省級國土資源空間數據坐標轉換探討

連宏亮 李軒宇

摘 ?要 ?國土資源數據以空間數據為主，支撐著各級國土資源日常管理和監管工作。為推進國土資源空間數據的共建共享與應用，需要全面開展國土資源空間數據2000國家大地坐標系的轉換工作。本文以省級國土資源空間數據從1980西安坐標系向2000國家大地坐標系轉換為例，對省級國土資源空間數據坐標轉換方法進行探討。

關鍵詞 ?國土資源空間數據;2000國家大地坐標系;坐標轉換

中圖分類號：P208 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Discussion on Coordinate Transformation of Provincial Land and Resources Spatial Data

Lian Hongliang ， Li Xuanyu

（Hunan Institute of Geomatics Sciences and Technology ， Changsha Hunan 410007）

Abstract： Land and resources data is mainly spatial data， which supports the daily management and supervision of land and resources at all levels. To promote the co-construction-co-sharing and application of land and resources spatial data， it is necessary to carry out the transformation of China Geodetic Coordinate System 2000 of land and resources spatial data. Taking the transformation of provincial land and resources spatial data from Xian geodetic coordinate system 1980 to China Geodetic Coordinate System 2000 as an example， the coordinate transformation method of provincial land and resources spatial data was discussed in this paper.

Keywords： spatial data of land and resources; China Geodetic Coordinate System 2000; coordinate transformation

引言

2000國家大地坐標系是我國構建的原點位于地球質量中心的坐標系，是北斗衛星導航系統應用的基礎，采用2000國家大地坐標系對提高我國空間基準的安全性，提升測繪精度，實現地理信息共享和推動高精度定位技術的應用具有重要意義[1]。因此，國務院、原國家測繪地理信息局均下達了關于推廣使用2000國家大地坐標系的相關通知，對加快推進國土資源空間數據向2000國家大地坐標系轉換提出了明確要求。

省級國土資源空間數據主要包括土地資源、土地規劃、地質礦產、地質環境與災害、業務管理等各類相關數據。使用坐標系多為1980西安坐標系，部分數據采用1954年北京坐標系，這兩種坐標系均屬于參心坐標系，即原點位于參考橢球的中心，且都屬于靜態、二維的平面坐標系，已無法滿足當前測繪技術、空間技術的快速發展[3]，如不及時轉換到2000國家大地坐標系，在全國范圍將形成實際上的“數據孤島”，不僅不利于實施“大數據行動計劃”，而且對部門間信息共享和業務聯動也將造成極大障礙。本文以1980西安坐標系向2000國家大地坐標系轉換為例，對省級國土資源空間數據坐標轉換方法進行探討。

1 ?坐標轉換方法

1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的轉換，關鍵在于重合點和轉換模型的選定、轉換參數的計算及相關的轉換操作。通過選取合適的坐標轉換模型、一定密度且分布均勻的兩個坐標系的重合點，利用坐標轉換模型計算坐標轉換參數，最后運用GIS軟件坐標轉換功能從而實現坐標轉換。具體方法、流程，見圖1。

1.1 ?重合點的選取

坐標重合點應在1980西安坐標系和2000國家大地坐標系下均有坐標成果的點中選用[3]，擇優選取地方控制網的起算點及高精度控制點，重合點應均勻分布且范圍覆蓋整個轉換區域，重合點的確定應根據坐標轉換參數反復驗算，若重合點坐標殘差超限則應該剔除該重合點，重算參數并驗算重合點坐標殘差，直到精度滿足為止。

1.2 ?轉換模型的選擇及轉換參數計算

根據坐標類型，坐標轉換模型包括以下幾種：

（1）大地坐標類轉換模型：包括三維七參數模型、二維七參數模型、橢球面多項式擬合。主要用于不同參考橢球間的大地坐標轉換，比較適用區域范圍較大的數據開展轉換。

（2）空間直角坐標類轉換模型：包括布爾莎模型、莫洛金斯基模型、三維四參數模型。主要用于不同參考橢球間的空間直角坐標轉換，比較適用區域適中，如省級、省級以下或小于2°×2°局部區域的數據開展轉換。

（3）平面坐標類轉換模型：包括二維四參數模型、平面多項式擬合。主要用于平面坐標系坐標轉換，平面擬合多用于相對獨立的平面坐標系統轉換。平面坐標類轉換模型比較適用局部小區域的數據開展轉換。

每一種轉換模型都有各自的適用范圍，開展坐標轉換的過程中應充分分析其影響因素和適用特點，選取合適的坐標轉換模型。根據選取的坐標重合點和坐標轉換模型，可以運用最小二乘法計算坐標轉換參數[4]。并用計算出的轉換參數驗算參與參數計算的重合點的坐標殘差，若殘差超限則應該剔除該重合點重算參數，直到精度滿足為止。

1.3 ?精度檢核與評估

1.3.1 ?精度檢核

在未參與計算坐標轉換參數的重合點中均勻分布地選定部分重合點作為檢核點，一般不少于6個，用這些點的已知坐標和轉換參數轉換出的坐標進行比較，開展精度檢核[4]。

1.3.2 ?精度評定和評估方法

利用檢核點的已知坐標和轉換參數轉換出的坐標進行比較，依據坐標轉換精度評估公式計算檢核點殘差中誤差，利用檢核點殘差中誤差來評估坐標轉換精度。

精度評估公式如下：

（1）平面坐標系平面點位中誤差[4]：

x殘差中誤差：

y殘差中誤差：

平面點位中誤差：

（2）空間直角坐標系點位中誤差[4]：

x殘差中誤差：

y殘差中誤差：

z殘差中誤差：

空間點位中誤差：

殘差v =轉換坐標- 已知坐標，n為檢核點數量。

1.4 ?坐標轉換

通常，采用數據格式對應的GIS軟件開展坐標轉換能有效避免在坐標系轉換工作中因數據格式變換而導致可能出現的數據丟失，下面針對wp、wl、wt格式數據，以MAPGIS軟件為例，介紹轉換操作流程。

1.4.1 ?檢查數據空間參考系

數據空間參考系定義是否正確會直接影響數據坐標轉換的準確性，對于空間參考系定義有誤的數據應重新定義數據空間參考系，坐標轉換前檢查數據空間參考系對坐標轉換工作至關重要。MAPGIS軟件空間參考系定義界面，見圖2。

1.4.2 ?設置坐標轉換參數

設置坐標轉換參數以便于開展坐標轉換操作。MAPGIS軟件設置坐標轉換參數界面，見圖3。

1.4.3 ?數據坐標轉換

利用MAPGIS K10軟件坐標轉換功能，對源坐標系、目標坐標系進行設置，并選取已設置的坐標轉換參數，從而實現數據坐標轉換。MAPGIS K10軟件提供了單點、單文件和批量坐標轉換功能，見圖4、圖5、圖6、圖7。

2 ?轉換案例

2.1 ?資料情況及分析

某地進行省級國土資源空間數據2000坐標系轉換任務，轉換的數據主要包括土地利用現狀、土地利用總體規劃、土地整治規劃，礦產資源總體規劃，基本農田、農用地分等，土地資源批、供、用、補，礦產資源勘查、開發，基礎地質、區域地質、地球化學、地球物理等空間數據，數據格式包括shp、gdb、wp、wl、wt等;比例尺覆蓋1：5000、1：10000、1：50000等。

區域內國家GPS A、B、C級控制點及GPS連續運行站點共700多個，其中GPS連續運行站點不多于10個，GPS A、B級點共100多個，GPS C級點600多個，具有1980西安坐標系、2000國家大地坐標系兩套坐標，點位分布均勻。

開展坐標轉換前對數據進行分析，包括數據的類別、空間參考系、數據格式、重要程度、地理范圍等，最終形成數據轉換目錄。

2.2 ?轉換參數計算及轉換精度檢核情況

2.2.1 ?坐標轉換參數計算

省級國土資源空間數據具有數據量龐大、數據類型多樣、多數按縣（市、區）存儲等特點，如不考慮坐標轉換的一致性將會產生大量的數據接邊工作。為確保本案例省級國土資源空間數據轉換的精度和一致性，避免因數據轉換不一致引起接邊誤差，同時兼顧GIS軟件坐標轉換功能的使用，避免因數據格式轉換引起數據丟失，本案例省級國土資源空間數據坐標轉換模型鑒于上述考慮選擇布爾莎轉換模型。經選取重合點計算，1980西安坐標系到2000國家大地坐標系轉換參數最終選取600多個控制點作為重合點，利用布爾莎轉換模型計算出了全省統一的坐標轉換參數。參與參數計算的重合點坐標殘差，均未超出3倍中誤差。

2.2.2 ?轉換精度檢核情況

本案例利用74個未參與轉換參數計算的控制點（全省均勻分布）作為省級國土資源空間數據坐標轉換的精度檢核點，檢核點位分布，見圖8。通過坐標轉換參數求得檢核點的轉換坐標，利用檢核點的已知坐標和轉換坐標，根據坐標轉換精度評定方法，得出本案例省級國土資源空間數據1980西安坐標系到2000國家大地坐標系坐標轉換中誤差為4.23cm，轉換精度滿足省級國土資源空間數據1980西安坐標系到2000國家大地坐標系轉換精度要求。檢核點位殘差情況，見表1;檢核點轉換誤差情況，見表2、圖9。

3 ?結語

國土資源空間數據坐標轉換點位精度要求為不大于圖上0.1mm，通過以上案例，上述坐標轉換方法可以實現省級國土資源空間數據1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的坐標轉換，同時能滿足省級國土資源空間數據中各類比例尺數據1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的坐標轉換精度要求。

參考文獻/References

[1] 山東省測繪地理信息局.山東省2000國家大地坐標系推廣應用實施方案[EB/OL].2013：2-2.

[2] 國家測繪地理信息局.2000國家大地坐標系推廣使用技術指南[S].北京：國家測繪地理信息局，2013：1-1.

[3] 趙家智. 地方獨立坐標系空間數據轉換方法研究[J].城市建設理論研究（電子版），2015（12）：106-106.

[4] 國土資源部.國家測繪地理信息局.國土資源數據轉換到2000國家大地坐標系技術要求[S].北京：國土資源部，國家測繪地理信息局2017：11-14.