ITRF2008與CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

苗龍

（新疆維吾爾自治區(qū)第二測繪院，新疆烏魯木齊 830001）

ITRF2008與CGCS2000坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

苗龍

（新疆維吾爾自治區(qū)第二測繪院，新疆烏魯木齊 830001）

由于當(dāng)前精密星歷所對應(yīng)解算的ITRF框架坐標(biāo)為ITRF2008參考框架，而在1∶10 000基礎(chǔ)測繪生產(chǎn)項(xiàng)目要求提供CGCS2000坐標(biāo)系成果，論述了ITRF2008到CGCS2000間的框架轉(zhuǎn)換的方法及轉(zhuǎn)換后精度分析，并重點(diǎn)分析了轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性問題。

ITRF2008；CGCS2000；框架轉(zhuǎn)換；歷元轉(zhuǎn)換；速度場

2011年新疆1∶10 000基礎(chǔ)測繪正式啟用 CGCS 2000坐標(biāo)系，CGCS2000坐標(biāo)與ITRF97框架定義一致，參考?xì)v元為2000.0歷元。而新疆的大地測量成果多數(shù)是基于1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系，已有的 CGCS2000成果大部分采用轉(zhuǎn)換成果，精度較差不能滿足生產(chǎn)精度要求，怎么去求解出 CGCS2000坐標(biāo)是我們疆內(nèi)測量工作者面臨的一個問題。目前求解方法大致分為2種[7]：1）基線平差法，即聯(lián)測已知CGCS2000坐標(biāo)成果的測量控制點(diǎn)，而新疆的CGCS2000控制點(diǎn)大都為國家的A、B級點(diǎn)，其點(diǎn)位密度分布不均而且邊長較長，不便于聯(lián)測；2）框架轉(zhuǎn)換法 ，先采用高精度GPS處理軟件解算出ITRF2008框架坐標(biāo)，然后利用IGS網(wǎng)站已公布的14個轉(zhuǎn)換參數(shù)，轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)系成果，限于篇幅，本文只討論研究坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換方法。

1 ITRF2008與CGCS2000轉(zhuǎn)換模型

ITRF國際地球參考框架是基于VBVI、LLR、SSR、GPS和DORIS等空間技術(shù)所建立起的現(xiàn)代全球地面參考框架，它是一個地心四維坐標(biāo)參考框架，ITRF是IERS的具體實(shí)現(xiàn)，也是全球IGS站坐標(biāo)和速度場的具體實(shí)現(xiàn)。IERS已經(jīng)發(fā)布了ITRF88－ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008全球參考框架。ITRF2008與CGCS2000的轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)為ITRF2008與 ITRF97 Epoch=2000.0的轉(zhuǎn)換，由參考框架的定義可知，各個分量是同通過觀測獲得的，其觀測手段和精度會有所不同，加上時間基準(zhǔn)的演變，使得ITRF框架之間有細(xì)微的差別，不同的框架可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換求得，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型采用布爾莎-沃爾夫模型，該模型采用了 7個參數(shù)，分別是3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)、3個平移參數(shù)加上1個尺度比參數(shù)。其公式如下[4]：

式中，T1、T2、T3、D、R1、R2、R3為ITRFxx到ITRFyy的轉(zhuǎn)換參數(shù)，這些參數(shù)等于基準(zhǔn)歷元的參數(shù) P(t0)加上歷元t0到轉(zhuǎn)換歷元t的變化量：

2 ITRF2008與CGCS2000參考框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

由于目前最新精密星歷計算的坐標(biāo)為ITRF2008框架，通過公式 (1)、(2)可以實(shí)現(xiàn)ITRF08到ITRF97的框架轉(zhuǎn)換，然而ITRF所公布的框架轉(zhuǎn)換參數(shù)是ITRF08到ITRF05、ITRF05到ITRF00和ITRF00到ITRF97的轉(zhuǎn)換參數(shù)，ITRF08到ITRF97沒有直接的轉(zhuǎn)換參數(shù)，需通過間接轉(zhuǎn)換計算。所以ITRF08→ITRF97=＞ITRF08→ITRF05→ITRF00→ITRF97。

表1 ITRFxx到ITRFyy框架之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)及參數(shù)速率

不同歷元下框架間的轉(zhuǎn)換，不考慮板塊漂移和地殼形變等因素，ITRF2008與ITRF97框架變化值應(yīng)該較小，這里選取參數(shù)歷元間隔為 14年的全球若干個IGS跟蹤站在ITRF2008 2011.0下的站坐標(biāo)，然后轉(zhuǎn)換至ITRF971997.0歷元下，分析結(jié)果如圖1所示，說明框架間的轉(zhuǎn)換參數(shù)隨時間的演變在Z方向比X和Y方向變化量大，其精度在2-3 cm，與文獻(xiàn) [1]中分析坐標(biāo)框架基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的精度相同。

圖1 ITRF08與ITRF97框架間的比較

3 ITRF2008與CGCS2000坐標(biāo)歷元基準(zhǔn)的歸算

地球不是一個剛體，板塊會有漂移和形變，板塊與板塊之間還有擠壓、抬升、下降等運(yùn)動，它們的運(yùn)動趨勢從長期分析是一個非線性非勻速運(yùn)動，但是從局部和短期內(nèi)可以把它認(rèn)為是一種線性勻速運(yùn)動。地球表面的觀測點(diǎn)都會隨時間進(jìn)行漂移和升降，不同歷元基準(zhǔn)的坐標(biāo)應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)歷元基準(zhǔn)的歸算，公式如下[4]:

基于當(dāng)前歷元觀測求解ITRF2008框架下的坐標(biāo)和CGCS2000的框架歷元跨度都在10年以上，如果沒有精確的點(diǎn)位速度場，經(jīng)公式（3）計算的點(diǎn)位誤差有可能達(dá)到dm量級。新疆地區(qū)又無CORS站來維持本地區(qū)的速度場模型，所以在實(shí)際的生產(chǎn)中很難獲得非框架點(diǎn)的精確速度場。在計算速度場的方法中，可以采用加權(quán)平均法[2]和NNR-NUVEL-1A運(yùn)動板塊模型[5]獲得，板塊上某一點(diǎn)的速度公式可以采用如下公式[4]：

4 結(jié) 語

作者依照上文原理，編制了ITRF2008到CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換程序，計算了全球5個 IGS站從 ITRF2008 2011.0轉(zhuǎn)換至ITRF97 2000.0臺站坐標(biāo)，然后與這5個IGS臺站的真實(shí)ITRF97 2000.0坐標(biāo)進(jìn)行了比較，分析結(jié)果如圖2所示，說明SYOB站的X方向較差較大，但臺站間各個方向的精度優(yōu)于2 cm。

圖2 ITRF2008成果轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)系成果的殘差分布

通過上述數(shù)據(jù)可知，本文闡述的ITRF2008框架至CGCS2000坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換方法及精度滿足生產(chǎn)要求[6]，但是在轉(zhuǎn)換過程中還需注意以下幾個方面:

1）在轉(zhuǎn)換時，可以先轉(zhuǎn)換框架再轉(zhuǎn)換歷元，也可以先轉(zhuǎn)換歷元再轉(zhuǎn)換框架，兩者轉(zhuǎn)換的結(jié)果是一致的。

2）盡量獲得轉(zhuǎn)換點(diǎn)精確的速度場，如果速度場不精確會影響轉(zhuǎn)換的精度。

3）NNR-NUVEL-1A運(yùn)動板塊模型計算的點(diǎn)位速度場誤差較大，不建議采用。

4）速度場的獲取可以參考中國地震局的中國地殼運(yùn)動監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)站。

[1] 劉立，陳英燕.坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換若干問題的研究[J].全球定位系統(tǒng),2010(01):20-24

[2] 林曉靜，張小紅，郭斐.ITRF2005與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法與精度分析[J].大地測量與地球動力學(xué),2010(04):118-124

[3] 姚宜斌.高精度GPS測量中坐標(biāo)基準(zhǔn)的統(tǒng)一方法研究[J].地礦測繪,2001(04):3-5

[4] 黨亞民，陳英燕，薛樹強(qiáng).大地坐標(biāo)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：測繪出版社，2010

[5] 榮敏，周巍.基于ITRF2005的全球板塊運(yùn)動模型[J].海洋測繪,2009(01):1-3

[6] 新疆維吾爾自治區(qū)1∶10 000基礎(chǔ)測繪航空攝影測量外業(yè)技術(shù)規(guī)定(試行)[S].

[7] 成英燕.2000國家大地坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換方法[R].2009-10

Transformation of Coordinate Axis between ITRF2008 and CGCS2000

by MIAO Long

Based ITRF2008 reference frame on ITRF frame coordinate which is related to present precise ephemeris，and the achievement of CGCS2000 coordinate axiswhich isrequired in the basicmapping producing project about scale of one to a ten thousand,the thesis mainly discussed the conversion method of frame from ITRF2008 to CGCS2000 and the precision analysis after conversion.It also mainly analysed some key problems about transformation.

ITRF2008，CGCS2000，frame conversion，epoch conversion，speed field

2011-09-07

P226.3

B

1672-4623(2011)06-0144-02

苗龍，工程師，主要研究GPS測量及數(shù)據(jù)處理。