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基于CASS开发80与2000坐标系转换研究

吴良刚
摘要： 本文概述了现阶段80与2000坐标系转换的必要性与重要性；阐述了80与2000坐标系的基本原理；讨论了基于CASS开发80与2000坐标系转换的程序设计结构图；剖析了程序实现的具体过程，并给出了部分程序代码，最后笔者验证了程序转换的成果，希望能给广大同行带来抛砖引玉的作用。
关键词： 80坐标系，2000坐标系，七参数模型，VBA
：P286 ： A
现阶段我国曾经使用过1954年旧北京坐标系以及新1954北京坐标系和1980年西安坐标系。早在改革开放期间，国家为了更好地适应国内经济建设以及国防建设的需要进行了国家参考坐标系的更新。由于空间技术日新月异的发展，2008年我国建立了2000中国大地坐标系，该坐标系为地心坐标且精度与所使用的参心坐标系相比有本质的提高[1]。
我国目前所有的工程测图、建筑设计以及变形观测等等大地控制点基本上都是基于1954北京坐标系与1980西安坐标系。而在2007年全国二次土地调查后，基本上已将1954年北京坐标系成果统一转换到1980西安坐标系成果中。因此，如何将1980西安坐标系成果统一转换到2000国家坐标系成为了一个迫在眉睫的问题。
本文讨论了1980西安坐标系向2000国家坐标系转换的模型与程序实现的方法，在现阶段具有一定的理论与实践意义。
1 1980与2000坐标系
1.1 1980坐标系的弊端
在1975年国际大地测量和地球物理联合会的第十六届全体大会上，根据该会所属的“基本大地常数”专题组综合的十几年国际上的研究成果，确定并提出了与1975年大地坐标系相对应的椭球(简称IAG-75椭球)，并把该椭球推荐为国际椭球，1980西安坐标系即采用其椭球参数。1980西安坐标系存在着发下不足[2]：
（1） 二维坐标系统
1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用，它的表现形式为平面的二维坐标。用现行坐标系只能提供点位平面坐标，而且表示两点之间的距离精确度也比用现代手段测得的低10倍左右。高精度、三维与低精度、二维之间的矛盾是无法协调的。比如将卫星导航技术获得的高精度的点的三维坐标表示在现有地图上，不仅会造成点位信息的损失（三维空间信息只表示为二维平面位置），同时也将造成精度上的损失。
（2）参考椭球参数
随着科学技术的发展，国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善。1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球，其长半轴要比国际公认的WGS84椭球长半轴的值大3米左右，而这可能引起地表长度误差达10倍左右。
（3）非地心坐标系
随着经济建设的发展和科技的进步，维持非地心坐标系下的实际点位坐标不变的难度加大，维持非地心坐标系的技术也逐步被新技术所取代。
（4）椭球短半轴指向
1980西安坐标系采用指向JYD1968.0极原点，与国际上通用的地面坐标系如ITRS，或与GPS定位中采用的WGS84等椭球短轴的指向（BIH1984.0）不同。
1.2 2000坐标系的意义
2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。采用2000坐标系具有发下意义[3]：
(1) 采用2000国家大地坐标系可对国民经济建设、社会发展产生巨大的社会效益。采用2000国家大地坐标系，有利于应用于防灾减灾、公共应急与预警系统的建设和维护。
(2) 采用2000国家大地坐标系将进一步促进遥感技术在我国的广泛应用，发挥其在资源和生态环境动态监测方面的作用。比如汶川大地震发生后，以国内外遥感卫星等科学手段为抗震救灾分析及救援提供了大量的基础信息，显示出科技抗震救灾的威力，而这些遥感卫星资料都是基于地心坐标系。
2 CASS开发工具
CASS打破以制图为核心的传统模式，结合在成图和入库数据整理领域的丰富经验，真正实现了数据成图建库一体化，同时满足地形地籍专业制图和GIS建库的需要，减少重复劳动。数据生产、图形处理、数据建库一步到位。CASS开发工具主要有VBA与OLE组件。
2.1 OLE组件
OLE的本质就是构件或软件，所谓构件就是别人已开发好的项目（即应用程序或数据等），可用在新开发的应用程序中而不必重新开发，提高开发效率。
2.2 VBA控件
VBA提供了一个完整的开发环境，对于使用CASS的开发者来说，它们有着相同的元素和功能，包括一个工程窗口、属性窗口与调试工具。CASS中的VBA也支持CASS窗体、可以创建自定义对话框与ActiveX以及快速创建CASS用户界面。为方便直接整合到CASS应用程序中，VBA提供了一些优势：快速、在过程中执行、与宿主应用程序紧密整合和不需要运用其它工具创建解决方案的能力。
3程序设计结构
基于CASS开发80与2000坐标系转换的程序设计结构图如图1所示：
图1基于CASS开发80与2000坐标系转换的程序设计结构图
4 程序实现
两个椭球间的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即 X 平移， Y 平移， Z 平移， X 旋转（WX）， Y 旋转（WY）， Z 旋转（WZ），尺度变化（DM ）。要求得七参数就需要在一个地区需要 3 个以上的已知点。本文1980与2000坐标系转换采用七参数布尔莎模型。
七参数模型公式如下：
通过线性变换以及相似矩阵原理可以求得七参数转换数值，如下：
七参数转换实现的部份代码如下：
count = lstFile.ListCount
Dim count As Integer
If Y = 1 Then
If Not HasItem(fileNames(Y - 1)) Then
lstFile.AddItem fileNames(Y - 1), count
End If
Else
For i = 1 To Y - 1
If StrComp(Right$(fileNames(0), 1), "") = 0 Then
Else If Not HasItem(fileNames(i)) Then
lstFile.AddItem fileNames(i), i - 1 + count
End If
Next i
End If
4 成果验证
转换成果采用南宁市D、E级控制GPS网内控制成果来验证，共计400组三维坐标，需检验共2500个数据坐标，检验分析结果如下表1。
表1 布尔沙模型七参数检验表
偏差区间 点数 比例 备注
0～0.1cm 2200 0.88 偏差在0～0.3cm范围内的点，占总点数的96%
0.1~0.2cm 100 0.04
0.2~0.3cm 100 0.04
大于0.3cm 100 0.04 最大偏差0.9cm
合计 2500 1
从表中可以看出，在全部的2500个数据坐标检验中，偏差在0～0.3cm范围内的点，占总点数的96%，最大偏差只有0.9cm，所有的点误差都控制在mm级内。由此可知，布尔沙模型适用于1980与2000坐标系的转换。
5 小 结
本文根据七参数布尔莎模型理论，基于OLE组件与VBA控件开发了1980与2000坐标系转换程序。以实际数据成果验证，程序从根本上解决了80与2000坐标系的衔接转换。
参考文献
[1] 陈俊勇.中国现代大地基准———中国大地坐标系统2000(CGCS2000)及其框架[J].测绘学报， 2008,37(3): 269-271.
[2] 陈俊勇.关于中国采用地心3维坐标系统的探讨[J].测绘学报， 2003，32(4): 283-288.
[3] 魏子卿.我国大地坐标系的换代问题[J].武汉大学学报:信息科学版， 2003，28(2): 138-143.

-全文完-