黎鵬　何雯　羅曄

摘要：基于2000國家大地坐標系的定義，探討利用待測點數(shù)據(jù)與ICS站點數(shù)據(jù)進行組網(wǎng)解算平差后得到ITRF2008框架瞬時坐標，通過動態(tài)轉(zhuǎn)換計算出待測點的2000國家大地坐標系坐標，并通過實例驗證該方法的可行性。結(jié)果表明：該方法求取坐標精度可達3cm，符合規(guī)程規(guī)定的2000國家大地坐標GPS控制網(wǎng)點位坐標精度，并可提高外業(yè)觀測的靈活性和便利性。

關(guān)鍵詞：2000國家大地坐標;動態(tài)轉(zhuǎn)換;IGS;ITRF2008框架

中圖法分類號：P226.3 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.07.007

1研究背景

2000國家大地坐標系（以下簡稱“CGCS2000坐標系”）是我國新一代大地坐標系，按照《國土資源部國家測繪地理信息局關(guān)于加快使用2000國家大地坐標系的通知》（國土資發(fā)[2017]30號）要求，2018年6月底前完成全系統(tǒng)各類國土資源空間數(shù)據(jù)向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換，2018年7月1日后自然資源系統(tǒng)將全面使用2000國家大地坐標系。涉及到空間坐標的報部審查和備案項目，全部采用2000國家大地坐標系。2018年7月1日起不再接受非2000系上報的項目報件。由此可以預(yù)見，CGCS2000坐標在實際中的應(yīng)用將會越來越廣泛。因此，在實際生產(chǎn)中獲取高精度CCCS2000坐標十分重要。

CCCS2000坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體現(xiàn)，其定義與國際地球參考系（ITRS）的定義一致。ITRS是目前國際上最精確、最穩(wěn)定的全球性地心坐標系，國際地球參考框架（ITRF）是一個地心四維坐標參考框架，是ITRS的具體實現(xiàn)，由一系列測站相對于某一參考歷元的坐標和位移速度構(gòu)成，通過下載GPS站點觀測數(shù)據(jù)可與測量點組成同步觀測網(wǎng)。CCCS2000坐標系以ITRF97參考框架為基準，參考框架歷元為2000.0。在定義上，CCCS2000與WCS84是一致的，即關(guān)于坐標系原點尺度、定向及定向演變的定義都是相同的。WCS84坐標系與ITRF框架相對應(yīng)，如：WGS84（G1150）對應(yīng)ITRF2000，WCS84（G1674）對應(yīng)ITRFO8。但因為CCCS2000坐標系的坐標定義在2000.0歷元，因此不同時間定位得到的WCGS84坐標不是嚴格意義下的CGCS2000坐標。

CCCS2000坐標的獲取是通過與國家高等級控制點聯(lián)測求取或?qū)崟r動態(tài)定位等方法實現(xiàn)，但這些方法大多依賴國家控制點或者差分信號，在實際生產(chǎn)中存在一定的局限性。本文主要探討一種在沒有已知點和差分信號的情況下，將待測點與IGS站組網(wǎng)解算得到的高精度坐標，通過動態(tài)轉(zhuǎn)換獲取2000國家大地坐標的方法及其在實際工程應(yīng)用中的可行性。

2動態(tài)轉(zhuǎn)換方法

用高精度GNSS定位軟件處理后得到的各站點坐標與觀測時刻衛(wèi)星星歷定義的基準一致，衛(wèi)星在不同時間段采用不同ITRF框架。據(jù)CCCS2000定義，可將測時某特定框架坐標下瞬時坐標經(jīng)過動態(tài)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。步驟如下：

（1）通過待求點外業(yè)靜態(tài)測量數(shù)據(jù)與ICS站觀測數(shù)據(jù)組網(wǎng)進行數(shù)據(jù)處理，獲取待求點某特定框架下的瞬時坐標;由于組網(wǎng)基線均為長基線，為了保證結(jié)果的可靠性，一般使用GAMIT/CLOBK等軟件進行數(shù)據(jù)處理。

（2）利用當前坐標框架和目標框架（ITRF1997）之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行框架轉(zhuǎn)換，獲取待求點ITRF1997框架下當前歷元坐標。采用布爾莎七參數(shù)模型進行相似變換，轉(zhuǎn)換公式如下：

式中，X瞬時、Y瞬時、Z瞬時為步驟（1）中求取的當前坐標框架和歷元下的坐標值;X、Y、Z為ITRF1997框架下當前歷元的坐標值;T、T，、T為3個平移參數(shù);R、R、R為3個旋轉(zhuǎn)參數(shù);D為尺度參數(shù)。以上7個參數(shù)及其速度值可在ITRF網(wǎng)站查詢。對于不同歷元，還應(yīng)將7個轉(zhuǎn)換參數(shù)根據(jù)相應(yīng)的速度值進行歷元轉(zhuǎn)換：

P（t）=P（EPOCH）+P（t-EPOCH）

式中，P（EPOCH）為已知歷元（一般為2000.0）時刻的某一轉(zhuǎn)換參數(shù)，可在ITRF網(wǎng)站上查詢到相應(yīng)的數(shù)值;p為轉(zhuǎn)換參數(shù)P的速率值。

（3）使用當前測點的速度值進行歷元換算，將ITRF1997框架下的瞬時坐標歸算到2000.0歷元，得到最終CCCS2000坐標。使用下式（3），利用坐標速度k將坐標由歷元t歸算到2000.0。

式中，Cr20000為轉(zhuǎn)換后為2000.0歷元下的坐標值;C;為當前歷元下的坐標值;t為當前歷元;Vc為坐標速度值。

在這一過程中，獲取高精度速度值Vc是關(guān)鍵。速度值的求取方法主要有歐拉矢量法、格網(wǎng)平均值法、多面函數(shù)法等。目前，對于區(qū)域站精度較高的方法為局域歐拉矢量法內(nèi)插速度，但需要連續(xù)站點數(shù)據(jù)以及軟件支持，使用難度較大。因此，本文推薦使用魏子卿2提出的格網(wǎng)平均值法，其結(jié)果已按3*x3°格網(wǎng)以表格形式列出，可直接查詢，使用精度相對較高，站位速度誤差統(tǒng)計值達到+2.61mm/ao部分格網(wǎng)平均速度見表1。

由以上分析可總結(jié)出動態(tài)轉(zhuǎn)換的一般過程，流程見圖1。

3轉(zhuǎn)換實例

本文以位于某省的3個已知點X001、X002、X003在2017年5月23日觀測數(shù)據(jù)為例，采用周邊的13個IGS測站（airabjfs、daeji、guam、hyde、iisc、kit3lhazntus、pimo、pol2、shao、urum）參與解算。計算過程中，當前歷元取觀測時段平均值為2017.393。已知坐標見表2，使用GAMIT進行基線解算，GLOBK進行網(wǎng)平差。

網(wǎng)平差后獲得的所有站點ITRF2008框架在2017.393歷元下的坐標值見表3。

將平差后的坐標根據(jù)ITRF網(wǎng)站查詢到的參數(shù)進行框架轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換參數(shù)見表4。此過程可實現(xiàn)在.2017.393歷元下將坐標由ITRF2008框架轉(zhuǎn)換至ITRF97框架。

框架轉(zhuǎn)換后得到ITRE97框架下2017.393歷元下的坐標結(jié)果，采用魏子卿！一》提供的中國大陸39x3°格網(wǎng)平均速度進行歷元換算，坐標轉(zhuǎn)換輸人數(shù)據(jù)見表5，轉(zhuǎn)換結(jié)果見表6。

考慮到通常使用的坐標為平面坐標，將轉(zhuǎn)換結(jié)果與已知坐標均投影到平面進行對比，結(jié)果見表7。

從轉(zhuǎn)換過程可以發(fā)現(xiàn)，不同坐標框架之間坐標的差值相對較小，均在厘米級，坐標轉(zhuǎn)換前后的差值主要發(fā)生在對坐標進行歷元轉(zhuǎn)換的過程中34。尤其在長時間跨度的計算中，對坐標值的影響達到了亞米級，因此站點速度值的精度就顯得尤為重要[5-6]。從計算結(jié)果可以看出，，投影后平面坐標結(jié)果精度整體優(yōu)于大地高結(jié)果。根據(jù)《大地測量控制點坐標轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，2000國家大地坐標GPS控制網(wǎng)點位坐標精度為0.03m，轉(zhuǎn)換得出的平面坐標點位精度符合精度要求。這說明，采用此方法在一定條件下可以獲取高精度2000國家大地坐標成果。但大地高精度仍有待進一步提高，其中X001差值最大，主要原因可能是：①x001站的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較差、觀測歷元較短;②基線解算和網(wǎng)平差存在誤差;③歷元轉(zhuǎn)換中的速度精度不高，在長時間跨度的歷元轉(zhuǎn)換中，坐標絕對精度會降低。參考中國大陸I級活動塊體劃分，該區(qū)域位于魯東黃海塊體與華南塊體交接地帶，其地殼運動整體向東偏南方向，年速率在厘米級，可能對結(jié)果有影響;④ITRF框架轉(zhuǎn)換參數(shù)速度是常數(shù)，在長時間跨度下是否會存在變化有待考證。

4結(jié)語

通過將測區(qū)內(nèi)待測點與ICS站組網(wǎng)使用GAMIT/GLOBK軟件解算平差得到的空間坐標進行動態(tài)轉(zhuǎn)換，得到的2000國家大地坐標在一定條件下能夠達到國家GPS大地控制網(wǎng)點精度。這種方法不依賴于國家控制點便可獲得工作區(qū)域內(nèi)較高精度的CGCS2000大地坐標，也可用于長期維持一般測區(qū)的坐標系統(tǒng)，對于測區(qū)附近缺少控制點的區(qū)域也十分有益。此類方法僅需少量儀器甚至單臺儀器便可施測，待求點不需要同步觀測，大大提高了外業(yè)觀測的靈活性和便利性。目前，該方法的可靠性仍有待進一步驗證，為了保證其精度，需要進一步優(yōu)化外業(yè)觀測流程，提高數(shù)據(jù)處理手段，整個流程較為復(fù)雜且需要較長時間的靜態(tài)觀測。另外，站點速度在長時間跨度的動態(tài)轉(zhuǎn)換中十分關(guān)鍵，精度仍有待進一步提高。參考文獻：

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（編輯：李慧）