国土资源部2000系河北培训班20180416

中国测绘科学研究院2018.4.17成英燕主要内容1测量坐标系定义和表达2转换产品的形成和应用3点数据坐标转换4GPS采集实时数据转换大地水准面地球椭球OSN地球椭球分类◦总地球椭球:与全球范围内的大地水准面最佳拟合◦参考椭球:与某个区域的大地水准面最佳拟合PP参考椭球定位单点定位多点定位1.1地球形状和大小坐标系定义原点、尺度、轴指向表达到椭球面上还需在定义椭球大小椭球的位置和轴指向地球椭球GlobalEllipsoidLocalEllipsoid大地水准面1.2测量坐标系定义和表达大地坐标系空间直角坐标系大地坐标系空间直角坐标系xyoPP2P1XYZOZYXGPP’HLOGPBNSE地轴赤道W测量常用坐标系平面直角坐标系1.2测量坐标系定义和表达我国常用坐标系1.地心坐标系2.WGS84椭球WGS84坐标系1.地心坐标系2.CGCS2000参考椭球2000国家大地坐标系1.参心坐标系2.克拉索夫斯基椭球1954年北京坐标系1.参心坐标系2.IUGG推荐1975年椭球参数1980国家大地坐标系同一地面点在不同大地坐标系中具有不同的坐标值1.2测量坐标系定义和表达参心系地心坐标系1954年北京坐标系1980西安坐标系地方独立坐标系ITRSWGS-84CGCS2000ITRF88-ITRF2014WGS-84（G730）（G873)（G1150)（G1674）我国常用坐标系的实现—坐标框架一～四等天文大地网点坐标系实现框架81.2测量坐标系定义和表达参心坐标系是各个国家选择和局部区域的大地水准面最为密合的椭球作为参考椭球建立的坐标系。“参心”意指参考椭球的中心。由于参考椭球的中心一般和地球的质心不一致，因而参心坐标系又称非地心坐标系、局部坐标系或相对坐标系。1.3参心坐标系-局部坐标系1954年北京坐标系◦椭球定位采用了前苏联的定位◦定位的椭球面与我国的大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部的高程异常达到60多米。1980西安坐标系◦在全国范围内，参考椭球面和大地水准面符合很好◦高程异常为零的两条等值线穿过我国东部和西部◦大部分地区高程异常在20m以内，它对距离的影响小于1/30万LocalEllipsoidLocalEllipsoid1.3参心坐标系-局部坐标系我国天文大地网整体图形结构坚强，起始数据均匀。整体平差方案先进，归算严格，成果精度较好。框架点数：全国天文大地网成果约5万点，全国三四等三角网平差成果约8万点。点位精度：平差点位误差一般与离大地原点的距离有关，距大地原点越远误差越大。全网按照不同结构强度、观测精度、分布选取了101点计算点位中误差92％的一、二等点点位中误差在0.7m以内78％的三等点的点位中误差在0.8m以内大于1m的两点位于西藏与青海交接处和塔里木盆地南缘，分别为三等单三角锁和三等单导线点，一个距大地原地1800公里，一个距大地原地2500公里。距离大地原点最远点（3200公里）的点位误差为±0.9m。1980西安坐标系坐标框架1.3参心坐标系-局部坐标系WGS-84（世界大地坐标系）WGS-84是美国国防部建立的、GPS卫星定位采用的坐标系统。WGS-84椭球6378137m1:298.257223563af2000国家大地坐标坐标系CGCS2000参考椭球a=6378137mf=1/298.257222101坐标原点：地球质心启用时间：2008年7月1日1.4地心坐标系-全球坐标系作为测制地形图的基础，大地坐标系的改变对地形图要素产生的位置变化。局部坐标系的原点偏离地心较大(接近200m)现行坐标系下的地图转换到CGCS2000下图幅平移量（北纬16°～56°东经72°～135°）1954北京坐标系1980西安坐标系XY-29m～-62m-9m～+43m-56m～+84m+76m～+119m131.5参心坐标系与CGCS2000的坐标差异以一定精度测定其位置为其他测绘工作提供依据的固定点。◦有实际点位◦没有实际点位162.1控制点国家级GNSS连续运行基准站点2000国家GPS大地控制网点国家一、二、三、四等天文大地点省级GNSS连续运行基准站点省市卫星大地控制网C级点、D级点其他1954年北京坐标系、1980西安坐标系及相对独立的平面坐标系下的控制点。172.2控制点分类2000国家GPS大地控制网点336个国家一、二等天文大地点48919个国家三、四等天文大地点74723个中东部地区16个省市完成省级大地水准面精化项目时获得的GPSC级点1097个2000国家大地坐标系与1980坐标系下的重合点共125075个点18由三个层次框架点组成。第一层次：连续运行参考站，28个点，CGCS2000基本骨架。精度mm级。第二层次：“2000国家GPS大地控制网”。精度cm级。第三层次：全国天文大地网，约5万个点。大地经纬度精度：0.11m。全国天文大地控制网约50000点2000国家GPS大地控制网2500多点IGS站和永久跟踪站28点2dm3cm3mmCGCS2000坐标框架点参心坐标成果向CGCS2000转换21控制点的选取、分析与确定（1）控制点选取原则：2）控制点分析及确定：异常点411个控制点及异常点分布示意图控制点的选取、分析与确定确定最终用于计算全国高分辨率格网点转换改正量的一二三四等控制点124664个在椭球上将转换区域划分成高分辨率格网（示意图）以格网点为中心，采用一定的距离为半径画圆，形成一个搜索范围选择该范围内的控制点，求取各控制点的大地坐标改正量采用适当的模型计算各个格网点的1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换的坐标改正量（DB，DL）（1）一次多项式不等权拟合模型dLLLdBBBSTST式中：TTLB、分别为2000国家大地坐标系大地坐标；SSLB、分别为1980西安坐标系大地坐标；dLdB、分别为坐标转换改正量：LaBaadLdB210或）（权iP，单位：弧度；，其中：00LLLBBBii；为各计算点的大地坐标，，为各控制点的大地坐标，00LBLBii20020)(1CosBLLBBpPiiii，为各计算点改正量的权二乘求解获得。为拟合系数，通过最小，，210aaa（2）反距离加权平均模型dLLLdBBBSTST式中：TB、TL分别为2000系大地坐标；SB、SL分别为80系大地坐标；dB、dL分别为坐标转换改正量，用下式计算：niiniiiPPBdB11)(niiniiiPPLdL11)((i=1,2,…n)其中20020)(1CosBLLBBpiiiiiLB,为各控制点的80系向2000系转换坐标改正量，用下式计算：STiBBBSTiLLLBi，Li为各控制点的坐标。格网改正量的内符合精度优于±0.2m。全国陆地范围内413288幅1：1万图幅80系向2000系转换改正量优点：①转换为无缝转换，不需要重新接边；②转换不受比例尺及范围的限制，不同比例尺上同一个要素点其坐标转换结果一样；③不受GIS软件平台的限制，可从底层开发软件实现转换。④全国采用统一一套“控制点成果”保证各省各地区转换结果的唯一性和无缝拼接。假如我们想得到未知函数在点的值，假设我们已知函数在𝑸𝟏𝟏=(𝒙𝟏,𝒚𝟏),𝑸𝟏𝟐=(𝒙𝟐,𝒚𝟏),𝑸𝟐𝟏=(𝒙𝟏,𝒚𝟐),𝑸𝟐𝟐=(𝒙𝟐,𝒚𝟐)四个点的值。首先在y方向进行线性插值，得到𝐟𝐑𝟏≈𝒚𝟐−𝒚𝒚𝟐−𝒚𝟏𝒇𝑸𝟏𝟏+𝒚−𝒚𝟏𝒚𝟐−𝒚𝟏𝒇𝑸𝟐𝟏𝐟𝐑𝟐≈𝒚𝟐−𝒚𝒚𝟐−𝒚𝟏𝒇𝑸𝟏𝟐+𝒚−𝒚𝟏𝒚𝟐−𝒚𝟏𝒇𝑸𝟐𝟐然后在x方向进行线性插值，得到𝐟𝐏≈𝒙𝟐−𝒙𝒙𝟐−𝒙𝟏𝒇𝑹𝟏+𝒙−𝒙𝟏𝒙𝟐−𝒙𝟏𝒇𝑹𝟐这样就得到所要的结果参心坐标成果向CGCS2000转换不同空间直角坐标之间的变换◦布尔萨模型◦莫洛金斯基模型◦三维四参数不同大地坐标系的变换◦三维七参数◦二维七参数◦椭球面多项式拟合平面坐标系之间的变换◦二维四参数◦平面多项式拟合3.1坐标转换模型参心坐标成果向CGCS2000转换000111222111)1(ZYXZYXmZYXXYXzYz（1）不同空间直角坐标系转换布尔莎七参数转换模型旋转-缩放-平移33参心坐标成果向CGCS2000转换三维七参数模型：000sincossinsincossincos0()cos()coscoscoscossinsin(12cos2)sin(12cos2)cos0(12)cos(12)sin1sinBLBLBMHMHMHdBdXLLdLdYNHBNHBdHdZBLBLBBLBLtgBLtgBLN222222sinsin2cos0sin2sin2(1cos)sin2000(12sin)(1sin)(1cos)sinxyzBLNBLBBBBdaMmdNBBaBB（2）不同大地坐标系转换参心坐标成果向CGCS2000转换0002222sincos0coscossincossinsincos0cossin1sincos0sincos00(2sinsincosxyzLLdXdLNBNBdYdBBLBLBdZMMMtgBLtgBLmNLLeBBMNeBeBBMa)sincos1daBBdff（2）不同大地坐标系转换35参心坐标成果向CGCS2000转换二维七参数转换精度比三维七参数提高2-3倍模型比较（2）不同大地坐标系转换36参心坐标成果向CGCS2000转换步骤：（1）按转换区域选取适当的转换模型（2）重合点选择（3）重合点分析（4）坐标转换（5）外部检核3.2转换方法参心坐标成果向CGCS2000转换（1）按转换区域选取适当的转换模型2转换方法控制点转换模型适用区域范围所属坐标系坐标类型1980西安坐标系1954年北京坐标系大地坐标三维七参数椭球面经纬差＞3区域及省级和全国范围二维七参数椭球面多项式拟合空间直角坐标布尔沙模型全国及省级范围莫洛金斯基模型省级以下范围三维四参数＜2×2局部区域平面坐标二维四参数局部小区域相对独立的平面坐标系平面坐标二维四参数局部小区域平面多项式拟合局部小区域参心坐标成果向CGCS2000转换（2）重合点选择选取原则：尽量选取足够的高等级、高精度且分布均匀的点作为坐标转换的重合点。重合点的分布要覆盖整个转换区域且尽量分布均匀。（3）重合点分析根据用所计算的转换参数计算的重合点坐标残差；剔除残差大于3倍中误差的重合点；重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；计算转换参数的重合点数量与采用模型及转换区域有关，一般七参数不少于6个，四参数不少于4个。3.2转换方法39参心坐标成果向CGCS2000转换414.1地心坐标系之间的关系比较41CGCS2000WGS-842000历元43板块运动除太平洋板块几乎全为海洋外，其余五个板块既包括大陆又包括海洋。在板块中还可以分出若干次一级的小板块开始的板块是一个整体后来划分为六大板块；太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度板块（包括澳洲）和南极板44•由于站点位置会随所在板块一起运动，因此空间