地方坐标系与CGCS2000坐标系转换方法的研究

地方坐标系与CGCS2000坐标系转换方法的研究

陈雷雷

大庆三联实业开发公司黑龙江省大庆市163000

摘要：本文提出了地方坐标系和国家大地坐标系（CGCS2000）的几种转换方法，结合使用Mapinfo坐标转换软件，并进一步分析转换方法的转换结果，并提出相应的结论。

关键词：地方坐标系；CGCS2000坐标系；转换方法；验证

引言

在新时期下，想要推动并发展数字地球、数字区域，必须要加强各类信息的统一整合，加强信息共享度，这就需要结合GIS技术展开多源信息集成，空间坐标系变换和统一则是实现多元数据统一管理、无缝集成的核心。GIS最为重要的信息源就是地图（数字地图），在不同区域、不同时间段，其中的各类地图坐标系也存在着些许差异。我国地图坐标系发展中，在上世纪90年代，我国基本比例尺地形图主要采用了北京54坐标系、1980西安坐标系两种。而地方为了能够满足当地城市建设发展需求，通常会构建独立的坐标系（地方坐标系），部分地区甚至构建了两个及以上的独立坐标系。而如何进行地方坐标系与CGCS2000坐标系相互转换是需要注意的问题。下文通过CGCS2000坐标系、地方坐标系建立原理，分析二者的转换关系，并提出多种有效的转换方法。

1.地方坐标系与CGCS2000坐标系之间的关系

我国地形图比例尺中，小比例尺采用了6°分带、大中比例尺采用了3°分带，均采用了高斯-克吕格投影。构建国家坐标系是以高斯-克吕格投影分带为基础，并且每个分带都构建了直角坐标系，也就是高斯直角坐标系。结合投影变换规律，投影变形越大证明离中央经线的距离越远。绝大部分地区都难以精准的位于投影中央带，这就需要结合CGCS2000坐标系进行转换。以黑龙江省大庆市为例，大庆市辖5区4县，市区所处位置是E124°19'至E125°12'，位于6°分带中的21带，中央经线为E123°；在3°投影带上，主要为42带，中央经线为E126°，其中杜尔伯特蒙古族自治县还属于41带和42带两个投影带，中央经线为E123°、E126°。由此可见，大庆市无法精确的在地图上表达空间信息，所以如果不进行坐标转换，则无法满足大比例尺测图要求，工程建设也无法满足工程要求。因此很多城市都建立了独立的坐标系，在大比例尺地形当中单独使用。

地方坐标系构建，需要结合某地区国家控制点作为原点，通过原点的经线作为中央经线。通常情况下，是在区域中部、西南角选择原点。地方坐标系与CGCS2000坐标系的关系见图1.

图1地方坐标系与CGCS2000坐标系关系

2.地方坐标系和CGCS2000坐标系转换方法

对于当今绝大部分城市来说，城市大比例尺地图都是表示地方坐标系，不表示CGCS2000坐标系（也不表示经纬度）。此类地图数据缺乏通用性，适用范围局限，也是实现数据融合、发展数字地球的一大阻碍。因此，本文通过对地方坐标系、CGCS2000坐标系建立原理、二者相互关系的研究，提出了几种坐标系转换方法，主要有：

2.1直接变换法

如图1所示，地方坐标系与CGCS2000坐标系之间存在着平移、旋转关系，所以想要实现转换可将地方坐标系进行旋转角度

以及平移，计算地方坐标系相对于CGCS2000之间的平移、角度差，即可实现坐标转换。

（1）地方系对CGCS2000系的旋转角

在投影当中，只有中央经线投影是直线，区域经线都是均匀对称同时收敛于中央经线当中。结合地方、国家坐标系的构建原则，两个坐标系之间的夹角则是地球子午线收敛角。只要能够明确某个地方原点经纬度，并利用子午线收敛角计算公式即可得到地方坐标系相对于CGCS2000坐标系的旋转角度α。

（2）平移量

通过图1可知，平移量实则就是地方坐标系原点在国家坐标系当中的坐标值。如果想掌握某个地方坐标系原点的经纬度，首先需要对原点、中央经线之间的经差进行计算，之后通过高斯-克吕格投影公式计算，即可得到地方坐标系对CGCS2000坐标系的平移量（X，Y）。

（3）坐标转换

根据地方坐标系、CGCS2000坐标系间的关系，以及上述所得到的旋转角、平移量，即可进行坐标转换，公式为：

X（国家）=X+x（地方）cosα+y（地方）sinα

Y（国家）=Y-x（地方）sinα+y（地方）cosα

2.2间接变换法

间接变换法的出发点是将地方坐标系、高斯-克吕格直角坐标系相联系，并将其看作是以中央子午线（也就是地方原点经线）为直角坐标纵轴，赤道偏北一定距离同时垂直于中央经线直线作为横轴的地方高斯-克吕格直角坐标（见图1右图）。

采用该方法即可让地方坐标与CGCS2000坐标转换成为了投影转换，直接通过地方直角坐标反映出国家大地坐标。之后再根据国家大地坐标计算出国家高斯直角坐标。虽然该方法理论计算十分复杂，但是通过良好的GIS软件平台，提供精准的坐标数据或相关数据，则可以大大降低转换难度。

3、基于Mapinfo做坐标转换软件设计

结合以上两种地方坐标系与CGCS2000坐标系转换思路，可以利用mapinfo作为开放平台，采用mapbasic设计转换程序，并对两种方法进行对比分析。具体转换思路如图2.

图2基于mapinfo的坐标转换过程

3.1技术关键

在整个mapinfo当中，修改MIF软件是转换中十分重要的过程与关键。这是因为MIF作为空间数据交换文件，其中有两个区域，即数据节、文件头。其中，文件头当中记录了相关mapinfo的若干基础信息，如坐标系定义，通过CoordSys子句完成。由于地方坐标系是一种直角坐标系，在mapinfo当中被定义为NonEarth，也就是“非地球坐标系”。

在实际应用当中，可以通过修改CoorSys子句，即可在不改变坐标系的基础上地图展开重新定义，让非地球坐标系变成地球坐标系。软件系统会结合子句当中所涉及到的参数信息，构建直角坐标系与大地坐标系的关系。

在以上各项转换当中，都是结合高斯-克吕格直角坐标系为基础，投影带原点东偏500000m、北偏0m。但是在地方投影带当中，原点东偏0m，北偏为负值，其绝对值等于地方原点到赤道的经线弧长。

结束语

综上所述，本文提出了两种基本的地方坐标系与CGCS2000坐标系基本转换方法以及结合mapinfo为基础的软件转换形式。直接转换不受软件影响，适用于小范围地区；间接转换对精度要求高，但不受地理位置影响，仅对软件的投影模块完善度要求高，实际工作中依坐标转换精度要求的高低有针对性的选择。

参考文献

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