新疆GPS控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法

薛維剛

（1.新疆維吾爾自治區(qū)第一測繪院，新疆 昌吉 831100）

新疆GPS控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法

薛維剛1

（1.新疆維吾爾自治區(qū)第一測繪院，新疆 昌吉 831100）

基于1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)生產(chǎn)的1∶10 000基礎(chǔ)測繪地形圖成果轉(zhuǎn)換為2000國家大地坐標(biāo)系地形圖成果，存在參數(shù)轉(zhuǎn)換精度誤差。為解決問題，探討了利用周邊IGS站重新計(jì)算控制網(wǎng)起算數(shù)據(jù)獲得控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系方法。結(jié)果表明，該方法能滿足1∶10 000地形圖轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度要求。

GPS控制網(wǎng)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；方法探討

為了實(shí)現(xiàn)新疆1∶10 000基礎(chǔ)測繪地形圖1980西安坐標(biāo)系成果向2000國家大地坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換，需要首先將基礎(chǔ)測繪布設(shè)的基礎(chǔ)GPS控制網(wǎng)1980西安坐標(biāo)系成果轉(zhuǎn)換為2000國家大地坐標(biāo)系成果[1,2]。該項(xiàng)目涉及到2001～2010年期間基礎(chǔ)測繪布設(shè)的81個(gè)GPS控制網(wǎng)，近3 000個(gè)C、D級GPS控制點(diǎn)。由于這些控制網(wǎng)是不同年代、不同作業(yè)單位布設(shè)的，作業(yè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)在不同，觀測使用的儀器、基線解算都各不相同，因此需要對每個(gè)控制網(wǎng)的基線解算結(jié)果、三維無約束平差是否滿足規(guī)范要求進(jìn)行分析。對于相鄰控制網(wǎng)，如果有3個(gè)以上公共點(diǎn)則進(jìn)行合并。精度符合規(guī)范要求的控制網(wǎng)，采用重新平差的方法，以控制網(wǎng)中具有2000國家大地坐標(biāo)系成果的一、二等控制點(diǎn)為起算點(diǎn)，對控制網(wǎng)進(jìn)行重新平差，從而得到其他控制點(diǎn)的2000國家大地坐標(biāo)系成果。該項(xiàng)目專業(yè)技術(shù)設(shè)計(jì)書要求平差后精度、空間點(diǎn)位誤差不超過±5 cm，基線殘差相對誤差不超過1/40 000。

1 技術(shù)方法

1）將具有2000國家大地坐標(biāo)系成果的已知點(diǎn)作為起算點(diǎn)對控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，發(fā)現(xiàn)大部分控制網(wǎng)三維約束平差后，空間點(diǎn)位誤差大于±5 cm，基線殘差相對誤差不足1/40 000，其中最大的空間點(diǎn)位誤差達(dá)到23 cm，基線殘差相對誤差只有1/5 100，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，而這些控制網(wǎng)的三維無約束平差、原1980西安坐標(biāo)系統(tǒng)二維約束平差精度均良好。

經(jīng)過對控制網(wǎng)中已有一、二等三角點(diǎn)聯(lián)測四等或等外水準(zhǔn)高程，利用新疆似大地水準(zhǔn)面模型得到高程異常推算出大地高，與GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果中同一點(diǎn)大地高對比，發(fā)現(xiàn)大地高相差較大。如果將推算出的大地高代替GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果中的大地高再對控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，則控制網(wǎng)精度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[3]。例如，某控制網(wǎng)中有4個(gè)一、二等三角點(diǎn)，利用GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果對該控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，平差后精度統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 平差后精度統(tǒng)計(jì)表/ m

GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果大地高與推算大地高對比見表2。

表2 GPS網(wǎng)成果大地高與推算大地高對比表/ m

由大地高差異引起控制點(diǎn)空間直角坐標(biāo)相差達(dá)-0.319 m，見表3。

表3 大地高差異引起的控制點(diǎn)空間直角坐標(biāo)差異表

通過分析，起算成果大地高不準(zhǔn)確導(dǎo)致空間平差結(jié)果精度不高。使用計(jì)算大地高重新對該控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，其精度有了很大提高 。平差結(jié)果，空間點(diǎn)位誤差最大±1.5 cm，基線殘差相對誤差最大為1/165 883，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2）根據(jù)上述分析結(jié)果，GPS控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換采用下列2種方案：

方案一:使用GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果作為起算數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行三維約束平差。平差后精度滿足設(shè)計(jì)書要求時(shí)，對原控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，獲得控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系成果。

方案二:使用GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果作為起算數(shù)據(jù)，三維約束平差后精度不能滿足設(shè)計(jì)書要求時(shí)，采用重新計(jì)算控制網(wǎng)起算點(diǎn)方法。具體方法是，使用控制網(wǎng)周邊IGS站，在原控制網(wǎng)中均勻選取4個(gè)以上，連續(xù)觀測時(shí)間大于2 h的控制點(diǎn)（包括一、二等三角點(diǎn)）觀測數(shù)據(jù)，同時(shí)下載當(dāng)天IGS站觀測數(shù)據(jù)、廣播星歷、精密星歷，使用GAMIT軟件重新解算GPS控制點(diǎn)之間、GPS控制點(diǎn)至IGS站間的高精度基線，組成所選GPS控制點(diǎn)與IGS站的同步觀測環(huán)，進(jìn)行三維約束平差，求得選取控制點(diǎn)（包括原GPS控制網(wǎng)聯(lián)測的國家三角點(diǎn)）的2000國家大地坐標(biāo)系成果。再利用這些控制點(diǎn)作為控制網(wǎng)的起算點(diǎn)，對控制網(wǎng)進(jìn)行平差，以獲得控制網(wǎng)中其他各控制點(diǎn)的2000國家大地坐標(biāo)系成果[4]。對于GPS控制網(wǎng)點(diǎn)與IGS站組成的新的GPS控制網(wǎng)，要求空間平差結(jié)果，最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差應(yīng)小于±5 cm，空間平差殘差（基線殘差）相對誤差不大于1/100 000。

IGS站成果采用2011年完成的似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目使用的周邊IGS站2000國家大地坐標(biāo)系成果。使用方案二對34個(gè)控制網(wǎng)進(jìn)行三維約束平差，空間平差結(jié)果，最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差最大±3.9 cm，空間平差殘差（基線殘差）相對誤差最大1/42 000，其中32個(gè)控制網(wǎng)小于1/100 000。對各控制網(wǎng)中的248個(gè)國家一、二等三角點(diǎn)的GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果計(jì)算得到2000國家大地坐標(biāo)系高斯平面坐標(biāo)、大地高數(shù)據(jù)，與重新計(jì)算GPS控制網(wǎng)起算點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)平差后計(jì)算得到的2000國家大地坐標(biāo)系高斯平面坐標(biāo)、大地高數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4。

表4 高斯平面坐標(biāo)與大地高數(shù)據(jù)比較統(tǒng)計(jì)表

2 討 論

1）國家一、二等三角點(diǎn)GPS2000聯(lián)合網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系成果是用我國天文大地網(wǎng)與高精度GPS2000網(wǎng)聯(lián)合平差得到的。國家一、二等三角點(diǎn)天文大地網(wǎng)是我國20世紀(jì)50～70年代采用三角測量的方法觀測，精度較GPS觀測要低，經(jīng)過近40多年的地殼運(yùn)動(dòng)變化，或人為移動(dòng)，很多點(diǎn)位置已發(fā)生變化。國家一、二等三角點(diǎn)的高程大部分是用三角高程的觀測方法獲得的[5]。在進(jìn)行天文大地網(wǎng)與高精度GPS2000網(wǎng)聯(lián)合平差時(shí)，新疆境內(nèi)高精度GPS點(diǎn)較少，不能得到各三角點(diǎn)的準(zhǔn)確高程異常值。綜合上述原因，GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果中，國家一、二等三角點(diǎn)的2000國家大地坐標(biāo)系成果精度有限，特別是大地高，存在較大誤差，導(dǎo)致使用GPS2000聯(lián)合網(wǎng)成果作為GPS控制網(wǎng)起算數(shù)據(jù)進(jìn)行2000國家大地坐標(biāo)系平差精度不高。

2）采用方案二的方法，通過解算控制點(diǎn)至周邊IGS站的高精度基線，組成與IGS站的區(qū)域控制網(wǎng)，將控制點(diǎn)納入IGS站所在框架中，可以得到相對精度較高的2000國家大地坐標(biāo)系三維坐標(biāo)，特別是大地高，相對于GPS2000聯(lián)合網(wǎng)提供的控制點(diǎn)大地高精度要高很多。

3）2001～2010年期間1∶10 000基礎(chǔ)測繪布設(shè)的基礎(chǔ)GPS控制網(wǎng)依據(jù)的是GB/T 18314-2001《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，C級網(wǎng)觀測時(shí)段數(shù)≥2，每個(gè)時(shí)段觀測時(shí)間≥60 min[6]，一個(gè)控制點(diǎn)上連續(xù)觀測超過2 h的控制點(diǎn)較少。采用方案二時(shí)，選取的控制點(diǎn)與IGS站組成的控制網(wǎng)基線解算精度難以有大幅度的提高，由此計(jì)算出的控制點(diǎn)精度有限。因此，采用方案二獲得控制網(wǎng)2000國家大地坐標(biāo)系成果，僅適用于1∶10 000地形圖1980西安坐標(biāo)系向2000國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算，不能作為布設(shè)一般GPS控制網(wǎng)的起算依據(jù)。

3 結(jié) 語

在沒有起算點(diǎn)的情況下，采用聯(lián)測周邊IGS站，與之組成區(qū)域GPS控制網(wǎng)，通過解算高精度長基線，即可獲得像控點(diǎn)2000國家大地坐標(biāo)系成果?？刂泣c(diǎn)精度主要受連續(xù)觀測時(shí)間長度、基線解算精度等因素的影響。在本項(xiàng)目中，由于選取的控制點(diǎn)連續(xù)觀測時(shí)間較短，控制網(wǎng)精度無法大幅度提高，因此，只適應(yīng)1∶10 000地形圖轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定。

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B

1672-4623（2015）04-0078-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.028

薛維剛，高級工程師，主要從事測繪工程質(zhì)量檢查工作。

2015-04-29。