84坐标与xian80坐标高程如何转换
测绘第34卷第3期2011年6
月 125 省区矢量数字地图WGS-84坐标系与1980西安 坐标系的转换 刘秀军 孙小英 袁月欣 （河北省制图院，河北 石家庄 050031） [摘要] 本文采用二维七参数坐标转换模型，以省区为单元将GPS采集数据进行坐标转换，其精度为±0。 5米。由于数据转换的精度高，更容易处理不同数据源之间的地理适应性矛盾，便于不同坐标系之间的数据整合与利用。 [关键词] 坐标系；坐标转换；...全部
测绘第34卷第3期2011年6
月 125 省区矢量数字地图WGS-84坐标系与1980西安 坐标系的转换 刘秀军 孙小英 袁月欣 （河北省制图院，河北 石家庄 050031） [摘要] 本文采用二维七参数坐标转换模型，以省区为单元将GPS采集数据进行坐标转换，其精度为±0。
5米。由于数据转换的精度高，更容易处理不同数据源之间的地理适应性矛盾，便于不同坐标系之间的数据整合与利用。 [关键词] 坐标系；坐标转换；二维七参数；转换模型 [中图分类号] P282 [文献标识码] B [文章编号] 1674-5019（2011）03-0125-03 Transformation of Provincial Vector Digital Map between WGS-84 and 1980 Xi'an Coordinate System LIU Xiu-jun SUN Xiao-ying YUAN Yue-xin 1 引言 GPS在导航、交通运输及其他领域已得到广泛应用，因此常采用GPS测量手段获得在WGS84坐标系（以下简称84坐标系）下的矢量数据,而现有的地图数据往往是在1980西安坐标系（以下简称80坐标系）中显示，因此需将数据从84坐标转换为80坐标。
这种坐标系的转换由于选择的转换模型、地面重合点以及转换区域大小的不同带来的精度损失也不同。因此，本文采用二维七参数坐标转换模型，以省区为单元将GPS采集数据进行坐标转换，实验证明，该方法转换后不仅数据精度较高，且更容易处理不同数据源之间的地理适应性矛盾，便于不同坐标系之间的数据整合与利用。
2 二维七参数转换模型 当已知3个以上的重合点在两套坐标系下的三 维大地坐标时，可采用三维七参数转换模型求出两个坐标系的转换关系。由于我国绝大部分天文大地点的正常高是通过三角高程观测得到的，这些点上的高程异常值的精度一般也不是很高，由此计算的大地高精度也不高，因此，在选择模型时，可以选择二维大地坐标系的变换模型——二维七参数转换模型。
二维七参数转换模型最大的大地经纬度的拟合残差、平均转换误差、转换拟合中误差均优于三 维七参数坐标转换模型[1] 。二维大地坐标系即当大地高H为零时的椭球面上的大地坐标系。 3 七参数求解 采用二维七参数转换模型求解七个参数，数据的计算采用测绘信息网下载的免费坐标转换软件Coord MG。
该求解也可以使用MAPGIS软件的“坐标系转换”模块完成，求解结果非常接近。 坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个[2] 。
实验中采用了16个有84坐标和80坐标成果的GPS控制点作为重合点，首先使用全部16个重合点作为公共点，计算七参数，源坐标类型为84大地坐标（BLH），目标坐标类型为80大地坐标（BLH），大地高H设为0求布尔莎七参数，误差数据如表1所示。
由于公共点的坐标存在误差，求得的转换参数将受其影响，坐标误差对转换参数的影响与点位的几何分布及点数的多少有关，因而为了求得较好的转换参数，应选择一定数量的精度较高且分布较均匀，并有较大覆盖面的公共点[3] 。
在上述16点中选择符合要求的6点（表1中表格填灰的部分）,源坐标类型为84大地坐标（BLH），目标坐标类型为80大地坐标（BLH），大地高H设为0，重新求布尔莎七参数，误差情况见表2。
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表1 16个公共点求布尔莎七参数误差数据表 源坐标X误差(米) 源坐标Y误差(米)源坐标Z误差(米) 源坐标 中误差(米) 目标坐标X误差(米) 目标坐标 Y误差 (米) 目标坐标 Z误差 (米) 目标坐标 中误差(米) 0。
044 0。067-0。034 0。088-0。045-0。0660。036 0。087-0。024 -0。0790。061 0。1030。0240。081-0。059 0。1030。161 0。
0570。034 0。174-0。162-0。055-0。033
0。174-0。037 -0。011-0。003 0。0390。0360。0130。005 0。0390。049 0。083
-0。
038 0。104-0。049-0。0810。040 0。1030。044 0。100-0。054 0。122-0。045-0。0980。055
0。121
-0。003 -0。0720。064 0。
096
0。002
0。074-0。063
0。0970。004 -0。0690。056 0。089-0。0040。071-0。054 0。090-0。229 -0。036-0。106 0。
2550。2290。0380。108 0。255-0。027 -0。1030。090 0。1390。0260。104-0。089 0。139-0。118 0。024-0。100 0。1570。
117-0。0230。102 0。157-0。010 -0。0390。051 0。0650。0090。041-0。050 0。0650。164 0。0810。022 0。184-0。164-0。
079-0。021 0。184-0。023 -0。0860。071 0。1140。0230。088-0。070 0。115-0。035 -0。0400。034 0。0630。0350。041-0。
032 0。0630。036 0。149 -0。121 0。195-0。036-0。1470。123 0。195 表2 6个高精度公共点求布尔莎七参数误差情况表 源坐标X 误差(米) 源坐标Y误差(米)源坐标Z误差(米) 源坐标 中误差(米) 目标坐标X误差(米) 目标坐标Y误差(米) 目标坐标Z误差(米) 目标坐标 中误差(米) 0。
054 0。091-0。046 0。116-0。054-0。0900。047 0。115-0。028 -0。0660。041 0。0830。0280。068-0。040 0。084-0。051 -0。
011-0。017 0。0550。0500。0130。019 0。0550。031 0。076-0。046 0。094-0。031-0。0740。047 0。0940。002 -0。0600。
050 0。078-0。0030。062-0。048 0。078-0。011 -0。019 0。025 0。034 0。011 0。021 -0。024 0。033 另外，本文也实验了文献4所述的高程趋近法，计算结果如下： 源坐标类型为84大地坐标（BLH），目标坐标类型为80大地坐标（BLH），大地高H设为0求布尔莎七参数，误差情况见表3。
源坐标类型为84大地坐标（BLH），目标坐标类型为80大地坐标（BLH），用H84代替H80直接求得的布尔莎七参数，误差情况见表4。 源坐标类型为84大地坐标（BLH），目标坐标类型为80大地坐标（BLH），使用五次高程趋近法求得的布尔莎七参数，误差情况见表5。
从表3、4、5中可以看出，实验未能证实该方法的可行性和有效性，且该方法计算复杂、繁琐，精度并不优于二维七参数转换模型和用H84代替H80直接求得的布尔莎七参数，甚至还略差一些。 4 外部检核 选择部分重合点作为外部检核点，不参与转换 参数计算，用转换参数计算这些点的转换坐标与已知坐标进行比较从而进行外部检核，应选定至少6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进行检核。
表6是 使用了10个均匀分布的重合点（即求解七参数时剔除的10个点），对坐标转换精度进行检核的结果。 5 数据文件投影转换 成熟的GIS开发软件或者开发平台都提供了利用七个参数转换整个数据的功能，或者提供了转换单个点的功能。
本文以MAPGIS软件为平台，实现了数据文件的投影转换。在MAPGIS软件“投影转换”模块中，首先编辑坐标转换系数，输入WGS84坐标系转为西安80坐标系的转换方法及转换系数，其中△X、△Y、△Z为平移值，单位为米；Wx、Wy、Wz为旋转角，单位为秒；Dm为尺度比例因子，无单位。
然后可以单个文件投影转换，也可以打开多个点、线、面文件，工作区直接投影转换。实验中将河北省交通厅提供的河北全省交通数据WGS 84大地坐标（BL），使用求解的七参数，经过整体投影转换为西安80高斯平面坐标。
转换后的交通数据与河北省县域挂图底图数据（西安80坐标系，高斯投影20带）及最新的基础测绘1∶1万DLG数据套合，经检验，地物套合较为准确。
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表3 大地高H设为0的高程趋近法求布尔莎七参数误差情况 源坐标X误差(米) 源坐标Y误差(米) 源坐标Z误 差(米) 源坐标中误差(米) 目标坐标X误差(米) 目标坐标Y误差(米) 目标坐标Z误差(米) 目标坐标中误差(米) 0。
007 0。034-0。017 0。039-0。007-0。0330。018 0。038-0。041 -0。1100。087 0。1460。0410。112-0。085 0。1460。130 0。
0360。037 0。140-0。131-0。035-0。035 0。140-0。035 -0。0310。017 0。0500。0350。033-0。016 0。0500。059 0。070-0。
024 0。095-0。059-0。0690。026 0。094-0。122 0。010 -0。092 0。153 0。122 -0。009 0。093 0。154
表4 用H84代替H80的高程趋近法求布尔莎七参数误差情况 源坐标X误差(米) 源坐标Y误 差(米) 源坐标Z误差(米) 源坐标 中误差(米)目标坐标X误差(米) 目标坐标Y误差(米) 目标坐标Z误差(米) 目标坐标 中误差(米)0。
006 0。034-0。017 0。039-0。006-0。0330。018 0。038-0。041 -0。1100。087 0。1460。0410。111-0。085 0。1460。131 0。
0370。037 0。141-0。131-0。035-0。035 0。141-0。036 -0。0320。017 0。0510。0360。033-0。015 0。0510。060 0。071-0。
025 0。096-0。060-0。0690。026 0。095-0。123 0。010 -0。092 0。1540。122-0。0090。093
0。154表5 五次高程趋近法求布尔莎七参数误差情况 源坐标X误差(米) 源坐标Y误 差(米) 源坐标Z误差(米) 源坐标 中误差(米)目标坐标X误差(米) 目标坐标Y误差(米) 目标坐标Z误差(米) 目标坐标 中误差(米) 0。
009 0。028-0。023 0。037-0。010-0。0260。024 0。037-0。043 -0。1050。092 0。1450。0430。106-0。090 0。146
0。130 0。
0380。038 0。141-0。131-0。037-0。037 0。141-0。037 -0。0290。019 0。0510。0370。031-0。018 0。0510。064 0。061-0。
032 0。094-0。064-0。0590。033
0。094-0。126 0。017-0。086 0。1530。125-0。015 0。088 0。154 表6 坐标转换精度检核 X误差（米） -0。
0493 0。1001 -0。0676 0。1184-0。08980。1435 -0。0199-0。0878 -0。0174
0。1696
Y误差（米） 0。1937 0。1044 -0。
0324
-0。2191 -0。0722
-0。1011 0。1966 -0。0676 -0。0521
0。0827 6 结论 通过对以上解算方案计算的点位精度及误差精 度的分析，可得出如下结论： （1）采用二维七参数坐标转换模型，以省区为单元进行坐标转换，精度优于±0。
5米。以图上精度0。1mm为标准，能满足1∶5000比例尺的精度要求。 （2）使用上述转换方案，既可以完成省区矢量数字地图的整体转换，也可以分幅地图转换，避免了逐块转换后相邻图幅的接边工作，极大地提高了工作效率。
（3）由于数据转换精度高，更容易处理不同数据源之间的地理适应性矛盾，方便了不同坐标系之间的数据整合与利用。 （4）现在2000中国大地坐标系已正式启用，2000中国大地坐标系和WGS84是相容的；在坐标系的实现精度范围内，2000中国大地坐标系坐标和WGS84 坐标是一致的[5] 。
因此，按照此方案，也可以实现2000中国大地坐标系坐标和80坐标的转换。 参考文献 [1] 成英燕，程鹏飞，秘金钟，等。 大尺度空间域下1980西 安坐标系与WGS84坐标系转换方法研究[J]。
测绘通报，2007，（12）：5-8。 [2] 现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南[Z]。 [3] 孔祥元，郭际明，刘宗泉，等。 大地测量学基础[M]。 武 汉：武汉大学出版社，2001。
[4] 谢鸣宇，姚宜斌。 三维空间与二维空间七参数转换参数 求解新方法[J]。 大地测量与地球动力学，2008，28（2）：104-109。 [5] 魏子卿。 2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J]。
大地测量与地球动力学，2008，28（5）：1-5。 [收稿日期] 2011-1-24 。收起
