【技術(shù)】使用ArcGIS實(shí)現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到北京54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換

1.坐標(biāo)轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)介

坐標(biāo)系統(tǒng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換既包括不同的參心坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，或者不同的地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，也包括參心坐標(biāo)系與地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換以及相同坐標(biāo)系的直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，還有大地坐標(biāo)與高斯平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換。在兩個(gè)空間角直坐標(biāo)系中，假設(shè)其分別為O--XYZ和O--XYZ，如果兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)相同，通過(guò)三次旋轉(zhuǎn)，就可以使兩個(gè)坐標(biāo)系重合；如果兩個(gè)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)不在同一個(gè)位置，通過(guò)坐標(biāo)軸的平移和旋轉(zhuǎn)可以取得一致；如果兩個(gè)坐標(biāo)系的尺度也不盡一致，就需要再增加一個(gè)尺度變化參數(shù)；而對(duì)于大地坐標(biāo)和高斯投影平面坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換，則需要通過(guò)高斯投影正算和高斯投影反算，通過(guò)使用中央子午線的經(jīng)度和不同的參考橢球以及不同的投影面的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

如何使用ArcGIS實(shí)現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到BJ54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換？這是很多從事GIS工作或者測(cè)繪工作者普遍遇到的問(wèn)題。本文目的在于幫助用戶解決這個(gè)問(wèn)題。

我們通常說(shuō)的WGS-84坐標(biāo)是指經(jīng)緯度這種坐標(biāo)表示方法，北京54坐標(biāo)通常是指經(jīng)過(guò)高斯投影的平面直角坐標(biāo)這種坐標(biāo)表示方法。為什么要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換？我們先來(lái)看兩組參數(shù)，如表1所示：

表1 BJ54與WGS84基準(zhǔn)參數(shù)

很顯然，WGS84與BJ54是兩種不同的大地基準(zhǔn)面，不同的參考橢球體，因而兩種地圖下，同一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)是不同的，無(wú)論是三度帶六度帶坐標(biāo)還是經(jīng)緯度坐標(biāo)都是不同的。當(dāng)要把GPS接收到的點(diǎn)（WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)的）疊加到BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)的底圖上，那就會(huì)發(fā)現(xiàn)這些GPS點(diǎn)不能準(zhǔn)確的在它該在的地方，即“與實(shí)際地點(diǎn)發(fā)生了偏移”。這就要求把這些GPS點(diǎn)從WGS84的坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成BJ54的坐標(biāo)系統(tǒng)了。

有關(guān)WGS84與BJ54的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，實(shí)質(zhì)是WGS-84橢球體到BJ54橢球體的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。如果我們是需要把WGS84的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成BJ54的高斯投影坐標(biāo)，那就還會(huì)涉及到投影變換問(wèn)題。因此，這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，一般的GPS數(shù)據(jù)處理軟件都是采用下述步驟進(jìn)行的：

1）（B，L）84——（X，Y，Z）84，空間大地坐標(biāo)到空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

2）（X，Y，Z）84——（X，Y，Z）54，坐標(biāo)基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，即Datum轉(zhuǎn)換。通常有三種轉(zhuǎn)換方法：七參數(shù)、簡(jiǎn)化三參數(shù)、Molodensky。

3）（X，Y，Z）54——（B，L）54，空間直角坐標(biāo)到空間大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。

4）（B，L）54——（x，y）54， 高斯投影正算。

從以上步驟不難看出，轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是第二步，轉(zhuǎn)換的參數(shù)。鑒于我國(guó)曾使用不同的坐標(biāo)基準(zhǔn)（BJ54、State80、Correct54），各地的重力值又有很大差異，所以很難確定一套適合全國(guó)且精度較好的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在WGS-84坐標(biāo)和北京54坐標(biāo)之間是不存在一套轉(zhuǎn)換參數(shù)可以全國(guó)通用的，在每個(gè)地方會(huì)不一樣。

必須了解，在不同的橢球之間的轉(zhuǎn)換是不嚴(yán)密的。那么，兩個(gè)橢球間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)該是怎樣的呢？一般而言比較嚴(yán)密的是用七參數(shù)法，即3個(gè)平移因子（X平移，Y平移，Z平移），3個(gè)旋轉(zhuǎn)因子（X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)），一個(gè)比例因子（也叫尺度變化K）。國(guó)內(nèi)參數(shù)來(lái)源的途徑不多，一般當(dāng)?shù)販y(cè)繪部門會(huì)有。通行的做法是：在工作區(qū)內(nèi)找三個(gè)以上的已知點(diǎn)，利用已知點(diǎn)的BJ54坐標(biāo)和所測(cè)WGS84坐標(biāo)，通過(guò)一定的數(shù)學(xué)模型，求解七參數(shù)。若多選幾個(gè)已知點(diǎn)，通過(guò)平差的方法可以獲得較好的精度。如果區(qū)域范圍不大，最遠(yuǎn)點(diǎn)間的距離不大于30Km（經(jīng)驗(yàn)值），這可以用三參數(shù)，即只考慮3個(gè)平移因子（X平移，Y平移，Z平移），而將旋轉(zhuǎn)因子及比例因子（X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K）都視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。北京54和西安80也是兩種不同的大地基準(zhǔn)面，不同的參考橢球體，他們之間的轉(zhuǎn)換也是同理。在ArcGIS中提供了三參數(shù)、七參數(shù)轉(zhuǎn)換法。而在同一個(gè)橢球里的轉(zhuǎn)換都是嚴(yán)密的，在同一個(gè)橢球的不同坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換需要用到四參數(shù)轉(zhuǎn)換，舉個(gè)例子，在深圳既有北京54坐標(biāo)又有深圳坐標(biāo)，在這兩種坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換就用到四參數(shù)，計(jì)算四參數(shù)需要兩個(gè)已知點(diǎn)。

2.ArcGIS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換例子

2.1 應(yīng)注意問(wèn)題

使用ArcGIS如何實(shí)現(xiàn)WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)到BJ54高斯投影坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換呢？在ArcGIS中，這個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換步驟簡(jiǎn)化了，用戶只需要兩個(gè)步驟就能夠直接從最初的WGS84經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到BJ54高斯投影坐標(biāo)。這就是ArcGIS的強(qiáng)大之處。

接下來(lái)，我們做一個(gè)例子。假設(shè)我們已經(jīng)知道了7參數(shù)，應(yīng)該如何操作呢？在具體的操作前，請(qǐng)大家一定注意以下三點(diǎn)：

WGS84的經(jīng)緯度坐標(biāo)值是用度來(lái)表示，而不能是度分秒表示

七參數(shù)的平移因子單位是米，旋轉(zhuǎn)因子單位是秒，比例因子單位是百萬(wàn)。

在ArcGIS中，7參數(shù)法的名字是Coordinate_Frame 方法。

有人在用ArcGIS進(jìn)行不同橢球體間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)換出來(lái)的結(jié)果不對(duì)，然后就寫文章說(shuō)變形如何如何，很可能是由于他們沒(méi)有注意上面這三個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題造成的。

2.2 轉(zhuǎn)換步驟

a、定義7參數(shù)的地理轉(zhuǎn)換（Create Custom Geographic Transformation）

在Arctool中打開(kāi)Create Custom Geographic Transformation工具，如圖1所示：

圖1

在彈出的窗口中，輸入一個(gè)轉(zhuǎn)換的名字，如wgs84ToBJ54。在定義地理轉(zhuǎn)換方法下面，在Method中選擇合適的轉(zhuǎn)換方法如 COORDINATE_FRAME，然后輸入平移參數(shù)、旋轉(zhuǎn)角度和比例因子，如圖2所示：

圖2

b、投影變換

打開(kāi)工具箱下的Projections and Transformations>Feature>Project，在彈出的窗口中輸入要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)以及Output Coordinate System，然后輸入第一步自定義的地理坐標(biāo)系如wgs84ToBJ54，開(kāi)始投影變換，如圖3所示：

圖3

點(diǎn)擊“確定”，完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3.結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)已啟用新的坐標(biāo)系統(tǒng)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國(guó)家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過(guò)渡期仍需一段較長(zhǎng)時(shí)期，在實(shí)際工作、工程中還遇到不同坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換，本文針對(duì)在生產(chǎn)中從事測(cè)繪工作遇到的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題提供解決方法和經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)同行有所參考。

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)