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

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

1、項(xiàng)目研究意義與研究背景

根據(jù)《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，我國(guó)自2018年7月1日起，全面啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。目前我國(guó)的礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)中，還有相當(dāng)一部分?jǐn)?shù)據(jù)是54坐標(biāo)，所以54到80坐標(biāo)，80到2000坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換不會(huì)在某一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)終止，還需要廣大GIS工作技術(shù)人員對(duì)兩種坐標(biāo)系下的新舊資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

本課題主要研究礦產(chǎn)資源規(guī)劃過(guò)程中遇到的坐標(biāo)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(biāo)系向新坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換的原理和方法。

2、國(guó)家2000坐標(biāo)系統(tǒng)的使用背景

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系（china geodetic coordinate system 2000）簡(jiǎn)稱CGCS2000坐標(biāo)系，是我國(guó)當(dāng)前最新的國(guó)家大地坐標(biāo)系，是以地球質(zhì)量中心為原點(diǎn)的地心大地坐標(biāo)系，是當(dāng)今空間時(shí)代全球通用的基本大地坐標(biāo)系，是我國(guó)新一代大地坐標(biāo)系的適宜選擇。地心大地坐標(biāo)系可以滿足大地測(cè)量、地球物理、天文、導(dǎo)航和航天應(yīng)用以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的廣泛需求。2008年7月1日我國(guó)CGCS2000坐標(biāo)系的正式啟用，其優(yōu)越性也經(jīng)逐步得到體現(xiàn)，各級(jí)測(cè)繪成果也逐步的向其過(guò)渡。

3、基本原理及應(yīng)用分析

3.1我國(guó)現(xiàn)有3種坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換原理

地球橢球體有長(zhǎng)半徑和短半徑之分，長(zhǎng)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(jiàn)，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(biāo)系的轉(zhuǎn)換原理

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 ，一般而言比較嚴(yán)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(gè)地區(qū)采用 3 個(gè)以上的已知點(diǎn)，如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于 30 km（經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(jìn)行。

相應(yīng)的坐標(biāo)變換公式為：

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

當(dāng)兩個(gè)空間直角坐標(biāo)軸相互平行，而且尺度一致時(shí)，則可簡(jiǎn)化成僅含三參數(shù)的坐標(biāo)換算公式。

3.3在GIS軟件中坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法

1）找公共點(diǎn)并求出轉(zhuǎn)換參數(shù)

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

第一步：向地方測(cè)繪局（或其他地方）找本區(qū)域三個(gè)或三個(gè)以上公共點(diǎn)坐標(biāo)對(duì)（即北京54坐標(biāo)下x、y、z和西安80坐標(biāo)系下x、y、z）;

第二步：將公共點(diǎn)的坐標(biāo)對(duì)全部轉(zhuǎn)換以弧度為單位。

①菜單：投影轉(zhuǎn)換——輸入單點(diǎn)投影轉(zhuǎn)換，將原始投影參數(shù)設(shè)置為54坐標(biāo)系下的實(shí)際坐標(biāo)值;將結(jié)果投影參數(shù)設(shè)置為54坐標(biāo)系下，地理坐標(biāo)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(biāo)值，點(diǎn)擊“投影點(diǎn)”，計(jì)算出公共點(diǎn)的弧度值并記錄下來(lái)，將轉(zhuǎn)出的坐標(biāo)值進(jìn)行記錄。依此類推，記算出其他公共點(diǎn)轉(zhuǎn)為“秒”的值。

②將收集到的80坐標(biāo)值進(jìn)行同樣的米值到弧度秒值的計(jì)算。

第三步：求公共點(diǎn)操作系數(shù)（菜單：投影轉(zhuǎn)換——坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換）。如果求出轉(zhuǎn)換系數(shù)后，記錄下來(lái)，需要特別注意的是此處輸入的X、Y值是測(cè)量上的表示方法，而非數(shù)學(xué)表示方法，輸入次序與前面的單點(diǎn)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(gè)公共點(diǎn)對(duì);然后點(diǎn)“求轉(zhuǎn)換系數(shù)”，求得七參數(shù)，并用記事本記錄下來(lái)。

第四步：編輯坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)（菜單：投影轉(zhuǎn)換——編輯坐標(biāo)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(jìn)行投影變換?！爱?dāng)前投影”輸入54坐標(biāo)系參數(shù)，“目的投影”輸入80坐標(biāo)系參數(shù)。進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用曾編輯過(guò)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2） 進(jìn)行坐標(biāo)和適量圖形的轉(zhuǎn)換

設(shè)置過(guò)之后在“P投影轉(zhuǎn)換——U用戶文件投影轉(zhuǎn)換”中可以進(jìn)行坐標(biāo)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(jìn)行適量圖形的轉(zhuǎn)換。

點(diǎn)擊“開(kāi)始轉(zhuǎn)換”，之后將文件另存為即可得到轉(zhuǎn)換后的80坐標(biāo)系下的單文件。

80坐標(biāo)系到2000坐標(biāo)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(huì)說(shuō)，mapgis6.7中沒(méi)有2000坐標(biāo)系呀，沒(méi)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(kāi)。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(biāo)系模式輸入進(jìn)去保存就行了。參考如下“5：國(guó)家大地2000坐標(biāo)系”，6378137，298.257222101.這樣就把2000坐標(biāo)系導(dǎo)入到67中去了。

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