【摘要】隨著全球定位系統(tǒng)空間大地測量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，過去建立的1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系難以跟上現(xiàn)代空間技術(shù)的應(yīng)用。如何將這些坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到2000國家坐標(biāo)系是當(dāng)前必須解決的問題。本文就西安80坐標(biāo)系到2000國家坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)理論和方法進(jìn)行了研究，給出了基于ArcGIS環(huán)境下將1980西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到2000中國大地坐標(biāo)系的有效解決辦法。

【關(guān)鍵詞】ArcGIS;西安80坐標(biāo)系;2000國家坐標(biāo)系;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1、引言

隨著全球定位系統(tǒng)空間大地測量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，過去建立的1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系難以跟上現(xiàn)代空間技術(shù)的應(yīng)用。為了滿足國家在工程控制、地球物理勘探、對地觀測以及航天等多方位的應(yīng)用，國土資源部統(tǒng)一部署，從2018年7月1日起將全面啟用2000國家大地坐標(biāo)系（CGCS2000）。CGCS2000是采用地球質(zhì)量中心作為原點(diǎn)的地心坐標(biāo)系，將區(qū)域性大地測量直接或間接的納入到全球大地測量的范圍[1-3]。

本文主要從基于ARCGIS的1980坐標(biāo)成果向CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方面進(jìn)行研究。

2、ARCGIS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換介紹

2.1 ArcGIS中的坐標(biāo)系統(tǒng)

ArcGIS中預(yù)定義了兩套坐標(biāo)系統(tǒng)，地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系。

地理坐標(biāo)系：根據(jù)坐標(biāo)原點(diǎn)的不同，分為參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系。目前比較常用的是北京54坐標(biāo)系和西安80坐標(biāo)系，都屬于參心坐標(biāo)系;WGS84坐標(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)系屬于地心坐標(biāo)系。

投影坐標(biāo)系：常見的投影坐標(biāo)系主要是高斯克呂格投影。

2.2 ArcGIS中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

ArcGIS中提供的轉(zhuǎn)換模型主要有地心偏移算法、布爾莎-沃爾夫七參數(shù)模型、格網(wǎng)算法、莫洛金斯基模型、單位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換以及其他方法。

3、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)踐

3.1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理

全國及省級范圍的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換選擇二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，省級以下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可選擇三維四參數(shù)模型或平面四參數(shù)模型，但是最通用的方法是布爾莎七參數(shù)轉(zhuǎn)換法[4]。結(jié)合ArcGIS軟件中提供的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型，本文采用的布爾莎七參數(shù)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

從1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)[ X1、Y1、Z1]轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系坐標(biāo)[X2、Y2、Z2 ]的布爾莎七參數(shù)模型如下：

其中， X0、Y0、Z0表示平移參數(shù)， 表示旋轉(zhuǎn)參數(shù)、m表示尺度參數(shù)。為求出七參數(shù)，至少需3個可以通過3組以上已知80坐標(biāo)和2000坐標(biāo)的控制點(diǎn)，通過最小二乘法求出轉(zhuǎn)換參數(shù)。

3.2控制點(diǎn)選取

本文以西安市行政轄區(qū)為應(yīng)用對象，根據(jù)國家布設(shè)的測量控制點(diǎn)，選取最接近西安市行政范圍外接多邊形且盡可能分布均勻的控制點(diǎn)，控制點(diǎn)分布如圖1：

3.3七參數(shù)求取

1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)為平面坐標(biāo)，2000坐標(biāo)系坐標(biāo)為大地坐標(biāo)。要想在ArcGIS中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，必須先將平面坐標(biāo)/大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間坐標(biāo)。具體過程如圖2：

3.4精度檢核

內(nèi)符合精度檢核：計(jì)算內(nèi)符合精度，根據(jù)計(jì)算公式：

經(jīng)驗(yàn)證，內(nèi)符合殘差的中誤差為0.01195m，最大殘差為0.025389m，小于3倍中誤差。

外符合精度檢核：對不參與計(jì)算過程的11個控制點(diǎn)作為外部檢查點(diǎn)，然后使用轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算外部檢查點(diǎn)的坐標(biāo)，通過與外部檢查點(diǎn)的實(shí)際測量坐標(biāo)進(jìn)行對比，計(jì)算外符合精度，根據(jù)計(jì)算公式：

經(jīng)驗(yàn)證，外符合殘差的中誤差為0.010717m，最大殘差為0.016896m，小于3倍中誤差，滿足精度要求。

4、應(yīng)用案例

2019年期間，應(yīng)陜西省自然資源廳、西安市自然資源局、項(xiàng)目甲方以及所有新項(xiàng)目的需求，此成果已得到廣泛應(yīng)用。目前，應(yīng)用的項(xiàng)目有：①“三調(diào)”項(xiàng)目搜集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（除下發(fā)成果外）;②糧食生產(chǎn)功能區(qū)劃定項(xiàng)目;③高陵縣鹿苑-通遠(yuǎn)鎮(zhèn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施規(guī)劃等多個同類項(xiàng)目;④西安市二調(diào)-2014年變更庫數(shù)據(jù);⑤西安市空間規(guī)劃相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（如城市規(guī)劃、各開發(fā)區(qū)范圍線等相關(guān)數(shù)據(jù)）等等。

結(jié)論：

本文主要探討了ArcGIS軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)、投影方式以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法等內(nèi)容，求取參數(shù)后，在ArcGIS軟件中建立1980西安坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至CGCS2000的自定義地理坐標(biāo)變換，將1980西安坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000。對整個西安市而言，由于點(diǎn)的分布及密度，合理可靠，測試了分區(qū)片計(jì)算和全區(qū)域計(jì)算參數(shù)，轉(zhuǎn)換精度在一個精度級，可以通用于全市范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)換需求。

根據(jù)《國土資源數(shù)據(jù)2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技術(shù)要求》和《大地測量控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范的要求，此套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以滿足比例尺小于1：500空間數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換點(diǎn)位精度的要求，或者省市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)D級控制點(diǎn)坐標(biāo)精度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃國森.基于ArcGIS的80西安坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到2000國家坐標(biāo)系的研究[J].測繪與空間地理信息，2013，36（8）：261-266

[2]廖永生，陳瑞波，王龍波.從地方坐標(biāo)系到2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)方法[J].海洋測繪，2010，30（5）：6-7

[3]杜輝，耿濤，劉生榮，等.基于ArcGIS的地物化成果各坐標(biāo)系統(tǒng)向CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換研究[J].物探與化探，2018，42（5）：1076-1080.

[4]國土資源部，國家測繪地理信息局.國土資源數(shù)據(jù)2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換技術(shù)要求[Z].北京：國土資源部，國家測繪地理信息局，2017.

作者簡介：

聶茜（1985.03）漢，女，湖北宜昌，碩士，工程師，研究方向：土地規(guī)劃、城市空間規(guī)劃、遙感與地理信息系統(tǒng)。