县域城市存量测绘地理信息数据批量向CGCS2000 坐标转换的实践探究

　　县域城市存量测绘地理信息数据批量向CGCS2000

　　坐标转换的实践探究

　　    引言

　　    我国常见的大地坐标系有1954北京坐标系、1980西安坐标系和近些年推广的2000国家大地坐标系。1954北京坐标系是新中国成立后，采用前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，与前苏联的1942年坐标系进行联测建立的坐标系，本质上是前苏联1942年坐标系的延伸，起算点位于前苏联境内，而不是北京。1980西安坐标系采用国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的IAG75椭球参数，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇，参考椭球与我国似大地水准面更为符合。2000国家大地坐标系是基于我国20世纪末建成的国家GPSA、B级网，全国GPS一、二级网，中国地壳运动观测网和许多地壳形变网而建立的，该坐标系以地球质量中心为原点，是全球地心坐标系在我国的具体体现。

　　    由于受历史条件制约，1954北京坐标系和1980西安坐标系精度偏低，无法提供高精度、地心、统一的坐标基准：2017年原国土资源部、国家测绘地理信息局印发《关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》，2018年7月1日起，全面使用2000国家大地坐标系。

　　    常用的存量测绘地理信息成果主要包括各类地形图、影像图、矢量电子地图、控制测量资料、矢量专题图层等。这些资料均为历史时期生产，倾注了大量资金和测绘人员的心血。如何在满足精度要求下最大程度地发挥现有存量数据的使用效能，是考验测绘人员的重要课题。为实现这一目标，同时按照国家部署，多地启动了存量测绘地理信息数据由现行坐标系转向2000国家大地坐标系的坐标转换工作。本文以广州市增城区为例，全面梳理县域城市存量测绘地理信息数据，重点针对1980西安坐标系下的存量测绘地理信息数据，按照一定技术方法，实现存量测绘地理信息数据的批量转换。转换后，对照《国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求》等相关技术规范，结合基层自然资源管理实践经验，对转换成果进行简要分析，认为转换误差符合相关技术规范，表明该数据转换路径合理可行。

　　    1.工作内容

　　    利用高精度坐标转换模型，实现存量测绘地理信息数据和业务专题数据由1980西安坐标系向CGCS2000坐标系进行转换；基于ArcGIS、CAD等平台软件，为增城区各政府单位部门提供地理空间数据坐标转换服务。为土地管理业务、城乡规划业务、测绘信息管理业务、其他政府部门业务的顺利开展，实现1980西安坐标系、CGCS2000坐标系间的数据转换。

　　    2.存量地理空间数据坐标转换技术路径

　　    2.1 地形图转换

　　    标准分幅存放的1:500和1:2000地形图数据转换，主要分为两个流程进行处理：接边处理：坐标系统转换、融合与裁切分幅。1:500和1:2000地形图均采用500x500的标准分幅图。总体流程为：

　　    (1)接边处理

　　    先梳理1980西安坐标系下的图库，将不规则命名、重名图幅挑选出来，通过相互校对要素，核对测量时间、影像，整理成规则、唯一的分幅图。

　　将作业范围内的1980西安坐标系1：500地形图批量调入CAD软件中，检查图幅间有无不合理的要素压盖，并做相应处理。

　　    (2)坐标系统转换与重新标准分幅

　　    使用七参数模型将地形图由1980西安坐标系转换为2000国家大地坐标系，然后重新分幅。先使用调图程序将作业范围内转换后的地形图批量调入CAD软件中，删除原来的TK（即图廓）层，再用地形图新坐标系下的结合表对数据使用CASS进行重新标准分幅。重新分幅后的图廓处，标注2000国家大地坐标系和进行坐标转换的时间。

　　    2.2 DOM影像转换

　　    正射影像图数据按1:2000标准分幅，转换之后需要重新在2000国家大地坐标系下生成标准分幅的数据，转换流程包括融合、坐标系统转换、新坐标系下标准图幅生成。

　　    (1)接边融合

　　    为了防止重采样和坐标转换旋转过程中产生黑边，对全区的影像融合成一个文件再分幅。在ArcGIS中新建镶嵌数据集，然后导入栅格影像的方式进行融合。

　　    (2)坐标系统转换与重新标准分幅

　　    在ArcGIS中使用七参数模型和投影栅格功能，将合并后的DOM正射影像图由1980西安坐标系转换为2000国家大地坐标系，结合地形图标准分幅格网对数据重新标准裁切分幅，并对分幅后的影像进行标准重命名。为方便使用，成果同时保存.tif和.tfw两类文件。分别对2017年、2018年卫星影像图进行转换，其中因区界边缘图幅不满幅，重分幅引起数量差异，2017年影像未覆盖全部增城区界线范围，在东北部有缺角，重新分幅后图幅数略有变化。

　　    2.3 电子地图数据库转换

　　    电子地图存在DLG矢量版本和切片版本，其坐标转换的开展，需先对DLG矢量版本数据库进行转换，质检合格后，再重新进行瓦片切割。

　　    2.3.1 数据转换

　　    电子地图的显示按照8个等级进行分层设计，形成电子地图数据库成果。在进行电子地图矢量数据库的转换后，对不同级别显示的地图要素、各类地图要素符号进行检查，确保每个等级对应的源数据都进行了转换。匹配坐标转换软件，对数据库进行自动化七参数转换。

　　    2.3.2 瓦片切割

　　    ArcMap整饰工作编辑完后，使用ArcGIS-Server进行瓦片裁切。

　　    (1)瓦片规格与组织

　　    1)地图瓦片分块起始点从西经180°，北纬90°开始，向东、向南行列递增；

　　    2)地图瓦片分块大小为256像素×256像素；

　　    3)地图瓦片数据格式采用JPG或PNG。

　　    4)瓦片数据的组织方式采用数据集、层、行目录结构描述。其中，“地图瓦片数据集”为交换瓦片数据的根目录（一般为交换数据的名称），其下的目录为地图瓦片的金字塔层（目录名命名方式：“L+层号”，Ll、L2、L3、……），金字塔层目录下以该层的行为目录(目录名命名方式：“R+行号”，Rl、R2、R3、……)，行目录下为具体的瓦片数据文件(文件名命名方式：“C+列号”，Cl.png、C2.png、C3.png、……)。

　　    (2)瓦片切割

　　   从电子地图数据按内容分别切割为底图层的瓦片数据集与注记层的瓦片数据集，地图发布服务是叠加显示：地图注记瓦片层包括兴趣点符号和所有文本注记，该层裁切为透明底色瓦片，使用PNG格式。地图底图瓦片层包括行政界线、居民地、交通、水系、植被，该层裁切为白色底色瓦片，使用PNG格式。

　　    2.4 其他基础空间数据库转换

　　    基础空间数据库还包括：管线数据、其他基础数据、国土规划空间数据库283层、其他政务空间数据库88层。这些数据均为矢量数据库，均使用坐标转换软件进行七参数转换。转换后重点对因转换引起的几何属性变化进行检查和处理，包括：①点图层，重新运算CGCS2000坐标系下的X、Y坐标：②线图层，如存在字段填写起止点坐标值，则增加字段“坐标备注”，属性值填写为“起止点坐标为西安80”。

　　    2.5 业务系统数据配置

　　    常用的空间信息平台有C/S端、B/S端、移动端等多种样式，涉及国土、规划领域的多项业务，并提供全区的政务服务。当前已在增城区政务空间信息服务平台、增城区国土空间管理信息平台、移动国规平台完成配置。

　　    3.转换结果分析评价

　　    3.1 点坐标转换误差

　　    用于统计的22个高等级控制点，坐标转换后的CGCS2000坐标与原始CGCS2000坐标的误差较小，结果见表1。其中，中误差为3mm，满足《国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求》中点位中误差小于0.05m的精度要求，转换精度可靠。

　　    3.2 线面转换误差

　　    《国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求》等现行技术规范中，没有对坐标转换后长度较差相对值、面积较差相对值做出具体要求。考虑到在基层规划和自然资源管理实践中，土地权属人（使用人）对土地登记面积较为重视，且土地权属界线对相邻土地权属人具有重要意义，因此本文一并对线状和面状图形在坐标转换后的变化情况进行简要探讨。线状、面状实验数据进行坐标转化后，西安80与CGCS2000两套坐标系下的长度、面积均存在较差，但是都比较小。统计结果表明，长度和面积变形，各梯度的平均较差相对值均较为一致，长度较差相对值约为0.3cm/km，面积较差相对值约为万分之0.06。各梯度长度和面积平均较差相对值较为一致的原因，实质都是与转换参数中的尺度缩放因子有关。

　　    3.3 适用性评价

　　    使用本文的技术路径进行存量坐标转换，建议首先重点关注转换参数的选择和计算，选取用于计算转换参数的公共点时，建议在测区范围内均匀分布，计算完毕后必须对转换参数进行验证。本文以广州市增城区为例，增城区县域范围l616km2，南北跨度约59km，东西跨度约46km;考虑误差传播规律，笔者认为该转换路径可适用于面积在1600km2以下的县域城市坐标转换。对于1954北京坐标系下的存量测绘地理信息成果，由于该坐标系的大地原点在前苏联的普尔科沃，且其属于参心坐标系，所用的椭球参数也与CGCS2000坐标系不同，因此在工程测量领域不建议直接转换。对于在CGCS2000坐标系推广前建立的地方坐标系，如其此前已与1980西安坐标系联测，则可以考虑转换成CGCS2000坐标系，建议先选取不同片区的成果开展坐标转换并对转换结果进行验证，对转换精度进行分析评价，探索符合当地实际的转换路径。

　　    4.结语

　　    本文结合实例，根据不同类型数据的特点，按照技术方案，将县域城市的存量测绘地理信息数据向CGCS2000坐标系进行转换，转换后选取点坐标、长度、面积等不同要素进行转换误差分析。结果表明，转换后的数据精度满足相关要求，可以充分发挥存量测绘地理信息数据的效能，继续为规划和自然资源提供数据参考，避免重复测绘，节约社会成本。    

　　                                                  摘自：《工程勘察》2023年第3期