摘要：本文介紹了我國(guó)現(xiàn)行測(cè)繪坐標(biāo)系統(tǒng)，現(xiàn)行測(cè)繪成果相互轉(zhuǎn)換的基本原理、方法和幾種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型，為測(cè)繪坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換提供了一些參考。

　　關(guān)鍵詞：坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換,模型,測(cè)繪成果

　　0.引言

　　每一個(gè)國(guó)家的大地坐標(biāo)系的建立和發(fā)展具有一定的歷史特性。在同一個(gè)國(guó)家，在不同的歷史時(shí)期由于習(xí)慣的改變或經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變化也會(huì)采用不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。在實(shí)際生活中，在一些地區(qū)由于國(guó)家建設(shè)的急需，來(lái)不及布設(shè)國(guó)家統(tǒng)一的大地控制網(wǎng)，而建立局部的獨(dú)立坐標(biāo)系。而后，再將其轉(zhuǎn)換到國(guó)家統(tǒng)一的大地控制網(wǎng)中，這些坐標(biāo)系的變換都離不開(kāi)坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)化.隨著1964年美國(guó)海軍武器實(shí)驗(yàn)室對(duì)第一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)NNSS的研制成功，為測(cè)繪資料的全球一體化提供了可能但由于坐標(biāo)系統(tǒng)的不同，對(duì)GPS技術(shù)的推廣使用造成了一定的障礙。

　　因此，隨著測(cè)繪事業(yè)的發(fā)展，全球一體化的形成，越來(lái)越要求全球測(cè)繪資料的統(tǒng)一與共享，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換已成為是一項(xiàng)非常重要的工作。

　　1.我國(guó)現(xiàn)行測(cè)繪坐標(biāo)系統(tǒng)

　　1.1WGS-84坐標(biāo)系

　　WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱(chēng)是WorldGeodiealSystem-84(世界大地坐標(biāo)系-84)，它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部制圖局建立，于1987年取代了當(dāng)時(shí)GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)-WGS-72坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，軸指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的交點(diǎn)，l，軸與軸和z軸構(gòu)成右手系。采用橢球參數(shù)為：長(zhǎng)半軸a=6378137m扁率f=1/298.25722356。

　　1.2國(guó)家大地坐標(biāo)系

　　1.2.11954年北京坐標(biāo)系

　　1954年北京坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系，是一種參心坐標(biāo)系統(tǒng)。該坐標(biāo)系源自于前蘇聯(lián)采用過(guò)的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，我國(guó)地形圖上的平面坐標(biāo)位置都是以這個(gè)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)推算的。

　　1.2.21980年西安大地坐標(biāo)系

　　1978年在西安召開(kāi)的<<全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差>>會(huì)議上，專(zhuān)家們建議建立我國(guó)新的大地坐標(biāo)系，以改正舊BJ-54坐標(biāo)系的諸多缺點(diǎn)，1980年完成天文大地網(wǎng)平差，故稱(chēng)為1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。

　　1.2.3新1954年北京坐標(biāo)系(新BJ-54)

　　新1954年北京坐標(biāo)系(整體平差轉(zhuǎn)換值)是由1980新國(guó)家大地坐標(biāo)系派生得來(lái)的，是作為老54系到80系的過(guò)渡而存在的。它采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。提供的坐標(biāo)是1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系整體平差轉(zhuǎn)換值，坐標(biāo)精度和80系的坐標(biāo)精度完全一樣。新老54系不存在橢球差異和定位差異，兩系統(tǒng)同一點(diǎn)坐標(biāo)的不同主要是由于一個(gè)是全國(guó)統(tǒng)一平差的結(jié)果，另一個(gè)是局部平差結(jié)果的緣故產(chǎn)生的。

　　1.2.4中國(guó)2000大地坐標(biāo)系(CGCS2000)

　　原點(diǎn)：包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心;定向：初始定向由1984.0時(shí)BIH(國(guó)際時(shí)間局)定向給定，是右手地固直角坐標(biāo)系;原點(diǎn)在地心;Z軸為國(guó)際地球旋轉(zhuǎn)局(IERS)參考極(IRP)方向，X軸為IERS的參考子午面(IRM)與垂直于Z軸的赤道面的交線，Y軸與Z軸和X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。

　　1.3地方坐標(biāo)系(任意獨(dú)立坐標(biāo)系)

　　在我們測(cè)量過(guò)程中時(shí)常會(huì)遇到的如某城市坐標(biāo)系、某城建坐標(biāo)系、某港口坐標(biāo)系等，或我們?yōu)榱藴y(cè)量方便而臨時(shí)建立的獨(dú)立坐標(biāo)系。

　　1.4坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

　　坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換主要包括大地坐標(biāo)系之間，空間直角坐標(biāo)系之間，平面直角坐標(biāo)系之間，大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系，三位坐標(biāo)系與二維坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換。

　　2.WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系(1980西安國(guó)家大地坐標(biāo)系)

　　不同坐標(biāo)系之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，要使GPS所測(cè)量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為自己需要的坐標(biāo)，必須求出兩個(gè)坐標(biāo)系(WGS-84和北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換有七參數(shù)法、五參數(shù)法和三參數(shù)法。

　　一種確定三維空間和二維空間轉(zhuǎn)換參數(shù)的新方法—橢球重合法(包括一般橢球重合法和附加固定參數(shù)的橢球重合法)，以避開(kāi)傳統(tǒng)方法大地高不準(zhǔn)確和投影變形等弱點(diǎn)。它可以用于WGS-84坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到1954北京坐標(biāo)系。

　　3.北京54-西安80坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

　　北京54坐標(biāo)與西安坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換其實(shí)是一種橢球參數(shù)的轉(zhuǎn)換，作為這種轉(zhuǎn)換在同一個(gè)橢球里的轉(zhuǎn)換都是嚴(yán)密的，而在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的，因此不存在一套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以全國(guó)通用，也沒(méi)有現(xiàn)成的公式來(lái)完成轉(zhuǎn)換因此必須利用具有兩套坐標(biāo)值的公共點(diǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。其坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型有Bursa七參數(shù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型和二維高斯平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。

　　4.1980國(guó)家坐標(biāo)系向某市地方獨(dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

　　要實(shí)現(xiàn)1980國(guó)家坐標(biāo)系與地方獨(dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，必須要解決兩種坐標(biāo)系的投影面不同、投影中央子午線的不同、坐標(biāo)原點(diǎn)和坐標(biāo)軸指向的不同。以橢球膨脹法為例說(shuō)明，其原理：通過(guò)橢球膨脹法，改變橢球的參數(shù)，以新的橢球作為投影基準(zhǔn)，選擇穿過(guò)測(cè)區(qū)的中央子午線進(jìn)行高斯投影，將高斯投影得到的坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)相似變換，得到某市的地方獨(dú)立坐標(biāo)。

　　1980國(guó)家坐標(biāo)系向某市地方獨(dú)立坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換涉及到投影面和投影中央子午線的改變，而對(duì)于平面坐標(biāo)系中的國(guó)家坐標(biāo)和某市地方獨(dú)立坐標(biāo)系，需要用高斯投影反算公式將其轉(zhuǎn)換為大地經(jīng)緯度。

　　5.2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

　　理論上說(shuō)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)大地坐標(biāo)系下的點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到CGCS2000的方法有下列幾種：

　　(1)利用公共點(diǎn)求解兩套坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用此轉(zhuǎn)換參數(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)位坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法，這種方法是國(guó)家測(cè)繪局推薦使用的方法，該方法的好處是方法簡(jiǎn)單且技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)。

　　(2)通過(guò)與具有CGCS2000坐標(biāo)的高等級(jí)點(diǎn)聯(lián)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)低等級(jí)GPS網(wǎng)進(jìn)行約束平差的方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，該方法的好處在于比較直接，操作起來(lái)也十分簡(jiǎn)便。

　　(3)將具有ITRF框架坐標(biāo)的點(diǎn)位通過(guò)框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)系，這種方法優(yōu)點(diǎn)在于它不依賴(lài)于任何外部控制點(diǎn)，即不需要周?chē)�有CGCS2000坐標(biāo)的控制點(diǎn)，單個(gè)待轉(zhuǎn)換點(diǎn)亦可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。

　　6.高精度轉(zhuǎn)換模型的建立

　　我國(guó)周邊一些國(guó)家以及世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建立起新的地心大地坐標(biāo)系，我國(guó)也于2008年啟用了新一代地心坐標(biāo)系—2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(簡(jiǎn)稱(chēng)CGCS2000)，大量測(cè)繪成果的坐標(biāo)因此需要完成轉(zhuǎn)換。為了使轉(zhuǎn)換得到的坐標(biāo)盡可能地與新坐標(biāo)系一致，需要使用高精度的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型。

　　坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過(guò)程中常使用的有平均位移模型、莫洛金斯基模型、Bursa模型等，但轉(zhuǎn)換精度不理想，很難達(dá)到好于±1m的轉(zhuǎn)換精度。一些國(guó)家采用了格網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

　　格網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法具有移動(dòng)和分區(qū)轉(zhuǎn)換的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)�局部變形進(jìn)行細(xì)致的擬合，并保證整體上的連續(xù)。格網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的基本思想是，將轉(zhuǎn)換區(qū)域劃分成規(guī)則格網(wǎng)區(qū)域，利用公共點(diǎn)的坐標(biāo)差，采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算格網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)改正量，再通過(guò)格網(wǎng)內(nèi)插得到任意點(diǎn)的坐標(biāo)改正量，從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)變換。建立格網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型可以有多種選擇，有最小曲率、協(xié)方差推估、多元回歸、加權(quán)平均、多面函數(shù)五種模型。

　　7結(jié)束語(yǔ)

　　本文介紹了我國(guó)現(xiàn)行坐標(biāo)系統(tǒng)并闡述了現(xiàn)行測(cè)繪成果相互轉(zhuǎn)換的基本原理和方法，但沒(méi)有對(duì)每一種方法的適用條件，精度進(jìn)行詳細(xì)分析和說(shuō)明。但對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件和有效的應(yīng)用測(cè)繪成果提供了一定參考。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王佩賢,王建敏:《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007.

　　[2]張國(guó)禎,楊曉紅.GPS測(cè)量中坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程.測(cè)繪與空間地理信息,2009.

　　[3]李連偉,榮燕妮.WGS84與BJ54坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題討論[J].測(cè)繪與空間地理信息,2004.