摘要：我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系作为我国测绘生产和gis系统建设新的坐标系。但我国目前用以测图及工程规划、设计以及其他用途的大地控制点一般又都是基于北京54坐标系或1980西安坐标系。如何将这些控制点统一到2000国家坐标系是当前必须解决的问题。本文探讨了我国原有地方坐标系与cgcs2000坐标系的定义差别以及相互转换的基础理论和方法进行研究。

关键词：cgcs2000; 转换参数;七参数转换模型

1、引言

随着科技的进步,特别是gps技术和新的大地测量技术的发展，原有的北京54、西安80坐标系都不是基于以地球质量中心为原点的坐标系统,已不能适应新时期国民经济和科学发展的需要以及我国建设地理空间信息框架等各个行业的需求。

2、2000国家坐标系简介

以地球质量中心为原点的地心大地坐标系,是当今空间时代全球通用的基本大地坐标系。以空间技术为基础的地心大地坐标系,是我国新一代大地坐标系的适宜选择。地心大地坐标系可以满足大地测量、地球物理、天文、导航和航天应用以及经济、社会发展的广泛需求。

2.1采用地心坐标系的优点

采用地心坐标系有助于利用空间测量技术,有利于充分享用空间技术的成果;②使用地心坐标系有助于促进航天技术与武器应用的发展;③采用地心坐标系有助于推动大地测量以至整个测绘科技的发展;④采用地心坐标系有利于地球空间信息产业及地球动力学、地球物理学和地震学的研究;⑤使用地心坐标系有助于推动卫星导航产业,进而推动陆地、海洋和空中交通运输业的发展;⑥使用地心坐标系,有利于统一世界大地基准,进而有利于我国参与经济全球化及国际竞争,有利于社会的可持续发展。

2.22000国家大地坐标系的定义

cgcs 2000是一种协议地球坐标系。在国家测绘局发布的“现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南”（以下简称“指南”）中，对2000国家大地坐标系有完整的定义。即“2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，轴与轴、轴构成右手正交坐标系。

3、从地方坐标系到cgcs2000坐标系的坐标转换实现

3.1数值变换

数值变换又称为多项式变换,它是一种较为通用的坐标变换方法,可以应用于任意两种坐标系之间的变换。它是地图数字化中物理坐标与用户坐标转换的基础,也是地图投影变换常用的方法之一。其基本原理是根据已知的若干控制点坐标,利用最小二乘法,反解两个坐标系之间的关系多项式,从而建立其转换模型。显然,数值变换的关键是已知控制点的数量和质量,其前提是我们必须同时获得这些控制点在欲转换的两个坐标系中的坐标值。也就是说,如果要通过数值变换将1980西安坐标系的地图转换为2000国家坐标系的地图坐标,那么我们就必须得到若干既有1980西安坐标又有2000国家坐标的控制点资料。事实上,这种控制点数据一般是很难获取的。因此数值变换法的应用受到了一定的制约。

3.2转换参数计算

采用七参数转换的方法需要转换前后若干组公共控制点计算准确的转换参数。转换参数的计算步骤如下:

1)选择已知cgcs 2000坐标和地方坐标系坐标的控制点若干组;

2)将西安80坐标(x80,y80,z80)利用高斯反算求得大地坐标(b2000,l2000,h2000);

3)根据2000椭球体参数,将大地坐标(b2000,l2000,h2000)转化为空间直角坐标(xt,yt,zt);

4)已知公共点的地方坐标系的大地坐标,根据地方坐标系采用的椭球体参数,将其转换为空间直角坐标,与步骤2)类似;

5)根据公共点在cgcs 2000和地方坐标系下的空间直角坐标,通过采用七参数转换模型,求得转换的七参数。

由于当前控制点的坐标一般采用高斯平面坐标表示,在建立上述数学模型进行转换前,需要先将高斯平面坐标表示的控制点经高斯坐标反算转换成大地坐标,再转换到空间直角坐标。这些转换是在相同的椭球体基准面上进行的,没有精度损失。假设某点的大地坐标为(bl)t,大地高为h,则由大地坐标转换到空间直角坐标(xyz)t的计算公式为

式中,n为相应的卯酉圈曲率半径,计算方法: ，e为椭球第一偏心率。

3.3平移变换

平移变换是基于模拟地图的关于1980坐标系、2000坐标系之间的一种变换方法。为了尽快进行全国范围地形图的更新,国家测绘局大地测量数据处理中心根据理论推算制作了新旧地形图高斯平面坐标改正用表。改正用表中的改正值以分幅地形图为单位,忽略图内差异以图幅左下角的改正值作为整幅图的改正量。因此,所谓的改正就是图幅的平移。对于纸张图来说,平移量的差异(改正值不同)并不影响相邻图幅的拼接,其中的缝隙可以被比例尺所掩盖。但对于数字地图、gis来讲,这种缝隙显然是不可忽略的。

4、结束语

通过以上方法可以实现除高等级大地控制点之外的各种地理信息数据从原有地方坐标到cgcs2000坐标的快速转换。实现地方坐标系的测绘成果和相关产品到cgcs2000的坐标系统转换是非常必要的和重要的,本文只是一些基本理论进行了阐述,但还存在这很多问题需要解决。

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