基于EPS地理信息工作站實現(xiàn)蕪湖市基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換

張紅梅，張超，馬祥

(蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究院有限責任公司，安徽蕪湖 241000)

1 引言

經(jīng)國務(wù)院批準，根據(jù)《中華人民共和國測繪法》，我國于2008年7月1日，啟用2000國家大地坐標系(CGCS2000)。CGCS2000與現(xiàn)行國家大地坐標系(1954年北京坐標系，1980西安坐標系)轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8年～10年。2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應(yīng)采用2000國家大地坐標系?，F(xiàn)有地理信息系統(tǒng)，在過渡期內(nèi)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系;2008年7月1日后新建設(shè)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)采用2000國家大地坐標系。

針對上述形勢，通過對蕪湖市現(xiàn)有測繪成果的綜合分析，結(jié)合數(shù)據(jù)內(nèi)容、格式等，對關(guān)鍵技術(shù)進行研究，建立完整的工藝，研究適合蕪湖測繪成果轉(zhuǎn)換方法，并利用EPS地理信息工作站坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換參數(shù)計算以及腳本處理模塊實現(xiàn)基礎(chǔ)測繪成果數(shù)據(jù)坐標系的整體轉(zhuǎn)換。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換流程

2.1 中央子午線選取

根據(jù)城市區(qū)域范圍選取適合的中央子午線，保證每千米長度投影變形不超過 2.5 cm。

2.2 重合點選取

當兩種不同坐標系進行轉(zhuǎn)換時，坐標轉(zhuǎn)換的精度除取決于坐標轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型和求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的公共點(重合點)坐標精度外，還和公共點(重合點)的多少、幾何形狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。

重合點選取的原則是盡量選取足夠的高等級、高精度且分布均勻的點作為坐標轉(zhuǎn)換的重合點。重合點的選取主要是根據(jù)外業(yè)GPS網(wǎng)施測技術(shù)總結(jié)、點之記與同坐標差比較綜合確定重合點。為提高坐標轉(zhuǎn)換精度，必須使重合點的數(shù)量足夠且分布均勻、合理，同時還要經(jīng)過大量的試算與分析剔除一些變化大的重合點(粗差點)，從而確定出最終用于求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點。

2.3 轉(zhuǎn)換參數(shù)計算

常用的坐標轉(zhuǎn)換模型有二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型、平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型、三維七參數(shù)坐標轉(zhuǎn)換模型等，按照《現(xiàn)有測繪成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系技術(shù)指南》模型選擇中指出，省級以下的坐標轉(zhuǎn)換可選擇三維四參數(shù)模型或平面四參數(shù)模型。對于相對獨立的平面坐標系統(tǒng)與2000國家大地坐標系的聯(lián)系可采用平面四參數(shù)模型:

其中，2個平移參數(shù)x0、y0，1個旋轉(zhuǎn)參數(shù)α和1個尺度因子m。

利用平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。

2.4 數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換

利用EPS地理信息工作站進行數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換，EPS地理信息工作站是以數(shù)據(jù)庫為核心的一體化解決數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)監(jiān)理、跨平臺數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、整合共享與多格式數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)更新到GIS分析應(yīng)用等諸多問題的綜合信息系統(tǒng)體系。

3 具體做法

3.1 蕪湖市現(xiàn)有數(shù)據(jù)情況

目前有采用蕪湖獨立坐標系制作的1∶500地形圖、1∶1 000地形圖，其中2005年的數(shù)據(jù)為*.DWG格式，2005年后直接利用EPS地理信息工作站地形圖的數(shù)據(jù)格式為*.EDB。*.EDB格式的數(shù)據(jù)可直接進行轉(zhuǎn)換，*.DWG數(shù)據(jù)可通過EPS地理信息工作站調(diào)入轉(zhuǎn)換為*.EDB后進行轉(zhuǎn)換。

3.2 蕪湖獨立坐標系統(tǒng)現(xiàn)狀

蕪湖獨立坐標系是以1954年北京坐標系為基礎(chǔ)建立的獨立坐標系，投影面高度為橢球面，采用高斯－克呂格投影，該系統(tǒng)不利于GPS測量快速、方便獲取高精度成果，不利于提升城市坐標成果的精度，不利于國家與地方資料共享。另外，國家規(guī)定CGCS 2000啟用8年～10年后，1954年北京坐標系將停止使用。當國家參心坐標系統(tǒng)的消失，該系統(tǒng)也隨之與國家坐標系失去直接、嚴密的聯(lián)系。

3.3 蕪湖獨立坐標轉(zhuǎn)CGCS 2000重合點的選取

根據(jù)蕪湖市似大地水準面精化GPS點位的分布情況及已有資料，經(jīng)過綜合分析，選取重合點11點用于坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算，重合點CGCS 2000成果采用2011年蕪湖市似大地水準面精化GPS成果，蕪湖獨立坐標系成果采用蕪湖市勘察測繪設(shè)計研究院有限責任公司提供的2007年蕪湖市三等GPS擴網(wǎng)平差成果及CORS站成果。

在進行蕪湖獨立坐標系到CGCS 2000轉(zhuǎn)換時，經(jīng)過反復(fù)試算，最終采用重合點11點計算坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)。重合點分布圖如圖1所示:

圖1 重合點及GPS點點位分布圖

3.4 利用EPS地理信息工作站計算轉(zhuǎn)換參數(shù)

EPS地理信息工作站集信息化測繪生產(chǎn)技術(shù)體系、工藝流程、生產(chǎn)工具、數(shù)據(jù)管理于一體，是GIS技術(shù)與CAD技術(shù)高度融合的產(chǎn)品，能較好的實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、圖屬關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)處理、GIS建庫、動態(tài)更新與成果輸出一體化。

利用EPS地理信息工作站下的坐標轉(zhuǎn)換軟件計算坐標轉(zhuǎn)換所需要的四參數(shù)如圖2所示:

圖2 坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)計算界面

坐標轉(zhuǎn)換的精度是通過求取轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點的殘差中誤差體現(xiàn)的。

轉(zhuǎn)換時利用的重合點數(shù)及坐標轉(zhuǎn)換殘差中誤差如表1所示。

坐標轉(zhuǎn)換殘差中誤差統(tǒng)計表 表1

坐標轉(zhuǎn)換精度估計依據(jù)下式計算。

①V(殘差)=重合點轉(zhuǎn)換坐標－重合點已知坐標

3.5 利用EPS地理信息工作站進行數(shù)據(jù)成果轉(zhuǎn)換

(1)編寫轉(zhuǎn)換腳本

EPS腳本語言遵循VBScript和JScript語言標準，支持用戶在EPS平臺上進行二次開發(fā)，主要實現(xiàn)EPS平臺工程管理、選擇集操作、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)設(shè)置等處理。

EPS腳本以*.VBS或*.JS為擴展名，采用文本文件格式存儲，無需編譯即可在EPS平臺中以菜單、工具按鈕或命令行方式執(zhí)行。

腳本分為有模腳本和無模腳本:

有模腳本

以O(shè)nClick為入口函數(shù)，End Sub結(jié)束，在一個有模腳本程序中必須定義OnClick函數(shù)。有模腳本不支持與視圖窗口進行交互操作。

腳本結(jié)構(gòu)

無模腳本

以O(shè)nInitScript為入口函數(shù)，在一個無模腳本程序中必須定義 OnInitScript、OnExitScript、OnOK和 On-Cancel函數(shù)。有模腳本允許與視圖窗口進行交互操作，可以響應(yīng)視圖窗口的鼠標消息、按鍵消息和繪圖消息。同時無模腳本支持通用參數(shù)錄入對話框，通過該對話框可實現(xiàn)用戶參數(shù)錄入。

腳本結(jié)構(gòu)

在本次轉(zhuǎn)換過程中由于轉(zhuǎn)換參數(shù)已定所以采用有模腳本。

坐標轉(zhuǎn)換腳本實現(xiàn):

(2)填寫參數(shù)進行轉(zhuǎn)換

在腳本編輯器中調(diào)用腳本，選中需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)點擊執(zhí)行即可完成坐標的轉(zhuǎn)換，如圖3所示。

圖3 腳本編輯器界面

4 成果檢核

各項資料坐標轉(zhuǎn)換完成后，采用內(nèi)外業(yè)相結(jié)合的方法進行檢查驗收。

選擇均勻分布蕪湖市區(qū)的11個沒參與參數(shù)計算的重合點進行了外部檢核。

作為檢核點的外符合精度，外部檢核點誤差σ:

其中，m為檢核點個數(shù)，△為檢核點轉(zhuǎn)換坐標與其已知值之差。

坐標轉(zhuǎn)換精度要通過外部檢核點誤差與轉(zhuǎn)換(殘差)中誤差全面來衡量，當轉(zhuǎn)換的檢核點誤差與轉(zhuǎn)換(殘差)中誤差數(shù)值接近時，可認為是坐標轉(zhuǎn)換精度。

進行蕪湖獨立坐標系到CGCS2000轉(zhuǎn)換時，坐標轉(zhuǎn)換精度如表2所示:

外部檢核計算成果表 表2

外部檢核點誤差:

另外選擇了均勻分布蕪湖市區(qū)的15個點進行蕪湖獨立坐標系、CGCS2000的實地測量.

實際測量結(jié)果與轉(zhuǎn)換結(jié)果精度統(tǒng)計如表3所示:

外業(yè)實測點計算成果表 表3

外部實測點誤差:

5 小結(jié)

(1)EPS腳本語言遵循VBScript和JScript語言標準，支持用戶二次開發(fā)，主要實現(xiàn)EPS平臺數(shù)據(jù)整理，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等處理。SSProcess是系統(tǒng)缺省定義的對象，是與EPS平臺交互的主要入口對象，SSProcess對象的功能包括工程管理、選擇集操作、圖形編輯操作、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、坐標體系轉(zhuǎn)換和系統(tǒng)設(shè)置等功能。

(2)利用腳本不僅可以實現(xiàn)不同坐標系間二維四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型的轉(zhuǎn)換，也同樣適用于二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型、三維七參數(shù)坐標轉(zhuǎn)換模型。

(3)只需計算出所選模型的參數(shù)寫入腳本執(zhí)行命令即可。利用坐標轉(zhuǎn)換腳本轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)無丟失，轉(zhuǎn)換精度高。

［1］李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M］.武漢大學(xué)出版社，2005.

［2］肖建華，王厚之，李江衛(wèi)等.武漢市現(xiàn)代測繪基準體系建設(shè)［J］.城市勘測，2011(3).

［3］馬祥，李華平.蕪湖市現(xiàn)代測繪基準體系的建立［J］.城市勘測，2013(4).

［4］國家測繪地理信息局.啟用2000國家大地坐標系實施方案［R］.2010－09.

［5］國家測繪地理信息局.現(xiàn)有測繪成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系技術(shù)指南［R］.2010－09.

［6］國家測繪地理信息局.2000國家大地坐標系推廣使用技術(shù)指南［R］.2013－6.