CORS服务中在线坐标转换系统的设计与实现

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文章编号: 0494-0911( 2012) 10-0048-03 中图分类号: P228． 4 文献标识码: B
CORS 服务中在线坐标转换系统的设计与实现
陈豪，李剑，杨华先，胡承，张扬
( 湖北省测绘工程院HBCORS 数据服务中心，湖北武汉430074)
Design and Establishment of Online Coordinate Transformation
System in CORS Services
CHEN Hao，LI Jian，YANG Huaxian，HU Cheng，ZHANG Yang
摘要: 针对目前国内各省市级CORS 系统在提供坐标转换服务方面的问题，通过对比分析几种服务模式的优缺点，提出采用在线
服务的方式，从系统架构、软件设计与开发方面保障数据安全，并研发出一套在线坐标转换服务系统，且通过大量的测试和使用，
验证该系统的安全性与可靠性。
关键词: CORS 服务; 在线坐标转换; 系统设计
收稿日期: 2011-11-24
作者简介: 陈豪( 1983—) ，男，湖北襄阳人，硕士生，主要研究方向为GPS 数据处理与CORS 系统应用。
一、引言
连续运行参考站系统( continuously operating
reference stations，CORS) 是通过建设一定数量连续
运行的GNSS 参考站，利用卫星定位技术、计算机技
术和通信技术，向社会提供精确定位、实时定位和
移动目标导航等空间位置信息的服务系统，同时也
是实时、快速、高精度地获取空间数据和地理特征
的现代信息基础设施之一［1］。
在我国，为了贯彻落实国家测绘地理信息局关
于启用2000 国家大地坐标系( CGCS2000) 的通知，
省级CORS 大多提供的是CGCS2000 的测绘成果，
然而实际工程应用中往往使用的还是传统的平面与
高程分离的测绘基准体系［2］。如何在推广新一代测
绘基准体系的同时满足用户的使用需求，是CORS 应
用中面临的一个问题。提供二者之间的坐标转换服
务是目前使用最多的解决方案，其关键问题在于提供
高效服务的同时要符合国家相关保密规定。
二、坐标转换服务模式分析
根据《测绘管理工作国家秘密目录》规定，转换
参数与水准面数据属机密级以上保密范围，在
CORS 系统中的使用方式目前尚无明文规定。通过
调查与研究，CORS 服务机构在坐标转换的服务模
式上大致可分为5 类。
1) 不提供参数和转换服务，用户通过控制点联
测求取参数［3］。该模式保密性最强，但用户使用极
为不便，且测绘从业人员水平参差不齐，求取的参
数对转换成果的精度有较大影响。
2) 提供转换服务，但需要用户到CORS 服务机
构提交处理［3］。该模式保密性很好，但增加了用户
和服务机构的工作量，转换效率低，时效性差，难以
及时发现外业中的问题。
3) 提供伪转换参数。在CORS 数据播发服务
器与用户之间架设中间服务器，对VRS 数据预先进
行坐标转换，再通过用户手薄设置伪转换参数进行
校正［4］。该模式保密性很好，但用户仅能获得指定
坐标系成果，不利于CGCS2000 的推广和应用，目前
多应用于城市级CORS 行业网中。
4) 提供在线坐标转换服务，用户自行通过网络进
行坐标转换。该模式保密性视系统设计而定，用户使
用方便、扩展性强、应用范围广、成果规范、精度均匀。
5) 提供区域转换参数给用户，并在用户端进行
参数加密。该模式保密性一般，不同品牌设备加密
强度不统一，部分品牌不能进行加密。
综合对比分析，第4 种模式方便用户使用，在
CGCS2000 坐标系推广过渡期间，即可提供高效的
坐标转换服务，也可作为用户求取区域参数的数据
来源。在做好安全设计的前提下，其可以作为
CORS 应用中坐标转换服务的通用模式。
三、在线坐标转换系统的设计与实现
1． 系统总体设计
系统设计遵循相关保密规定并兼顾用户使用
习惯，系统架构采用B /S 加C /S 模式，服务器端
( Service) 集成用户管理、坐标转换和系统监控与备
48 测 绘 通 报 2012 年 第10 期
份等功能，浏览器端( Browser) 完成系统交互功能，
客户端( Client) 用于管理人员对用户及转换业务进
行管理，系统框架设计如图1 所示。
图1 系统框架设计图
系统架构于CORS 服务内网中，通过硬件防火墙
与公网隔离。Web 服务器安装IIS、数据库及Web 程
序; 数据处理服务器安装坐标转换软件及数据库;
Web 服务器与数据处理服务器通过3 层交换机分段。
如图2 所示，系统工作流程为: 用户首先登录服
务器，设置源椭球、目标椭球、目标坐标系、投影方
式、中央子午线、投影面高、文件格式等信息; 然后
选择RTK 测量的坐标数据文件上传，点击开始转
换，Web 服务器将用户设置和坐标数据存入数据
库，数据处理服务器从Web 数据库中读取设置和数
据进行分析。如果设置有误或者数据格式不对，就
返回错误信息给用户，用户看到错误提示后修改设
置或数据格式，再行提交; 如果设置与格式检查无
误即开始转换，包括坐标转换和高程转换; 转换完
成后将转换结果写入Web 数据库中，Web 服务器将
坐标转换报告加密压缩，给用户返回下载地址，用
户点击下载即可获得坐标转换结果。
图2 系统工作流程图
2． 系统详细设计与实现
( 1) 数据库结构设计
Web 服务器与数据处理服务器中均安装数据
库，Web 服务器中数据库包含用户信息表( userinfo)
、坐标转换表( transformation ) 和操作日志表
( logs) 。其中，坐标转换表( 如表1 所示) 用于用户
转换设置与坐标数据的临时存储; 数据处理服务器
中的数据库则用于坐标转换数据的备份。
表1 坐标转换表设计
字段数据类型说明
ID int 自增字段，记录项目编号
Project_name nvarchar( 15) 项目名称
User_name varchar( 15) 用户名
Name nvarchar( 10) 用户姓名
Tel char( 11) 用户电话
Submit_date char( 19) 提交日期
Trans_date char( 19) 转换日期
Status_info varchar( 2) 转换状态
Src_ellipsoid nvarchar( 10) 源椭球
Src_format nvarchar( 20) 源数据格式
Dst_ellipsoid nvarchar( 10) 目标椭球
Dst_coord nvarchar( 3) 目标坐标形式
Dst_h nvarchar( 10) 目标高程
Prj_type nvarchar( 10) 投影类型
Prj_l0 char( 13) 中央子午线
Prj_xplus float X 加常数
Prj_yplus float Y 加常数
Prj_h float 投影面高程
Data text 源坐标数据
Point_num int 转换点数
Result text 转换结果
( 2) 坐标转换
坐标转换中不同椭球之间变换采用布尔莎七
参数法( 坐标平移量: ΔX0、ΔY0、ΔZ0
; 尺度比: m; 坐
标旋转量: ωX、ωY、ωZ
) 。
X54 /80
Y54 /80
Z54 /
éêêê?
ùúúú?
80
=
ΔX0
ΔY0
ΔZ
éêêê?
ùúúú?
0
+ ( 1 + m) R( ω)
XCGCS2000
YCGCS2000
Z
éêêê?
ùúúú?
CGCS2000
( 1)
式中
R( ωX
) =
1 0 0
0 cos ωx sin ωx
0 － sin ωx cos ω
éêê?
ùúú?
x
R( ωY
) =
cos ωY 0 － sin ωY
0 1 0
sin ωY 0 cos ω
éêê?
ùúú?
Y
2012 年 第10 期 陈 豪，等: CORS 服务中在线坐标转换系统的设计与实现 49
R( ωZ
) =
cos ωZ sin ωZ 0
－ sin ωZ cos ωZ 0
éêê?
ùúú?
0 0 1
R( ω) = R( ωZ
) R( ωY
) R( ωX
) =
1 ωZ － ωY
－ ωZ 1 ωX
ωY － ωX
éêêê?
ùúúú?
1
高程转换采用移动曲面拟合法，即根据待定点
周边16 个网格点高程异常值，内插出待定点的高程
异常，再通过大地高减去高程异常求解水准
高程［5］。
f( x，y) = a0 + a1x + a2y + a3xy + a4x2 + a5y2 +
a6x2y + a7xy2 + a8x2y2 + a9x3 + a10y3 +
a11xy3 + a12x3y + a13x2y3 + a14x3y2 +
a15x3y3 ( 2)
( 3) 系统实现
根据系统设计，结合湖北省连续运行卫星定位服
务系统( HBCORS) ，笔者基于． NET 平台开发了一套
在线坐标转换系统( 如图3 所示) 。用户通过
HBCORS在线服务系统登陆接口进行权限认证; Web
服务器完成页面表示、数据收集和结果下载功能; 数
据处理服务器完成坐标转换业务处理和数据备份功
能。系统管理员可通过客户端程序监控用户使用。
图3 坐标转换系统用户界面
四、系统分析与应用
1． 安全分析
系统的设计与开发以系统的稳定性和安全性
为前提，采用多层次多方位的保护措施，包括:
1) 系统架构于CORS 内网中，采用高性能防火
墙与公网隔离，可有效阻止非法攻击。
2) 数据处理与Web 服务通过3 层交换机分
开，数据处理服务器采用轮询方式访问Web 服务
器，且关闭数据处理服务器上除了读写Web 数据库
之外的其他端口，以保证转换参数、大地水准面数
据及数据处理业务的安全。
3) 监控用户使用情况，管理员采用函数统计和
图形的方式对用户的请求进行分析，可以有效杜绝
用户的非法操作。
4) 系统对用户登录、请求、注销等各项操作均
记录日志，并采取日志双机备份方式确保系统运行
信息的安全。
5) 用户坐标转换结果采取加密的方式进行传
输，确保数据在传输中的安全性。
2． 精度分析
为了保证系统转换精度能够满足绝大部分用
户需求，笔者对系统进行了精度测试。测试数据为
均匀分布在湖北省境内的85 个测试点，测试分
3 项:
1) 同椭球下空间直角坐标( X，Y，Z) 与大地坐
标( B，L，H) 转换精度的测试。先将测试数据从X、
Y、Z 转到B、L、H 坐标; 再将B、L、H 坐标转回X、Y、
Z'坐标; 然后对比较差。
2) 同椭球下平面直角坐标( x，y，H) 与大地坐
标( B，L，H) 转换精度的测试。先将测试数据从x、
y、H 转到B、L、H 坐标; 再将B、L、H 坐标转回x、y、
H'坐标; 然后对比较差。
3) 不同椭球下空间直角坐标( X，Y，Z) 间转换
精度的测试。先将测试数据从椭球1 下的X1、Y1、
Z1
坐标利用七参数P 转到椭球2 下的X2、Y2、Z2
坐
标; 再将椭球2 下的X2、Y2、Z2
坐标利用七参数P 转
回椭球1 下的X1、Y1、Z1 '坐标; 然后对比较差。测试
点坐标分量较差取绝对值后再平均得到最终分量
较差( 如表2 所示) 。
表2 坐标转换精度测试较差分析表mm
测试项分量较差分量较差分量较差
同椭球XYZ － BLH － XYZ' ΔX 0． 03 ΔY 0． 03 ΔZ 0． 03
xyH － BLH － xyH' Δx 6． 83E-04 Δy 2． 56E-04 ΔH 1． 37E-10
不同椭球X1Y1Z1 － X2Y2Z2 － X1Y1Z1 ' ΔX 0． 36 ΔY 0． 64 ΔZ 0． 79
通过对比可以看出，系统在坐标转换方面精度
很高，完全可以满足精密大地坐标转换的需求。( 下转第54 页)
50 测 绘 通 报 2012 年 第10 期
利用线性内插法对整个三角形进行灰度填充，生成
的滑坡三维模型如图5 所示。
图5 滑坡三维模型
五、结束语
地面三维激光扫描成像测量技术在地形地质
测绘中具有数据获取速度快、精度高，数据处理效
率高、信息丰富等优点［7］。本文主要研究将其应用
于典型滑坡体进行三维激光扫描，经过点云地方坐
标系转换、点云配准、点云滤波和地形提取，实现了
滑坡体地形精细三维模型制作，可为滑坡监测等提
供辅助决策。
参考文献:
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特征提取研究［J］． 武汉大学学报: 信息科学版，2003，
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数据的滑坡动态模型［J］． 测绘学报，2003，32 ( 3) :
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［3］ 卢晓鹏． 于三维激光扫描技术的滑坡监测应用研
究［D］． 西安: 长安大学， 2010．
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园可视化［J］． 测绘通报，2011( 8) : 45-50．
［5］ 许映林． 3 维激光扫描技术在温泉水电站大比例尺地
形图测量中的应用［J］． 测绘通报， 2007( 6) : 40-42．
［6］ 张宏，胡明． 三维激光扫描仪在地形测量中的应
用［J］． 企业技术开发， 2007， 26( 8) : 16-19， 25．
［7］ 董秀军，黄润秋． 三维激光扫描技术在高陡边坡地质
调查中的应用［J］． 岩石力学与工程学报，2006，
25( S2) :
櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂
3629-3635．
( 上接第50 页)
3． 系统应用
坐标转换系统作为HBCORS 在线服务系统中
的一个功能子系统，于2011 年5 月上线，并在用户
使用过程中不断完善。截至2011 年10 月底，系统
累计已转换97 万点，广泛应用于数字城市建设、城
市勘测、国土规划、水利普查、地矿勘测、交通管线
等方面。
五、结束语
在CGCS2000 坐标系全面推广与CORS 系统越
来越普及的形势下，结合CORS 系统提供坐标转换
服务是必然的趋势。但目前应用方面尚无统一规
定，导致大部分的省市CORS 系统不提供或提供的
坐标转换服务效率低下，严重制约了CORS 系统的
发展与应用。
本文在对比分析了几种坐标转换服务模式后，
提出采用在线服务的方式，从系统架构、软件设计
与开发方面保障数据安全，并结合HBCORS 研发了
一套在线坐标转换服务系统，实现了基于网络的多
用户并发式的坐标转换服务。系统经过半年的运
行，在安全性、准确性与易用性方面得到了验证，在
国土、规划、水利、电力、交通、地矿等领域产生了重
大的社会效益和经济效益，也在省市级CORS 系统
提供坐标转换服务方面具有一定的指导意义。
参考文献:
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大学学报: 信息科学版， 2003( S1) : 6-11．
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测绘通报， 2008( 11) : 10-13．
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54 测 绘 通 报 2012 年 第10 期
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