征占林地中工程獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

覃家作，李緒佳，李 新，李鑫博

(1.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081;2.四川省眉山市東坡區(qū)林業(yè)局，四川 眉山 620010;3.漢源縣林業(yè)局，四川 漢源 625300)

1 我國(guó)常用大地坐標(biāo)系

1.1 1954年北京坐標(biāo)系

該坐標(biāo)系是采用克拉索夫斯基橢球作為參考橢球，高程系統(tǒng)采用正常高，以1956年黃海平均海水面為基準(zhǔn)。它實(shí)際上是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸，其原點(diǎn)不在北京，而在蘇聯(lián)普爾科沃，通過與原蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)而建立的。解放后，為了建立我國(guó)天文大地網(wǎng)，在東北黑龍江邊境上同蘇聯(lián)大地網(wǎng)聯(lián)測(cè)，推算出其坐標(biāo)作為我國(guó)天文大地網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)，隨后通過鎖網(wǎng)的大地坐標(biāo)計(jì)算，推算出北京點(diǎn)的坐標(biāo)，并定名為1954年北京坐標(biāo)系。

1.2 1980年西安坐標(biāo)系

該坐標(biāo)系的橢球參數(shù)選用1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16屆大會(huì)的推薦值，簡(jiǎn)稱IUUG-75地球橢球參數(shù)或IAG-75地球橢球。1978年4月召開的“全國(guó)天文大地網(wǎng)平差會(huì)議”上決定建立我國(guó)新的坐標(biāo)系，稱為1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。其大地原點(diǎn)設(shè)在西安西北的永樂鎮(zhèn)，稱西安原點(diǎn)。

1.3 新1954年北京坐標(biāo)系

該坐標(biāo)系與1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的軸定向基準(zhǔn)相同，網(wǎng)的點(diǎn)位精度相同。是將全國(guó)大地網(wǎng)整體平差的結(jié)果整體換算到克拉索夫斯基橢球體上，形成一個(gè)新的坐標(biāo)系，稱為新1954年北京坐標(biāo)系。

1.4 地方獨(dú)立坐標(biāo)系

為滿足小范圍、大比例尺地形圖精度的需要，通過在特定區(qū)域范圍內(nèi)建立起一個(gè)本地基準(zhǔn)點(diǎn)而創(chuàng)建適用于本地的獨(dú)立坐標(biāo)系，它通常由專門測(cè)繪部門測(cè)定建立，它可以用坐標(biāo)換算公式對(duì)四參數(shù)或七參數(shù)的正確設(shè)置與地理坐標(biāo)系等進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但必須首先取得該獨(dú)立坐標(biāo)系換算所用的中央經(jīng)線值。

1.5 WGS84 坐標(biāo)系

在GPS定位中，定位結(jié)果屬于WGS-84坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系是使用了更高精度的VLBL、SLR等成果而建立的。坐標(biāo)系原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0 協(xié)議地極(CTP)［1］。

2 通用工程坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換

在工程應(yīng)用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標(biāo)系數(shù)據(jù)，而目前測(cè)量成果普遍使用的是以1954年北京坐標(biāo)系或是地方(任意)獨(dú)立坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標(biāo)系或地方(任意)獨(dú)立坐標(biāo)系［2］。

目前一般采用布爾莎公式(七參數(shù)法)完成WGS-84坐標(biāo)系到北京54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，得到北京54坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

2.2 坐標(biāo)系的變換

同一坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實(shí)際上就是一種坐標(biāo)系。如空間直角坐標(biāo)系(X，Y，Z)、大地坐標(biāo)系(B，L)、平面直角坐標(biāo)(x，y)等。通過坐標(biāo)統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們得到了BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下的空間直角坐標(biāo)，還須在BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下再進(jìn)行各種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，直至得到工程所需的坐標(biāo)［5］，具體方法如下:

首先將空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，得到大地坐標(biāo)(B，L):

用上式采用迭代法求出大地坐標(biāo)(B，L)

然后將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯坐標(biāo)系，得到高斯坐標(biāo)(x，y):按高斯投影的方法求得高斯坐標(biāo)，x=F1(B，L)，y=F2(B，L)，將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成任意獨(dú)立坐標(biāo)系，得到獨(dú)立坐標(biāo)(x'，y')［3，4］。

在小范圍內(nèi)測(cè)量，我們可以將地面當(dāng)作平面，用簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)、平移便可將高斯坐標(biāo)換成工程中所采用坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x'，y')。

3 林地征占用中坐標(biāo)系統(tǒng)的變換

業(yè)主交付林地可研單位的用地圖有部分是國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系(投影中央子午線為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分帶中央子午線，如 99°、102°、105°等)，用地圖橫坐標(biāo)多帶有代號(hào)，如 34、35、36 或者 17、18，即橫坐標(biāo)小數(shù)點(diǎn)前為8位數(shù)。這部分無需轉(zhuǎn)換即可在ArcGIS中按投影坐標(biāo)系定義后直接疊加。

另外一部分是獨(dú)立工程坐標(biāo)系，有兩種可能:一在全國(guó)統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)基礎(chǔ)上，進(jìn)行中央子午線投影變換以及平移、旋轉(zhuǎn)等而建立的平面坐標(biāo)系統(tǒng))，所有的大型工程均為此種情況;還有一種是以任意點(diǎn)和方向起算建立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)。對(duì)于后一種多為小型面狀占地工程，可以在ArcGIS中直接移動(dòng)旋轉(zhuǎn)到統(tǒng)一坐標(biāo)中進(jìn)行疊加。下面以某線狀工程(中央子午線為104°15')舉例說明對(duì)前一種情況的坐標(biāo)變換方法。

3.1 cad軟件中前期處理

業(yè)主交付的項(xiàng)目用地圖有許多不是完整的一幅，而是分成很多幅的分幅圖，甚至有些只有紙質(zhì)圖或者pdf圖片格式。對(duì)于紙質(zhì)圖需先進(jìn)行掃描矢量化，pdf圖片可以采用“pdf2dwg”進(jìn)行轉(zhuǎn)換成cad文件格式再進(jìn)行后期處理。對(duì)于由多幅圖組成的用地圖，需先進(jìn)行拼合才能使用，這一步在cad軟件中進(jìn)行比較簡(jiǎn)單。某線性工程部分占地圖如圖1所示。

在cad軟件中使用“AL”(ALIGN對(duì)齊)命令進(jìn)行拼合及配準(zhǔn)。有兩種方式:1.選擇A部分，輸入“AL”命令，然后選擇a1－a4為源點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的b1～b4為目標(biāo)點(diǎn)(兩對(duì)點(diǎn)即可)，然后兩部分即會(huì)拼合。然后再用“AL”命令對(duì)圖進(jìn)行配準(zhǔn)，選擇任意兩個(gè)坐標(biāo)交叉點(diǎn)為源點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)直接輸入該點(diǎn)坐標(biāo)值，即會(huì)配準(zhǔn)到工程坐標(biāo)系中。2.分別選擇A、B兩部分用“AL”命令進(jìn)行配準(zhǔn)，配準(zhǔn)完成后兩部分會(huì)自動(dòng)拼合。如圖2所示。

圖1

圖2

將所有分幅圖拼合成一幅完整的用地圖并配準(zhǔn)到工程坐標(biāo)系后前期處理即告完成。

3.2 ArcGIS軟件進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)變換

變換的具體方法如下:

(1)在arcgis中新建一空白地圖文檔，將數(shù)據(jù)框坐標(biāo)系定義為“Projected Coordinate Systems/Gauss Kruger/Beijing 1954/Beijing 19543degree GK CM 105E”，加入已配準(zhǔn)好的cad圖層。然后選擇“數(shù)據(jù)/導(dǎo)出數(shù)據(jù)(E)…”在彈出的對(duì)話框中坐標(biāo)系選擇中選“此數(shù)據(jù)框”將所需圖層導(dǎo)出成為shp格式。

(2)新建一空白地圖文檔，將數(shù)據(jù)框坐標(biāo)系定義為“Geographic Coordinate Systems/Asia/Beijing 1954”，加入剛才導(dǎo)出的圖層，將數(shù)據(jù)框單位定義為度。

(3)打開編輯，選中轉(zhuǎn)換圖層的所有要素，選擇“移動(dòng)(M)…”，在彈出的對(duì)話框中“X”輸入“－0.75”。因?yàn)樵?dú)立坐標(biāo)系中央子午線為104°15'，第一步中將圖層中央子午線定義為105°;故此要將要素向西移動(dòng)0.75°。移動(dòng)完成后保存編輯即可。

以上步驟均是為了將圖層要素移動(dòng)旋轉(zhuǎn)至統(tǒng)一坐標(biāo)系中的正確位置，亦可直接對(duì)要素進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)變換或者空間校正來實(shí)現(xiàn)。但如直接進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)則必有要有兩個(gè)以上的確定參考點(diǎn)，效果并不十分精確，而且在變換過程中容易導(dǎo)致要素的拉伸變形。

4 轉(zhuǎn)換結(jié)果的驗(yàn)證

將圖層坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換好后可加載已經(jīng)配準(zhǔn)好的大比例尺地形圖進(jìn)行疊加，對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以保證轉(zhuǎn)換結(jié)果準(zhǔn)確無誤。

5 結(jié)論

征占林地中，以ArcGIS軟件為平臺(tái)，對(duì)工程獨(dú)立坐標(biāo)系用地圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為后期疊加各類林業(yè)專題圖提供基礎(chǔ)。以中央子午線平移的方式轉(zhuǎn)換對(duì)比直接利用參照平移旋轉(zhuǎn)/空間校正具有準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便快捷的優(yōu)勢(shì)，可以提供制圖的效率。

［1］孫曉光.WGS-84與地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)的優(yōu)化選擇［J］.測(cè)繪與空間地理信息，2007(02).

［2］李岳.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.北京:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2010.

［3］黎舒，胡圣武.獨(dú)立坐標(biāo)系向高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的研究［J］.測(cè)繪科學(xué)，2009(S2).

［4］韓劍虹，王振國(guó)，毛衛(wèi)民，等.地方獨(dú)立坐標(biāo)系與1980西安坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換［J］.城市勘測(cè)，2008(03).

［5］董雪亮.淺談工程測(cè)量中不同坐標(biāo)系之間的相互關(guān)系［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007(23).