DOM和DEM不同坐標系統(tǒng)下坐標轉(zhuǎn)換程序設(shè)計與實現(xiàn)

（吉林省航測遙感院 吉林長春 130051）

0 引 言

20世紀50年代，為滿足測繪工作的需要，我國采用了1954年北京坐標系。隨著天文大地網(wǎng)布設(shè)任務(wù)的完成，通過天文大地網(wǎng)整體平差，20世紀80年代初我國又建立了1980 西安坐標系。1954 北京坐標系和1980 西安坐標系在我國的經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)中發(fā)揮了很大的作用。隨著時間的推移，上述兩個參心大地坐標系，已經(jīng)不能適應(yīng)空間技術(shù)發(fā)展，不能適應(yīng)我國經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的需要。因此，我國開始使用CGCS2000坐標系。在測繪與地理信息項目中，坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一成為生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。

1 坐標系統(tǒng)分析

1.1 1954年北京坐標系

新中國成立以后，我國大地測量全面發(fā)展，測繪工作者在全國范圍內(nèi)開展了全面的大地測量工作，滿足測繪工作的迫切需要，我國建立一個參心大地坐標系，采用了前蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標系進行聯(lián)測，通過大量的計算，建立我國大地坐標系，稱為1954年北京坐標系[1]。

1.2 西安80坐標系

1978年4月在西安召開全國天文大地網(wǎng)平差會議，確定重新定位，建立我國新的坐標系。為此有了1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系采用地球橢球基本參數(shù)為1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第十六屆大會推薦的數(shù)據(jù)。該坐標系的大地原點設(shè)在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西北方向約60公里，故稱1980 西安坐標系，又簡稱西安大地原點?；鶞拭娌捎们鄭u大港驗潮站1952－1979年確定的黃海平均海水面 （即1985 國家高程基準）。[2]

1.3 2000 國家大地坐標系

CGCS2000 (China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)是（中國）2000 國家大地坐標系的縮寫，該坐標系是通過中國GPS 連續(xù)運行基準站、空間大地控制網(wǎng)以及天文大地網(wǎng)與空間地網(wǎng)聯(lián)合平差建立的地心大地坐標系統(tǒng)。2000（中國）國家大地坐標系以ITRF 97 參考框架為基準，參考框架歷元為2000。

CGCS2000的參考橢球為一等位旋轉(zhuǎn)橢球。等位橢球(或水準橢球)定義為其橢球面是一等位面的橢球。CGCS2000的參考橢球的幾何中心與坐標系的原點重合，旋轉(zhuǎn)軸與坐標系的z軸一致。參考橢球既是幾何應(yīng)用的參考面，又是地球表面上及空間正常重力場的參考面。

2 坐標轉(zhuǎn)換方法選擇

不同橢球之間的坐標轉(zhuǎn)換不存在函數(shù)或一系列參數(shù)可以全球通用進行轉(zhuǎn)化，即不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴密的，因為定義的兩個橢球體形狀不同，例如CGCS2000坐標和北京54坐標之間不存在全國通用的轉(zhuǎn)換參數(shù)，在每個地方都會不一樣，就因為它們是用兩個不同的橢球體描述的。

不同橢球體間的坐標轉(zhuǎn)換比較好的方法是用七參數(shù)法，即計算X平移，Y平移，Z平移，X 旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z 旋轉(zhuǎn)，尺度變化K，要求得七參數(shù)就需要在一個地區(qū)需要3個以上的已知點。

如果區(qū)域范圍不大或精度要求不高的項目中，兩個最遠點間的距離不大于30km(經(jīng)驗值)，比如一幅1萬圖或1幅5萬圖，可以用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將X 旋轉(zhuǎn)，Y 旋轉(zhuǎn)，Z 旋轉(zhuǎn)，尺度變化K 視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例，在實際應(yīng)用中，我們一般采用黃海高程系或85 高程基準，不涉及Z平移，因此在項目中通常只需要找到兩個坐標系下的同一個特征點，用兩個坐標系下的坐標比較得到X 和Y的坐標差，用坐標差平移即可。

在項目應(yīng)用中，可以向當?shù)販y繪主管部門，申請同一個三角點在不同坐標系下的X 和Y的坐標，利用坐標作為控制點。

3 DOM與DEM數(shù)據(jù)格式

3.1 DOM的數(shù)據(jù)格式

DOM的坐標信息可以用TFW 文件進行保存，TFW 文件的名字與其相對應(yīng)的TIFF文件的名字相同，而且放在和TIF文件相同的目錄下。

例如∶

ASCII 頭文件∶K51E001001.tfw

圖象文件∶K51E001001.tif

TFW （TIFF World File）∶TFW 文件是關(guān)于TIFF影像坐標信息的文本文件，ArcInfo、Microstation、AutoCAD 等均支持該格式的坐標信息文件。此文件定義了影像象素坐標與實際地理坐標的仿射關(guān)系。

3.2 DEM數(shù)據(jù)格式

DEM 文件格式有很多中，本程序采用明碼格式，其制作可以用ArcMap的ArcToolBox 工具中的柵格轉(zhuǎn)ASCII 獲得，生成的文件后綴為*.txt[3]，用記事本打開如下∶

4 程序設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 坐標轉(zhuǎn)換方法設(shè)計

1）采用修改DEM 文件頭，修改TFW 方式實現(xiàn)

2）轉(zhuǎn)換參數(shù)文件的制作∶REF.PNT

3) 算法實現(xiàn)

第一步∶尋找要轉(zhuǎn)換的圖幅號

第二步∶計算偏移量，DX，DY

第三步∶打開DEM 文件或TFW 文件，左上角象素中心X坐標+DX，左上角象素中心Y坐標+DY，然后用計算結(jié)果作為新值存放在原來位置，最后保存文件。

4.2 部分代碼實現(xiàn)

軟件實現(xiàn)之后，西安80坐標轉(zhuǎn)北京54坐標，西安80坐標轉(zhuǎn)CGCS2000坐標，北京54坐標轉(zhuǎn)CGCS2000坐標。下面給出DOM 西安80坐標轉(zhuǎn)北京54坐標的主要代碼∶

5 結(jié)束語

基于VS2010 平臺開發(fā)的不同坐標系下DOM和DEM坐標轉(zhuǎn)換軟件，通過試驗證明，可以提高工作效率，節(jié)省了人力物力，達到了設(shè)計要求，取得了滿意效果，為地理信息數(shù)據(jù)的加工處理提供了一個便捷的工具軟件。

[1]孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎(chǔ)[M].武昌∶武漢大學出版社，2001.

[2]胡鵬，黃杏無，華一新.地理信息系統(tǒng)教程[M].武昌∶武漢大學出版社，2003.

[3]吳秀芹，張洪巖，李瑞改等.ArcGIS9 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用與實踐[M].北京∶清華大學出版社，2007.

[4]王小科，呂雙.C# 程序設(shè)計標準教程[M].北京∶人民郵電出版社，2009.

[5]梁冰，呂雙，王小科.C# 程序開發(fā)范例寶典[M].北京∶人民郵電出版社，2009.