[发明专利]一种基于地理信息应用城市独立坐标系参数获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用高斯投影技术，通过估算城市独立坐标系参数，从而实现地理信息在各坐标系间相互转换的方法，具体是一种基于地理信息应用城市独立坐标系参数获取方法。

背景技术

随着计算机及信息技术的进步，地理信息产业取得了长足的发展。作为地理信息产业核心的资产──地理信息数据的重要性也日益凸显。我国现有的地理空间信息横向上分布在不同委办局，纵向上又分散在市、区（县）、乡（镇）等多级行政级别，呈现出典型的“多重分布”的复杂特性，在坐标体系上，我国先后建成了北京54坐标系、西安80坐标系、2000国家坐标系，国际上较通用的有WGS84坐标系，而在城市规划、建设、管理等实际工作中，又多采用城市独立坐标系，导致在地理信息应用过程中，需要通过坐标转换来整合不同空间数据。

目前，坐标转换理论很成熟，相关的方法研究也比较多，最常用的有四参数、七参数。其中四参数是平面仿射变换，比较简单，缺点是没有考虑椭球体的变形，不能进行大范围高精度的坐标转换。而七参数转换基于参考椭球，理论严谨，转换精度高，控制范围大，是地理信息应用中常用的一种方法。但七参数法需要知道各城市独立坐标系的参数，但这些数据涉密，在实际应用中很难获取。

建立城市独立坐标系的目的是为了满足投影变形小于2.5cm/km的要求。我国大地测量法和有关测量规范中明确规定，国家大地测量控制网依高斯投影方法按3°带或6°带进行分带和计算，并把观测成果归算到参考椭球面上。这样的规定，不但符合高斯投影的分带原则和计算方法，与国际惯例相一致，而且也便于大地测量成果的统一、使用和互算。但由于我国国土辽阔，地形复杂，我国的北京54坐标系、西安80坐标系的参考椭球长半径比国际椭球半径大，与地球表面存在一定的套合差，所以国家在对原有北京54坐标系、西安80坐标系进行优化的基础上，建立2000国家坐标系。同时根据高斯投影变化规律，离中央子午线越远，变形越大，按照国家坐标分带不能满足变形小于2.5cm/km的要求，因此我国大部分城市和地区布设城市测量控制网都基于北京54坐标系、西安80坐标系或2000国家坐标系参考椭球，采用任意带的独立高斯投影平面直角坐标系，归算测量结果的参考面也是根据需要选定的方法来建立城市独立坐标系。

在计算城市独立坐标系参数中，通常利用高斯投影理论，进行大地坐标和高斯平面直角坐标间的相互转换，其中城市独立坐标系采用高斯平面直角坐标，北京54坐标系、西安80坐标系或2000国家坐标系采用大地坐标，方法如下：

1、大地坐标（B，L，H）：大地坐标是采用大地纬度B、经度L和大地高程H来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角；经度是空间的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角λ；大地高程是空间的点沿着参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离，参见图1。

2、高斯平面直角坐标（x，y，H）：其中，x，y表示平面坐标，H表示大地高程。椭球体中心O在椭圆柱中心轴上，椭球体南北极与椭圆柱相切，并使某一子午线与椭圆柱相切。此子午线称中央子午线。然后将椭球体面上的点、线按正形投影条件投影到椭圆柱上，再沿椭圆柱N、S点母线割开，并展成平面，即成为高斯投影平面，参见图2。在此平面上：

①中央子午线是直线，其长度不变形，离开中央子午线的其他子午线是弧形，凹向中央子午线。离开中央子午线越远，变形越大。

②投影后赤道是一条直线，赤道与中央子午线保持正交。

③离开赤道的纬线是弧线，凸向赤道。

3、空间直角坐标（X，Y，Z）的坐标原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上切按右手系于X轴呈90度夹角，某点中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。参见图1。

大地坐标向高斯平面坐标转换（高斯投影正算公式）：