程曉暉

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

廣州坐標(biāo)系與CGCS2000坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系的研究

程曉暉*

(廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)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(duì)廣州市現(xiàn)有的高等級(jí)平面控制網(wǎng)與國(guó)內(nèi)部分IGS跟蹤站進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)觀測(cè)，以IGS跟蹤站的CGCS2000坐標(biāo)作為起算點(diǎn)進(jìn)行平差計(jì)算，逐步傳遞求解出廣州市各控制網(wǎng)高等級(jí)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)并檢測(cè)其精度，由此建立廣州坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上研制出相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理程序，經(jīng)檢核精度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

廣州坐標(biāo)系；CGCS2000；平面控制網(wǎng)；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

1 引 言

國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)自2008年7月1日啟用我國(guó)的地心坐標(biāo)系2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)，同時(shí)要求用8年～10年的時(shí)間，完成現(xiàn)行國(guó)家大地坐標(biāo)系向2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的過渡和轉(zhuǎn)換。本文通過IGS站的CGCS2000坐標(biāo)值起算，求出廣州市內(nèi)GZCORS基站、廣州市似大地水準(zhǔn)面控制網(wǎng)、廣州市首級(jí)(Ⅱ等)GPS平面控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)值，建立CGCS2000與廣州坐標(biāo)系之間的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上研制出相應(yīng)的坐標(biāo)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(jí)(二等)平面測(cè)量控制網(wǎng)、廣州市似大地水準(zhǔn)面精化高精度控制網(wǎng)和廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市成立綜合服務(wù)系統(tǒng)等城市空間三維定位框架基準(zhǔn)，本項(xiàng)目需要將CGCS2000坐標(biāo)聯(lián)測(cè)到上述控制網(wǎng)中，建立廣州坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換。

2.1 廣州市2000年GPS首級(jí)(二等)平面測(cè)量控制網(wǎng)

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

2.2 廣州市似大地水準(zhǔn)面精化高精度控制網(wǎng)

廣州市似大地水準(zhǔn)面精化(GZGEOID)項(xiàng)目于2005年開始實(shí)施，2006年完成并通過驗(yàn)收。水準(zhǔn)面精化GPS網(wǎng)為高精度的三維GPS控制網(wǎng)，施測(cè)高精度GPS框架點(diǎn)10個(gè)、GPS C級(jí)全面網(wǎng)點(diǎn)144個(gè)，廣東省GPS A、B級(jí)聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)3個(gè)，其中1個(gè)與廣州市聯(lián)測(cè)控制點(diǎn)重合，共156個(gè)點(diǎn)。水準(zhǔn)面精化GPS網(wǎng)精密聯(lián)測(cè)和解算了二等GPS平面點(diǎn)10個(gè)、A、B級(jí)GPS點(diǎn)3個(gè)，框架網(wǎng)和C級(jí)網(wǎng)一起進(jìn)行統(tǒng)一平差，成果精度相當(dāng)于國(guó)家GPS C級(jí)控制網(wǎng)。

2.3 GZCORS系統(tǒng)

廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)(GZCORS)將現(xiàn)代衛(wèi)星定位、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字通訊等技術(shù)進(jìn)行多方位、高深度集成的結(jié)晶，可以全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的高精度三維坐標(biāo)和時(shí)間信息，它是廣州市實(shí)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(xiàng)目在廣州市境內(nèi)建立了8個(gè)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)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(gè)監(jiān)測(cè)站和1個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，將整個(gè)廣州市全市域約 8 000 km2范圍全部覆蓋在連續(xù)運(yùn)行的CORS網(wǎng)絡(luò)之中。

廣州市區(qū)域內(nèi)有48個(gè)具有CGCS2000坐標(biāo)國(guó)家一、二等三角點(diǎn)，其中一等三角點(diǎn)為14個(gè)，二等三角點(diǎn)為34個(gè)，經(jīng)確認(rèn)有9個(gè)點(diǎn)是廣州市2000年二等GNSS網(wǎng)點(diǎn)重合點(diǎn)。此外還有2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)5點(diǎn)，這些點(diǎn)進(jìn)行了水準(zhǔn)測(cè)量和GPS測(cè)量，平面和高程相容性較好，可作為廣州市CGCS2000坐標(biāo)檢核的起算點(diǎn)。

3 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理方案

本項(xiàng)目采取國(guó)內(nèi)IGS跟蹤站與廣州市高等級(jí)控制點(diǎn)聯(lián)測(cè)，以IGS跟蹤站的CGCS2000坐標(biāo)作為起算點(diǎn)進(jìn)行平差，逐步傳遞求解廣州市各控制網(wǎng)高等級(jí)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)。對(duì)9個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站(街口站包括2個(gè)，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(gè)IGS跟蹤站構(gòu)網(wǎng)，以31天的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，以WUHN、 BJFS、SHAO等IGS跟蹤站的CGCS2000坐標(biāo)做起算，平差得到9個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站的CGCS2000坐標(biāo)(大地坐標(biāo)和高斯投影平面坐標(biāo))，成果滿足GPS-B級(jí)網(wǎng)精度要求；然后對(duì)2006年完成的8個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站(不包括原街口站)和8個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)構(gòu)成的聯(lián)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行基線處理，以8個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站的CGCS2000坐標(biāo)為起算，平差求出8個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)；再利用這個(gè)8個(gè)聯(lián)測(cè)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)求出廣州市似大地水準(zhǔn)面控制點(diǎn)；然后采用廣州市似大地水準(zhǔn)面控制網(wǎng)與2000年的廣州市首級(jí)(Ⅱ等)GPS平面控制網(wǎng)重合的9個(gè)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)值推求出2000年的廣州市首級(jí)(Ⅱ等)GPS平面控制網(wǎng)的CGCS2000坐標(biāo)值。至此，廣州市境內(nèi)的所有高等級(jí)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)值均已求出。項(xiàng)目技術(shù)路線如下。

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

此外，為驗(yàn)證上述控制點(diǎn)CGCS2000精度，還采用廣州市內(nèi)5個(gè)高等級(jí)控制點(diǎn)(GPS A級(jí)點(diǎn)與一等三角點(diǎn))的CGCS2000坐標(biāo)值與9個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，逐級(jí)求出9個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站點(diǎn)、廣州市似大地水準(zhǔn)面控制點(diǎn)、廣州市首級(jí)(Ⅱ等)GPS平面控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)值，并與IGS聯(lián)測(cè)時(shí)求出的CGCS2000坐標(biāo)值進(jìn)行比較，檢測(cè)流程如圖2所示：

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

經(jīng)過上述計(jì)算分析，采用國(guó)家高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)與IGS站的CGCS2000坐標(biāo)分別作為起算，9個(gè)GZCORS基準(zhǔn)站以及廣州市高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)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(biāo)和2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)分別作起算，平差得到的廣州市9個(gè)GZCORS站和264個(gè)廣州市高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的CGCS2000平面坐標(biāo)比較來看，兩者檢核偏差結(jié)果為：X方向較差絕對(duì)值最大為 0.027 9 m，Y方向較差絕對(duì)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(cè)繪成果轉(zhuǎn)換到2000國(guó)家大地坐標(biāo)系技術(shù)指南》小于 0.05 m的要求，兩種不同的起算點(diǎn)平面坐標(biāo)相容性較好。

廣州高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)檢核結(jié)果分析 表1

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

4.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型

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

m為A坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到B坐標(biāo)系的尺度參數(shù)。

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

4.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)確定

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)利用了2005年廣州似大地水準(zhǔn)面精化156個(gè)GNSS點(diǎn)的廣州坐標(biāo)和CGCS2000坐標(biāo)按最小二乘法原理求出。

4.3 廣州坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件程序編制

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

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

CGCS2000坐標(biāo)與廣州坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)利用2005年廣州似大地水準(zhǔn)面精化156個(gè)GNSS點(diǎn)求出，156個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)殘差。利用廣州市2000年GPS首級(jí)(二等) GNSS平面控制網(wǎng)98個(gè)點(diǎn)進(jìn)行外部精度檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)殘差如表2所示。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換殘差統(tǒng)計(jì)表 表2

可見，CGCS2000坐標(biāo)與廣州坐標(biāo)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(duì)廣州市現(xiàn)有控制網(wǎng)的高等級(jí)控制點(diǎn)與IGS跟蹤站的聯(lián)測(cè)，求解出了廣州市高等級(jí)控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)并檢測(cè)其相關(guān)精度，確定廣州坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，編制相關(guān)軟件，經(jīng)檢核精度符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

[1] 陽海峰. 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系與我國(guó)常用坐標(biāo)系在大地控制成果轉(zhuǎn)換方面的研究[D]. 西安：西安科技大學(xué)，2010.[2] 李聰. 基于2000國(guó)家大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及其應(yīng)用[D]. 桂林：桂林理工大學(xué)，2011.

[3] 孟慶武，張洪文，朱李忠. 基于CGCS2000的高斯平面坐標(biāo)與城市獨(dú)立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的研究[J]. 測(cè)繪與空間地理信息，2012(11)：160～164.

[4] 林鴻，楊光．廣州市似大地水準(zhǔn)面精化[J]. 城市勘測(cè)，2006(3)：13～14.

[5] 成英燕，程鵬飛，秘金鐘等. 基于現(xiàn)框架下的省市級(jí)CORS站到CGCS2000的轉(zhuǎn)換[J]. 測(cè)繪通報(bào)，2011(7)：1～3.[6] 楊光，方鋒，祁芳. 廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)[J]. 城市管理與科技，2006(8)：253～255.

[7] 丘云峰，倪津，楊映泉等. 基于CGCS2000下地方大地坐標(biāo)基準(zhǔn)的建立與應(yīng)用[J]. 測(cè)繪工程，2013(8)：42～44.

[8] 王文利，程傳錄，陳俊英. 常用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及其實(shí)用性研究[J]. 測(cè)繪信息與工程，2010(5)：37～39.

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(cè)量和工程測(cè)量方面的工作和研究。