廣州坐標系與CGCS2000坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系的研究

程曉暉

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

廣州坐標系與CGCS2000坐標系轉(zhuǎn)換關(guān)系的研究

程曉暉*

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510060)

介紹了廣州市現(xiàn)有的控制網(wǎng)成果，通過對廣州市現(xiàn)有的高等級平面控制網(wǎng)與國內(nèi)部分IGS跟蹤站進行聯(lián)網(wǎng)觀測，以IGS跟蹤站的CGCS2000坐標作為起算點進行平差計算，逐步傳遞求解出廣州市各控制網(wǎng)高等級控制點的CGCS2000坐標并檢測其精度，由此建立廣州坐標系轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上研制出相應的坐標轉(zhuǎn)換處理程序，經(jīng)檢核精度符合設(shè)計及規(guī)范要求。

廣州坐標系；CGCS2000；平面控制網(wǎng)；坐標轉(zhuǎn)換

1 引 言

國務院批準自2008年7月1日啟用我國的地心坐標系2000國家大地坐標系(CGCS2000)，同時要求用8年～10年的時間，完成現(xiàn)行國家大地坐標系向2000國家大地坐標系的過渡和轉(zhuǎn)換。本文通過IGS站的CGCS2000坐標值起算，求出廣州市內(nèi)GZCORS基站、廣州市似大地水準面控制網(wǎng)、廣州市首級(Ⅱ等)GPS平面控制點的CGCS2000坐標值，建立CGCS2000與廣州坐標系之間的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上研制出相應的坐標轉(zhuǎn)換處理程序。

2 廣州市現(xiàn)有的控制網(wǎng)成果

目前，廣州已建成了廣州市2000年GPS首級(二等)平面測量控制網(wǎng)、廣州市似大地水準面精化高精度控制網(wǎng)和廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市成立綜合服務系統(tǒng)等城市空間三維定位框架基準，本項目需要將CGCS2000坐標聯(lián)測到上述控制網(wǎng)中，建立廣州坐標與CGCS2000坐標的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換。

2.1 廣州市2000年GPS首級(二等)平面測量控制網(wǎng)

廣州市2000年GPS首級(二等)平面測量控制網(wǎng)由98個點組成，控制廣州市行政區(qū)域 8 000 km2面積。采用GPS測量技術(shù)，共觀測169條獨立基線向量，構(gòu)成72個GPS異步閉合環(huán)，最長邊為 17 km，最短邊為 3.5 km，平均邊長為 10 km。

2.2 廣州市似大地水準面精化高精度控制網(wǎng)

廣州市似大地水準面精化(GZGEOID)項目于2005年開始實施，2006年完成并通過驗收。水準面精化GPS網(wǎng)為高精度的三維GPS控制網(wǎng)，施測高精度GPS框架點10個、GPS C級全面網(wǎng)點144個，廣東省GPS A、B級聯(lián)測控制點3個，其中1個與廣州市聯(lián)測控制點重合，共156個點。水準面精化GPS網(wǎng)精密聯(lián)測和解算了二等GPS平面點10個、A、B級GPS點3個，框架網(wǎng)和C級網(wǎng)一起進行統(tǒng)一平差，成果精度相當于國家GPS C級控制網(wǎng)。

2.3 GZCORS系統(tǒng)

廣州市連續(xù)運行衛(wèi)星定位城市測量綜合服務系統(tǒng)(GZCORS)將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計算機網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等技術(shù)進行多方位、高深度集成的結(jié)晶，可以全自動、全天候、實時提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的高精度三維坐標和時間信息，它是廣州市實現(xiàn)城市現(xiàn)代化管理和數(shù)字化城市所不可缺少的重要組成部分。項目在廣州市境內(nèi)建立了8個連續(xù)運行基準站(呂田站、街口站、荔城站、五山站、沙頭站、新華站、永和站、橫瀝站)、1個監(jiān)測站和1個數(shù)據(jù)處理中心，將整個廣州市全市域約 8 000 km2范圍全部覆蓋在連續(xù)運行的CORS網(wǎng)絡(luò)之中。

廣州市區(qū)域內(nèi)有48個具有CGCS2000坐標國家一、二等三角點，其中一等三角點為14個，二等三角點為34個，經(jīng)確認有9個點是廣州市2000年二等GNSS網(wǎng)點重合點。此外還有2000國家GPS大地控制網(wǎng)5點，這些點進行了水準測量和GPS測量，平面和高程相容性較好，可作為廣州市CGCS2000坐標檢核的起算點。

3 坐標系轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理方案

本項目采取國內(nèi)IGS跟蹤站與廣州市高等級控制點聯(lián)測，以IGS跟蹤站的CGCS2000坐標作為起算點進行平差，逐步傳遞求解廣州市各控制網(wǎng)高等級控制點的CGCS2000坐標。對9個GZCORS基準站(街口站包括2個，原街口站和搬遷新址的街口站)和WUHN(武漢)、 BJFS(北京房山)、SHAO(上海)、KUNM(昆明)、LHAZ(拉薩)等9個IGS跟蹤站構(gòu)網(wǎng)，以31天的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合處理，以WUHN、 BJFS、SHAO等IGS跟蹤站的CGCS2000坐標做起算，平差得到9個GZCORS基準站的CGCS2000坐標(大地坐標和高斯投影平面坐標)，成果滿足GPS-B級網(wǎng)精度要求；然后對2006年完成的8個GZCORS基準站(不包括原街口站)和8個聯(lián)測點構(gòu)成的聯(lián)測網(wǎng)進行基線處理，以8個GZCORS基準站的CGCS2000坐標為起算，平差求出8個聯(lián)測點CGCS2000坐標；再利用這個8個聯(lián)測點的CGCS2000坐標為起算數(shù)據(jù)求出廣州市似大地水準面控制點；然后采用廣州市似大地水準面控制網(wǎng)與2000年的廣州市首級(Ⅱ等)GPS平面控制網(wǎng)重合的9個點的CGCS2000坐標值推求出2000年的廣州市首級(Ⅱ等)GPS平面控制網(wǎng)的CGCS2000坐標值。至此，廣州市境內(nèi)的所有高等級控制點的CGCS2000坐標值均已求出。項目技術(shù)路線如下。

圖1 廣州坐標系與CGCS2000轉(zhuǎn)換關(guān)系的建立技術(shù)路線

此外，為驗證上述控制點CGCS2000精度，還采用廣州市內(nèi)5個高等級控制點(GPS A級點與一等三角點)的CGCS2000坐標值與9個GZCORS基準站點進行聯(lián)測，逐級求出9個GZCORS基準站點、廣州市似大地水準面控制點、廣州市首級(Ⅱ等)GPS平面控制點的CGCS2000坐標值，并與IGS聯(lián)測時求出的CGCS2000坐標值進行比較，檢測流程如圖2所示：

圖2 廣州坐標系與CGCS2000轉(zhuǎn)換關(guān)系的建立檢測流程

經(jīng)過上述計算分析，采用國家高等級控制網(wǎng)點的CGCS2000坐標與IGS站的CGCS2000坐標分別作為起算，9個GZCORS基準站以及廣州市高等級控制網(wǎng)點的偏差及精度列表如表1所示：

從表1可以看出，從IGS的CGCS2000坐標和2000國家GPS大地控制網(wǎng)點的CGCS2000坐標分別作起算，平差得到的廣州市9個GZCORS站和264個廣州市高等級控制網(wǎng)點的CGCS2000平面坐標比較來看，兩者檢核偏差結(jié)果為：X方向較差絕對值最大為 0.027 9 m，Y方向較差絕對值最大 0.013 4 m，平面精度最弱為 ±0.019 6 m，大地高精度最弱為 ±0.031 9 m，滿足《現(xiàn)有測繪成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系技術(shù)指南》小于 0.05 m的要求，兩種不同的起算點平面坐標相容性較好。

廣州高等級控制網(wǎng)點CGCS2000坐標檢核結(jié)果分析 表1

4 坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)確定及轉(zhuǎn)換軟件程序編制

4.1 坐標轉(zhuǎn)換模型

兩平面坐標系統(tǒng)之間包含四個原始轉(zhuǎn)換因子，即兩個平移因子、一個旋轉(zhuǎn)因子和一個尺度因子。

m為A坐標系轉(zhuǎn)換到B坐標系的尺度參數(shù)。

則由A坐標系轉(zhuǎn)換到B坐標系的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：

4.2 坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)確定

坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)利用了2005年廣州似大地水準面精化156個GNSS點的廣州坐標和CGCS2000坐標按最小二乘法原理求出。

4.3 廣州坐標轉(zhuǎn)換軟件程序編制

坐標轉(zhuǎn)換軟件采用Visual C++語言開發(fā)，在我院已有坐標轉(zhuǎn)換程序基礎(chǔ)上增加了CGCS2000坐標的轉(zhuǎn)換，能實現(xiàn)廣州區(qū)域內(nèi)CGCS2000大地坐標系、1954年北京坐標系、1980西安坐標系、廣州獨立坐標系(東)、廣州獨立坐標系(西)之間的自由轉(zhuǎn)換。

4.4 廣州坐標轉(zhuǎn)換軟件CGCS2000坐標轉(zhuǎn)換精度分析

CGCS2000坐標與廣州坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)利用2005年廣州似大地水準面精化156個GNSS點求出，156個點轉(zhuǎn)換后的坐標殘差。利用廣州市2000年GPS首級(二等) GNSS平面控制網(wǎng)98個點進行外部精度檢驗，轉(zhuǎn)換后的坐標殘差如表2所示。

坐標轉(zhuǎn)換殘差統(tǒng)計表 表2

可見，CGCS2000坐標與廣州坐標相互轉(zhuǎn)換精度在 ±0.015 m以內(nèi)，滿足 ±0.05 m的精度要求。

5 結(jié) 論

通過對廣州市現(xiàn)有控制網(wǎng)的高等級控制點與IGS跟蹤站的聯(lián)測，求解出了廣州市高等級控制點的CGCS2000坐標并檢測其相關(guān)精度，確定廣州坐標與CGCS2000坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)，編制相關(guān)軟件，經(jīng)檢核精度符合設(shè)計及規(guī)范要求。

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Research on the Relationship Between the Guangzhou Coordinate System and CGCS2000

Cheng Xiaohui

(Guangzhou Urban Planning & Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Introduced the results of the existing control network of Guangzhou ,based on the survey of guangzhou existing horizontal control network and IGS tracking station, the CGCS2000 coordinates of IGS tracking station were used as the starting point to calculate the CGCS2000 coordinates of the control network in Guangzhou and then determined its accuracy, established guangzhou coordinate transformation to CGCS2000 coordinate, on this basis to develop the corresponding coordinate transformation handler.

guangzhou coordinate system；CGCS2000；horizontal control network；coordinate transformation

1672-8262(2016)06-100-03

P228，P22.3

A

2016—05—10

程曉暉(1984—)，男，碩士，工程師，主要從事大地測量和工程測量方面的工作和研究。