2000國家大地坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換方法

劉煥國

摘要：本文對2000國家大地坐標(biāo)系的定義、實現(xiàn)及其與我國現(xiàn)行1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系的異同進(jìn)行了介紹，分析了我國地方獨立坐標(biāo)系的情況，根據(jù)建立方法將地方獨立坐標(biāo)系概括為三種類型和組合，闡述了建立地方獨立坐標(biāo)系與2000國家大地坐標(biāo)系的三種轉(zhuǎn)換方法，對實現(xiàn)地方獨立坐標(biāo)系與2000國家大地坐標(biāo)系的有效銜接，有利于地理信息系統(tǒng)與GPS有效的結(jié)合，可以進(jìn)一步提升城市的綜合服務(wù)能力，對推廣2000國家大地坐標(biāo)系和在2000國家大地坐標(biāo)系原則下獨立坐標(biāo)系的繼續(xù)使用具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：2000國家大地坐標(biāo)系；地方獨立坐標(biāo)系；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1. 2000國家大地坐標(biāo)系的特點

1.1橢球定位方式不同

參心坐標(biāo)系是為了研究局部球面形狀，在使地面測量數(shù)據(jù)歸算至橢球的各項改正數(shù)最小的原則下，選擇和局部區(qū)域的大地水準(zhǔn)面最為吻合的橢球所建立的坐標(biāo)系。由于參心坐標(biāo)系未與地心發(fā)生聯(lián)系，不利于研究全球形狀和板塊運動等，也無法建立全球統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系為地心坐標(biāo)系，它所定義的橢球中心與地球質(zhì)心重合，且橢球定位與全球大地水準(zhǔn)面最為密和。

1.2實現(xiàn)技術(shù)不同

我國現(xiàn)行參心坐標(biāo)系是采用傳統(tǒng)的大地測量手段，即測量標(biāo)志點之間哦距離、方向，通過平差的方法得到各點相對于起始點的位置，由此確定各點在參心系下的坐標(biāo)。2000國家大地坐標(biāo)系框架是通過空間大地測量觀測技術(shù)、獲取各測站在ITRF框架下的地心坐標(biāo)。

1.3維數(shù)不同

現(xiàn)行參心坐標(biāo)系為二維坐標(biāo)系，2000國家大地坐標(biāo)系為三維坐標(biāo)系。

1.4原點不同

現(xiàn)行參心坐標(biāo)系原點與地球質(zhì)量中心有較大偏差，2000國家大地坐標(biāo)系原點位于地球質(zhì)量中心。

1.5精度不同

參心坐標(biāo)系由于當(dāng)時客觀條件的限制，缺乏高精度的外部控制，長距離精度較低，在空間技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，難以滿足用戶的需求。2000國家大地坐標(biāo)系有利于采用現(xiàn)代空間技術(shù)對坐標(biāo)系進(jìn)行維護(hù)和快速更新，有利于測定高精度大地控制點三維坐標(biāo)，提高測圖工作效率等。采用地心坐標(biāo)系，可以更好地闡明地球上各種地理和物理現(xiàn)象特別是空間物體的運動?？梢猿浞掷矛F(xiàn)代最新科技成果，為國家信息現(xiàn)代化服務(wù)，采用地心坐標(biāo)系已經(jīng)是國際測量界的總趨勢。

2.建立地方獨立坐標(biāo)系與2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換方法

2.1地方獨立坐標(biāo)系的概況

2.1.1高斯投影于參考橢球面上任意帶平面直角坐標(biāo)系，這種類型通常采用高斯投影計算方法，將地方坐標(biāo)系的中央子午線設(shè)置在城市中心，投影面設(shè)置在參考橢球面上。

2.1.2高斯投影于抵償高程面的任意帶平面直角坐標(biāo)系，這種類型通常采用橢球變換法或比例縮放法進(jìn)行變換，將地方坐標(biāo)系的中央子午線設(shè)置在城市中心，投影面設(shè)置在抵償高程面上。

2.1.3以中心點坐標(biāo)平移和旋轉(zhuǎn)，地方坐標(biāo)系的中央子午線與國家坐標(biāo)系保持一致，投影面設(shè)置在參考橢球面上，對坐標(biāo)進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)。

2.2轉(zhuǎn)換方法

隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，地方獨立坐標(biāo)系測繪成果轉(zhuǎn)換到國家坐標(biāo)系的需求也隨之不斷增多，促使建立地方獨立坐標(biāo)系與國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系變得十分必要，也是急需解決的問題。在此，收集整理了三種建立地方獨立坐標(biāo)系與2000國家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。

2.2.1利用公共點求解兩套坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)換

按照國家測繪局發(fā)布的“現(xiàn)有測繪成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系技術(shù)指南”，建立相對獨立的平面坐標(biāo)系與2000國家大地坐標(biāo)系聯(lián)系時，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型要同時適用于地方控制點轉(zhuǎn)換和城市數(shù)字地圖的轉(zhuǎn)換。一般采用平面四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型，重合點較多時可采用多元回歸模型。當(dāng)相對獨立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)控制點和數(shù)字地圖均為三維地心坐標(biāo)時，采用Bursa七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中誤差應(yīng)小于0.05米。并明確了重合點的選取原則：擇優(yōu)選取地方控制網(wǎng)的起算點及高精度控制點、周圍國家高精度的控制點，大中城市至少選取5個重合點，重合點要分布均勻，包括城市區(qū)域，并在城市內(nèi)部選定至少6個均勻分布的重合點對坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行檢核。

2.2.2通過與具有2000國家大地坐標(biāo)系的高等級點聯(lián)測實現(xiàn)對低等級GPS網(wǎng)進(jìn)行約束平差的方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)換

當(dāng)一個GPS控制網(wǎng)周圍存在若干足夠數(shù)量的具有2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)的控制點時，我們可通過將低等級的GPS網(wǎng)與這些高等級點聯(lián)測或者利用原有聯(lián)測數(shù)據(jù)，以這些高等級的具有2000國家大地坐標(biāo)的控制點作為約束條件，在WGS84橢球下進(jìn)行3維約束平差，平差的結(jié)果將屬于2000國家大地坐標(biāo)。一般情況下GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)都是作為原始觀測資料上交并保存的，若該GPS網(wǎng)與周邊高等級具有2000國家大地坐標(biāo)的點進(jìn)行了聯(lián)測。以這些點2000國家大地坐標(biāo)為約束條件的3維平差的結(jié)果就屬于2000國家大地坐標(biāo)系。

2.2.3將具有ITRF框架坐標(biāo)的點位通過框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換，得到2000國家大地坐標(biāo)

從2000國家大地坐標(biāo)系的實現(xiàn)來看，點的2000國家大地坐標(biāo)與點的ITRF97框架，2000.0歷元坐標(biāo)是一致的，通過GAMIT相對定位方法或者精密單點定位（PPP）的方法都可以獲取點位的ITRF框架下的坐標(biāo)，此時獲取的點位坐標(biāo)的基準(zhǔn)與結(jié)算使用的精密星歷的基準(zhǔn)是一致的，這個基準(zhǔn)包括其所在的框架和歷元，例如，目前精密星歷采用的是IGS2005框架，歷元為觀測當(dāng)天的瞬時歷元，因此利用前面所述的方法計算的結(jié)果將是基于ITRF2005框架，觀測當(dāng)天的歷元，此時只需要通過框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換將ITRF2005框架觀測當(dāng)天歷元坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到ITRF1997框架，2000.0歷元，可以認(rèn)為轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)就是屬于2000國家大地坐標(biāo)系。

參考文獻(xiàn)：

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