ArcGIS平台大地坐标向高斯平面坐标转换方法研究

牛娟

新疆水利水电勘测设计研究院 中国 · 新疆 昌吉 831100

【摘要】坐标转换是工程测绘中常见的工作，目前中国开展测绘工程所使用的坐标系是椭球分带高斯坐标系、独立坐标系和地方坐标系3种。而测绘工作得到的初始坐标系是由GPS测量所得的大地经纬度坐标系，因此，需要将原有的坐标系转换为符合国家标准的坐标系。论文对经纬度坐标系向高斯坐标系的转换方式进行了研究。

【Abstract】Coordinate transformation is a common work in engineering surveying and mapping. At present, there are three coordinate systems used in surveying and mapping engineering in China: ellipsoid zonal Gaussian coordinate system, independent coordinate system and local coordinate system. The initial coordinate system obtained from surveying and mapping is the geodetic longitude and latitude coordinate system obtained from GPS survey, so it is necessary to convert the original coordinate system to the coordinate system conforming to the national standards. In this paper, the transformation method from the longitude and latitude coordinate system to the Gauss coordinate system is studied.

【关键词】ArcGIS；大地坐标；高斯平面坐标；坐标转换

【Keywords】ArcGIS; geodetic coordinate; Gauss plane coordinate; coordinate transformation

1 引言

目前，进行坐标系转换的方式主要是使用工程测绘软件，如LGO和国产的中海达^[1]等，在进行坐标转换时，首先将原始大地坐标系（B₀，L₀）转换到椭球下的直角坐标（X₀，Y₀，Z₀），之后将椭球下的直角坐标转换为目标椭球下的直角坐标（X，Y，Z），再后将直角坐标（X，Y，Z）转换为相同椭球下的大地坐标（B，L），最后将大地坐标（B，L）投影为高斯坐标（x，y）。而使用ArcGIS，仅需两步即可完成大地坐标系向高斯坐标系的转换，因此，本文以某地区的测绘实例，对基于ArcGIS的坐标转换方式进行了研究。

2 目标坐标系

该工程中所用的坐标系为CGCS 2000国家大地坐标系，该坐标系为一种地心坐标系，是以ITFR97框架为基础，以地球的中心为原点构件的地心坐标系^[2]。在对该坐标系进行转换时，应当定义空间直角坐标系的原点，即地球的中心；X轴为IERS的参考子午面；Y轴为右手地心地固直角坐标系；Z轴为IERS参考极的方向。

椭球坐标系的定义方式与空间直角坐标系相似，椭球的原点与直角坐标系的原点一致，旋转轴与Z轴的方向一致，椭球的旋转平面为地球和重力场的参考平面。

3 坐标转换实例

本文中所使用的坐标转换方式基于ArcGIS，采用七参数转换法，涉及参数转换、ArcGIS坐标定义和坐标转换三部分。

3.1 转换流程与参数

本文中测绘工程所用的原始坐标系是WGS 84坐标系，这种坐标系与CGCS 2000坐标系同属于地心坐标系，但其坐标的表现形式和参考的椭球体都是不相同的，因此，将WGS坐标系直接应用到CGCS坐标系时，会发生点坐标的偏移，需要进行坐标的转换^[3]。传统的转换流程需要进行三次转换，其中需要应用七参数转换、三参数转换、坐标投影和高斯反算等方法，而使用ArcGIS技术，仅需要在定义目标坐标系后，使用七参数转换和三参数转换即可完成，比原先的转换方式更加便捷。

在应用ArcGIS进行转换时，需要定义两种坐标系的椭球参数，七参数的转换公式为：

（1）

式中，X₀、Y₀、Z₀是平移参数； 、 和 为旋转参数；k为尺度参数。

通过将已知的参数代入公式，即可通过七参数法完成对两个不同的椭球下的坐标系的转换。在实际测绘工作时，为确保能够获取足够的已知参数，可以在测绘的工程中布置若干公共点，通过两种不同参考平面下坐标的测绘即可获取足够的参数。当公共点的数量较多，已知参数也较多时，通过测量平差原理可以组成并解方程，并求出转换参数，本文中工程求得的转换参数见表1。

表1 七参数表

3.2 自定义坐标转换

基于ArcGIS的坐标转换需要借助相关软件进行，在ArcGIS软件中，使用“创建自定义地理变换”工具，由于本文中需要完成WGS 84到CGCS 2000的转换，因此转换名称设置为WGS84 to CGCS 2000，输入的坐标系选取为“GCS_WGS_1984”，输出的坐标系选取为“CGCS 2000”。

需要注意的是ArcGIS软件中自带的CGCS 2000坐标系是3°带和6°带的中央子午线，不符合中国国家标准对高斯坐标系的规定，因此，在设置CGCS 2000坐标系时，应当自定义CGCS 2000椭球下的独立坐标系，本文选取的设置为：

False_Easting: 500000.0；

False_Northing: 0.0；

Central_Meridian: 101.945；

Scale_Factor: 1.0；

Latitude_Of_Origin: 0.0；

Linear Unit: Meter 1.0。

随后将前期通过七参数转换法获得的参数输入到ArcGIS软件中即可。

3.3 投影变换

在完成坐标系的设置与参数的输入后，通过ArcGIS软件中的工具栏中的转换—要素—投影即可完成坐标系的转换。

由于ArcGIS软件的特点，在转换时应当注意WGS 84坐标系的单位应当使用经纬度表示，而不能使用传统的度分秒表示。此外，像七参数的单位和软件中坐标系的命名也是使用软件时需要注意的点，一般情况下不得随意改动。

4 结语

本文结合现有的测绘案例，对基于ArcGIS的大地坐标系向高斯坐标系的转换方式进行了研究。基于ArcGIS坐标系转换方式的优势在于其更加方便快捷，这种方式不仅更加节省时间，其基于矢量图层转换的方式精度更高，可以节约大量后期工作的精力，期待这种方式在中国测绘工作中得到推广应用。

【参考文献】

[1]贝立臣,焦创局.关于工程测量中不同坐标系变换与精度的探讨[J].科学技术创新,2017(9):46.

[2]康世英.基于国家坐标系的独立坐标系建立新方法[J].测绘地理信息,2018(5):58-60.

[3]孟勇奇.濮阳市国土资源空间数据2000国家大地坐标系转换成果通过验收[J].资源导刊,2018(17):41.