在工程項目中引入南昌2000坐標系統(tǒng)的探討

曾慶春，徐龍華

(南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，江西 南昌 330038)

1 引 言

國家測繪局2008年第2號公告指出我國自2008年7月1日，啟用2000國家大地坐標系[1，2]。2008年7月1日以后，新產(chǎn)生的各類測繪成果均應采用與2000國家大地坐標系相統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)。2017年6月29日，南昌市政府發(fā)布了啟用南昌2000坐標系的公告。公告要求自2017年7月1日起南昌市啟用南昌2000坐標系，過渡期為2年，2019年7月1日起停止使用現(xiàn)行地方坐標系統(tǒng)。

隨著截止時間的臨近，如何正確求解控制網(wǎng)點在南昌2000坐標下的坐標是目前南昌市測繪工作人員比較關(guān)心的一個話題，尤其是對于一些中小型測繪生產(chǎn)單位和測繪生產(chǎn)項目而言，從外單位獲取南昌2000坐標數(shù)據(jù)是一筆不少的費用。

引入南昌2000坐標的方法主要有兩種：一是通過購買并聯(lián)測測區(qū)周邊高等級的已知控制網(wǎng)點，解算自己控制網(wǎng)點坐標；二是將IGS站數(shù)據(jù)作為可以免費利用的已知數(shù)據(jù)與自身控制網(wǎng)聯(lián)測解算，并進行框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換，得出南昌2000坐標。本文將介紹這兩種方法，并對其結(jié)果進行分析比較。

2 NCCORS和NC2000坐標系概況

南昌市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(簡稱：NCCORS)是根據(jù)智慧南昌時空信息云平臺建設(shè)項目要求啟動建設(shè)的。NCCORS由5個新建站點和4個江西省CORS站點組成(NCCH站、NCNJ站、NCMZ站、NCAY站、NCSH站、JINX站、GAOA站、FECH站、YXIU站)，平均站點間距 42 km。該系統(tǒng)覆蓋了整個南昌市域，可為全市提供統(tǒng)一的、連續(xù)、動態(tài)的空間數(shù)據(jù)參考框架。

南昌2000坐標系是南昌市唯一合法的相對獨立的平面坐標系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高斯投影，以東經(jīng)115°53′59″作為中央子午線，投影面為2000國家大地坐標系參考橢球面。南昌2000坐標系可以看成是2000國家大地坐標系在南昌的具體實現(xiàn)，在南昌地區(qū)，南昌2000坐標系與國家2000坐標系僅僅是中央子午線不一樣，可通過換帶計算進行轉(zhuǎn)換。因此引入南昌2000坐標與CGCS2000坐標本質(zhì)上是一致的。

3 NC2000坐標引入方法

高等級控制網(wǎng)點的2000國家大地坐標系成果和相關(guān)參數(shù)成果由測繪主管部門保存和提供使用，非政府單位只能購買和聯(lián)測；《大地測量控制點坐標轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)程》中指出2000國家GPS大地控制網(wǎng)點的點位坐標精度為 0.03 m。這從技術(shù)層面上為獨立獲取南昌2000坐標提供了一個可操作的空間。以測區(qū)控制網(wǎng)為例，2000坐標引入方法無非兩種，一種是通過外部購買并聯(lián)測的方法；第二種就是自己想辦法獨立生產(chǎn)。

第一種方法即購買并聯(lián)測測區(qū)周邊高等級控制網(wǎng)點坐標的方法最直接、最干脆。但是對于一些中小型單位或者中小型項目，向省市測繪主管部門申請購買3個以上高等級控制網(wǎng)點是一筆不小的費用，且申請程序和審批流程需要一定的時間，這些因素均不利于減少成本和提高效率。

第二種方法是以周邊IGS站點為起算數(shù)據(jù)采用GAMIT等高精度軟件解算出當前框架、當前歷元下的坐標，再利用ITRF等網(wǎng)站公布的框架之間和歷元之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標轉(zhuǎn)換，得到CGCS2000坐標，再進行投影換帶的方法獲得南昌2000坐標。

限于篇幅，本文第一種方法具體過程就不進行闡述，重點介紹第二種方法的過程和思路，并將第一種方法的結(jié)果直接給出并當成已知值，與第二種方法進行比較以證明該方法的可行性。

4 NC2000坐標成果分析比較

本文以2017年5月9日的NCCORS 5個站點的觀測數(shù)據(jù)為例，聯(lián)測周邊三個IGS站點，采用GAMIT/GLOBK進行基線解算與平差處理。

4.1 基線解算

下載NCCORS其中5個站點2017年第129天的觀測數(shù)據(jù)，歷元間隔為 15 s，考慮到部分站點名與lfile文件中的名字重復，將5個站點名修改成A001～A005，同時聯(lián)測了周邊3個IGS站(BJFS、SHAO、TCMS)，由于NCCORS站點和IGS站點均為連續(xù)運行參考站，觀測環(huán)境良好，數(shù)據(jù)質(zhì)量也比較好，不需要怎么預處理即可用GAMIT進行基線解算。

本次示例基線解算步驟：①準備觀測數(shù)據(jù)后，鏈接TABLE文件夾；②進行process策略設(shè)置，主要策略設(shè)置如表1；③修改sestable；④修改設(shè)置sites.defalts；⑤手動更新station.info；⑥批處理基線。如表1所示。

相關(guān)策略設(shè)置 表1

基于上述策略采用GAMIT軟件進行基線解算，基線解算的相關(guān)信息存放于Q文件(詳細版)和O文件(概略版)中，查看Q文件的NRMS值(衡量基線解算重要指標)是否在0.15～0.25區(qū)間，一般不能超過0.5，否則說明觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，需進行相關(guān)預處理。本示例基線解算的NRMS值為0.182，小于0.25，解算質(zhì)量良好可用于下一步平差處理。

4.2 平差處理

利用上述基線解算的Q文件，從ITRF相關(guān)網(wǎng)站上面下載這幾個IGS站基于ITRF2014，2017年5月9日的瞬時坐標和速度場信息，采用GLOBK或者CosaGPS(兩者都可用于高精度平差)進行平差處理，獲取NCCORS五個站點當前歷元下ITRF2014下的邊長結(jié)果和坐標成果，如表2所示：

控制網(wǎng)平差邊長精度 表2

本文只列舉了NCCORS5個站點之間的邊長信息，其中A001～A004這條邊的精度最弱，相對誤差為3.06×10-8量級，邊長誤差都是毫米級，其余均優(yōu)于這個量級，這也間接證明NCCORS系統(tǒng)達到全球定位系統(tǒng)規(guī)范中B級網(wǎng)對邊長精度要求。

表3是5個CORS站點基于當前歷元，在ITRF2014框架下解算的坐標成果?？紤]到保密原因，坐標值僅保留了小數(shù)。

NCCORS站點ITRF2014框架下坐標 表3

4.3 框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換

由于CGCS2000坐標是ITRF97參考框架在2000.0歷元下的具體實現(xiàn)，因此需要將我們解算的ITRF2014框架下2017.3532歷元下的坐標進行框架轉(zhuǎn)換[3，4]和歷元轉(zhuǎn)換，框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換不分先后順序[5，6]，具體轉(zhuǎn)換時，本文采用先框架后歷元方式，從ITRF網(wǎng)站上面下載相關(guān)參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，5個NCCORS站點速度場信息參照武漢IGS的速度場信息?？蚣苻D(zhuǎn)換公式和歷元轉(zhuǎn)換公式如下：

(1)

式中：X97、Y97、Z97為待求97框架下的坐標；X2014、Y2014、Z2014為解算的2014框架下的坐標，TX、TY、TZ、D、RX、RY、RZ為框架轉(zhuǎn)換7參數(shù)。

(2)

4.4 成果比較和分析

從ITRF網(wǎng)站上查找相關(guān)參數(shù)值，通過上面框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換即可獲得CGCS2000坐標值，并經(jīng)過投影變換與已知NCCORS的南昌2000成果進行比較，比較結(jié)果如表4所示：

南昌2000坐標較差表 表4

從表4可以看出，采用框架和歷元變換方法得出的南昌2000坐標與已知值差距較小，均在 10 mm以內(nèi)，考慮到已知的南昌2000坐標值是通過聯(lián)測省CORS站等其他數(shù)據(jù)進行解算的，這兩種方法在基線解算和網(wǎng)平差時，站點數(shù)量、采集數(shù)據(jù)條件、接收機、電離層、起算數(shù)據(jù)等均不一樣，且通過比較平差成果中的邊長誤差均接近于零，因此框架變換法結(jié)果與已知南昌2000坐標值不一樣是可以理解的，獲取的2000坐標值是可靠的。

5 結(jié) 語

本文介紹的利用IGS站數(shù)據(jù)基于框架變換和歷元變換最后獲取南昌2000坐標值的方法是可行的，結(jié)果是可靠的，同時為了使控制網(wǎng)獲取南昌2000坐標精度更高、成果更加可靠，應盡量選擇環(huán)境較好的地方設(shè)站，同時盡量延長觀測時間，在4小時以上最好。因此對于一些中小型工程或者說測區(qū)周邊沒有已知高等級控制點的情況下采用這種方法獲取2000坐標，不僅可以減少經(jīng)費投入，還能較為準確地獲取南昌2000坐標成果。在國家部委層面以及地方城市開始啟用CGCS2000的情況下，本文闡述的觀點對于如何獨立獲取2000坐標成果提供了一種思路，具有一定實踐意義和參考價值。