS中的坐標轉換

ArcGIS中提供的轉換模型主要有地心偏移算法、布爾莎-沃爾夫七參數模型、格網算法、莫洛金斯基模型、單位數據轉換以及其他方法。

3、坐標轉換的實踐

3.1坐標轉換原理

全國及省級范圍的坐標轉換選擇二維七參數轉換模型，省級以下的坐標轉換可選擇三維四參數模型或平面四參數模型，但是最通用的方法是布爾莎七參數轉換法[4]。結合ArcGIS軟件中提供的坐標轉換模型，本文采用的布爾莎七參數模型進行轉換。

從1980西安坐標系坐標[ X1、Y1、Z1]轉換到CGCS2000坐標系坐標[X2、Y2、Z2 ]的布爾莎七參數模型如下：

其中， X0、Y0、Z0表示平移參數， 表示旋轉參數、m表示尺度參數。為求出七參數，至少需3個可以通過3組以上已知80坐標和2000坐標的控制點，通過最小二乘法求出轉換參數。

3.2控制點選取

本文以西安市行政轄區為應用對象，根據國家布設的測量控制點，選取最接近西安市行政范圍外接多邊形且盡可能分布均勻的控制點，控制點分布如圖1：

3.3七參數求取

1980西安坐標系坐標為平面坐標，2000坐標系坐標為大地坐標。要想在ArcGIS中實現轉換，必須先將平面坐標/大地坐標轉換為空間坐標。具體過程如圖2：

3.4精度檢核

內符合精度檢核：計算內符合精度，根據計算公式：

經驗證，內符合殘差的中誤差為0.01195m，最大殘差為0.025389m，小于3倍中誤差。

外符合精度檢核：對不參與計算過程的11個控制點作為外部檢查點，然后使用轉換參數計算外部檢查點的坐標，通過與外部檢查點的實際測量坐標進行對比，計算外符合精度，根據計算公式：

經驗證，外符合殘差的中誤差為0.010717m，最大殘差為0.016896m，小于3倍中誤差，滿足精度要求。

4、應用案例

2019年期間，應陜西省自然資源廳、西安市自然資源局、項目甲方以及所有新項目的需求，此成果已得到廣泛應用。目前，應用的項目有：①“三調”項目搜集的基礎數據（除下發成果外）;②糧食生產功能區劃定項目;③高陵縣鹿苑-通遠鎮城鄉建設用地增減掛鉤試點項目實施規劃等多個同類項目;④西安市二調-2014年變更庫數據;⑤西安市空間規劃相關數據轉換（如城市規劃、各開發區范圍線等相關數據）等等。

結論：

本文主要探討了ArcGIS軟件的坐標系統、投影方式以及坐標轉換方法等內容，求取參數后，在ArcGIS軟件中建立1980西安坐標轉換至CGCS2000的自定義地理坐標變換，將1980西安坐標轉換為CGCS2000。對整個西安市而言，由于點的分布及密度，合理可靠，測試了分區片計算和全區域計算參數，轉換精度在一個精度級，可以通用于全市范圍內的轉換需求。

根據《國土資源數據2000國家大地坐標系轉換技術要求》和《大地測量控制點坐標轉換技術規程》等規范的要求，此套轉換參數可以滿足比例尺小于1：500空間數據庫轉換點位精度的要求，或者省市級衛星大地控制網D級控制點坐標精度要求。

參考文獻：

[1]黃國森.基于ArcGIS的80西安坐標系轉換到2000國家坐標系的研究[J].測繪與空間地理信息，2013，36（8）：261-266

[2]廖永生，陳瑞波，王龍波.從地方坐標系到2000國家大地坐標系的轉方法[J].海洋測繪，2010，30（5）：6-7

[3]杜輝，耿濤，劉生榮，等.基于ArcGIS的地物化成果各坐標系統向CGCS2000坐標轉換研究[J].物探與化探，2018，42（5）：1076-1080.

[4]國土資源部，國家測繪地理信息局.國土資源數據2000國家大地坐標系轉換技術要求[Z].北京：國土資源部，國家測繪地理信息局，2017.

作者簡介：

聶茜（1985.03）漢，女，湖北宜昌，碩士，工程師，研究方向：土地規劃、城市空間規劃、遙感與地理信息系統。