2000國(guó)家大地坐標(biāo)系在水利工程中的應(yīng)用

范秀慶，魏全龍

（濟(jì)南市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，工程測(cè)量使用的是1980西安坐標(biāo)系及地方坐標(biāo)系等參心坐標(biāo)系，這些坐標(biāo)系下的測(cè)繪成果已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求。在這種情況下國(guó)內(nèi)自主定義了符合實(shí)際國(guó)情的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，并于2018年7月1日起開(kāi)始正式實(shí)施。為了更好地推廣和使用該坐標(biāo)系，自然資源部等部門(mén)已經(jīng)不再接受非2000國(guó)家大地坐標(biāo)系上報(bào)的項(xiàng)目，也不再向社會(huì)提供非2000國(guó)家大地坐標(biāo)系基礎(chǔ)測(cè)繪成果。但在實(shí)際工作中，目前還沒(méi)有解算出一次測(cè)量就能得到2000坐標(biāo)系平面坐標(biāo)和85國(guó)家高程的參數(shù)成果。

本文結(jié)合濟(jì)南市商河縣一個(gè)新建水閘項(xiàng)目，對(duì)小區(qū)域水利工程項(xiàng)目獲取平面坐標(biāo)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系和高程值為1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的方法進(jìn)行探討。

該項(xiàng)目位于濟(jì)南市商河縣的一個(gè)新建水閘，測(cè)圖范圍：東西長(zhǎng)約170m，南北長(zhǎng)約220m，面積約0.03km2。

1 常用三種坐標(biāo)系簡(jiǎn)介

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是簡(jiǎn)稱(chēng)為CGCS2000，其長(zhǎng)半軸為6378137m，扁率為1/298.257222101。該坐標(biāo)系是通過(guò)分布在中國(guó)的多個(gè)連續(xù)運(yùn)行的GPS基準(zhǔn)站、以及之前建立的天文大地網(wǎng)與空間地網(wǎng)聯(lián)合平差建立的。

WGS-84坐標(biāo)系也是一種地心坐標(biāo)系，目前GPS所采用的就是該坐標(biāo)系統(tǒng)。它的的橢球參數(shù)的數(shù)值為：長(zhǎng)半軸6378137±2m；扁率0.003352810664。

1980西安坐標(biāo)系只能提供點(diǎn)位平面坐標(biāo)。如果用西安80坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)表示高精度的點(diǎn)的三維坐標(biāo)，會(huì)造成點(diǎn)位精度上的損失。它采用的橢球的長(zhǎng)半軸為6378140m。

通過(guò)以上對(duì)比，80西安坐標(biāo)系橢球長(zhǎng)半軸比WGS84坐標(biāo)系橢球長(zhǎng)半軸的值大3.0m左右，差別較大；2000國(guó)家大地坐標(biāo)系橢球長(zhǎng)半軸與WGS84坐標(biāo)系橢球長(zhǎng)半軸差異較小，而且在坐標(biāo)系原點(diǎn)、定向及定向演變、尺度的定義方面都是相同的。于是可以認(rèn)為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系在坐標(biāo)系的實(shí)現(xiàn)誤差范圍內(nèi)，它們的坐標(biāo)值是一致的。

2 點(diǎn)坐標(biāo)獲取方法

2.1 四參數(shù)求解法

在進(jìn)行項(xiàng)目區(qū)測(cè)量時(shí)（測(cè)區(qū)兩點(diǎn)間的最大距離小于10.0km），可以采用四參數(shù)法或七參數(shù)法，因?yàn)樵谶@種條件下橢球參數(shù)的差異對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響是很小的，可以忽略這種影響。但當(dāng)測(cè)區(qū)兩點(diǎn)間的最大距離大于15.0km，須要考慮因兩種橢球參數(shù)的差異帶來(lái)的轉(zhuǎn)換精度的影響了，這時(shí)就只能采用七參數(shù)來(lái)完成兩種坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換了。這是因?yàn)樗膮?shù)與七參數(shù)的計(jì)算模型是不同的，四參數(shù)只能用于兩個(gè)不同的二維平面直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，而七參數(shù)可以用于兩個(gè)不同的三維空間直角坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

目前，外業(yè)測(cè)量主要使用GPSRTK，在當(dāng)前的GPS軟件中，也有相應(yīng)的四參數(shù)和七參數(shù)設(shè)置。采用四參數(shù)，對(duì)于簡(jiǎn)單的地形測(cè)量其實(shí)沒(méi)有必要進(jìn)行高程擬合，即使你用了高程擬合參數(shù)也很難達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度，即使采用高程擬合參數(shù)后，RTK的高程測(cè)量的精度也是不能保證的。眾所周知RTK求解的正常高，是用儀器直接獲得的大地高減去已經(jīng)求解出來(lái)的高程異常值，但求解出來(lái)的高程異常值不一定是精確的，加之不同地方的高程異常值有差異。所以，小范圍測(cè)區(qū)沒(méi)有必要使用高程擬合參數(shù)。

具體操作方法：利用原來(lái)已有的七參數(shù)，在實(shí)地測(cè)出三個(gè)圖根點(diǎn)的西安80坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)與1985國(guó)家高程坐標(biāo)系下的高程；然后再利用SDCORS測(cè)出這三個(gè)圖根點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)。最后通過(guò)測(cè)量?jī)x器中的四參數(shù)求解功能，在界面輸入其中兩個(gè)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)和利用七參數(shù)求解出來(lái)的1985國(guó)家高程基準(zhǔn)的高程來(lái)解算出四參數(shù)。利用求解出來(lái)的四參數(shù)檢驗(yàn)第三個(gè)坐標(biāo)的正確性，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)誤后，就可以開(kāi)展該區(qū)域內(nèi)的地形測(cè)量工作了。

2.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法

首先，利用原來(lái)已有的七參數(shù)，在實(shí)地進(jìn)行地形測(cè)量工作，獲取80西安坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)和1985國(guó)家高程坐標(biāo)系下的擬合高程。然后在內(nèi)業(yè)處理時(shí)可以利用以下兩種方法進(jìn)行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換：一是利用南方GPS后處理軟件中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能直接進(jìn)行點(diǎn)坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。在“參數(shù)設(shè)置”中設(shè)置好源橢球系參數(shù)、目標(biāo)橢球系參數(shù)、投影參數(shù)及七參數(shù)，然后選擇好轉(zhuǎn)換前坐標(biāo)類(lèi)型和轉(zhuǎn)換后坐標(biāo)類(lèi)型及坐標(biāo)文件的格式，就可以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換了。二是圖形編輯完成后利用兩個(gè)公共點(diǎn)的坐標(biāo)，對(duì)圖形進(jìn)行平移和縮放。打開(kāi)CASS軟件，選擇地物編輯—坐標(biāo)轉(zhuǎn)換選項(xiàng)，分別拾取和添加兩個(gè)公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換前和轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值，然后點(diǎn)擊“計(jì)算轉(zhuǎn)換四參數(shù)”，最后選擇“使用四參數(shù)轉(zhuǎn)換”來(lái)進(jìn)行圖形的轉(zhuǎn)換。

2.3 點(diǎn)位精度

利用GPS-RTK測(cè)量地形點(diǎn)273個(gè)。通過(guò)四參數(shù)法和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法得到的圖形點(diǎn)位精度的比較值見(jiàn)表1和表2。

表1測(cè)區(qū)高程精度統(tǒng)計(jì)

表2測(cè)區(qū)平面位置精度統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)語(yǔ)

以上兩種方法都可以準(zhǔn)確地獲取2000國(guó)家大地坐標(biāo)，在小區(qū)域水利工程測(cè)量中應(yīng)用，其中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法還可以在大面積測(cè)圖中使用。但要注意的是在使用七參數(shù)進(jìn)行西安80坐標(biāo)系到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)，在軟件中七參數(shù)設(shè)置時(shí)輸入的七參數(shù)和測(cè)圖時(shí)用的七參數(shù)符號(hào)是相反的。否則，轉(zhuǎn)換出來(lái)的坐標(biāo)就是錯(cuò)誤的。

四參數(shù)法應(yīng)用的前提是能利用CORS系統(tǒng)獲取到準(zhǔn)確的WGS84坐標(biāo)，從而通過(guò)儀器內(nèi)置軟件在不用參數(shù)的情況下測(cè)出2000國(guó)家大地坐標(biāo)。如果沒(méi)有CORS或CORS站未進(jìn)行聯(lián)測(cè)而無(wú)法獲取準(zhǔn)確的WGS84坐標(biāo)的情況下，這種方法不適用。