省级国土资源空间数据坐标转换探讨

连宏亮 李轩宇

摘  要  国土资源数据以空间数据为主，支撑着各级国土资源日常管理和监管工作。为推进国土资源空间数据的共建共享与应用，需要全面开展国土资源空间数据2000国家大地坐标系的转换工作。本文以省级国土资源空间数据从1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换为例，对省级国土资源空间数据坐标转换方法进行探讨。

关键词  国土资源空间数据;2000国家大地坐标系;坐标转换

中图分类号：P208               文献标识码：A

Discussion on Coordinate Transformation of Provincial Land and Resources Spatial Data

Lian Hongliang ， Li Xuanyu

（Hunan Institute of Geomatics Sciences and Technology ， Changsha Hunan 410007）

Abstract： Land and resources data is mainly spatial data， which supports the daily management and supervision of land and resources at all levels. To promote the co-construction-co-sharing and application of land and resources spatial data， it is necessary to carry out the transformation of China Geodetic Coordinate System 2000 of land and resources spatial data. Taking the transformation of provincial land and resources spatial data from Xian geodetic coordinate system 1980 to China Geodetic Coordinate System 2000 as an example， the coordinate transformation method of provincial land and resources spatial data was discussed in this paper.

Keywords： spatial data of land and resources; China Geodetic Coordinate System 2000; coordinate transformation

引言

2000国家大地坐标系是我国构建的原点位于地球质量中心的坐标系，是北斗卫星导航系统应用的基础，采用2000国家大地坐标系对提高我国空间基准的安全性，提升测绘精度，实现地理信息共享和推动高精度定位技术的应用具有重要意义[1]。因此，国务院、原国家测绘地理信息局均下达了关于推广使用2000国家大地坐标系的相关通知，对加快推进国土资源空间数据向2000国家大地坐标系转换提出了明确要求。

省级国土资源空间数据主要包括土地资源、土地规划、地质矿产、地质环境与灾害、业务管理等各类相关数据。使用坐标系多为1980西安坐标系，部分数据采用1954年北京坐标系，这两种坐标系均属于参心坐标系，即原点位于参考椭球的中心，且都属于静态、二维的平面坐标系，已无法满足当前测绘技术、空间技术的快速发展[3]，如不及时转换到2000国家大地坐标系，在全国范围将形成实际上的“数据孤岛”，不仅不利于实施“大数据行动计划”，而且对部门间信息共享和业务联动也将造成极大障碍。本文以1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换为例，对省级国土资源空间数据坐标转换方法进行探讨。

1  坐标转换方法

1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的转换，关键在于重合点和转换模型的选定、转换参数的计算及相关的转换操作。通过选取合适的坐标转换模型、一定密度且分布均匀的两个坐标系的重合点，利用坐标转换模型计算坐标转换参数，最后运用GIS软件坐标转换功能从而实现坐标转换。具体方法、流程，见图1。

1.1  重合点的选取

坐标重合点应在1980西安坐标系和2000国家大地坐标系下均有坐标成果的点中选用[3]，择优选取地方控制网的起算点及高精度控制点，重合點应均匀分布且范围覆盖整个转换区域，重合点的确定应根据坐标转换参数反复验算，若重合点坐标残差超限则应该剔除该重合点，重算参数并验算重合点坐标残差，直到精度满足为止。

1.2  转换模型的选择及转换参数计算

根据坐标类型，坐标转换模型包括以下几种：

（1）大地坐标类转换模型：包括三维七参数模型、二维七参数模型、椭球面多项式拟合。主要用于不同参考椭球间的大地坐标转换，比较适用区域范围较大的数据开展转换。

（2）空间直角坐标类转换模型：包括布尔莎模型、莫洛金斯基模型、三维四参数模型。主要用于不同参考椭球间的空间直角坐标转换，比较适用区域适中，如省级、省级以下或小于2°×2°局部区域的数据开展转换。

（3）平面坐标类转换模型：包括二维四参数模型、平面多项式拟合。主要用于平面坐标系坐标转换，平面拟合多用于相对独立的平面坐标系统转换。平面坐标类转换模型比较适用局部小区域的数据开展转换。

每一种转换模型都有各自的适用范围，开展坐标转换的过程中应充分分析其影响因素和适用特点，选取合适的坐标转换模型。根据选取的坐标重合点和坐标转换模型，可以运用最小二乘法计算坐标转换参数[4]。并用计算出的转换参数验算参与参数计算的重合点的坐标残差，若残差超限则应该剔除该重合点重算参数，直到精度满足为止。

1.3  精度检核与评估

1.3.1  精度检核

在未参与计算坐标转换参数的重合点中均匀分布地选定部分重合点作为检核点，一般不少于6个，用这些点的已知坐标和转换参数转换出的坐标进行比较，开展精度检核[4]。

1.3.2  精度评定和评估方法

利用检核点的已知坐标和转换参数转换出的坐标进行比较，依据坐标转换精度评估公式计算检核点残差中误差，利用检核点残差中误差来评估坐标转换精度。

精度评估公式如下：

（1）平面坐标系平面点位中误差[4]：

x残差中误差：

y残差中误差：

平面点位中误差：

（2）空间直角坐标系点位中误差[4]：

x残差中误差：

y残差中误差：

z残差中误差：

空间点位中误差：

残差v =转换坐标- 已知坐标，n为检核点数量。

1.4  坐标转换

通常，采用数据格式对应的GIS软件开展坐标转换能有效避免在坐标系转换工作中因数据格式变换而导致可能出现的数据丢失，下面针对wp、wl、wt格式数据，以MAPGIS软件为例，介绍转换操作流程。

1.4.1  检查数据空间参考系

数据空间参考系定义是否正确会直接影响数据坐标转换的准确性，对于空间参考系定义有误的数据应重新定义数据空间参考系，坐标转换前检查数据空间参考系对坐标转换工作至关重要。MAPGIS软件空间参考系定义界面，见图2。

1.4.2  设置坐标转换参数

设置坐标转换参数以便于开展坐标转换操作。MAPGIS软件设置坐标转换参数界面，见图3。

1.4.3  数据坐标转换

利用MAPGIS K10软件坐标转换功能，对源坐标系、目标坐标系进行设置，并选取已设置的坐标转换参数，从而实现数据坐标转换。MAPGIS K10软件提供了单点、单文件和批量坐标转换功能，见图4、图5、图6、图7。

2  转换案例

2.1  资料情况及分析

某地进行省级国土资源空间数据2000坐标系转换任务，转换的数据主要包括土地利用现状、土地利用总体规划、土地整治规划，矿产资源总体规划，基本农田、农用地分等，土地资源批、供、用、补，矿产资源勘查、开发，基础地质、区域地质、地球化学、地球物理等空间数据，数据格式包括shp、gdb、wp、wl、wt等;比例尺覆盖1：5000、1：10000、1：50000等。

区域内国家GPS A、B、C级控制点及GPS连续运行站点共700多个，其中GPS连续运行站点不多于10个，GPS A、B级点共100多个，GPS C级点600多个，具有1980西安坐标系、2000国家大地坐标系两套坐标，点位分布均匀。

开展坐标转换前对数据进行分析，包括数据的类别、空间参考系、数据格式、重要程度、地理范围等，最终形成数据转换目录。

2.2  转换参数计算及转换精度检核情况

2.2.1  坐标转换参数计算

省级国土资源空间数据具有数据量庞大、数据类型多样、多数按县（市、区）存储等特点，如不考虑坐标转换的一致性将会产生大量的数据接边工作。为確保本案例省级国土资源空间数据转换的精度和一致性，避免因数据转换不一致引起接边误差，同时兼顾GIS软件坐标转换功能的使用，避免因数据格式转换引起数据丢失，本案例省级国土资源空间数据坐标转换模型鉴于上述考虑选择布尔莎转换模型。经选取重合点计算，1980西安坐标系到2000国家大地坐标系转换参数最终选取600多个控制点作为重合点，利用布尔莎转换模型计算出了全省统一的坐标转换参数。参与参数计算的重合点坐标残差，均未超出3倍中误差。

2.2.2  转换精度检核情况

本案例利用74个未参与转换参数计算的控制点（全省均匀分布）作为省级国土资源空间数据坐标转换的精度检核点，检核点位分布，见图8。通过坐标转换参数求得检核点的转换坐标，利用检核点的已知坐标和转换坐标，根据坐标转换精度评定方法，得出本案例省级国土资源空间数据1980西安坐标系到2000国家大地坐标系坐标转换中误差为4.23cm，转换精度满足省级国土资源空间数据1980西安坐标系到2000国家大地坐标系转换精度要求。检核点位残差情况，见表1;检核点转换误差情况，见表2、图9。

3  结语

国土资源空间数据坐标转换点位精度要求为不大于图上0.1mm，通过以上案例，上述坐标转换方法可以实现省级国土资源空间数据1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的坐标转换，同时能满足省级国土资源空间数据中各类比例尺数据1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的坐标转换精度要求。

参考文献/References

[1] 山东省测绘地理信息局.山东省2000国家大地坐标系推广应用实施方案[EB/OL].2013：2-2.

[2] 国家测绘地理信息局.2000国家大地坐标系推广使用技术指南[S].北京：国家测绘地理信息局，2013：1-1.

[3] 赵家智. 地方独立坐标系空间数据转换方法研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015（12）：106-106.

[4] 国土资源部.国家测绘地理信息局.国土资源数据转换到2000国家大地坐标系技术要求[S].北京：国土资源部，国家测绘地理信息局2017：11-14.