淺述市級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

劉思遠(yuǎn) 李小勇 馬壯 王永生

（1.河南省遙感測(cè)繪院,河南 鄭州 450003；2.河南省科源測(cè)繪中心,河南 鄭州 450003；3. 河南省測(cè)繪地理信息局信息中心,河南 鄭州 450003）

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是我國(guó)自主建立、適應(yīng)現(xiàn)代空間技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的地心坐標(biāo)系，自2008年7月1日起啟用，到2018年全面完成國(guó)土資源系統(tǒng)各類空間數(shù)據(jù)向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作[1]，這關(guān)系到國(guó)土資源規(guī)劃、用地、地籍（不動(dòng)產(chǎn)登記）、礦業(yè)權(quán)審批等工作的開(kāi)展，有利于省、市、縣三級(jí)國(guó)土業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共建共享，推動(dòng)國(guó)土資源管理、空間規(guī)劃編制等工作有序開(kāi)展。面對(duì)種類繁雜的國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)和巨大的數(shù)據(jù)量，對(duì)地市級(jí)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技術(shù)流程進(jìn)行研究，可為國(guó)土管理部門提供技術(shù)支撐。區(qū)工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地級(jí)別與基準(zhǔn)地價(jià)圖、土地利用現(xiàn)狀等數(shù)據(jù)，主要通過(guò)不同的改正量進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

（3）1∶2000～1∶500大比例尺數(shù)據(jù)主要為農(nóng)村集體土地所有權(quán)（界址點(diǎn)精度不超過(guò)5cm）、農(nóng)村集體土地使用權(quán)、城鎮(zhèn)地籍、不動(dòng)產(chǎn)登記等種類數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)主要為1980西安坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換前應(yīng)選取數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的起算控制點(diǎn)進(jìn)行分析，開(kāi)展必要的普查和聯(lián)測(cè)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換或歸算至省衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系框架下[2]。利用起算控制點(diǎn)分析轉(zhuǎn)換或聯(lián)測(cè)平差結(jié)果，按照點(diǎn)位坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，開(kāi)展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)流程圖

1 總體思路

國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)類型豐富，不同基準(zhǔn)、不同比例尺數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，涉及的數(shù)據(jù)分析、轉(zhuǎn)換流程等不同。國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)原始坐標(biāo)系主要包括1980西安坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系和城市獨(dú)立坐標(biāo)系。原始坐標(biāo)為1954北京坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)，需先行轉(zhuǎn)換為1980西安坐標(biāo)系，再轉(zhuǎn)換為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。城市獨(dú)立坐標(biāo)系（主要為大比例尺數(shù)據(jù)），包括為建設(shè)管理各類工程的勘察設(shè)計(jì)、施工和管理、地形圖測(cè)繪、城鎮(zhèn)地籍測(cè)量等需要而建立的高精度城市坐標(biāo)系，這類坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)可采用參數(shù)轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

根據(jù)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)的不同比例尺，可采用參數(shù)轉(zhuǎn)換或格網(wǎng)改正量進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，并檢核轉(zhuǎn)換精度，確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成果滿足要求。具體轉(zhuǎn)換方式如下：

（1）比例尺小于1∶250000的數(shù)據(jù)無(wú)需轉(zhuǎn)換。

（2）1∶100000～ 1∶25000小 比 例 尺 數(shù) 據(jù) 和1∶10000～1∶5000中比例尺數(shù)據(jù)主要為礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃、永久基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫(kù)、土地利用總體規(guī)劃、城坐標(biāo)轉(zhuǎn)換需要注意：①轉(zhuǎn)換后成果的坐標(biāo)基準(zhǔn)需統(tǒng)一到衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系框架下；②轉(zhuǎn)換前后各類成果的精度、拓?fù)潢P(guān)系和屬性結(jié)構(gòu)不變，要素不丟漏；③分幅數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，重新生成方里格網(wǎng)，修改圖廓點(diǎn)及方里格網(wǎng)標(biāo)注坐標(biāo)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容的重新分幅裁切和整飾處理；④數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后應(yīng)同步開(kāi)展質(zhì)量檢查，并按照不同的比例尺類別統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換精度。

2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)流程

2.1 控制點(diǎn)選取與聯(lián)測(cè)

（1）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重合點(diǎn)選取。從市級(jí)D級(jí)GPS控制網(wǎng)(該數(shù)據(jù)主要為1980西安坐標(biāo)系)均勻選擇覆蓋市域的若干控制點(diǎn)，通過(guò)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站觀測(cè)，得到被選取控制點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果；1980西安坐標(biāo)系和2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的控制點(diǎn)成果一起組成重合點(diǎn)，用于轉(zhuǎn)換參數(shù)解算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。多余的控制點(diǎn)用于模型校驗(yàn)和精度評(píng)定。

（2）相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換重合點(diǎn)選取。均勻選擇覆蓋地市的8～15個(gè)控制點(diǎn)，通過(guò)GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站觀測(cè)，得到被選取控制點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果；與原相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系成果組成重合點(diǎn)，用于轉(zhuǎn)換參數(shù)解算和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。多余的控制點(diǎn)用于模型校驗(yàn)和精度評(píng)定。采用基于GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的觀測(cè)模式?？刂泣c(diǎn)聯(lián)測(cè)流程如圖2所示。

圖2 控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)流程圖

2.2 轉(zhuǎn)換參數(shù)模型

市級(jí)大地坐標(biāo)系數(shù)據(jù)成果的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換選擇二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，市級(jí)平面直角坐標(biāo)系數(shù)據(jù)成果的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換選擇“二維四參數(shù)＋換帶”模型。對(duì)于相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)與2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的聯(lián)系，可采用“二維四參數(shù)＋換帶”“逆過(guò)程＋二維四參數(shù)＋換帶”或二維多項(xiàng)式回歸模型。相同中央子午線、不同橢球和不同投影基準(zhǔn)面采用二維四參數(shù)轉(zhuǎn)換法；相同橢球、不同中央子午線采用換帶方法 ；不同橢球、不同投影基準(zhǔn)面、不同中央子午線采用“二維四參數(shù)＋換帶”方法。根據(jù)確定的重合點(diǎn)坐標(biāo)、坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換模型利用最小二乘法計(jì)算坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1∶5萬(wàn)、1∶1萬(wàn)、1∶5000等中小比例尺數(shù)據(jù)，采用全國(guó)系列比例尺圖幅改正量或全國(guó)高精度高分辨率格網(wǎng)改正量（3″× 3″）進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其中，1∶5萬(wàn)比例尺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用全國(guó)1∶5萬(wàn)比例尺圖幅改正量，1∶1萬(wàn)比例尺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用全國(guó)1∶1萬(wàn)比例尺圖幅改正量，1∶5000比例尺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換采用全國(guó)高精度高分辨率格網(wǎng)改正量（3″× 3″）。可將該類數(shù)據(jù)的改正量參數(shù)寫入定制的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換平臺(tái)中，通過(guò)轉(zhuǎn)換平臺(tái)進(jìn)行人機(jī)交互，自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

大比例尺矢量和柵格空間數(shù)據(jù)，利用兩個(gè)坐標(biāo)系下的重合點(diǎn)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，通過(guò)點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法，運(yùn)用定制的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系或其相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。

3 精度評(píng)估與檢核

3.1 中小比例尺的精度評(píng)估與檢核

為有效進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評(píng)定，在轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)區(qū)域（以市域?yàn)閱挝唬?，將衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點(diǎn)、分析轉(zhuǎn)換或聯(lián)測(cè)平差后的數(shù)據(jù)起算控制點(diǎn)作為檢核點(diǎn)，采用數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)比例尺圖幅或格網(wǎng)改正量對(duì)其原坐標(biāo)系成果進(jìn)行2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，與其平差解算的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果進(jìn)行對(duì)比統(tǒng)計(jì)，分別計(jì)算評(píng)定1∶5萬(wàn)、1∶1萬(wàn)、1∶5000比例尺數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換點(diǎn)位的平均精度應(yīng)優(yōu)于相應(yīng)比例尺數(shù)據(jù)圖上的0.1mm。

（1）檢核點(diǎn)殘差

其中，X1、Y1為用圖幅或格網(wǎng)改正量轉(zhuǎn)換獲取的檢核點(diǎn)在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)；X2、Y2為檢核點(diǎn)分析轉(zhuǎn)換或聯(lián)測(cè)平差后的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)[3]。

（2）平面點(diǎn)位中誤差

Mp=，式中，平面坐標(biāo)x殘差中誤差，平面坐標(biāo)y殘差中誤差，n為檢核點(diǎn)個(gè)數(shù)。

3.2 大比例尺精度評(píng)估與檢核

選擇部分重合點(diǎn)作為外部檢核點(diǎn)，不參與坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，用轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算其轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)，與已知坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)換的外符合精度。區(qū)域內(nèi)應(yīng)選定至少6個(gè)均勻分布的重合點(diǎn)對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行檢核。轉(zhuǎn)換點(diǎn)位的平均精度應(yīng)優(yōu)于相應(yīng)比例尺數(shù)據(jù)圖上的0.1mm。

（1）重合點(diǎn)殘差

V=重合點(diǎn)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)值-重合點(diǎn)已知坐標(biāo)值

（2）平面點(diǎn)位中誤差

4 結(jié)論

開(kāi)展國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作，統(tǒng)一城市空間信息成果坐標(biāo)系統(tǒng)和大地基準(zhǔn)，是有效保障空間規(guī)劃體系建設(shè)與監(jiān)督實(shí)施、自然資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)監(jiān)管的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的總體思路、技術(shù)流程、精度檢核等環(huán)節(jié)的研究，可為其他行業(yè)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作提供解決思路。