县域城市存量测绘地理信息数...2000坐标转换的实践探究_王显鹏.pdf

2023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying59 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王显鹏1,曾怀恩2(1.广州市增城区不动产登记中心,广州 511300;2.三峡大学土木与建筑学院 湖北 宜昌 443002)摘要:经过历年的城市建设,全国各城市都积累了大量的测绘地理信息数据。按照国家相关要求,2018 年 6 月底前完成全系统各类国土资源空间数据向 2000 国家大地坐标系转换。本文结合实例,主要探讨县域城市存量测绘地理信息数据转换技术方案,并对转换精度进行简要的分析评价。结果表明,原有 1980 西安坐标系的测绘地理信息成果经转换后,数据精度基本可以满足规划和自然资源日常管理需要,具有较强的实用性和可靠性。关键词:存量测绘数据;坐标转换;CGCS2000中图分类号:P226+.3文献标识码:AStudy on coordinate transformation of existing surveying and mapping geographic data at county-level city to CGCS2000 Wang Xianpeng1,Zeng Huaien2(1.Real Estate Registration Center of Guangzhou Zengcheng District,Guangzhou 511300,China;2.College Civil Engineering&Architecture,China Three Gorges University,Yichang 443002,China)Abstract:After years of urban construction,cities across the country have accumulated a large amount of surveying and mapping geographic information data.In accordance with relevant national requirements,the conversion of various types of land and resources spatial data of the whole system to the CGCS2000 will be completed by the end of June 2018.Combined with examples,this paper mainly discusses the technical solutions for the conversion of county-level urban stock surveying and mapping geographic information data,and briefly analyzes the transformation accuracy.The results show that after the original 1980 Xian coordinate system surveying and mapping geographic information results are converted,the data accuracy can basically meet the needs of planning and daily management of natural resources,and has strong practicability and reliability.Key words:existing surveying and mapping data;coordinate transformation;CGCS2000收稿日期:2022-01-23;修订日期:2022-03-07基金项目:国家自然科学基金资助项目(42074005);湖北省地质局 2021 年度科技项目(KJ2021-16).作者简介:王显鹏(1991-),男(汉族),安徽涡阳人,硕士,工程师.0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 GPS A、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1,2。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60 工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying2023 年第 3 期一的坐标基准。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3 6。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 1500 和 12000 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。1500 和 12000 地形图均采用 500500 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 1500 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7。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。2.2DOM 影像转换正射影像图数据按 12000 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8。(1)瓦片规格与组织1)地图瓦片分块起始点从西经 180,北纬 902023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying61 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”,L1、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”,R1、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”,C1.png、C2.png、C3.png、)。(2)瓦片切割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:点图层,重新运算 CGCS2000 坐标系下的 X、Y 坐标;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。表 1西安 80 转 CGCS2000 点位误差Table 1The conversion error of points between 1980 Xian coordinate system and CGCS2000中误差(mm)最大较差(mm)平均值(mm)3723.2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,见表 2 和表 3。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。表 2西安 80 与 CGCS2000 互转长度较差Table 2The conversion error of lengths between Xian 80 and CGCS2000长度梯度(西安 80)统计数量最大较差(m)平均较差相对值01km210080.00315km5730.016510km340.0311050km160.13250km 以上10.157全数统计216320.1570.3 cm/km,各长度梯度基本一致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 1616km2,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62 工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying2023 年第 3 期表 3西安 80 与 CGCS2000 互转面积较差Table 3The conversion error of areas between Xian 80 and CGCS2000面积梯度(西安 80)(m2)国有土地使用权图层集体土地使用权图层统计数量最大较差(m2)平均较差相对值(m2/万 m2)统计数量最大较差(m2)平均较差相对值(m2/万 m2)0100036230.0060.06253290.0060.062100050008060.0310.0621550.0300.06250001 万4800.0630.062980.0620.0621 万 5 万10100.3150.0621700.3030.0625 万 20 万3311.2540.062301.1570.06220 万 50 万593.0790.06231.6490.06250 万 100 万176.1820.062100 万 200 万312.4850.062全数统计632912.4850.06257851.6490.062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。参考文献 1 张全德,张燕平.测绘基准体系建设的探讨 J.测绘通报,2005,(4):14.Zhang Quande,Zhang Yanping.Discussion on datum system construction of surveying and mapping J.Bulletin of Surveying and Mapping,2005,(4):14.(in 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