一种地方坐标系与任意平面坐标系转换参数加密方法与流程

1.本发明涉及一种地方坐标系与任意平面坐标系转换参数加密方法。更具体地说它是一种无需利用地方坐标系参数的同时实现地方坐标系和任意平面坐标系之间转换的方法。


背景技术：

2.为了推广新建立的地方坐标系的使用，通常需要将历史数据转换至新地方坐标系下，这就要求实现新建的地方坐标系与任意平面坐标系之间的互相转换。如现有公开号为cn106202000a，专利名称为《国家三维坐标系与任意地方平面坐标系间七参数转换方法》，其公开了针对国家三维坐标系与地方平面坐标系之间的转换方法，其核心在于利用加常数改正平面坐标，利用三参数纠正高程值，其作用是获取一个精度较高的转换七参数。现有公开号为cn107479078b，专利名称为《铁路测量中大地坐标转换为独立平面坐标的方法及系统》，其公开了应用于铁路测量中的大地坐标转换为独立平面坐标的方法，其通过膨胀椭球高斯投影变换来获得平面坐标。
3.某些城市地方独立坐标系参数是涉密数据，而为了该独立坐标系的推广使用，又不得不将其他坐标下的坐标点对、各种格式的图件等转换至该坐标系下，目前市场上存在的转换方法均需要获取独立坐标系参数，这就容易导致参数的泄露。现有技术尚未有涉及参数保密地方坐标系与任意平面坐标系之间的转换的报道。
4.因此，开发一种参数保密的无需使用独立坐标系参数的坐标转换方法很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种地方坐标系与任意平面坐标系转换参数加密方法，在不使用地方坐标系的中央子午线、北向、东向偏移量等参数的情况下实现该地方坐标系与任意平面坐标系之间的坐标转换，从而实现在坐标转换过程中地方坐标系参数的保密。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种地方坐标系与任意平面坐标系转换参数加密方法，其特征在于：包括如下步骤，
7.步骤一：确定中间投影坐标系a1；
8.确定中间投影坐标系a1；由于直接使用参数将坐标从地方坐标系a转换至目标坐标系b通常超出精度限差，而随意选取中间投影坐标系a1也并非能达到精度要求，因此本发明通过精度指标确定中间投影坐标系a1；
9.步骤二：利用地方坐标系a与中间投影坐标系a1之间的参数转换关系将地方坐标系a的坐标转换至中间投影坐标系a1；中间投影坐标系a1作为本发明转换过程中的一个过渡坐标系；
10.步骤三：利用中间投影坐标系a1与目标坐标系b之间的投影或参数转换关系将坐标转换至目标坐标系b。本发明将地方坐标系a经由中间投影坐标系a1转换至目标坐标系b，从而实现在坐标转换过程中地方坐标系参数的保密，且保证转换精度符合限差要求。
11.在上述技术方案中，在步骤一中，中间投影坐标系a1的确定方法，包括如下步骤，
12.步骤11：将地方坐标系a的中央子午线l0增加一个偏移量，得到中间投影坐标系a1的中央子午线l1；
13.步骤12：选择地方坐标系a的参考椭球为基础，取其(即地方坐标系a的参考椭球)长半轴a0和扁率f0，对长半轴(或扁率或者改变两者)增加一个加常数得到膨胀椭球e1，记其(即膨胀椭球e1)长半轴为a1，扁率为f1；
14.步骤13：取一组覆盖该地区(即地方坐标系a应用区域)的网格点p0，利用地方坐标系真实参数以投影变换的方法(中央子午线为l1)将该组网格点坐标转换至中间投影坐标系a1，记为p1；同时利用投影关系或参数转换关系将p0转换至目标坐标系b，记为p
b0
；
15.步骤14：利用p0和p1计算地方坐标系和中间投影坐标系a1之间的转换参数(参数计算依据可为三参数、四参数、仿射变换等)；以四参数转换为例，地方坐标系a和中间投影坐标系a1之间的转换参数包括两个偏移量(δx、δy)、一个旋转角(α)以及一个尺度因子(m)；
16.步骤15：利用步骤14得到的转换四参数将p0转换至中间投影坐标系a1，接着利用中间投影坐标系a1与目标坐标系b之间的投影关系或参数转换关系将坐标转换至目标坐标系b，得到p
b1
；
17.步骤16：比较p
b0
和p
b1
之间的误差，
18.当p
b0
和p
b1
之间x坐标和y坐标的最大误差(即两组坐标对应点对之间的差值)满足精度要求(通常为小于1mm)，则步骤12中得到的参考椭球e1即为之后步骤中所采用的膨胀椭球，步骤13中得到的中间投影坐标系则为中间投影坐标系a1；
19.当p
b0
和p
b1
之间x坐标和y坐标的最大误差不满足精度要求，则重复步骤12至步骤16，直至p
b0
和p
b1
之间x坐标和y坐标的最大误差满足精度要求。
20.在上述技术方案中，在步骤14中，地方坐标系a和中间投影坐标系a1之间的转换参数包括三参数、四参数、仿射变换等。
21.在上述技术方案中，在步骤二中，利用步骤14中获取的地方坐标系a与中间投影坐标系a1之间的四参数将坐标转换至中间投影坐标系a1，以四参数为例，可由以下公式(1)计算得到中间投影坐标系下的坐标(x1,y1)，
[0022][0023]
上式(1)中，x1,y1为中间投影坐标系a1下的坐标；
[0024]
m、α、δx、δy为转换四参数；其中，δx为x轴偏移量；δy为y轴偏移量；α为旋转角；m为尺度因子；
[0025]
x、y为地方坐标系a的坐标。
[0026]
在上述技术方案中，在步骤三中，利用中间投影坐标系a1与目标坐标系b之间的投影关系或参数转换关系将坐标转换至目标坐标系b，具体包括如下步骤：
[0027]
步骤31：由于膨胀椭球e1与地方坐标系a的参考椭球接近，当目标坐标系b与地方坐标系a采用相同椭球，则进入步骤32；当目标坐标系b与地方坐标系a采用不同椭球，则进入步骤33；
[0028]
步骤32：利用中间投影坐标系a1的投影参数和目标坐标系b的投影参数进行投影变换得到目标坐标系b下的坐标，至此，整个转换流程完成。
[0029]
步骤33：首先确认以地方坐标系a与目标坐标系b对应椭球为参考椭球所建立的平面坐标系之间的转换关系，记与地方坐标系a同参考椭球的平面坐标系为as，与目标坐标系b同参考椭球的平面坐标系为bs；将中间投影坐标系a1下的坐标经投影变换转换至as；
[0030]
步骤34：利用步骤33中提到的转换关系将as的坐标转换至平面坐标系bs；
[0031]
步骤35：将平面坐标系bs的坐标利用投影变换转换至目标坐标系b；
[0032]
至此，整个转换流程完成。
[0033]
在上述技术方案中，当目标坐标系b的投影参数同样涉密，则可以采取与地方坐标系a的相同处理方式，建立一个中间投影坐标系b1作为过渡坐标系，从而实现在转换过程中不涉及涉密参数。
[0034]
本发明通过确定变化中间投影坐标系的参考椭球，从而确定一个可以使得最终转换结果符合精度要求的中间投影坐标系a1，即可由该过渡坐标系a1利用投影关系或参数转换关系得到目标结果。
[0035]
本发明具有如下优点：
[0036]
本发明应用于投影参数保密的地方坐标系与任意平面坐标系之间的转换，本发明的核心在于通过改变参考椭球确定一个过渡坐标系(即中间投影坐标系)，从而避免在投影参数保密的地方独立坐标系与任一平面坐标系之间转换时使用地方坐标系的真实投影参数，同时保证转换精度符合限差要求，从而实现在坐标转换过程中地方坐标系参数的保密。
附图说明
[0037]
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。
[0039]
为了推广新建立的地方坐标系的使用，需要对现有坐标系下的数据与新建立的坐标系进行转换，但同时需要考虑到地方坐标系的参数保密问题，于是，本发明利用膨胀椭球建立一个中间过渡坐标系作为过渡，提出了一种地方坐标系与任意平面坐标系转换参数加密方法。
[0040]
本发明利用膨胀椭球作为中间过渡坐标系的参考椭球，建立一个中央子午线经过偏移的过渡的中间投影坐标系a1，用参数法将地方坐标系的坐标转换至坐标系a1，接着将过渡坐标系a1进行参数转换到目标坐标系b，从而实现在坐标转换过程中地方坐标系参数的保密，同时保证转换精度符合限差要求。
[0041]
实施例
[0042]
现以本发明试用于某独立坐标系a与坐标系b之间的转换为实施例对本发明进行详细说明，对本发明应用于其它参数保密地方独立坐标系与任意平面坐标系之间的转换同样具有指导作用。
[0043]
本实施例为cgcs2000在117度带进行高斯克吕格投影的坐标系b(即为目标坐标系)和地方坐标系a(中央子午线为117.55
°
,北向偏移量为0，东向偏移量为500km)的转换(以下x均为经线方向)。
[0044]
如图1所示，本实施例的转换方法，具体包括如下步骤：
[0045]
步骤一：首先取一批包含整个北京市的格网点，将其分别投影至地方坐标系a和坐标系b，留作精度检验使用。
[0046]
其次，确定中间投影坐标系a1；
[0047]
中间投影坐标系a1的确定方法，包括如下步骤：
[0048]
步骤11：将地方坐标系a的中央子午线l0偏移0.3
″
得到中间投影坐标系a1的中央子午线l1；
[0049]
步骤12：选择地方坐标系a的参考椭球为基础，取地方坐标系a的参考椭球长半轴a0和扁率f0，本实施例采用对长半轴增加一个加常数的方法得到膨胀椭球e1，膨胀椭球e1的长半轴为a1，扁率为f1(椭球参数在表1中列出)；
[0050]
步骤13：取一组覆盖地方坐标系a应用区域的网格点p0，利用地方坐标系a真实参数以投影变换的方法(中央子午线为l1)将该组网格点坐标转换至中间投影坐标系a1，记为p1；同时利用投影换带(此处的投影换带是投影关系具体的使用方式)将p0转换至目标坐标系b，记为p
b0
；
[0051]
步骤14：利用p0和p1计算地方坐标系a和中间投影坐标系a1之间的转换参数；本实施例中采用平面四参数转换，地方坐标系a和中间投影坐标系a1之间的转换参数包括两个偏移量(δx、δy)、一个旋转角(α)以及一个尺度因子(m)；
[0052]
步骤15：利用步骤14得到的转换四参数将p0转换至中间投影坐标系a1，接着利用中间投影坐标系a1与目标坐标系b之间的投影关系将坐标转换至目标坐标系b，得到p
b1
；
[0053]
步骤16：比较p
b0
和p
b1
之间的误差，
[0054]
本实施例中，p
b0
和p
b1
之间x坐标和y坐标的最大误差(两组坐标对应点对之间x坐标和y坐标的差值)满足精度要求(误差小于1mm)，因此，本实施例步骤12中得到的参考椭球e1即为之后步骤中所采用的膨胀椭球，步骤13中得到的中间投影坐标系则为中间投影坐标系a1；
[0055]
本实施例中确定的中间投影坐标系a1如下表1所示：
[0056]
表1确定的中间投影坐标系a1
[0057][0058][0059]
步骤二：利用地方坐标系a与中间投影坐标系a1之间的四参数将坐标转换至中间投影坐标系a1；本实施例步骤14中计算的地方坐标系和中间投影坐标系a1之间的转换四参数如下表2所示：
[0060]
表2转换四参数
[0061][0062]
利用步骤14中获取的地方坐标系a与中间投影坐标系a1之间的四参数将坐标转换至中间投影坐标系a1；由以下公式(1)计算得到中间投影坐标系下的坐标(x1,y1)，
[0063][0064]
上式(1)中，x1,y1为中间投影坐标系a1下的坐标；
[0065]
m、α、δx、δy为转换四参数；其中，δx为x轴偏移量；δy为y轴偏移量；α为旋转角；m为尺度因子；
[0066]
x、y为地方坐标系a的坐标。
[0067]
步骤三：利用中间投影坐标系a1与目标坐标系b之间的投影关系或参数转换关系将坐标转换至目标坐标系b，具体包括如下步骤：
[0068]
步骤31：由于本实施例中的地方坐标系a与目标坐标系b的参考椭球一致，故进入步骤32；
[0069]
步骤32：利用中间投影坐标系a1的投影参数和目标坐标系b的转换参数进行变换得到本实施例目标坐标系b下的坐标，至此完成本实施例某独立地方坐标系a与坐标系b的无地方坐标系参数的转换。
[0070]
本发明在膨胀椭球下进行高斯投影变换获取中间过渡坐标系(即中间投影坐标系)，目的在于使得经过这个过渡坐标系的转换结果符合精度要求(如图1所示)。
[0071]
结论：地方坐标系的参数仅在确定作为过渡坐标系的中间投影坐标系a1时使用，本实施例在转换过程无需使用地方坐标系的真实参数，实现了坐标转换过程中的地方坐标系参数保密。
[0072]
验证：现对本实施例的转换方法进行精度验证，具体如下：
[0073]
进行上述转换流程并验证精度，将地方坐标系坐标利用由真实参数直接投影变换得到的坐标与本实施例经上述流程转换得到的坐标结果进行比较，以其差值作为精度评判指标，结果如下表所示：
[0074]
表3转换精度
[0075][0076]
结论：从上表可以看出，本发明在保证参数保密的同时满足精度要求(坐标系转换
的精度要求根据实际应用情况而定；本实施例中本实施例某独立地方坐标系a与为目标坐标系b的转换精度要求为x、y方向的误差均小于1mm)。
[0077]
其它未说明的部分均属于现有技术。