[發明專利]一種基于地理信息應用城市獨立坐標系參數獲取方法

有效

• 申請號: 201310361732.9
• 申請日: 2013-08-19
• 公開（公告）號: CN103389080A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 高翔;羅靈軍;張澤烈;袁超;蒲德祥;張治清;胡艷;李莉;程宇翔;李仕鋒
• 申請（專利權）人: 重慶市地理信息中心
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G06F19/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明涉及利用高斯投影技術，通過估算城市獨立坐標系參數，從而實現地理信息在各坐標系間相互轉換的方法，具體是一種基于地理信息應用城市獨立坐標系參數獲取方法。

背景技術

隨著計算機及信息技術的進步，地理信息產業取得了長足的發展。作為地理信息產業核心的資產──地理信息數據的重要性也日益凸顯。我國現有的地理空間信息橫向上分布在不同委辦局，縱向上又分散在市、區（縣）、鄉（鎮）等多級行政級別，呈現出典型的“多重分布”的復雜特性，在坐標體系上，我國先后建成了北京54坐標系、西安80坐標系、2000國家坐標系，國際上較通用的有WGS84坐標系，而在城市規劃、建設、管理等實際工作中，又多采用城市獨立坐標系，導致在地理信息應用過程中，需要通過坐標轉換來整合不同空間數據。

目前，坐標轉換理論很成熟，相關的方法研究也比較多，最常用的有四參數、七參數。其中四參數是平面仿射變換，比較簡單，缺點是沒有考慮橢球體的變形，不能進行大范圍高精度的坐標轉換。而七參數轉換基于參考橢球，理論嚴謹，轉換精度高，控制范圍大，是地理信息應用中常用的一種方法。但七參數法需要知道各城市獨立坐標系的參數，但這些數據涉密，在實際應用中很難獲取。

建立城市獨立坐標系的目的是為了滿足投影變形小于2.5cm/km的要求。我國大地測量法和有關測量規范中明確規定，國家大地測量控制網依高斯投影方法按3°帶或6°帶進行分帶和計算，并把觀測成果歸算到參考橢球面上。這樣的規定，不但符合高斯投影的分帶原則和計算方法，與國際慣例相一致，而且也便于大地測量成果的統一、使用和互算。但由于我國國土遼闊，地形復雜，我國的北京54坐標系、西安80坐標系的參考橢球長半徑比國際橢球半徑大，與地球表面存在一定的套合差，所以國家在對原有北京54坐標系、西安80坐標系進行優化的基礎上，建立2000國家坐標系。同時根據高斯投影變化規律，離中央子午線越遠，變形越大，按照國家坐標分帶不能滿足變形小于2.5cm/km的要求，因此我國大部分城市和地區布設城市測量控制網都基于北京54坐標系、西安80坐標系或2000國家坐標系參考橢球，采用任意帶的獨立高斯投影平面直角坐標系，歸算測量結果的參考面也是根據需要選定的方法來建立城市獨立坐標系。

在計算城市獨立坐標系參數中，通常利用高斯投影理論，進行大地坐標和高斯平面直角坐標間的相互轉換，其中城市獨立坐標系采用高斯平面直角坐標，北京54坐標系、西安80坐標系或2000國家坐標系采用大地坐標，方法如下：

1、大地坐標（B，L，H）：大地坐標是采用大地緯度B、經度L和大地高程H來描述空間位置的。緯度是空間的點與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經度是空間的點與參考橢球的自轉軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角λ；大地高程是空間的點沿著參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離，參見圖1。

2、高斯平面直角坐標（x，y，H）：其中，x，y表示平面坐標，H表示大地高程。橢球體中心O在橢圓柱中心軸上，橢球體南北極與橢圓柱相切，并使某一子午線與橢圓柱相切。此子午線稱中央子午線。然后將橢球體面上的點、線按正形投影條件投影到橢圓柱上，再沿橢圓柱N、S點母線割開，并展成平面，即成為高斯投影平面，參見圖2。在此平面上：

①中央子午線是直線，其長度不變形，離開中央子午線的其他子午線是弧形，凹向中央子午線。離開中央子午線越遠，變形越大。

②投影后赤道是一條直線，赤道與中央子午線保持正交。

③離開赤道的緯線是弧線，凸向赤道。

3、空間直角坐標（X，Y，Z）的坐標原點位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點，Y軸位于赤道面上切按右手系于X軸呈90度夾角，某點中的坐標可用該點在此坐標系的各個坐標軸上的投影來表示。參見圖1。

大地坐標向高斯平面坐標轉換（高斯投影正算公式）：