合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)分區(qū)解算實(shí)踐

王林，張偉

(合肥市測繪設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230061)

1 引 言

根據(jù)《國土資源部、國家測繪地理信息局關(guān)于加快使用2000國家大地坐標(biāo)系的通知》(國土資發(fā)〔2017〕30號)要求，自2018年7月1日起全面應(yīng)用2000國家大地坐標(biāo)系。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的空間定位基礎(chǔ)，歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換是當(dāng)前的必要工作，也是測繪地理信息服務(wù)于自然資源和規(guī)劃工作的重要體現(xiàn)，如何解算轉(zhuǎn)換參數(shù)是此項(xiàng)工作的核心。文獻(xiàn)[1]～[5]分別從坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過程、方法、常見問題、轉(zhuǎn)換軟件和轉(zhuǎn)換關(guān)系等角度進(jìn)行闡述，本文結(jié)合合肥市的區(qū)域特點(diǎn)介紹分區(qū)解算轉(zhuǎn)換參數(shù)的思路與方法。

2 區(qū)域特點(diǎn)與難點(diǎn)分析

2.1 區(qū)域概況

合肥市位于北緯30°57′～32°32′、東經(jīng)116°41′～117°58′之間，117°中央子午線位于合肥市西部，市區(qū)平均海拔高度 20 m～40 m。2011年以前合肥市(簡稱老合肥)下轄四區(qū)(蜀山區(qū)、廬陽區(qū)、瑤海區(qū)和包河區(qū))和三縣(肥東縣、肥西縣和長豐縣)，市域面積約 7 000 km2。2011年原地級巢湖市撤銷，廬江縣和縣級巢湖市由合肥市管理(簡稱新合肥)，市域面積 11 445 km2(如圖1所示)。行政區(qū)劃調(diào)整是合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算的第一個(gè)特點(diǎn)。

2.2 老合肥平面坐標(biāo)系統(tǒng)概況

老合肥城市坐標(biāo)系統(tǒng)(簡稱合肥54)是基于1954年北京坐標(biāo)系建立，采用高斯正形投影統(tǒng)一3°帶，始建于20世紀(jì)50年代，90年代進(jìn)行GPS網(wǎng)改造同時(shí)獲取基于1980西安坐標(biāo)系的老合肥1980西安坐標(biāo)(簡稱合肥80)，以上兩套平面坐標(biāo)系統(tǒng)一直沿用至今。由于歷史原因，同一控制點(diǎn)的合肥54坐標(biāo)和合肥80坐標(biāo)與國家1954北京坐標(biāo)(簡稱BJ54)和國家1980西安坐標(biāo)(簡稱XA80)存在明顯的系統(tǒng)誤差(如圖2所示)，基本呈現(xiàn)出以建成區(qū)為中心向外逐步擴(kuò)散，差異值從 0.05 m以內(nèi)到最大 0.30 m的遞增規(guī)律，這是合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算的第二個(gè)特點(diǎn)。

圖1 合肥市區(qū)劃調(diào)整示意圖

圖2 合肥54與BJ54差異圖

2.3 縣區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

在坐標(biāo)系統(tǒng)的使用上，呈現(xiàn)出不同部門所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)不同但是部門內(nèi)相對統(tǒng)一的特點(diǎn)(如表1所示)，這是合肥市CGCS2000坐標(biāo)參數(shù)解算的第三個(gè)特點(diǎn)。

合肥市坐標(biāo)系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀 表1

2.4 難點(diǎn)分析

基于上述分析，要實(shí)現(xiàn)合肥市統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)的目標(biāo)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中存在如下技術(shù)難點(diǎn)：

(1)面向CGCS2000，如何解算不同區(qū)域、不同坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

(2)如何處理合肥54與BJ54、合肥80與XA80之間的系統(tǒng)誤差。

(3)在進(jìn)行基于CGCS2000框架網(wǎng)聯(lián)測是否有必要參照文獻(xiàn)[7]的方法，進(jìn)行合肥54/合肥80的聯(lián)測聯(lián)算。

3 技術(shù)路線

根據(jù)合肥市的實(shí)際情況，合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算的技術(shù)思路如下：

(1)采用高斯正形投影統(tǒng)一3°帶[6]，平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型選擇二維四參數(shù)，大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型選擇Bursa七參數(shù)。

(2)衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度不大于3cm[7]。

(3)CGCS2000框架網(wǎng)聯(lián)測聯(lián)算以基準(zhǔn)站為基礎(chǔ)，適當(dāng)加密原有控制點(diǎn)，通過不同期成果比較分析其穩(wěn)定性，確定其利用方式。

(4)為了保證坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，在框架網(wǎng)聯(lián)測的基礎(chǔ)上通過在不同區(qū)域選擇重合點(diǎn)的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行試算，測試是否可以消除合肥54/80與BJ54/XA80之間的系統(tǒng)誤差，如果無法消除則通過分區(qū)轉(zhuǎn)換方法分別計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。

4 實(shí)踐過程

4.1 控制點(diǎn)成果分析

為滿足合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算，共收集不同等級、不同時(shí)期、不同坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn)成果資料如表2所示，分析結(jié)果如下：

(1)國家級基準(zhǔn)站成果作為CGCS2000框架網(wǎng)聯(lián)測起算點(diǎn)使用。

(2)省市級基準(zhǔn)站已有CGCS2000成果作為檢查使用。

(3)B級、C級和城市二等GPS點(diǎn)成果質(zhì)量可靠，且不同時(shí)期成果間符合性較好，作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算的重合點(diǎn)或檢查點(diǎn)使用。

控制點(diǎn)一覽表 表2

4.2 統(tǒng)一轉(zhuǎn)換試算

(1)框架網(wǎng)聯(lián)測

為確保CGCS2000成果的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性，布設(shè)合肥市GNSS框架網(wǎng)并聯(lián)測國家級基準(zhǔn)站，框架網(wǎng)(如圖3所示)全部利用原有點(diǎn)位，由17個(gè)省市級基準(zhǔn)站和27個(gè)聯(lián)測點(diǎn)組成。計(jì)算結(jié)果顯示本次成果與2009年合肥市似大地水準(zhǔn)面精化項(xiàng)目成果坐標(biāo)較差最大 0.012 m，表明框架網(wǎng)點(diǎn)的空間位置穩(wěn)定可靠，原有的GNSS控制點(diǎn)CGCS2000成果可以直接使用。

圖3 CGCS2000框架網(wǎng)聯(lián)測示意圖

(2)試算結(jié)果

由于合肥54/合肥80的差異性客觀存在，筆者設(shè)想是否可以在不同系統(tǒng)之間選擇重合點(diǎn)從而消除系統(tǒng)誤差，從試算結(jié)果(如表3所示)表明重合點(diǎn)殘差中誤差、檢查點(diǎn)中誤差均超限，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換的思路無法滿足精度要求，需要按分區(qū)的技術(shù)路線計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。

轉(zhuǎn)換參數(shù)試算 表3

4.3 分區(qū)轉(zhuǎn)換實(shí)踐

(1)分區(qū)策略

為實(shí)現(xiàn)合肥市不同坐標(biāo)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)向CGCS2000轉(zhuǎn)換的目標(biāo)，在確保CGCS2000的統(tǒng)一性和準(zhǔn)確性的前提下，充分發(fā)揮已有歷史數(shù)據(jù)的價(jià)值，結(jié)合各縣市區(qū)坐標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)際情況，對合肥市的CGSC2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行分區(qū)計(jì)算：

①以老合肥為基礎(chǔ)建立合肥54/合肥80參數(shù)，適用于以合肥54/合肥80為基準(zhǔn)生產(chǎn)的成果與CGCS2000之間的轉(zhuǎn)換；

②以新合肥為基礎(chǔ)建立BJ54/XA80參數(shù)，適用于以BJ54/XA80為基準(zhǔn)生產(chǎn)的成果與CGCS2000之間的轉(zhuǎn)換。

(2)分區(qū)解算

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的重合點(diǎn)選擇至關(guān)重要，結(jié)合合肥市的實(shí)際情況，重合點(diǎn)選擇按照GNSS基準(zhǔn)站、B級GPS點(diǎn)、城市二等GPS網(wǎng)起算點(diǎn)和C級點(diǎn)的優(yōu)先順序和點(diǎn)位分布均勻、覆蓋轉(zhuǎn)換范圍且不少于5個(gè)點(diǎn)的原則[7]。

合肥54/合肥80參數(shù)解算選擇7個(gè)重合點(diǎn)(如圖4所示)，其中GNSS基準(zhǔn)站4個(gè)、城市二等GPS點(diǎn)3個(gè)，檢查點(diǎn)25個(gè)，分別計(jì)算Bursa七參數(shù)和二維四參數(shù)。

圖4 合肥54/合肥80參數(shù)重合點(diǎn)和檢查點(diǎn)分布圖

BJ54/XA80參數(shù)解算選擇11個(gè)重合點(diǎn)(如圖5所示)，其中GNSS基準(zhǔn)站2個(gè)、B級GPS點(diǎn)3個(gè)、C級GPS點(diǎn)6個(gè)，檢查點(diǎn)30個(gè)，分別計(jì)算Bursa七參數(shù)和二維四參數(shù)。

圖5 BJ54/XA80參數(shù)重合點(diǎn)和檢查點(diǎn)分布示意圖

(3)分區(qū)解算精度評定

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度依據(jù)計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點(diǎn)殘差中誤差進(jìn)行評定。外部符合精度利用檢查點(diǎn)與已知坐標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算較差中誤差進(jìn)行評定。各轉(zhuǎn)換關(guān)系的精度統(tǒng)計(jì)如表4所示，從表中可看出，無論是重合點(diǎn)殘差中誤差還是檢查點(diǎn)較差中誤差均小于 2 cm。

分區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度評定統(tǒng)計(jì) 表4

5 結(jié) 語

本文通過合肥市CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)解算的工作實(shí)踐，根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)以行政區(qū)劃為單位進(jìn)行分區(qū)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)，實(shí)現(xiàn)已有資料向CGCS2000成果轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度可靠，為類似區(qū)域提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。