征占林地中工程独立坐标系转换

覃家作，李绪佳，李 新，李鑫博

(1.四川省林业调查规划院，四川 成都 610081;2.四川省眉山市东坡区林业局，四川 眉山 620010;3.汉源县林业局，四川 汉源 625300)

1 我国常用大地坐标系

1.1 1954年北京坐标系

该坐标系是采用克拉索夫斯基椭球作为参考椭球，高程系统采用正常高，以1956年黄海平均海水面为基准。它实际上是前苏联1942年坐标系的延伸，其原点不在北京，而在苏联普尔科沃，通过与原苏联1942年坐标系联测而建立的。解放后，为了建立我国天文大地网，在东北黑龙江边境上同苏联大地网联测，推算出其坐标作为我国天文大地网的起算数据，随后通过锁网的大地坐标计算，推算出北京点的坐标，并定名为1954年北京坐标系。

1.2 1980年西安坐标系

该坐标系的椭球参数选用1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届大会的推荐值，简称IUUG-75地球椭球参数或IAG-75地球椭球。1978年4月召开的“全国天文大地网平差会议”上决定建立我国新的坐标系，称为1980年国家大地坐标系。其大地原点设在西安西北的永乐镇，称西安原点。

1.3 新1954年北京坐标系

该坐标系与1980年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。是将全国大地网整体平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新1954年北京坐标系。

1.4 地方独立坐标系

为满足小范围、大比例尺地形图精度的需要，通过在特定区域范围内建立起一个本地基准点而创建适用于本地的独立坐标系，它通常由专门测绘部门测定建立，它可以用坐标换算公式对四参数或七参数的正确设置与地理坐标系等进行转换，但必须首先取得该独立坐标系换算所用的中央经线值。

1.5 WGS84 坐标系

在GPS定位中，定位结果属于WGS-84坐标系。该坐标系是使用了更高精度的VLBL、SLR等成果而建立的。坐标系原点位于地球质心，Z轴指向BIH1984.0 协议地极(CTP)［1］。

2 通用工程坐标转换方法

2.1 坐标系统的转换

在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据，而目前测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方(任意)独立坐标系为基础的坐标数据。因此必须将WGS-84坐标转换到BJ-54坐标系或地方(任意)独立坐标系［2］。

目前一般采用布尔莎公式(七参数法)完成WGS-84坐标系到北京54坐标系的转换，得到北京54坐标数据。

2.2 坐标系的变换

同一坐标系统下坐标有多种不同的表现形式，一种形式实际上就是一种坐标系。如空间直角坐标系(X，Y，Z)、大地坐标系(B，L)、平面直角坐标(x，y)等。通过坐标统的转换我们得到了BJ54坐标系统下的空间直角坐标，还须在BJ54坐标系统下再进行各种坐标系的转换，直至得到工程所需的坐标［5］，具体方法如下:

首先将空间直角坐标系转换成大地坐标系，得到大地坐标(B，L):

用上式采用迭代法求出大地坐标(B，L)

然后将大地坐标系转换成高斯坐标系，得到高斯坐标(x，y):按高斯投影的方法求得高斯坐标，x=F1(B，L)，y=F2(B，L)，将高斯坐标系转换成任意独立坐标系，得到独立坐标(x'，y')［3，4］。

在小范围内测量，我们可以将地面当作平面，用简单的旋转、平移便可将高斯坐标换成工程中所采用坐标系的坐标(x'，y')。

3 林地征占用中坐标系统的变换

业主交付林地可研单位的用地图有部分是国家统一坐标系(投影中央子午线为国际标准分带中央子午线，如 99°、102°、105°等)，用地图横坐标多带有代号，如 34、35、36 或者 17、18，即横坐标小数点前为8位数。这部分无需转换即可在ArcGIS中按投影坐标系定义后直接叠加。

另外一部分是独立工程坐标系，有两种可能:一在全国统一的坐标系统基础上，进行中央子午线投影变换以及平移、旋转等而建立的平面坐标系统)，所有的大型工程均为此种情况;还有一种是以任意点和方向起算建立的平面坐标系统。对于后一种多为小型面状占地工程，可以在ArcGIS中直接移动旋转到统一坐标中进行叠加。下面以某线状工程(中央子午线为104°15')举例说明对前一种情况的坐标变换方法。

3.1 cad软件中前期处理

业主交付的项目用地图有许多不是完整的一幅，而是分成很多幅的分幅图，甚至有些只有纸质图或者pdf图片格式。对于纸质图需先进行扫描矢量化，pdf图片可以采用“pdf2dwg”进行转换成cad文件格式再进行后期处理。对于由多幅图组成的用地图，需先进行拼合才能使用，这一步在cad软件中进行比较简单。某线性工程部分占地图如图1所示。

在cad软件中使用“AL”(ALIGN对齐)命令进行拼合及配准。有两种方式:1.选择A部分，输入“AL”命令，然后选择a1－a4为源点，对应的b1～b4为目标点(两对点即可)，然后两部分即会拼合。然后再用“AL”命令对图进行配准，选择任意两个坐标交叉点为源点，目标点直接输入该点坐标值，即会配准到工程坐标系中。2.分别选择A、B两部分用“AL”命令进行配准，配准完成后两部分会自动拼合。如图2所示。

图1

图2

将所有分幅图拼合成一幅完整的用地图并配准到工程坐标系后前期处理即告完成。

3.2 ArcGIS软件进行坐标系统变换

变换的具体方法如下:

(1)在arcgis中新建一空白地图文档，将数据框坐标系定义为“Projected Coordinate Systems/Gauss Kruger/Beijing 1954/Beijing 19543degree GK CM 105E”，加入已配准好的cad图层。然后选择“数据/导出数据(E)…”在弹出的对话框中坐标系选择中选“此数据框”将所需图层导出成为shp格式。

(2)新建一空白地图文档，将数据框坐标系定义为“Geographic Coordinate Systems/Asia/Beijing 1954”，加入刚才导出的图层，将数据框单位定义为度。

(3)打开编辑，选中转换图层的所有要素，选择“移动(M)…”，在弹出的对话框中“X”输入“－0.75”。因为原独立坐标系中央子午线为104°15'，第一步中将图层中央子午线定义为105°;故此要将要素向西移动0.75°。移动完成后保存编辑即可。

以上步骤均是为了将图层要素移动旋转至统一坐标系中的正确位置，亦可直接对要素进行平移、旋转变换或者空间校正来实现。但如直接进行平移和旋转则必有要有两个以上的确定参考点，效果并不十分精确，而且在变换过程中容易导致要素的拉伸变形。

4 转换结果的验证

将图层坐标系转换好后可加载已经配准好的大比例尺地形图进行叠加，对转换结果进行验证，以保证转换结果准确无误。

5 结论

征占林地中，以ArcGIS软件为平台，对工程独立坐标系用地图进行转换，为后期叠加各类林业专题图提供基础。以中央子午线平移的方式转换对比直接利用参照平移旋转/空间校正具有准确、简便快捷的优势，可以提供制图的效率。

［1］孙晓光.WGS-84与地方坐标系转换参数的优化选择［J］.测绘与空间地理信息，2007(02).

［2］李岳.坐标转换系统的设计与实现［D］.北京:中国地质大学，2010.

［3］黎舒，胡圣武.独立坐标系向高斯坐标系转换的研究［J］.测绘科学，2009(S2).

［4］韩剑虹，王振国，毛卫民，等.地方独立坐标系与1980西安坐标系之间的转换［J］.城市勘测，2008(03).

［5］董雪亮.浅谈工程测量中不同坐标系之间的相互关系［J］.科技情报开发与经济，2007(23).