7多种坐标系向CGCS2000转换(国家测绘地理信息局李东201710)

、国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心郭春喜教授级高级工程师2013年09月国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心李东2017年12月------大地测量控制点坐标转换技术规范主要内容12000国家大地坐标系组织实施及概述2大地测量控制点坐标转换技术规范32000国家大地坐标系阶段成果、推广应用主要内容12000国家大地坐标系组织实施及概述2大地测量控制点坐标转换技术规范32000国家大地坐标系阶段成果、推广应用1、2000国家大地坐标系组织实施及概述根据《中华人民共和国测绘法》，经国务院批准，我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系”。2000国家大地坐标系英文名为：ChinaGeodeticCoordinateSystem2000缩写为CGCS2000。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8～10年，到2018年7月1日为止。2008.6国家测绘局2008年第2号公告1、2000国家大地坐标系组织实施及概述国家测绘地理信息局国土测绘司中国测绘科学研究院国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心国家基础地理信息中心省级CGCS2000转换成果国家级CGCS2000转换成果组织管理1、2000国家大地坐标系组织实施及概述（3）技术支持为做好启用2000国家大地坐标系的技术支持和服务，国家测绘局组建“技术协调组”、“小比例尺测绘成果转换服务组”、“大中比例尺测绘成果转换服务组”等三个小组。具体分工为：“技术协调组”（依托中国测绘科学研究院）主要负责：启用2000国家大地坐标系技术协调；研制1:5万多种坐标系地形图与2000国家大地坐标系对照模片电子版；研制2000国家大地坐标系下三、四等天文大地网平差软件。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述（3）技术支持（续）“小比例尺测绘成果转换服务组”（依托国家基础地理信息中心）主要负责：1:5万及以小比例尺基础地理信息数据库转换、相应技术支持和成果提供；2000国家大地坐标系下1:5万地形图编制印刷；2000国家大地坐标系下国家大地控制点坐标成果提供。“大中比例尺测绘成果转换服务组”（依托国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心）主要负责：2000国家大地坐标系下三、四等天文大地网的平差；1:5万、1:1万地形图图幅坐标平移量计算；1:1万和1:5千地理信息数据库转换、独立坐标系与2000国家大地坐标系建立联系方面的技术支持与服务。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述国家测绘地理信息局大地测量数据处理中心主要任务实际工作内容：（1）80、54向CGCS2000转换，1:5万、1：1万图幅改正量、3″格网改正量；目的基础地理信息数据转换；（2）相对独立坐标系与CGCS2000建立联系。（3）为多个省、市控制点及基础地理信息坐标转换软件，应用到14个省、30多个市；中国土地勘测规划院、中国地质局、中石油、长江航道局、林业部等行业。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述采用2000国家大地坐标系的必要性建国以来，国家测绘局先后于上世纪50年代和80年代建设了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，并应用于国民经济和社会发展的各个领域，提供了基础的测绘保障服务。但这两个坐标系都是参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统，无法满足当前与今后空间技术发展的要求。迫切需要国家建立一个以全球参考基准框架为背景的、高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系统－地心坐标系。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述半个多世纪以来，我国一直使用的1954年北京坐标系和1980西安坐标系，是局部坐标系，原点偏离地球质心上百米；1、2000国家大地坐标系组织实施及概述现行参心大地坐标系不足§坐标系不唯一，原点不统一；§控制点精度低（相对精度仅为10-6）；§现势性不够；§仅能提供二维坐标。空间科技发展提供了技术保障§地心系可更好描述空间物体的运动;§利用空间技术得到的定位和影像等成果,都以地心坐标系为参照系；§快速、地心、动态、精确（相对精度10-7～10-8）；§提供三维坐标。采用2000国家大地坐标系的必要性1、2000国家大地坐标系组织实施及概述采用2000国家大地坐标系的意义CGCS2000具有三维、地心、高精度、动态等特点，更加适应当今对地观测技术的发展，是我国现代化测绘基准体系建设的重要组成部分。能够更好地满足高精度、快速的空间定位技术在各领域的应用需求；有利于推进国产卫星导航系统的应用，提高国家空间基准的自主性和安全性；有利于保证地理信息资源的完整性和一致性，促进地理信息资源共享；有利于提高测绘地理信息保障能力和服务水平。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心；Z轴：由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向；X轴：由原点指向格林尼治参考子午线与赤道面(历元2000.0)的交点；Y轴：与Z轴、X轴构成右手正交坐标系；2000国家大地坐标系采用椭球简称CGCS2000椭球。CGCS2000椭球参数长半轴扁率地心引力常数地球自转角速度ma6378137257222101.2981f231410441898600.3smGM1510292115.7rads2000国家大地坐标系定义1、2000国家大地坐标系组织实施及概述CGCS2000参考椭球a）CGCS2000参考椭球是一旋转椭球，其几何中心与CGCS2000的原点重合，旋转轴与CGCS2000的Z轴一致，其表面代表地球的数学表面。b）CGCS2000参考椭球又是其表面为正常重力场的等位面的正常椭球。c）CGCS2000参考椭球由四个常数（a,GM,J2,ω）定义。1、2000国家大地坐标系组织实施及概述一般规定a）“2000中国大地坐标系”，又称“2000国家大地坐标系”；英译为ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，缩写为CGCS2000；b）CGCS2000由原点、尺度、坐标轴的定向及其时间演变定义，由地面点集合的坐标和速度实现；c)采用CGCS2000参考椭球参数进行三维坐标变换；d)大地经纬度变换为地图平面坐标，采用高斯－克吕格投影或墨卡托投影。主要内容12000国家大地坐标系组织实施及概述2大地测量控制点坐标转换技术规范32000国家大地坐标系阶段成果、推广应用范围本标准规定了大地测量控制点坐标转换到2000国家大地坐标系的技术要求，包括重合点选取、坐标转换模型、转换方法、精度评价等。本标准适用于地方独立坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系、WGS-84坐标系以及ITRF框架下的大地测量控制点向2000国家大地坐标系的坐标转换。2、大地测量控制点坐标转换技术规范点位类型点位坐标中误差备注卫星导航定位基准站国家级卫星导航定位基准站0.005m为2000国家大地坐标系控制点实现精度省级卫星导航定位基准站0.01m2000国家GPS大地控制网0.03m国家天文大地点一、二等点0.11m三、四等点0.20m省、市级卫星大地控制网C级点0.01m为内符合精度D级点0.02m2.1控制点精度2000国家大地坐标系控制点实现精度及省、市级卫星大地控制网C级点、D级点转换后的精度要求见表1。表12000国家大地坐标系控制点点位中误差2、大地测量控制点坐标转换技术规范2、大地测量控制点坐标转换技术规范2000国家大地坐标系坐标框架2000国家大地坐标系的框架由2000国家大地控制网点组成,其参考框架是ITRF97，参考历元为2000.0。①2000国家GPS大地控制网，及其控制下完成的省（市）GPS基础控制网；②在2000系下完成天文大地网联合平差获得的近5万个一、二等天文大地网点；③在2000系下平差后获得的近8万个三、四等天文大地网点。（1）2000国家大地控制网构成2、大地测量控制点坐标转换技术规范2000国家大地坐标系坐标框架（2）2000国家大地控制网按精度不同可划分为三个层次网第一层次为CGCS2000连续运行GPS网（国家CORS系统）。CGCS2000的维持主要依靠连续运行GPS观测站,它们是CGCS2000的骨架,其坐标精度为mm级,速度精度为1mm/a。第二层次为2000国家GPS大地控制网。由全国GPS一、二级网、国家GPSA、B级网，地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网组成,共计2600多点,其三维地心坐标精度约为3cm。在2000国家GPS大地控制网下建立的省（市）GPS基础控制网。第三层次为2000系下获得的全国天文大地控制网(约有5万点)与全国三、四等三角网（约有8万点）。它是CGCS2000的加密框架。全国天文大地网平均点位精度达到±0.11m（整体平差结果），大地高误差不超过0.5m，全国三、四等三角网平均点位精度为±0.07m（相对国家一二等三角点分区平差结果）。2、大地测量控制点坐标转换技术规范2000国家大地坐标系坐标框架特点空间大地网——2000国家GPS大地控制网（20年）地面大地网——国家天文大地控制网（70多年）时间长2000GPS网2500多点、4600多条基线；当前4508点。天文大地网近5万点、未知参数20多万个；30多万条观测信息。数据量大覆盖广天文大地网覆盖全国内陆地区；2000GPS控制网覆盖全国内陆和部分沿海岛屿。2、大地测量控制点坐标转换技术规范2、大地测量控制点坐标转换技术规范国家GPS大地网现状1991～1997年总参测绘局布测全国GPS一、二级网(553个)2、大地测量控制点坐标转换技术规范国家GPS大地网现状1991～1995年国家测绘局布测国家A、B级网(818个)2、大地测量控制点坐标转换技术规范国家GPS大地网现状1998年中国地震局牵头布测中国地壳运动观测网络(1222个)点2、大地测量控制点坐标转换技术规范2000国家GPS控制网工程确定参考框架的IGS核心站分布2000国家GPS大地控制网点位分布图2、大地测量控制点坐标转换技术规范全国天文大地网与GPS2000网联合平差工程目的(1)利用现代大地测量技术建立、改善和维护国家高精度大地测量基准；(2)与世界大地基准建立精确的联系；(3)使我国大地坐标系在过渡时期，既保持了相对稳定，又以其高精度满足空间技术应用的需要。目标(1)建立我国新的统一的国家地心大地坐标系；(2)获得我国近5万天文大地网点高精度的地心坐标；(3)获得高精度的地心坐标系与参心坐标系转换参数。2、大地测量控制点坐标转换技术规范全国天文大地网与GPS2000网联合平差工程平差数据情况联合平差全网共分16个分区，平差数据共计三角（导线）点48919个（其中联系点1822个,地面网与空间网重合点336个）；水平方向观测值14976个；测距边2146条；天文方位角1064个。2、大地测量控制点坐标转换技术规范全国天文大地网与GPS2000网联合平差工程2、大地测量控制点坐标转换技术规范全国天文大地网与GPS2000网联合平差工程统一了我国大地测量工作者70多年的观测成果，提高了天文大地网的现势性；统一了平差基准，削弱了地壳形变等系统误差；加密了一个以ITRF地心坐标为基准的地心坐标框架(2000中国地心大地坐标框架)；获得了全国约5万的地心坐标，平面精度约为0.11米；三维点位精度优于3分米；使我国成为继北美、西欧之后又一个完成超大规模大地控制网平差的国家。联合平差工程的主要成果2、大地测量控制点坐标转换技术规范全国三、四等三角网地心坐标平差工程目标：利用已有的GPS/三角点及两网平差成果做控制，对全国三、四等三角点数据进行整理，采用平差方法将全国三、四等三角点纳入到2000系中。主要工作内容对国家测绘局大地档案分馆馆藏的全国三、四等三角网平差项目（80系）以及未参加“两网平差”的一、二等三角测量观测数据进行录入、分析、整理；分析我国已有2000系成果，确定适宜的起算点；采用正确的数学模型，将所有观测数据归算至2000系；对归算到椭球面上的全部方向