韶关市区2000国家大地坐标系转换研究与应用

龚甫浪 李永生 赖华荣 佘俊潮 徐尚昭

摘 要：韶关市不同地区之间、同一地区不同时期的基础测绘数据所采用的坐标体系互不相同，这一历史遗留问题严重影响了韶关市国土资源的统一管理，制约了信息化工作的正常开展，同时也给社会各应用部门带来诸多不便。韶关市特开展现有数据成果2000国家大地坐标系转换工作，为统筹全市地理信息资源，实现省、市、县、区节点的互联互通、数据共享、数据服务发布提供数据支持。

关键词：2000国家大地坐标系 坐标系统转换 参数 数据服务发布

中图分类号：P22 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0001-06

Abstract：Between the different areas of Shaoguan City， the basic surveying and mapping data in different periods of the same area of the coordinate system are different， the historical problem has seriously affected the unified management of land resources in Shaoguan City， restricted information work， but also bring a lot of inconvenience to the application of Shaoguan City show special open society. The data conversion results for the 2000 national geodetic coordinate system， geographic information resources， co-ordinate the city's implementation of province， city， county， district node interconnection， data sharing， provide data support data service publishing

Key Words： 2000 national geodetic coordinate system； Coordinate system transformation； Parameter； Data service release

由于历史原因，目前韶关市不同地区之间、同一地区不同时期的基础测绘数据所采用的坐标体系互不相同，这一历史遗留问题严重影响了韶关市国土资源的统一管理，制约了信息化工作的正常开展，同时也给社会各应用部门带来诸多不便。韶关市特开展现有数据成果2000国家大地坐标系转换工作，切实贯彻落实国务院关于加强2000国家大地坐标系推广使用工作的要求，为统筹全市地理信息资源，实现省、市、县、区节点的互联互通、数据共享提供数据支持。

1 项目建设内容

根据国家、省、市相关标准规范，结合韶关市已有成果的实际情况，具体工作内容包括以下几个方面。

（1）选择市区20个GPS-C、GPS-D级控制点进行重合点观测及计算。

（2）韶关市区1980西安坐标系至2000国家大地坐标系转换模型建立。

（3）180km21∶500基础地理信息数据坐标转换。

（4）575km21∶2000影像数据坐标转换。

（5）1∶500基础地理信息数据及影像地图数据保密处理。

（6）18-20级矢量地图数据坐标转换及处理，导入国家天地图及数字城市系统。

（7）18-20级影像地图数据坐标转换及处理，导入国家天地图及数字城市系统。

（8）地名地址数据坐标转换及处理，导入国家天地图及数字城市系统。

（9）地理实体数据坐标转换及处理，导入国家天地图及数字城市系统。

（10）对现有的40个GPS-D级控制点进行1980西安坐标系至2000国家大地坐标系坐标系转换。

2 技术路线

在我市已有1980西安坐标系控制点数据成果的基础上，采购覆盖作业范围的控制点2000国家大地坐标系坐标成果，并利用GPS静态观测技术求取剩余已有控制点的2000国家大地坐标系成果。均匀选取覆盖作业范围的控制点作为求取转换参数的同名点，利用坐标转换工具求出1980西安坐标系至2000国家大地坐标系的转换参数，并对转换参数进行检核。

利用求取的转换参数将市区其他已有控制点成果、基础地理信息数据、1∶2000影像图数据、地名地址数据及地理实体数据进行2000国家大地坐标系转换，并将转换完毕的所有数据重新进行处理、建库及重新发布。技术流程如图1所示。

3 转换参数计算模型确定

根据国家测绘地理信息局下发的《2000国家大地坐标系推广使用技术指南》，可用于进行坐标转换的模型主要包括：不同空间直角大地坐标系间的变换模型、三维七参数坐标转换模型、三维四参数转换模型、二维四参数转换模型、多项式拟合模型。经分析适合本项目使用的转换模型为二维四参数转换模型，其转换模型如下。

转换公式为：

式（1）中，，为原坐标系下平面直角坐标，m；，为2000国家大地坐标系下的平面直角坐标，m；，为为平移參数，m；为旋转参数，rad；m为尺度参数，无量纲。

4 坐标转换参数求取

4.1 1980西安坐标系

80坐标系是参心坐标系，大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度O方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；

椭球参数采用IUGG1975年大会推荐的参数如下：

长半轴a=6378140±5（m）；

短半轴b=6356755.2882（m）；

扁率α=1/298.257；

第一偏心率平方=0.00669438499959；

第二偏心率平方=0.00673950181947。

多点定位：椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。

大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。

4.2 2000国家大地坐标系

2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大氣的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0作为初始指向来推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转；X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点；Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。2000国家大地坐标系的尺度为在引力相对论意义下的局部地球框架下的尺度。

2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数数值为：

长半轴=6378137m；

扁率=1/298.257222101；

地心引力常数GM=3.986004418×1014（m3/s2）；

自转角速度=7.292l15×10-5（rad/s）。

5 参数求取

5.1 重合点选择

重合点的获取一方面是通过实测获取，另一方面是通过收集获取。重合点选取原则是：尽量选取足够的高等级、高精度且分布均匀的点作为坐标转换的重合点。采用二维转换模式至少选取2个以上的重合点，采用三维转换模式至少选取3个以上的重合点，重合点及检查点的分布要覆盖整个转换区域且尽量分布均匀。考虑到韶关市的作业区范围及已有控制点分布情况，选择20个控制点作为重合点。

5.2 重合点分析

在求解转换参数时，应对参与求解转换参数的重合点进行认真分析、筛选、试算，剔除局部变形点（粗差点），采用不含粗差的，分布均匀的，能包围转换区域的一定密度的重合点计算坐标转换参数。

5.3 计算转换参数

（1）选择计算四参数或七参数，可以选用最小二乘或抗差估计算法。

（2）选择最小二乘或抗差估计计算四参数读入源坐标和目标坐标，得到从西安80到CGCS2000的转换四参数或七参数。

（3）四参数计算（使用全坐标，含带号）。

6 数据成果坐标转换

6.1 控制点坐标转换流程

获取转换参数后，对测区其他控制点进行坐标转换，其坐标转换流程如图2所示。

6.2 控制点坐标转换实施步骤

（1）收集、整理转换区域内重合点成果。

（2）分析、选取用于计算坐标转换参数的重合点。

（3）确定坐标转换参数计算方法与坐标转换模型。

（4）两坐标系下重合点坐标形式的转换。若采用平面四参数转换模型，则要将重合点的两坐标系坐标换算同一投影带的高斯平面坐标。

（5）据确定的转换方法与转换模型利用最小二乘法初步计算坐标转换参数。

（6）分析重合点坐标转换残差，根据转换残差剔除粗差点。一般的若残差大于3倍残差中误差则认为是粗差予以剔除，然后重新计算坐标转换参数，直到满足一定的精度要求为止。

（7）坐标转换残差满足精度要求（合格）时，计算最终的坐标转换参数并估计坐标转换参数精度。

（8）根据计算的转换参数，按下列步骤转换待转换点的目标坐标系坐标。

7 数据服务发布及应用情况

7.1 布数据组织

根据国家标准地理信息公共服务平台电子地图数据规范，电子地图发布数据应具备以下标准要求。

（1）坐标系统：2000国家大地坐标系（CGCS2000）。

（2）瓦片大小：地图瓦片分块大小为256×256像素。

（3）瓦片格式：地图瓦片数据采用PNG或JPG格式。

（4）瓦片组织：瓦片组织如图3所示。

（5）金字塔方案：金字塔方案如表2所示。

数据建库：地图发布数据存储可基于标准地理信息公共服务平台电子地图数据规范的本地瓦片数据文件，同时也可存储于Oracle数据库中，利用地理信息公共服务平台在线地理信息服务发布系统进行服务发布。

7.2 瓦片地图数据服务发布

瓦片地图数据将通过地理信息公共服务平台在线服务发布系统（例如GeoOnline Server）发布为在线地理信息服务，服务类型要求符合OGC标准规范的WMTS服务，将用于珠三角省、市、县三级服务互联互通。满足省级平台对韶关市级节点服务信息收割。发布的地理信息服务将可直接在韶关市地理信息公共服务平台或天地图门户网站进行服务注册与展现。

18-20级矢量地图瓦片数据和18-20级影像瓦片地图数据均属于瓦片地图数据，分别发布成WMTS服务。

WMTS是切片地图Web服务（OpenGIS Web Map Tile Service），兼容OGC WMTS1.0.0和1.1.0标准；具备OGC标准WMTS服务的接口要求。

数据及服务类型、版本等信息如表3所示。

7.3 地名地址数据服务发布

地名地址数据可通过地理信息公共服务平台在线服务发布系统（例如GeoOnline Server）发布为在线地理信息服务，服务类型要求符合OGC标准规范的WFS-G服务，将用于省、市、县三级服务互联互通。满足省级平台对韶关市级节点服务信息收割。发布的地理信息服务将可直接在韶关市地理信息公共服务平台或天地图门户网站进行服务注册与展现。

WFS-G是地名地址要素服务（Web Feature Gazetteer Services简称WFS-G）。遵循OGC的WFS1.0.0规范。主要是提供地名、地址数据的查询、检索功能。

数据及服务类型、版本等信息如表4所示。

7.4 地理实体数据服务发布

地理實体数据发布成WFS服务或者WMS服务。

WFS是Web 要素服务（Web Feature Services简称WFS）。WFS对应于程序中的条件查询功能，支持基于空间几何关系的查询，基于属性域的查询，也包括基于空间关系和属性域的共同查询。这个规范定义了3个操作：GetCapabilities返回服务级元数据；DescribeFeatureType返回要素结构，以便客户端进行查询和其他操作；GetFeature可根据查询要求返回一个符合GML规范的数据文档。

WMS是Web地图服务（Web Map Service简称WMS）。WMS利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。这个规范定义了3个操作：GetCapabitities返回服务级元数据；它是对服务信息内容和要求参数的一种描述； GetMap返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的；GetFeatureInfo（可选）返回显示在地图上的某些特殊要素的信息。

数据及服务类型、版本等信息如表5所示。

8 工作展望

2000国家大地坐标系推广工作已经由国务院批准，决定我国自2008年7月1日起启用，并确定8～10年过渡期，将已有测绘成果逐步转换至CGCS2000。今年2月份，国家测绘地理信息局再次印发《关于加快2000国家大地坐标系推广使用的通知》（国测国发[2013]11号），要求到2016年，完成现行国家大地坐标系向CGCS2000的过渡。依据这些文件精神，本项目开展了《韶关市区2000国家大地坐标系转换项目》工作，但由于各方面原因，还存在一些相关问题在今后的时间里有待进一步解决。如数据体系有待进一步完善，数据覆盖率有待进一步提高，数据需要持续进行更新。

参考文献

[1]陈俊勇；；中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000（CGCS 2000）及其框架[J]；测绘学报；2008年03期.

[2]李毓麟，刘经南，葛茂荣，陈俊勇；中国国家A级GPS网的数据处理和精度评估[J]；测绘学报；1996年02期.

[3]魏子卿；；2000中国大地坐标系[J]；大地测量与地球动力学；2008年06期.

[4]陈俊勇；国际地球参考框架2000（ITRF2000）的定义及其参数[J]；武汉大学学报（信息科学版）；2005年09期

[5]吴吉贤；杜海燕；张耀文；刘瑞春；WGS84与ITRF2000参考框架坐标转换的研究及应用[J]；测绘科学；2008年05期

[6]熊四明；；2000国家大地坐标系下点位坐标转换方法浅析[J]；测绘与空间地理信息；2009年05期