松花江干流堤防通河縣移民區(qū)地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

許兆華，李 紅

(1.黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080;2.黑龍江測(cè)繪地理信息局第三測(cè)繪工程院，哈爾濱150080)

根據(jù)國(guó)土資源部門的要求，移民區(qū)地形圖要求使用1980西安坐標(biāo)系，而我省水利工程中大多數(shù)工程項(xiàng)目使用的是1954年北京坐標(biāo)系，為了達(dá)到要求，就必須對(duì)移民區(qū)地形圖進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。這里，就闡述一下松花江干流堤防通河縣移民區(qū)地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)需要進(jìn)行1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)和1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換步驟和方法。

1 求取轉(zhuǎn)換參數(shù)

新中國(guó)建立后，我國(guó)大地測(cè)量進(jìn)入全面發(fā)展時(shí)期，在全國(guó)范圍開(kāi)展了正規(guī)的大地測(cè)量和測(cè)圖工作，迫切需要建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系。鑒于當(dāng)時(shí)的歷史條件，暫時(shí)采用了克拉索夫斯基橢球參數(shù)(長(zhǎng)半軸a=6 378 245 m，扁率α=1/298.3)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過(guò)計(jì)算建立了我國(guó)大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。其中高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面差距重新平差結(jié)果為依據(jù)，按我國(guó)的天文水準(zhǔn)路線傳算過(guò)來(lái)的。因此1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸，因?yàn)樗鼈兊臋E球參數(shù)和大地原點(diǎn)一致，它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球是克拉索夫斯基橢球。但又不完全是前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系。如大地點(diǎn)高程是以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)，高程異常是以1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算值，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的。為了適應(yīng)大地測(cè)量發(fā)展的需要及進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差，我國(guó)于1978年4月，采用了新的橢球元素和進(jìn)行了新的定位與定向，建立了新的坐標(biāo)系——1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)設(shè)在我國(guó)中部——陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。該坐標(biāo)系是參心坐標(biāo)系。橢球短軸Z軸平行于由地球質(zhì)心指向1968.0地極原點(diǎn)(JYD)的方向;大地起始子午面平行于格林尼治天文臺(tái)子午面，X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向;Y軸與Z，X軸成右手坐標(biāo)系.橢球參數(shù)采用1975年國(guó)際大地測(cè)量與物理聯(lián)合會(huì)第十六屆大會(huì)的推薦值，其橢球參數(shù):(長(zhǎng)半軸a=6 378 140 m，扁率α=1/298.257)，1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系建立后，實(shí)施了全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差。提供了屬于1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的大地成果。這種成果與原大地點(diǎn)局部平差成果二者屬于兩個(gè)不同的參心坐標(biāo)系。這給實(shí)際的使用帶來(lái)一定問(wèn)題。實(shí)用部門和單位大量成果是1954年北京坐標(biāo)系的。因而也有的部門個(gè)單位將1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)系3個(gè)平移參數(shù)平移變換至克氏橢球中心，橢球參數(shù)保持與1954年北京坐標(biāo)系相同而建立所謂新1954年北京坐標(biāo)系，這樣新1954坐標(biāo)系與原1954坐標(biāo)系接近，但其精度和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系相同［1］。

三維坐標(biāo)變換中參數(shù)直接影響到轉(zhuǎn)換點(diǎn)的精度，而轉(zhuǎn)換參數(shù)與公共點(diǎn)的分布和精度有關(guān)。本文通過(guò)以轉(zhuǎn)換點(diǎn)的擬合誤差最小為目標(biāo)函數(shù)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)，逐步剔除精度不高和分布不合理的公共點(diǎn)。使得轉(zhuǎn)換參數(shù)相對(duì)于所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)達(dá)到局部最優(yōu)。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中常采用相似變換模型，如BURSA模型、MOLODENSKY模型。一般有3個(gè)平移參數(shù)，3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個(gè)尺度參數(shù)。通過(guò)3個(gè)以上的公共點(diǎn)由最小二乘法擬合出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后求得的參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換［2］。

轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度同樣取決于公共點(diǎn)的精度，因此需要對(duì)公共點(diǎn)進(jìn)行選擇即剔除可能存在的粗差點(diǎn)和對(duì)網(wǎng)形分布進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)誤差傳播定律求得轉(zhuǎn)換點(diǎn)擬合誤差，以擬合誤差最小為目標(biāo)進(jìn)行公共點(diǎn)的選擇。

移民區(qū)分布比較分散，對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換就要分段進(jìn)行，采用達(dá)到精度的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

通河移民區(qū)實(shí)例:首先選取3個(gè)以上移民區(qū)附近的國(guó)家三角點(diǎn)或GPS點(diǎn)，此種點(diǎn)必須具有1954年北京坐標(biāo)系統(tǒng)和1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)兩種坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果，求出其轉(zhuǎn)換參數(shù)，對(duì)其殘差大的公共點(diǎn)進(jìn)行刪除選取，選擇能夠達(dá)到精度的點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。這里用CASS成圖軟件中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

首先在CASS成圖軟件中點(diǎn)擊“地物編輯”菜單，在下拉菜單中點(diǎn)擊“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換”，出現(xiàn)對(duì)話框見(jiàn)圖1。

由于公共點(diǎn)數(shù)據(jù)涉及國(guó)家機(jī)密，所以此處不能出現(xiàn)數(shù)據(jù)。按照提示，按步驟進(jìn)行操作，進(jìn)行參數(shù)的選擇計(jì)算。

2 地形圖的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換

參數(shù)計(jì)算完成之后，就進(jìn)行地形圖的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，利用CASS成圖軟件中的地形圖坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能，輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換見(jiàn)圖2。

在上述對(duì)話框中點(diǎn)擊使用其參數(shù)轉(zhuǎn)換，對(duì)話框消失，在命令行出現(xiàn)請(qǐng)選擇實(shí)體，用窗選選擇圖形，確認(rèn)之后，窗口圖形即為轉(zhuǎn)換后圖形。

圖1 CASS成圖軟件中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換對(duì)話框

圖2 地形圖坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換示意圖

3 地形圖轉(zhuǎn)換后的檢查

地形圖轉(zhuǎn)換前，把公共點(diǎn)展點(diǎn)或是把控制點(diǎn)到地形圖里，然后查詢校對(duì)其轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)成果，是否一致或相符，能否滿足地形圖精度要求。

4 結(jié)論

隨著測(cè)繪科技發(fā)展與進(jìn)步，以上兩種坐標(biāo)系都要被2000國(guó)家坐標(biāo)系取代，但根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的實(shí)際情況，以上兩種坐標(biāo)系還要使用一段時(shí)間，這段時(shí)間里，還必須進(jìn)行一些坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換工作。

［1］徐紹銓，等.GPS測(cè)量原理及應(yīng)用:第二版［M］.武漢:武漢大學(xué)出版社，2003.

［2］劉大杰.全球定位系統(tǒng)(GPS)的原理與數(shù)據(jù)處理［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2007.