统一青岛市测量坐标系

-统一青岛市测量坐标系统技术方案青岛市国土资源和房屋管理局国家测绘局大地测量数据处理中心2007.08. z.-目 录1.概况11.1测区范围及行政隶属11.2地理位置22.青岛市新坐标系统22.1 青岛市新坐标系统的定义222青岛市新坐标系统的建立2221空间坐标建立和精度统计3222坐标转换和精度统计43.青岛市控制网现状分析531青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网5311空间坐标精度统计5312平面坐标精度统计63.2青岛市GPS控制网7青岛市城市二等GPS控制网的建立7青岛市区城市三四等GPS控制网8青岛市各辖市GPS城市控制网83.3青岛市城市控制网及坐标系统934青岛地区采用的坐标系1035青岛地区控制网和资料情况1036青岛市控制网分析10361青岛市控制网分类10362青岛市GPS控制网存在问题114.统一青岛市测量坐标系统的技术流程图115. 统一青岛市测量坐标系统方案1251执行技术标准：1252 控制点成果的转换方法12522方法二具体实现1853各种资料图件的坐标转换方法18531电子图件的转换18532纸质图件的转换19533 ARCINFO软件E00图形数据坐标转换方法205.3.4 AUTO CAD软件的D*F（或DWG）图形数据坐标转换方法236新旧坐标系统控制成果和图件的精度分析2361新旧坐标系统控制成果分析23611 2004青岛土地调查控制网1980西安坐标系与新系统坐标的比较分析与转换24（1）两种坐标比较分析24612 青岛80坐标与新系统坐标的比较分析与转换25（1）两种坐标比较分析25613 1954年北京坐标系统与新系统坐标的比较27614 1980西安坐标系统与新系统坐标的比较2862新旧坐标系统图件分析286.2.1 2004青岛土地调查控制网1980西安坐标系图件转换为新坐标系统296.2.2 青岛96坐标系图件转换2963新旧坐标系统对长度影响29631 2004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标边长之差29632青岛80坐标与新系统坐标边长之差3064新旧坐标系统对面积的影响30（1）、2004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标面积之差307控制网具体转换方案3171主要控制网坐标成果的转换31711青岛市GPS城市控制网31712青岛市城区控制网改造网（三、四等）3272局域控制网坐标的转换方法32721原控制网保留平面坐标转换具体处理方法：338各种信息系统的坐标系更新358.1房产交易中心系统的更新35附表一：“青岛市基础控制测量网”地心坐标转换1980西安坐标采用的重合点36附表二 2006与2004 青岛市测量基础控制网 1980西安坐标系坐标之差38附录一：2附录二：各种坐标转换参数6. z.-统一青岛市测量坐标系统技术方案1.概况随着青岛市经济建设的飞速发展，原有的测量基准网已不能满足城市建设发展的需要。1995年青岛市规划局组织有关部门对青岛市原有基础控制网进行了分析研究，开展了青岛市GPS城市控制网建设；2004年青岛市国土局为了开展青岛市国土资源调查，分析了基础控制网的现状，结合国土资源调查的需要，开展了青岛市土地调查大地基础控制测量项目建设；20052006年国家测绘局为满足新技术条件下国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，组织实施了“华东、华中区域大地水准面精化”项目，其中包括山东省GPS A 、B 、C级网建设及大地水准面精化，在青岛市有1个GPS A级点、6个GPS B级点和102个GPS C级网点，这些点基本与青岛市土地调查大地基础控制测量项目的点位重合。以上这些控制网的建成在很大程度上满足了青岛市城市建设的需要。与此同时还存在着不足，目前青岛市有多套测量坐标成果，规划部门有自己的坐标系统和控制网，土地部门也有自己的坐标系统，两者之间相差很大，各种图件无法融合，无法统一，这不利于测绘依法行政、统一管理和使用，给测量成果的使用和管理带来了很大的困难，严重制约了测绘成果的共享与服务，不利于青岛市城市建设的需要。按照现代测绘理论，在一个城市，测量基准及其成果应该是严格统一的、唯一的，因此，统一以上坐标系统及其成果势在必行。青岛市坐标系统的统一，将为各类测绘成果资料的信息共享、成果的管理和使用打下了良好的基础，为青岛市国民经济建设提供基础测绘保障与服务，必将会在青岛市经济建设中发挥重要作用。如何统一青岛市测量坐标系统，原控制成果和图件如何在统一的系统下使用，以及原地理信息系统如何使用，成为各行各业关注的焦点，该设计方案就是解决这些问题。1.1测区范围及行政隶属青岛市地处山东半岛东南部，东西宽约140公里，南北长约180公里，全市总面积10654平方公里，其中市区（含市南、市北、四方、李沧、崂山、城阳、黄岛七区）1102平方公里，所辖胶州、胶南、即墨、平度、莱西五市9552平方公里。全市海岸线（含所属海岛岸线）总长为862.64公里，其中大陆岸线730.64公里，占山东省岸线的1/4。全市有海岛69个。1.2地理位置青岛市位于东经1193012100，北纬35353709。东、南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照市接壤。2.青岛市新坐标系统2.1 青岛市新坐标系统的定义建立的青岛市新坐标系统， 是以2004“青岛市土地调查大地基础控制测量项目”控制网作为青岛是基础控制网，重新命名为“青岛市测量基础控制网”，采用1980西安坐标系统。为了区别称为“青岛市测量基础控制网”(2006) 1980西安坐标系统。n 参考椭球：IAG75椭球n 椭球长半径：n 地球引力场二阶带谐系数：n 地心引力常数：n 地球自转角速度：n 高程异常：采用1980西安坐标系高程异常n 投影面：1985国家高程基准相应的黄海平均海平面n 平面坐标：中央子午线120，3投影带22青岛市新坐标系统的建立“青岛市测量基础控制网”(2006)成果构成由华东、华中区域大地水准面精化项目（青岛市）的GPS A B C级网和青岛市土地调查大地基础控制测量项目的GPS 框架网、C D级网共同构成，共有GPS点382点，其中GPS A级网点1个，B级网点6个， C级网点117个，D级网点258个。“青岛市测量基础控制网”(2006)成果计算，一方面确保现有资源的合理利用，另一方面，要与山东省GPS C级保持一致，确保资料成果统一性和现势性。参考基准：地心坐标系 ITRF97，参考框架，2000.0历元。221空间坐标建立和精度统计采用目前国际上公认的高精度定位软件之一美国麻省理工学院的GPS数据处理软件GAMIT/GLOBK，进行青岛市测量基础控制网数据处理。华东、华中区域大地水准面精化项目是在全国及国际GPS连续运行站控制下，进行整体平差得到地心坐标成果，与2000国家GPS控制网保持了一致。山东省GPS ABC级网是华东、华中区域大地水准面精化项目的重要组成部分，它是目前山东省最新、现势性最好的基础控制成果。青岛市GPS C级网（2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目）是山东省GPS C级网的组成部分，在山东省GPS ABC级网的控制下，进行青岛市GPS D级网平差，从而得到了青岛市目前最新、现势性最好、与山东省基础控制基准一致的成果。华东、华中大地水准面精华项目（青岛）（GPS A B C级网）2005-2006青岛市土地调查大地基础控制测量项目（GPS 框架网、C D级网）2004“青岛市测量基础控制网”(2006)成果 图2-2 青岛市测量基础控制成果（2006）构成GPS A、B级网点南北方向的平均精度为0.4 mm，东西方向为0.4 mm，高程方向为1.7 mm，基线相对中误差平均值为。GPS C级网点南北方向的平均精度为0.8 mm，东西方向为0.8 mm，高程方向为2.1mm，基线相对中误差平均值为。GPS D级网点南北方向的平均精度为1.3 mm，东西方向为1.4 mm，高程方向为2.9mm，基线相对中误差平均值为。222坐标转换和精度统计在青岛市测量基础控制网点地心坐标系（WGS-84坐标系）转换为参心坐标系（1980西安坐标系）中，为了与华东、华中大地水准面精化项目中山东省GPS控制网点的坐标保持一致，我们利用精化项目中山东省地心坐标系与参心坐标系坐标转换参数作为本次坐标转换参数，采用144个重合点求取WGS-84坐标系与1980西安坐标系坐标转换参数，重合点详细情况见附表一。重合点分布图：图2-3 WGS-84坐标系与1980西安坐标系转换重合点分布图坐标转换采用Bursa七参数模型，坐标转换精度是通过求取转换参数重合点的残差中误差体现的。青岛市地心坐标系与1980西安坐标系坐标转换精度：表2-180坐标转换坐标残差表精度统计残差(米)点号转换用重合点数平面坐标* 最大点0.1485 PA38144平面坐标Y 最大点0.1363 PB74最大点位0.1509 P574 平面 * 残差中误差0.0588(米)平面 Y 残差中误差0.0606(米) 平面坐标残差中误差0.0844(米)3.青岛市控制网现状分析青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网和青岛市GPS二等控制网作为前期青岛地区骨干控制网，由于精度较高，分布均匀，覆盖五市七区，青岛大部分局部控制网都是以此为基础建立的，只有少量局部控制网是在国家控制网基础上发展。31青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目，布设青岛市GPS C、D级网，在GPS C级网的控制下，进行青岛市GPS D级网平差，从而得到了青岛市目前最新、现势性最好的成果。 GPS 网平差采用逐级控制。首先在ITRF97框架下，参考历元为2000.0，以国内及周边地区GPS连续运行站为框架点，做三维约束平差，求出GPS A、B级网点坐标；其次在ITRF97框架下，参考历元为2000.0，以国内及周边地区GPS连续运行站和临时基准站为框架点，其中GPS A、B级网和临时基准站点给予2的约束，求出GPS C级网点坐标。在GPS C级网的控制下，进行青岛市GPS D级网平差。然后，采用Bursa七参数坐标转换模型和重合点14个坐标，将地心坐标转换为 1980西安坐标。311空间坐标精度统计表3-1 GPS C级网空间直角坐标与基线精度统计表 统计项 最值*rmsYrmsZrms基线相对中误差最小值0.6 mm0.8 mm0.6 mm最大值4.8 mm7.9 mm5.2 mm平均值1.3 mm1.8 mm1.4 mm由上表可知，坐标精度优于8mm，基线相对中误差最大值为，平均值为。表3-2 GPS C级网站心直角坐标精度统计表 统计项 最值NrmsErmsUrms最小值0.4 mm0.5 mm1.0 mm最大值3.8 mm3.8 mm9.2 mm平均值1.0 mm0.9 mm2.2 mm由上表可知，水平方向的精度优于4mm，高程方向的精度优于10mm，水平方向最弱点为C088，高程方向最弱点为C088。表3-3 GPS D级网空间直角坐标与基线精度统计表 统计项 最值*rmsYrmsZrms基线相对中误差最小值0.6 mm0.9 mm0.7 mm最大值24.0 mm16.8 mm8.5 mm平均值1.6 mm2.1 mm1.7 mm由上表可知，坐标精度均优于2.4cm，基线相对中误差最大值为，平均值为。以上统计不含D151点，因该点数据质量太差，D151点精度*rms为59.3mm，Yrms为35.8mm，Zrms为33.8mm。表3-4 GPS D级网站心直角坐标精度统计表 统计项 最值NrmsErmsUrms最小值0.5 mm0.5 mm1.1 mm最大值7.7 mm20.8 mm15.7 mm平均值1.3 mm1.3 mm2.8 mm由上表可知，水平方向的精度优于2.1cm，高程方向的精度优于1.6cm，水平方向最弱点为D253，高程方向最弱点为D253。以上统计不含D151点，因该点数据质量太差，D151点精度Nrms为21.4mm，Erms为38.9mm，Urms为63.0mm。312平面坐标精度统计采用Bursa七参数坐标转换模型，采用重合点为GD04、C001、C015、C019、C034、C046、C052、C058、C074、C078、C082、C084、C085、C099。1980西安坐标采用3带高斯正形投影，中央子午线为东经120。表3-5 坐标转换残差表精度统计残差(米)点号转换用重合点数平面* 最大点0.1624 C08214平面Y 最大点0.1325 C015最大点位0.1914 C058平面 * 残差中误差0.0925 (米)平面 Y 残差中误差0.0764 (米)平面坐标残差中误差0.1199 (米)3.2青岛市GPS控制网青岛市GPS控制网为青岛市城市二等GPS控制网和青岛市区城市及周边三四等GPS控制网。3.2.1青岛市城市二等GPS控制网的建立青岛市城市二等GPS控制网于1996年建成。全网由65点组成，由多兵涧（等）、后儿堡（等）、常山（等）、水清沟（等）四个重合国家高精度常规控制网的点构成GPS骨架网。65点中，重合国家等三角点8个，重合国家等基本锁18点，与国家、等补充网重合34点，另有20点与各市城控首级网点重合。新设点位5个。网中有24点联测了三等水准。3.2.1.1坐标系统及精度3.2.1.1.1青岛城市80坐标系首先对骨架网在常山、多兵涧两点固定的约束下（即以此两点1980西安坐标系坐标为起算）进行平差求出其余两个骨架网点的80系坐标，然后以骨架网4个点作起算，对65点全网进行80坐标系下的约束平差，求得称为“青岛市城市80坐标系”的坐标。平差后的最弱点点位中误差为1.33cm；最弱边（石崖法家园）的相对误差为1/213万。3.2.1.1.2青岛96城市坐标系将青岛市城市二等GPS网的青岛城市80坐标系坐标平移至原青岛城市坐标系统的起算点：水清沟（锁）的坐标上，定名为“青岛96城市坐标系”，简称青岛96系统。利用原市区范围内6个二等GPS网重合点的成果和1972年复测的地面观测（三角、导线）资料，依次对二、三、四等三角网和以后建立的小三角网、一、二级导线网进行全面系统的改算，形成了市区原控制范围内完整的青岛96系统新成果。3.2.1.1.3青岛市城市54坐标系与青岛城市80坐标系平差方法基本相同，只是将固定点坐标换成1954年北京坐标系坐标起算。3.2.2青岛市区城市三四等GPS控制网青岛市勘察测绘研究院于20012003年在青岛市二等GPS网的基础上加密，布设了覆盖市内七区及周边邻接地区的城市三四等GPS网。情况详见表3-6。表3-6 青岛市区三四等GPS网情况表网名等级点数建成年代控制范围精度坐标系统点位误差cm边长误差市区三等网1022003年市内七区及周边邻接1.0青岛城市54系统;青岛城市80系统;青岛市96系统黄岛四等网652003年黄岛地区1.56市内地区四等网1122003年市内四区1.36高科园四等网高科园区2.22全市三等网531997年全市辖区(不含市区)3.05青岛市区城市三、四等GPS网分别在青岛市城市二等GPS网、三等GPS重合点坐标约束下进行平差。分别具有青岛市54系、青岛城市80系的坐标成果。然后将青岛城市80系坐标平移即得到青岛城市96坐标系坐标。3.2.3青岛市各辖市GPS城市控制网20002003年，青岛市各辖市土地、规划部门先后布设了三四等GPS控制网。详见表3-7。表3-7 青岛市城市三四等GPS网情况简表网 名施测单位、年代等级点数坐标系统精 度点位误差边长相对误差胶南市三等GPS山东省第一测绘院2001年三88青岛城市80坐标系1.0124万平度市地籍调查三等GPS网山东省正元地理信息公司2001年三30青岛城市80坐标系4.0119万平度市地籍调查四等GPS网山东省正元地理信息公司2001年四197青岛城市80坐标系1.014万即墨市D级GPS控制网山东省正元地理信息工程公司2002年D（四）321954年北京坐标系1.0122万即墨市E级GPS控制网山东省正元地理信息工程公司2002年E591954年北京坐标系1.0112万莱西市四等GPS控制网山东省第一测绘院2003年四53青岛城市80坐标系1.0125万莱西市地籍调查四等GPS控制网山东省正元地理信息工程公司2000年四1401980西安坐标系3.014万胶州市三四等GPS网辽宁工程技术大学2003年三等7四等661980西安坐标系胶州市地籍调查三四等GPS网山东省正元地理信息工程公司2001年三等18四等781980西安坐标系1.0131万16万莱西市一级导线山东省第一测绘院2003年一级2121980西安坐标系即墨市一级导线山东省正元地理信息工程公司2002年一级2951954北京坐标系1.012.6万3.3青岛市城市控制网及坐标系统为满足城市建设的需要，青岛市区及各辖市于50年代至80年代利用常规方法逐步建成了几个相对独立的城市控制网。青岛市首先建成的是城市二等三角网。二等网东到午山、崂山水库一线，北至大北渠，惜福镇一带，由20个点（含两组基线点）组成。在该网的基础上向西扩展了棘洪滩、红岛三四等网；二等网范围内的青岛市区则加密了较多的三、四等点，控制面积约1500平方公里，构成了第一代青岛市城市控制网。该网于1957年建立，于1972年进行了复测，复测时除个别点位作了调整外，基本网形未变。由于仪器、觇标及技术的改善，网的精度有了较大的提高。青岛市城市二等网采用“青岛市城市坐标系统”作为平面基准。该系统的起算点为国家锁点水清沟，坐标为1954年北京坐标系坐标，起算方位为该点至锁点城阳的方位角。起算边为基线长度归算到黄海平均海水面。平差后的坐标减去一固定常数即得青岛市城市坐标系坐标。该网点间相对精度较好地达到了城市测量规范的要求，满足控制范围内城市大比例测图及工程测量的要求。34青岛地区采用的坐标系对现有20个GPS控制网分析，青岛地区采用的坐标系为以下几种：n 青岛96城市坐标系（简称：青岛96坐标系）n 青岛城市80坐标系（简称：青岛80坐标系）n 青岛市城市54坐标系n 青岛城市坐标系n 1954年北京坐标系（简称：54系）n 1980西安坐标系（简称：80系）其中，青岛96城市坐标系、青岛80城市坐标系、青岛市城市54坐标系和青岛城市坐标系统坐标数值加有坐标常数。35青岛地区控制网和资料情况现有20个控制网大多数采用GPS测量施测，等级分别为C、D、E级，布设控制点4226个。详细见附录一。36青岛市控制网分析361青岛市控制网分类从年代划分青岛市控制网为三部分，50年代至80年代，利用常规方法逐步建成了几个相对独立的城市控制网，采用“青岛市城市坐标系统”平面基准，为1954年北京坐标系坐标但加有常数，其成果现已改算到青岛96系统。1996年至2003年，建立的青岛市城市二等GPS控制网及三四等GPS控制网，青岛市城市二等GPS控制网覆盖了全市范围，控制面积达1万多平方公里，是青岛辖区当时精度最高的首级平面控制系统，对于全市城建、土地资源的统一规划，利用和管理，以及局部网的改造、加密、扩建具有重要意义。青岛市二等GPS控制网从使用的设备和执行的技术标准看完全达到了国标GBT183142001规定的C级网精度，其中骨干网达到了B级网的要求，全网达到甚至超过城市二等GPS网的精度要求。各区、市的城市、等GPS控制网外业观测所采用的接收设备好，观测年代较近，达到或超过行业标准CJJ7397的精度要求。采用坐标系统，主要成果为青岛96系统、青岛城市80坐标系。2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目，覆盖了全市范围，采用的是1980西安坐标系统。362青岛市GPS控制网存在问题青岛市各辖市规划、土地部门建立的GPS网的坐标系统不统一，因而给使用带来一定困难。土地部门主要采用的是1980西安坐标系统，而规划部门主要采用的是青岛96系统和青岛城市80坐标系。青岛城市80坐标系除去加有常数，属于1980西安坐标系统，但是与土地部门的重合点坐标值存在差异，主要平差方法的不同引起的。4.统一青岛市测量坐标系统的技术流程图总体思路：先处理主要控制网，它包含其它控制网的起算点，将作为青岛新坐标系的骨架，然后再全面转换其它控制网。具体是先选择青岛主要控制网，然后，对其进行GPS平差、转换坐标处理，形成高精度青岛市新坐标，再以此作为其它控制网坐标转换起算点，同时开展对主要控制网图件转换。选择的青岛主要控制网为：n 青岛市土地调查大地基础控制测量网n 青岛市GPS二等控制网n 青岛市三、四等GPS、水准控制网n 青岛市GPS三等控制网分析主要控制网数据主要控制网控制点转换为新坐标其它控制网控制点转换为新坐标主要控制网图件坐标转换其它控制网图件坐标转换相应信息系统坐标转换其信息系统坐标转换图4-1 统一青岛市测量坐标系统的技术流程图5. 统一青岛市测量坐标系统方案51执行技术标准：表5-1 执行技术标准序号标 准 名 称标准代号1全球定位系统（GPS）测量规范国家技术监督局GB/T 18314-20012国家一、二等水准测量规范国家技术监督局GB12897-19913国家三、四等水准测量规范国家技术监督局 GB12898-19914城市测量规范中华人民共和国建设部CJJ 8-995城镇地籍调查规程TD1001-9352 控制点成果的转换方法为了将原青岛各种控制网的坐标成果转换到以“青岛市测量基础控制网”(2006)为基准的1980西安坐标系统下，提供两种转换方法，当原控制网保留GPS和坐标数据，应选择转换方法一，其转换精度较高，当原控制网仅保留平面坐标，选择转换方法二。方法一：在原有控制网的基线解算结果的基础上，以新确定的“1980西安坐标系统”成果为起算，进行整体平差，得到相应的WGS-84地心坐标，然后，根据数学模型和重合点坐标转换得到参心坐标成果。方法二： 如果GPS控制网的原始观测数据和GPS基线结果没有被保留，仅保留参心坐标(平面坐标)，这些控制网只能通过坐标转换模型，将其转换到新的坐标系统下。首先，分析原控制网与新确定的“青岛市测量基础控制网”成果的重合情况，利用控制点原坐标成果和新成果作为重合点，尽量使用原控制网起算点作为重合点，使用二维坐标转换模型，分析试算剔除粗差点，然后计算坐标转换参数和新坐标成果。521方法一具体实现5211 GPS数据处理获取三维地心坐标（1）、软件和卫星轨道联测数据的处理采用目前国际上公认的用于GPS数据后处理最优秀、最成熟的软件美国麻省理工学院（MIT）的GAMIT（基线计算） / GLOBK（网平差）软件。卫星轨道采用SP3格式的IGS精密星历。（2）、数据整理以年积日为单位整理观测数据，并将原始观测数据转换为Rine*格式数据；统一点位编号；根据外业观测手簿，编制观测仪器、天线、天线高与天线高量取位置等对照表；检查点名一致性与正确性、接收机与天线型号的正确性、天线高的正确性及年积日的一致性等。（3）、基线解算A、主要参数设置卫星轨道：采用IGS精密星历，且固定；卫星截至高度角：10度；数据采样间隔：10秒、15秒、30秒；坐标约束：GPS连续运行站给予2cm的约束，其它GPS站给予10m的约束；对流层改正模型：采用Saastamoinen模型进行标准气象改正；观测值：取消除电离层后的组合观测值；数据解算模式：周跳自动剔除技术。B、参考基准地心坐标系：ITRF97参考框架，2000.0历元。C、GPS基线解算以GPS Day（年积日）为单位，进行基线解算。以同步环为单位进行解算，使用周跳自动修复技术，并使得同步环的Nrms小于0.5周。采用Auto Clean周跳自动修复技术，进行周跳剔除与修复，以获取精确的基线解算结果。(4)、GPS网平差采用与GAMIT配套的综合平差软件 GLOBK软件，在WGS-84椭球上进行三维整体平差处理。GLOBK软件的核心卡尔曼滤波技术，他不仅估计了测站观测信息，也估计了卫星轨道信息，从而可以获得精确的三维地心坐标。根据GAMIT基线解算结果，组织平差文件，首先对基线结果数据进行检验，一般应小于10，检验通过后即进行网平差处理。平差时，以GPS连续运行站为框架点，并给予强约束或固定，进行整体平差。5212 地心坐标转换成平面坐标直接利用GPS三维平差结果，选择适当的GPS测量与三角/导线测量重合点，使用二维或三维坐标转换模型求取坐标转换参数，最终求得1980西安坐标系统坐标成果。GPS测量直接得到的是WGS-84的三维地心坐标，而在实际工作中使用平面坐标系坐标。为了统一青岛平面控制基准，因此，同时必须给出一套统一的、精确的，由地心坐标系坐标至1980西安坐标系统坐标间的转换参数及转换成果。52121实现转换的技术路线 由 转换参数 严格的数学变换 高斯投影 图5-1 实现转换的技术路线转换参数的求取方法：利用青岛GPS控制网同时具有的WGS84地心坐标与1980西安坐标系坐标的重合点成果及三维坐标转换模型求取。52122选择坐标转换模型（1）Bursa七参数转换模型该模型用于两种不同地心坐标系的转换，而国家 54系、80系属于二维平面坐标，需要将正常高加高程异常形成大地高，组成三维坐标系，实现三维坐标转换，再根据大地坐标换算成平面坐标，从而实现地心坐标向国家平面坐标转换。其原理利用两坐标系重合点，通过转换方法实现坐标转换。重合点要覆盖整个测区且要均匀分布，然后通过试算分析剔除粗差，找出一种平面坐标残差中误差最小的为转换参数。该模型特点转换坐标与原国家平面坐标相差较小，保持原有资料的连续性和相对稳定性。目前国内外应用比较广泛Bursa模型，属于相似变换，主要消除坐标系统间系统定义差，即原点位置、坐标轴向的定向和尺度的定义差。三维坐标转换模型 （5-1） 其中，3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度因子。（2）平面直角坐标转换模型属于两维坐标转换，对于GPS三维坐标转换，先将坐标通过高斯投影得到平面坐标，再与其它平面坐标进行转换，实现GPS坐标向平面坐标转换。模型实现两参心坐标系间转换，使用简单方便，但转换区域不可过大,要求转换坐标为同一投影带。平面直角坐标转换模型：. (5-2) 其中，*0,y0为平移参数，为旋转参数，1+m为尺度参数。*2,y2为输出平面直角坐标， *1,y1为输入平面直角坐标。坐标单位为米。（3）多元逐步回归模型：属于曲面拟合变换，由于大地网局部性系统误差的影响，网中各点的坐标值并不严格处于同一坐标系中，采用此类模型，可将各区域的系统差拟合到回归参数中，从而提高变换精度。一般适用于二、三维坐标系向二维坐标系转换。该模型属于两维坐标转换，在大地坐标系间的转换，再换算平面坐标，也可实现GPS坐标向平面坐标转换。. (5-3)其中公式符号：B、 L ： 为大地经纬度，单位为度。bi , li ： 为输入大地坐标值，单位为度。abi、ali ： 为大地坐标值的平均值。db0、dl0 ：为多项式常数的平均值。b=3.14159/180*( bi-abi) l=3.14159/180*( li-ali)52123空间坐标正反算（1）空间直角坐标系与空间大地坐标系间的变换 (5-4) 其中：，为卯酉圈的半径；a为地球椭球长半轴；b为地球椭球的短半轴。（2）大地坐标系与空间直角坐标系间的变换 (5-5) 52124投影计算由大地坐标系到平面直角坐标系间的变换采用高斯投影的方法。根据青岛坐标系的定义，中央子午线原则上取120（部分边缘地区，由于特殊需要可取适宜的中央子午线）投影高程面取1985国家高程的基准面，采用3带坐标。（1）高斯投影正算将大地经度和大地纬度化算为高斯平面坐标的计算，转换公式如下： (5-6)其中： ，（2）高斯投影反算将高斯平面坐标化算为大地经度和大地纬度的计算，转换公式如下： (5-7)其中 ，为底点纬度。5213方法一具体流程框图数据整理用GAMIT软件，基线解算用GLOBK软件，对GPS网三维无约束平差，获取精确地心坐标选择适当的GPS测量与三角测量重合点和坐标转换模型，求得坐标转换参数根据坐标转换参数，求得1980西安坐标系统坐标成果图5-2 方法一具体流程框图522方法二具体实现如果仅保留参心坐标(平面坐标)，此控制点转换只能选择二维坐标转换模型，将其转换到“青岛市测量基础控制网”(2006)1980西安坐标系统下。采用的坐标转换模型，只能选择平面直角坐标转换模型和多元逐步回归模型。（1）、局域控制网坐标系为1980西安坐标系统局域控制网坐标系与1980西安坐标系统所采用的参考椭球是相同的，一般采用多元逐步回归模型转换。（2）、局域控制网坐标系不是1980西安坐标系统局域控制网坐标系与1980西安坐标系统所采用的参考椭球是不相同的，一般选用平面直角坐标转换模型。53各种资料图件的坐标转换方法青岛市目前现有的图件资料大量采用的坐标系统是1954年北京坐标系、青岛96系及1980西安坐标系统等，数据格式为ARCINFO软件的E00数据和AUTO CAD软件的D*F（或DWG）数据，利用控制点建立原坐标系统与“青岛市测量基础控制网”(2006)的1980西安坐标系统的转换关系，该转换关系即可完成原图件资料向1980西安坐标系统下转换。电子数据和纸质载体图件，涉及的坐标是二维平面坐标。531电子图件的转换图形是由点、线、面组成，而线和面又是由点组成的，所以，图件资料的转换归根揭底就是点对点的转换。电子格式的图件资料可使用坐标转换模型，按下述框图进行转换。点数据（*,y）地图图件坐标转换模型地图图件点数据（*,y）新坐标系统原坐标系统坐标转换计算图5-3 电子图件的转换流程原图件资料（1980西安坐标系统）（1954年年北京坐标系）（青岛96系） （青岛80系）图件资料（“青岛市测量基础控制网”(2006)1980西安坐标系统）坐标转换模型坐标转换软件图5-4 电子图件总体转换532纸质图件的转换利用坐标转换模型和参数，计算各图幅图廓点的坐标改正量，将其改正量加入到原地图廓点坐标中，即完成新旧纸质图件的转换。如果纸质图件需要入库，进入信息系统，纸质图件需要数字化成为电子图件，再进行坐标转换，实现纸质图件的彻底转换。533 ARCINFO软件E00图形数据坐标转换方法5331 图形数据点对点坐标转换（1）矢量数据： 数据是一种矢量数据结构，是一种常见的图形数据结构，它用一系列有序的*、y坐标对表示地理实体的空间位置；（2） 矢量数据表示 矢量数据自身的存贮和处理。 与属性数据的联系。 矢量数据之间的空间关系(拓扑关系)。（3）数据结构矢量数据的简单数据结构分别按点、线、面三种基本形式来描述。 标识码：按一定的原则编码。标识码具有唯一性，是联系矢量数据和与其对应的属性数据的关键字。属性数据单独存放在数据库中。 点结构中的*，Y坐标：是点实体的定位点，如果是有向点，则可以有两个坐标对。 线结构中的坐标对数n：是构成该线(链)的坐标对的个数。 *,Y坐标串是构成线(链)的矢量坐标，共有n对。也可把所有线(链)的*,Y坐标串单独存放，这时只要给出指向该链坐标串的首地址指针即可。 面结构是链索引编码的面(多边形)的矢量数据结构，链数n指构成该面(多边形)的链的数目。链标识码集指所有构成该面(多边形)的链的标识码的集合，共有n个。（4）拓扑数据结构1)、拓扑元素矢量数据可抽象为点(结点)、线(链、弧段、边)、面(多边形)三种要素，即称为拓扑元素。点(结点)：孤立点、线的端点、面的首尾点、链的连接点等。线(链、弧段、边)：两结点间的有序弧段。面(多边形)：若干条链构成的闭合多边形。2)、非拓扑属性：两点之间的距离 一个点指向另一个点的方向 弧段的长度 一个区域的周长 一个区域的面积3)、拓扑属性（拓扑关系）： 一个点在一个弧段的端点 一个简单弧段不会自相交 一个点在一个区域的边界上 一个点在一个区域的内部 一个点在一个区域的外部 一个点在一个环的内部 一个简单面是一个连续的面5332 E00文件的数据结构E00文件的数据格式按点、线、面分为三类，文件名由两部分组成，前三位为图层名的拼音缩写，后两位为数据的几何特征代码。文件的几何特征代码为：NT 为多边形及弧段；LK 为点及弧段；LN 为弧段；PT 为点。我国的EOO文件数据规定层号文件名（层名）内容几何特征1HYDNT水系面、线2HYDLK水系点、线3RESNT居民地面、线4RESLK居民地点、线5RAILK铁路及其附属设施点、线6ROALK公路及其附属设施点、线7BOUNT境界面、线8BOUPT境界点、线9TERNT地形面、线10TERLK地形及测量控制点点、线11OTHNT其他要素面、线12OTHLK其他要素点、线13ATNNT辅助层面、线14ATNLK辅助层点、线15ANOPT名称注记点16NETLN内图廓线、公理网线线5333 图形数据转换方法E00文件数据是由点（*、Y或者B、L）和对应的属性数据组成，只要对点的坐标进行转换，同时处理好与之对应的属性数据的关系，就能成功转换好每幅图形数据。前边我们论述了坐标转换模型，通过一个区域的两个坐标系公共重合大地控制点，计算出转换参数，建立起一个数学模型，把图形数据中图面的每一个点通过数学模型，采用软件直接进行坐标转换。我们把这种方法叫点对点转换，其特点是：相邻图幅零误差接边。由于进行地形图转换的数学模型是采用一个区域的大地测量公共重合点建立的，转换中不产生新的误差产生，图形数据坐标转换零误差，实现了相邻图幅零误差接边，并可完全保持原图形数据的拓扑关系不变。避免了单幅地形图坐标转换，导致相邻图幅接边困难等问题。5.3.4 AUTO CAD软件的D*F（或DWG）图形数据坐标转换方法 将D*F（或DWG）图形数据转换成ARCINFO软件E00图形数据，然后对点的坐标进行转换，同时处理好与之对应的属性数据的关系，完成坐标转换后，再由E00图形数据转成D*F（或DWG）图形数据，就成功的完成该类型图形坐标转换。6新旧坐标系统控制成果和图件的精度分析青岛市新坐标系统一旦确定，原控制坐标成果和图件资料应及时转换到新坐标系统下，基本原则是原有控制坐标成果需要全部转换，图件资料根据比例尺精度和新旧坐标差分析确定是否转换。坐标成果全部转换将形成统一新坐标系，为下一步测绘成果转换奠定基础，图件资料转换视精度而定，小比例尺图件要求精度相对较低，反之，大比例尺图件精度相对较高。61新旧坐标系统控制成果分析根据“城市测量规范”城市平面控制网的点、地籍测量界址点、定线、拨地测量点和地下管线点要求点位中误差 5cm。按最大允许误差倍计算为14.1cm。根据误差传播理论，原坐标成果在新坐标系下，无需改动直接使用应满足的条件，现有点位中误差的二倍应小于原坐标最大允许误差。采用新坐标系统，旧坐标的点位中误差计算V = 新坐标旧坐标为*坐标中误差。为Y坐标中误差。点位中误差现旧坐标的点位中误差 (6-1)其中，为旧坐标的原点位中误差。611 2004青岛土地调查控制网1980西安坐标系与新系统坐标的比较分析与转换（1）两种坐标比较分析2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网产生的1980西安坐标与“青岛市测量基础控制网”(2006)的1980西安坐标，虽然为同一坐标系统，但由于转换参心坐标时，使用的重合点不同，产生的坐标数值有差异，详细见附表二，根据对该网全部C、D级376点坐标值比较分析，见下表：表6-1 青岛市测量基础控制网两种1980西安坐标值比较名 称D*(m)DY(m)点位之差(m)平 均 值|0.105|0.074|0.140最 大 值-0.249-0.2670.365如果原有控制点点位中误差按 5cm规定，应用新坐标系后，旧控制点坐标未转换，原有点位中误差发生变化。原点位中误差变为：cm最大点位中误差为：cm原有控制点的点位中误差为14.9cm，二倍中误差为29.8cm，而现在最大点位中误差为36.84cm，都远远超出原坐标最大允许误差14.1cm，由此得到，原有2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网控制点的1980西安坐标不可直接使用，必须转换到新坐标系下方可使用。（2）两种坐标的转换选取“青岛市测量基础控制网” 全部C、D级376点作为重合点，将2004成果转换为“青岛市测量基础控制网”(2006)1980西安坐标成果，选取多元逐步回归模型和平面坐标转换模型进行试算，经过比较选取转换精度较高的，多元逐步回归模型为最终坐标转换关系，试算中发现C007东崔家南、C033后垛埠两点坐标变化较大，剔除不作为重合点，转换精度见下表：表6-2 多元逐步回归模型转换残差表精度统计残差(米)点号转换用重合点数平面* 最大点0.0067B024平度374平面Y 最大点0.0089C081会稽山最大点位0.0098C081会稽山平面 * 残差中误差0.0014 (米)平面 Y 残差中误差0.0020 (米)平面坐标残差中误差0.0024 (米) 从表可看出，最大点转换点位残差不足1毫米，完全可以满足转换精度的要求。其坐标转换参数见附录二。对于以上变化较大两点，转换坐标与原“青岛市测量基础控制网”(2006)1980西安坐标之差见下表：表6-3 两点转换坐标与原坐标值比较名 称D*(m)DY(m)点位之差(m)C007 东崔家南-0.058-0.0560.081C033 后垛埠-0.0230.0030.023 从上表可看出，点位之差对于控制点而言较大，今后使用中要多加注意。612 青岛80坐标与新系统坐标的比较分析与转换（1）两种坐标比较分析选取青岛市城市二等GPS控制网的65个作为重合点，坐标分别为“青岛市测量基础控制网”(2006)1980西安坐标成果与青岛80坐标（将此划归到1980西安坐标），比较发现控制点新旧成果差异较大，北部差异较小基本在毫米级，南部差异较大，最大差值为0.253m，整体平均点位残差为0.130m，点位中误差为0.150m。如果原有点位中误差按 5cm规定，应用新坐标系后，旧控制点坐标未转换，原有点位中误差发生变化。原点位中误差变为：cm最大点位中误差为：cm原有控制点的点位中误差为15.8cm，二倍中误差为31.8cm，而现在最大点位中误差为27.5cm，都远远超出原坐标最大允许误差14.1cm，由此得到，原有控制点青岛80坐标不可直接使用，必须转换到新坐标系下方可使用。又因为青岛96坐标与青岛80坐标相差一个平移常数，由此可推出青岛96坐标必须转换。图6-1 重合点分布图表6-1 青岛1980坐标与新青岛坐标系统坐标比较点号 点名D*（m）DY（m）点位之差（m）2-0.191 0.041 0.195 0001会稽山-0.229 0.107 0.253 0003后儿堡-0.047 -0.124 0.133 0004多兵涧0.115 -0.123 0.168 0005雪天堡-0.042 -0.089 0.098 60.013 -0.121 0.122 70.058 -0.110 0.124 80.031 -0.078 0.084 90.007 -0.155 0.155 0010五龙亭0.033 -0.151 0.155 110.086 -0.136 0.161 0012集座山0.032 -0.111 0.116 130.098 -0.091 0.134 140.130 -0.095 0.161 150.004 -0.116 0.116 160.017 -0.097 0.098 0017赵家庄0.074 -0.063 0.097 0018常青院山0.101 -0.073 0.125 190.115 -0.071 0.135 200.129 -0.047 0.137 0021对城山0.124 -0.059 0.137 22-0.009 -0.105 0.105 0023-1-0.008 -0.075 0.075 240.054 -0.053 0.076 *0025梁家庄0.101 -0.063 0.119 26-0.037 -0.014 0.040 270.019 -0.028 0.034 0028-10.058 -0.013 0.059 0029太平山0.109 -0.011 0.110 0030小白岛0.159 0.020 0.160 0031汪汪泊0.089 0.016 0.090 320.119 0.015 0.120 330.155 0.059 0.166 34-0.065 0.013 0.066 35-0.042 0.015 0.045 36-0.022 0.025 0.033 370.014 0.033 0.036 380.045 0.011 0.046 0039三官庙0.059 0.023 0.063 0040崂石顶0.081 0.053 0.097 410.067 0.021 0.070 0042巉山0.129 0.074 0.149 0043迟家屯-0.053 0.045 0.070 44-0.038 0.044 0.058 0045-10.011 0.061 0.062 0046城阳0.039 0.048 0.062 0047凤山0.056 0.058 0.081 48-0.105 0.031 0.109 *0049七宝山-0.154 0.107 0.188 0050宋家茔-0.054 0.087 0.102 51-0.039 0.072 0.082 52-0.031 0.080 0.086 0053水清沟0.000 0.084 0.084 0054午山0.040 0.072 0.082 550.072 0