摘要：在测绘和地理信息工作者日常业务中，空间坐标转换是时常会面对的一个问题，同时坐标转换一直是空间数据处理里面一个非常重要的内容，直接影响着测绘工作者工作效率的提高。本文首先介绍了不同坐标系的含义及特点，其次介绍了坐标转换原理与方法，阐述了七参数的计算与精度检查思路，具体介绍了在ARCGIS和CASS软件功能相结合，通过将1980西安坐标系转换为2000国家大地坐标系进而求取转换七参数的具体方法。
关键词：坐标系；坐标转换；1980西安坐标系；2000国家大地坐标系
引言：根据我国测绘发展相关管理文件要求，我国测绘坐标体系自2008年7月1日起统一采用2000国家大地坐标系，1980西安坐标系经过长达二十多年的应用，在各行各业形成了大量的基础性资料成果，因此均面临着大量资料的坐标转换需求，鉴于空间坐标转换具有很强的抽象性，本文以实际应用为主要的理念，主旨在提高作业人员在实际工作中的操作技能，切实提高业务能力。
1.不同坐标系特点
1980西安坐标系是参心坐标系，椭球短轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向；Y轴与 Z、X轴成右手坐标系，该椭球长轴为6378140M，短轴为6356755.2882M，扁率为1/298.257，坐标起算原点在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。
2000国家大地坐标系是我国当前最新的国家大地坐标系，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系，该椭球长轴为6378137M，短轴为6356752.3141M，扁率为1/298.257。
2.七参数坐标转换原理与方法
两个不同的三维空间直角坐标系之间转换时，通常使用七参数模型（数学方程组），在该模型中有七个未知参数，即：三个坐标平移量（△X，△Y，△Z），为两个空间坐标系的坐标原点之间坐标差值；三个坐标轴的旋转角度（△α，△β，△γ）），通过按顺序旋转三个坐标轴指定角度，可以使两个空间直角坐标系的XYZ轴重合在一起；尺度因子K，即两个空间坐标系内的同一段直线的长度比值，实现尺度的比例转换。通常K值几乎等于1。通常至少需要三个公共已知点，在两个不同空间直角坐标系中的六对XYZ坐标值，才能推算出这七个未知参数，计算出了这七个参数，就可以通过七参数方程组，将一个空间直角坐标系下一个点的XYZ坐标值转换为另一个空间直角坐标系下的XYZ坐标值。
3.七参数求取工作思路
3.1转换参数计算；（1）首先根据作业区域和作业要求选择恰当的转换模型；（2）选取多余三个重合点，通过重合点和相关软件计算转换参数；（3）计算重合点坐标残差，剔除残差大于3倍单位权重误差的重合点；（4）重复上述（2）和（3），使重合点坐标残差均小于3倍单位权重误差，本次采用七参数转换模型时，重合点不少于8个；（5）由确定的重合点计算转换参数。
3.2坐标转换；通过利用转换参数进行坐标转换，而求得各控制点在2000国家大地坐标系坐标。v（转换残差）=已知点2000国家大地坐标系的平面坐标-转换求算的该点2000国家大地坐标系平面坐标，X坐标转换中误差：MX=∑△vx2/n，Y标转换中误差：MY=∑△vy2/n，转换中误差：M=（MX2+MY2）/2。
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3.3外部符合精度检核的方法；（1）把未参与计算转换参数的重合点作为外部检核点，其中点数一般不少于6个并且均匀分布；（2）利用转换参数计算外部检核点的2000大地坐标与该外部检核点的已知2000大地坐标进行比较，检核公式同坐标转换残差计算公式相同。
4．多款软件相结合计算七参数具体实现
4.1数据准备；准备同一个行政村的村界shp文件，分别为村界1980西安坐标系.shp和村界2000国家大地坐标系.shp。
4.2 ARCGIS中坐标对应；（1）打开ARCGIS，在目录空白处单击鼠标右键，建立文件数据库（命名自己定）；（2）在数据库名称处点击鼠标右键，导入第一步导出的两个SHP文件；（3）在数据库中对文件点击右键，定义文件坐标系，注意选择正确的坐标系；（4）将数据库中两个SHP文件拖入到左侧图层中，然后对图层文件单击鼠标右键，打开属性表，在属性表左上角小三角处点击鼠标左键，分别添加3个字段 字段名称分别为“X” “ Y” “MJ”类型选择“双精度”。（5）分别点击X、Y、MJ三个字段，然后点击鼠标右键选择计算几何，分别计算质心的X坐标、质心的Y坐标和面积；（5）关闭属性表，对另一个图层做相同的操作；（6）表转EXCEL打开ARCGIS工具箱找到工具表转EXCEL 分别转出两个EXCEL文件，名称分别起名2000和80，存储路径选择第一步的文件夹中；（7）用EXCEL打开转出的两个表格，将80和2000的X Y MJ这3列粘贴到一个EXCEL页面中进行排序；（8）打开记事本，将排序好的数据粘贴进去做成西安1980坐标和2000国家大地坐标系坐标一一对应的格式 保存到第一步建立的文件夹中，名称起名村名界限即可。
4.3 CASS中坐标求取参数；（1）打开CASS，选择地物编辑中的坐标转换工具；（2）点击计算四参数或计算七参数，选择图形转换，然后选择使用四参数转换或使用七参数转换，转换后结果粘贴到2000坐标的CAD图中检查精度；（3）如果精度满足要求就算求取转换参数合格，如果不满足要求需检查前面步骤是否出错，检查合格后将txt文件统一保存到一个文件夹中方便以后进行地形图或点转换。
5．七参数精度检查
在依据上述操作求取七参数后选择未参与求取七参数转换的已知外部点过ARCGIS软件进行由西安1980坐标系到2000国家大地坐标系的转换，通过比对转换后坐标与已知坐标的差值进而检查七参数转换精度。首先选取若干分布均匀的外部点，加载到ARCGIS中，启动ARCGIS工具箱中的的创建自定义地理（坐标）转换工具，创建坐标转换方法，以便在两个地理坐标系或基准面之间对数据进行转换，在此工具对话框中先输入坐标转换名称如80-2000，然后依次选择输入地理坐标系（选择西安1980坐标系）、选择输出地理坐标系（选择2000国家大地坐标系），在自定义地理（坐标）变换选项处对于转换方法选择COORDINATE_FRAME方法，并在下方对话框依次输入上述计算求取的七参数。
切换到ARCGIS工具箱中的投影工具下，打开此工具对话框，首选选择输入需要转换的数据集或要素类，在此选择已知外部点也就是检查点，并选择输入坐标系为西安1980坐标系，输出坐标系选择2000国家大地坐标系，地理（坐标）变换方法选择上述自定义的坐标转换方法如80-2000，经过此过程即可将已知外部点即检查点的西安1980坐标系转换为2000国家大地坐标系，然后将转换得到的2000国家大地坐标系坐标与已知坐标值按照前述精度检查方法进行精度检查，以符合坐标转换的精度要求。
6结论
通过本次七参数计算及精度检查，掌握了不同地理坐标系或基准面之间坐标转换的原理与方法，对坐标转换有了更深刻的理解和认识，通过多款软件的具体操作，在提高理论水平的同时增强了具体业务的处理能力。
参考文献：
［1］章永斌.兰溪市国土数据资料坐标转换工作的思考.《中小企业管理与科技》（下旬刊）2018，（05），91-93
论文作者:奴里曼古尔•乌斯曼
论文发表刊物:《基层建设》2020年第2期
论文发表时间:2020/5/6