（1.广东省国土资源测绘院 广州 510500；2.广东省土地调查规划院 广州 510075）
摘要：本文分析了县级国土部门测绘成果转换为2000国家大地坐标中存在的重合点选择不合理、转换方法不恰当、转换过程不严谨、转换中问题分析与处理不全面等问题，提出了县级国土部门测绘成果转换为2000国家大地坐标应当遵循的原则，并对出现的主要问题提出了相应的处理措施。
关键词：2000国家大地坐标系；坐标转换；主要问题及解决措施
Abstract: This paper analyzed the contents of China Geodetic Coordinate System 2000. Especially analyzed the problems in coordinate conversion of surveying and mapping products ,and proposed principles and measures for them.
Keywords:CGCS2000; Coordinate transformation; Problems and Suggestions
1 前言
国家大地坐标系是测制国家基本比例尺地图的基础。我国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图、影像图以及在此基础上生产的各种测绘成果。由于1954年北京坐标系和1980西安坐标系都是参心坐标系，不能满足高精度定位及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要，国民经济建设、国防建设和社会发展以及科学研究等都对国家大地坐标系提出了新的要求，迫切需要采用原点位于地球质量中心的坐标系统（以下简称地心坐标系）作为国家大地坐标系。【1】 2017年2月，国土资源部和国家测绘地理信息局联合印发《关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》，要求自2018年7月1日起在全系统全面使用2000国家大地坐标系（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，英文缩写为CGCS2000，以下简称2000坐标系）。按照国土资源部和国家测绘地理信息局要求，各级国土资源部门负责组织实施和监督管理，完成本辖县（区））各类地理空间数据等存量数据向2000坐标系转换，向社会提供2000坐标系的地理空间信息成果，促进相关部门、单位使用2000坐标系。【2】然而，在实际转换工作中还不同程度的存在着重合点选择不合理、转换方法不恰当、转换过程不严谨、转换中问题分析与处理不全面等问题。本文在深入分析县级国土部门测绘成果转换为2000国家大地坐标中出现的问题的前提下，提出了坐标转换应遵循的原则，并对出现的主要问题提出了相应的解决措施。
2 大地坐标系相关问题分析
2.1参心坐标系的局限性
1.参心坐标系统与地心坐标系的矛盾。1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用，它的表现形式为高斯平面坐标系，是典型的参心坐标系统，只能提供点位平面坐标，而且表示两点之间距离的精确度也比用现代手段测得的低。因此，县级国土部门测绘成果转换为2000国家大地坐标，无可避免的存在着低精度、参心坐标与高精度、地心坐标之间的矛盾，例如：将卫星导航技术获得的高精度点的地心坐标表示在现有参心坐标系的地图上，不仅会造成点位信息的损失（三维空间信息只能表示为二维平面位置），同时也将造成精度上的损失。
2.不同参考椭球参数引发的系统误差。随着科学技术的发展，国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善。1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球，其长半轴要比国际公认的WGS84椭球长半轴的值大3米左右，而这引起的地表长度误差会达到10倍左右。从某县高等级重合点1954年北京坐标系转换为1980西安坐标系以及1980西安坐标系转换为2000坐标系精度统计误差表可以看出参考椭球参数对精度的显著影响，具体见表1和表2。（由于控制点成果为保密数据，此处没有表示控制点坐标与参数。）
4.椭球短半轴指向引发不同坐标系的衔接障碍。1980西安坐标系采用指向JYD1968.0极原点，与国际上通用的地面坐标系如ITRS，或与GPS定位中采用的WGS84等椭球短轴的指向（BIH1984.0）不同。这也为各种不同投影椭球下的测绘成果的衔接使用带来极大的障碍。
3.维持参心坐标系的难度越来越大。随着我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、自然资源管理等领域的科学研究大幅度的发展，极为需要一个以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的地心坐标系统来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题。【3】但是，由于参心坐标系与地心坐标系之间不可调和的差异，维持参心坐标系下的实际点位坐标不变的难度日益加大。
2.22000国家大地坐标系的适宜性分析
每一种大地坐标系都有其自身的制定标准和特点，因此，在开展不同坐标系成果转换之前必须清楚认识每一种大地坐标系的特点和适宜使用的侧重面。从2000国家大地坐标系适用范围看，它的出现首先是为了满足我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、自然资源管理等领域的以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统，也就是说首先是基于国家层面的宏观的小比例尺数据的采集、处理、更新、应用和各部门数据的共享；其次，使得我国多年来形成的各个历史时期的测绘成果统一到一个坐标框架体系下，整个数据可以无缝衔接，使得这些成果在新科技水平基础上发挥更大的作用。基于2000国家大地坐标系的适宜性特点，在转换县级国土部门测绘成果时一定要区分不同测绘等级精度的成果，区分不同大小比例尺成果，区分不同历史时期生产的测绘成果。
3 县级国土部门测绘成果类型
县级国土部门测绘成果涵盖实际应用需要的各级各类空间数据，主要包括遥感影像、土地利用现状、土地利用总体规划、矿产资源总体规划、土地整治规划、农用地分等、基本农田、土地资源批、供、用、补、矿产资源勘查、开发、基础地质、区域地质、地球物理、地球化学等各级各类相关测绘数据。但是，以上测绘成果按照等级、种类、比例尺和成图精度大致可分为以下三种类型：
1、各等级控制点成果。
主要包括GPS各等级控制点成果、5秒以下至图根控制点成果以及其它控制点成果。
2、大比例尺测量成果。大比例尺测量成果包括采用平面坐标的各类1:2000比例尺以上的测绘成果。具体包括1:500比例尺数字化地形图、1:500比例尺数字化地籍图、1:2000比例尺高分辨率影像、土地资源批地、供地、用地、占补平衡项目设计审批图件等。
3、小比例尺测量成果。小比例尺测量成果包括采用球面坐标的各类1:5000比例尺以下的测绘成果。具体包括各种小比例尺地形图、小比例尺地质和各类小比例尺图航空航天遥感影像、土地利用现状调查成果、土地利用总体规划成果、矿产资源总体规划、土地整治规划、农用地分等、基本农田划定成果、矿产资源勘查、开发、基础地质、区域地质、地球物理、地球化学等各级各类相关测绘数据。
4 坐标转换应遵循的原则
由于测绘成果千差万别，形成的历史时期非常长，采用的技术手段也随着不同时期的技术而不同，不可能有一本规范可以全部规定好坐标转换里出现的所有问题，因此，在实际转换工作中我们还必须遵循一些转换的基本原则。
1、实事求是原则
首先要承认历史测绘数据中会存在很多问题，因为测绘就是一项和误差做斗争的工作，贯穿测绘所有的最主要的工作就是不断的减少误差、缩小误差，把误差控制在一个合理的范围内；其次要承认不同坐标系下的数据都有自己的系统误差和偶然误差；第三，也必须承认测绘数据在转换中会存在很多这样或那样的问题。因此，在从事2000国家大地坐标系坐标转换工作中必须要始终坚持实事求是的原则，不逃避，直面发现的问题，进而分析问题和解决问题。那种过度理想化、机械化的想法和做法都是不可取的，甚至可能会严重阻碍2000国家大地坐标系的推广使用以及很多测绘成果向2000国家大地坐标系的转换工作。例如：小比例尺的土地利用现状图可以利用参数进行统一的转换，但是对地籍（权籍）这种对宗地面积要求更准确、对宗地之间相对位置要求很高的测绘产品则只能采取转绘的方式进行。
2、因地制宜原则
之所以要采取因地制宜的原则处理坐标转换的问题，一是由于各地所处的地理位置不同，经纬度不同，行政区划的形状差异也非常大；二是我国是一个发展很不平衡的国家，各个地区经济发展差异大，有些地区落后，测绘成果更新慢，采用的技术手段落后；有些地区则处于经济高速发展阶段，测绘成果更新快，采用的技术手段先进；因此，在实施县级国土部门测绘成果转换为2000国家大地坐标时，必须仔细分析所要转换成果的形成年代、何种坐标系？生产于什么年代？精度如何？与其他测绘成果衔接如何？与国家相关数据衔接如何？只有进行了因地制宜的详细分析，才能够有的放矢，制定合理的转换方法，转换成果的精度才能达到技术设计和实际使用的需要。
3、因数据制宜原则
首先，由于作为空间定位、地理状况展现、国民经济管理需要的测绘成果的应用非常广泛；其次也由于历史存量测绘成果形成于不同的年代，成果获取的手段差异巨大，有手工的也有自动化的，有图解法的也有解析法的；第三，由于不同的测绘成果产生于不同的坐标系和比例尺，有1980西安坐标系下的成果，也有1954年北京坐标系下成果，更有很多独立坐标系下的成果，因此，在进行测绘成果向2000国家大地坐标转换中必须坚持因数据制宜的原则，具体问题具体分析具体处理，必须避免机械转换，眉毛胡子一把抓，只有这样才能避免更多的系统误差的产生。
4、不引发新的错误原则
测绘成果虽然偏重测绘，但在目前的国土管理体系下以及各类成果向多用途使用发展的趋势下，一般都具有两种功能：一方面是基于定位和几何数量信息提取的空间定位功能；另一方面是基于多种信息展现的属性功能。以不动产登记数据库为例：空间定位和几何数量信息表明不动产在哪里（位置）、有多少（面积、长度）、什么样子（形状）；多种信息展现的属性功能表明该不动产是谁的（私人宅基地还是国有土地）、如何获得（划拨还是出让）、怎么样（目前状态是查封还是抵押），因此，在转换工作中，即使先不谈属性转换不能引发新的矛盾问题，首先要保证空间数据转换不能出现新的错误。
5 转换（转绘）中存在问题及解决措施
1、高等级重合点的选择必须规范
选用具有原坐标系和2000国家大地坐标系的控制点作为重合点时，重合点选取的基本原则为：等级高、精度高、分布均匀、覆盖整个转换区域、局部变形小。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。【4】 从目前较多县级控制点坐标转换的联测方案上可以发现，在选择转换的高等级重合点时是不合理的。主要表现为以下一些情况：一是高等级重合点少，分布不均匀，没有较好覆盖整个需转换的区域；二是高等级重合点还比较多，分布也较为均匀，较好覆盖整个需转换的区域，但是，在选择具体点位时，没有进行系统分析，优中选优，更没有将个别误差较大的高等级点排除在外，也为后面的转换产生较大系统误差埋下了隐患。
2、不同使用层面测绘成果必须采取有针对性的转换措施
测绘成果五花八门，有小比例尺也有大比例尺，有矢量图也有影像图，使用领域可以分为国家、省、市、县各级，因此，在转换工作中不同使用层面的成果应当根据各自特点和使用方向各自转换。以国土管理部门数据为例，对于在第二次全国土地调查数据库为基础上做的每年的变更调查成果数据库（此数据库是土地利用总体规划和用地报批的基础数据），建议全部采用国家转换下发的2000国家大地坐标系成果。因为该成果主要是为国家每年快速获取和掌握全国土地利用状况而生产的数据，每年国家要进行该年度与上一年度两个年度影像数据的对比分析，因此要求空间基础必须统一，不能变来变去或成果之间误差过大。如果省里也转一套、县里也转一套，由于参数不同，误差配赋不一样，势必造成国家、省和县转换的成果彼此有误差，结果就是让使用者无所适从，陷入不必要的混乱。
3、不同比例尺成果应当根据各自特点分门别类的处理
测绘成果各种从小比例尺到1：500的大比例尺非常繁多，小比例尺成果由于比例尺小、精度低、球面面积，使用层面多为宏观综合统计分析，因此，只要系统误差控制得当，通常采用直接转换的方式。而大比例尺成果通常是比例尺大、精度高、平面面积，对误差控制范围要求严格，因此不宜直接采取转换的方法，应当根据具体情况采用转换或转绘，即系统误差不超限，转换精度高可以直接转换；对系统误差个别地方超限多，转换后精度不能有效保证的成果，尤其是一些地方独立坐标系成果，则应当采用转绘的方式，保证地物点相对关系准确。例如：如果直接转换误差超限，则1980西安坐标系下地籍成果中的宗地界址的转换，就应当是将宗地界线和界址点对照1980西安坐标系的地籍图中房角或墙角的位置，直接将界址线和界址点标定在2000大地坐标系成果的对应的房角或墙角处。
4、不同测绘成果应当根据成果特点设置合理的转换误差值
《2000国家大地坐标系转换指南》中明确规定“对于1954年北京坐标系、1980西安坐标系与2000国家大地坐标系分区转换及数据库转换点位的平均精度应小于图上的0.1mm。具体如下：对于1:5千坐标转换，1980西安坐标系与2000国家大地坐标系转换分区转换平均精度≤0.5m;1954年北京坐标系与2000国家大地坐标系转换分区转换平均精度≤1.0m;1:5万基础地理信息数据库坐标转换精度≤5.0m;1:1万基础地理信息数据库坐标转换精度≤1.0m;1:5千基础地理信息数据库坐标转换精度≤0.5m。”【5】
虽然这里规定的是图上的精度，但是，它反映出测绘成果一个很重要的性能，即测绘是有误差的，合格的测绘成果是指控制在一定误差范围内的可供使用的产品，因此，在转换工作中也不能完美主义作祟，盲目高要求，不问青红皂白把误差值设置的非常高，应当根据不同的成果设置合理的误差值，转换后的成果达到误差要求即为合格。
5、测绘点位和测绘成果的检核与分析应当更加全面
从实际案例还可以发现一些项目在坐标转换前后没有对测绘点位和测绘成果进行内外业科学、合理的检测分析。主要表现为以下一些情况：一种情况是转换前没有对被转换测绘成果的测制年代、施测方法、误差情况、适用范围、主要功用、突出问题等进行深入细致的分析，只是根据坐标系、高等级重合点等做了一个简单的收集和分析，然后就开始进行转换，天然的认为被转换成果都是理想化的、没有任何问题的，更谈不上针对一个地区的历史、当时实测的限制条件、实际使用中曾经出现的问题进行更为专业、系统的分析；另一种情况是坐标转换后也不对成果进行细致的检查和分析，例如：起算点转换后误差情况分析、成果整体误差分布状况、成果中是否出现了粗差、成果预使用中有什么问题等，只是一味机械转换，很多问题等到使用方实际使用时才发现，造成不可挽回的损失。例如：作业单位应当在转换后坚持使用高精度等级点或高精度成果检核对比转换后的成果，及时发现问题、分析问题和处理问题，不能将一个没有进过细致检查分析处理的测绘成果提交给国土部门使用。
6 结束语
2000国家大地坐标系坐标转换工作是一项复杂的系统工程，成果对国民经济建设、政府管理会产生深远影响，因此，在从事该项工作中一定要按照测绘工作的基本规律，实事求是、因地制宜、循序渐进、分门别类的开展工作。无论采用何种巧妙的方法、何种先进的技术手段，都要以满足规范要求和实际工作需要为准绳，只有这样才能生产出合格的坐标转换成果。
参考文献：（References）
[1]2000国家大地坐标系 ．国家测绘地理信息局．2010-01-15[引用日期2013-08-08]
[2]2017年2月，国土资源部和国家测绘地理信息局联合印发《关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》（国土资发〔2017〕30号），
[3]魏子卿. 2000中国大地坐标系[J]. 大地测量与地球动力学, 2008, 28(6):1-52000
[4]测绘通报.2016年增刊.天津市陆海坐标系统一转换研究.张 奇.）
[5]2000国家大地坐标系转换指南 https://baijiahao.baidu.com/s?id=1572430483823259&wfr=spider&for=pc
第一作者：刘锐冰（1987.2-），男，汉族，出生于广东省揭阳市，学士，测绘工程师，研究的主要方向为工程测量。
论文作者:刘锐冰1,刘连胜2
论文发表刊物:《科技研究》2019年4期
论文发表时间:2019/6/18
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