國土資源存量數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換技術流程和問題探討

溫旭，劉立，吉淵明

(1.浙江省第一測繪院，浙江 杭州 310023； 2.浙江省測繪科學技術研究院，浙江 杭州 310023)

1 引 言

根據(jù)要求，國土資源數(shù)據(jù)需完成2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換工作[1]。由于“一張圖”、不動產(chǎn)統(tǒng)一登記等系統(tǒng)在工作日一直不間斷地在線為國土資源單位提供服務，為了解決時間緊、數(shù)據(jù)量大等困難，采用高效的FME(Feature Manipulate Engine)作為底層數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，開發(fā)在線國土資源存量2000國家大地坐標轉(zhuǎn)換平臺，平臺實現(xiàn)了對空間數(shù)據(jù)的分析、轉(zhuǎn)換等功能，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)及時調(diào)試和完成上線工作，保障了國土資源業(yè)務數(shù)據(jù)在縱向省、市、區(qū)和橫向與市直各部門之間的無縫銜接和正常業(yè)務開展。

FME可以高效地轉(zhuǎn)換不同的空間數(shù)據(jù)，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本[2～5]。國土數(shù)據(jù)是以圖層的形式來存儲的，因此在進行坐標轉(zhuǎn)換時，也需要按照圖層的形式，一個圖層一個圖層地進行轉(zhuǎn)換[6]。

2 技術路線

2000國家大地坐標轉(zhuǎn)換平臺是基于B/S架構，采用FME Server技術作為支撐，實現(xiàn)國土資源存量數(shù)據(jù)的在線坐標轉(zhuǎn)換功能，嵌入各種計算模型[7，8]，支持圖幅改正量計算和轉(zhuǎn)換，同時提供安全管理相關模塊、數(shù)據(jù)檢驗相關模塊[9]。平臺對空間和非空間數(shù)據(jù)進行了語義描述，抽取、變換和加載功能封裝為數(shù)據(jù)異構集成函數(shù)，有數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計、抽析、聚合和分類等多種算法，同時建立函數(shù)與函數(shù)之間的調(diào)用通道，實現(xiàn)了各函數(shù)的處理結(jié)果都能被下一個函數(shù)調(diào)用。平臺結(jié)構包括用戶層(坐標轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的用戶)、坐標轉(zhuǎn)換層(實現(xiàn)坐標轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)檢驗、安全管理、權限管理等功能)、坐標轉(zhuǎn)換支撐層(為空間格式轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換、流程定義提供在線服務支持)和設施層(系統(tǒng)運行提供網(wǎng)絡環(huán)境和硬件環(huán)境支持)。平臺結(jié)構如圖1所示。

圖1 2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換平臺結(jié)構

平臺開發(fā)的技術流程圖如圖2所示。

圖2 2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換技術流程

部、省廳國土資源空間數(shù)據(jù)的坐標系轉(zhuǎn)換點位的精度在圖上中誤差不應超過 0.1 mm，具體技術指標要求如表1所示。

坐標轉(zhuǎn)換點位精度指標 表1

3 轉(zhuǎn)換模型和參數(shù)建立

國土資源存量數(shù)據(jù)主要有“一張圖”、影像數(shù)據(jù)、不動產(chǎn)數(shù)據(jù)及其他存量數(shù)據(jù)，各類數(shù)據(jù)的比例尺主要覆蓋1∶500～ 1∶10 000。

(1)格網(wǎng)改正法

對于比例尺小于1∶1萬(含)的“一張圖”國土資源空間數(shù)據(jù)。由于部-廳-局采用標準的1980西安坐標系垂直管理，數(shù)據(jù)必須保持一致性，需采用自然資源部構建的1980西安坐標系到2000國家大地坐標系的1∶1萬地形圖圖幅修正量。利用格網(wǎng)改正方法，通過內(nèi)插擬合格網(wǎng)坐標點的校正，實現(xiàn)2000國家大地坐標系坐標的轉(zhuǎn)換。浙江省圖幅改正量如圖3所示。

圖3 圖幅改正量示意圖

(2)仿射變換法

對于比例尺1∶2 000(含)至1∶10 000(不含)的影像數(shù)據(jù)和國土資源空間數(shù)據(jù)，基于浙江省CORS參考站2000國家大地坐標系和1980西安坐標系同名的坐標，求解轉(zhuǎn)換模型參數(shù)，根據(jù)模型殘差評估坐標轉(zhuǎn)換模型的精度，并通過仿射變換方法實現(xiàn)2000國家大地坐標系的轉(zhuǎn)換。仿射變換法相對于格網(wǎng)改正法其轉(zhuǎn)換效率更高，同時轉(zhuǎn)換成果精度符合規(guī)范要求。仿射變換函數(shù)為：

x′=Ax+By+C

y′=Dx+Ey+F

其中x和y為輸入數(shù)據(jù)的坐標，x′和y′是變換后的坐標，A、B、C、D、E和F通過比較源控制點與目標控制點的來確定。

(3)二維四參數(shù)法

對于大比例尺(1∶500)空間數(shù)據(jù)，主要是指國土資源不動產(chǎn)登記系統(tǒng)數(shù)據(jù)，可利用空間數(shù)據(jù)地方坐標系的控制點成果與2000國家大地坐標系成果計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。轉(zhuǎn)換采用的坐標格式為平面坐標，采用的二維四參數(shù)轉(zhuǎn)換公式如下：

其中x0、y0平移參數(shù)，α為旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1+m為尺度參數(shù)。x2、y2為輸出平面直角坐標，x1、y1為輸入平面直角坐標。

4 轉(zhuǎn)換精度與檢查

(1)仿射變換法精度

仿射變換模型利用浙江省86座基準站1980西安坐標系成果與2000國家大地坐標系成果，計算坐標轉(zhuǎn)換模型參數(shù)，L方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 1.5 cm，B方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 0.8 cm，可以用于 1∶2 000(含)至 1∶10 000(不含)影像數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

(2)二維四參數(shù)法精度

利用安吉縣國土部門10座C級GNSS控制點的地方坐標系成果與2000國家大地坐標系成果，計算坐標轉(zhuǎn)換模型參數(shù)。10座C級GNSS控制點的x方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 1.5 cm，y方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 0.8 cm，滿足精度轉(zhuǎn)換要求，通過二維四參數(shù)法實現(xiàn)大比例尺空間數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。

為了驗證安吉縣大比例尺的空間數(shù)據(jù)的精度，在安吉縣主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)均勻選擇了56個一級GNSS控制點(檢核點)進行精度檢測，采用網(wǎng)絡RTK的方法采集一級GNSS控制點的2000國家大地坐標系坐標與轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)庫中的同名點坐標進行比較，點位略圖如圖4所示。

56個檢核點的x方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 2.0 cm，y方向坐標轉(zhuǎn)換中誤差小于 2.5 cm。滿足精度轉(zhuǎn)換要求，56個檢核點的轉(zhuǎn)換精度比較如表2所示。

圖4檢核點位略圖

檢核點轉(zhuǎn)換精度比較 表2

(3)數(shù)據(jù)一致性檢查

將1980西安坐標系矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)與已有的2000國家大地坐標系的空間數(shù)據(jù)疊加后，進行數(shù)據(jù)相互關系比較，空間數(shù)據(jù)、影像、矢量數(shù)據(jù)等疊加前后關系一致，如圖5、圖6所示。

圖5 1980西安坐標系套合 圖6 2000國家大地坐標系套合

(4)數(shù)據(jù)完整性檢查

同時為保證轉(zhuǎn)換前后數(shù)據(jù)的完整性，對國土資源空間數(shù)據(jù)的記錄數(shù)進行檢查。通過查詢語句對原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)進行記錄數(shù)統(tǒng)計，將兩者記錄數(shù)進行比對，前后數(shù)量一致，即完成了所有數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。

5 結(jié) 語

自然資源部統(tǒng)一構建的圖幅改正轉(zhuǎn)換法，不受比例尺及范圍的限制，不受GIS軟件平臺的限制，同一個要素點其坐標轉(zhuǎn)換結(jié)果一致。影像數(shù)據(jù)全省使用統(tǒng)一的2000國家大地坐標系和1980西安坐標系的CORS參考站同名坐標，確保各市縣轉(zhuǎn)換結(jié)果的唯一性和無縫拼接。房產(chǎn)數(shù)據(jù)更新方法是每日更新，坐標轉(zhuǎn)換必須在非工作時間進行，數(shù)據(jù)由2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換平臺直接讀取，完成不動產(chǎn)數(shù)據(jù)坐標的高效轉(zhuǎn)換，滿足了國土資源存量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換的質(zhì)量和時間的要求，保障了國土資源工作對不同比例尺的轉(zhuǎn)換需求。