宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理

曹学礼，张旭东，葛章发，符华年

(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315041)

宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理

曹学礼∗，张旭东，葛章发，符华年

(宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315041)

宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理，获取了宁波市2000国家大地坐标系的大地基准和原有GPS控制点的2000国家大地坐标成果，并经过实地检测验证；更新了宁波市GPS控制点的54坐标系、80坐标系的平面坐标，建立了已有坐标系与2000国家大地坐标系的坐标转换关系，实现了基于NBCORS网络RTK技术的似大地水准面成果联合应用。

2000国家大地坐标系；IGS；联测；数据处理；检测；坐标转换

1 引 言

国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系——2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000)。该项工作由国家测绘局统一领导，国务院各有关部门和各级测绘主管部门分工负责，进行各类基础测绘成果和基础地理信息数据库的坐标系转换，建立各地相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的有效联系。宁波市规划局作为主管全市基础测绘工作的职能部门，对此十分重视，在已经建成的宁波市现代测绘基准体系基础上，于2008年下半年着手立项研究宁波市2000国家大地坐标系的建设工作，于2009年初向宁波市测绘设计研究院下达了“宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理”基础测绘任务。我院于2009年3月组织该项目的实施，于2009年10月完成。

宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理的目标是:以新建立的宁波市全球导航卫星系统连续运行参考站网为坐标框架，通过联测具有2000国家大地坐标的IGS全球跟踪站，获取宁波市2000国家大地坐标系的大地基准；通过联测似大地水准面GPS控制网的框架点，实现基于NBCORS网络RTK技术的似大地水准面成果联合应用；通过联测原宁波市GPS控制网中的基本点，获取宁波市原有基本点的宁波市2000国家大地坐标成果；通过联测省GPS基础控制网在宁波市域分布的GPS控制点，更新宁波市所有GPS控制点的1954北京坐标系、1980西安坐标系的平面坐标；建立宁波市独立坐标系、1954北京坐标系、1980西安坐标系与2000国家大地坐标系的坐标转换关系。

2 宁波市现代测绘基准现状

2.1 宁波市连续运行参考站网

宁波市连续运行参考站网是宁波市连续运行卫星定位服务系统的子系统之一，是NBCORS的数据源，也是用于构建和维持宁波市空间定位参考框架的基准站。它主要用于实现对卫星信号的捕获、跟踪、记录和传输，其稳定性和可靠性直接影响到系统运行可靠性。连续运行参考站网由8个站组成，分别是宁波站、余姚站、鄞州站、大榭站、宁海站、象山站、石浦站和慈溪站，2008年建成并投入使用。

2.2 似大地水准面精化网

似大地水准面精化网于2007年建立，全网由框架网和基本网组成，共布设6个框架点和55个基本点。GPS网分别按GPS B、C级精度布设，用二等水准联测高程，利用重力数据和高精度 GPS水准成果，以GGM02C和WDM94联合地球重力场模型作为参考重力场，由第二类Helmert凝集法完成了似大地水准面的计算，利用球冠谐调和分析方法将重力似大地水准面与GPS水准联合求解得出的2′×2′格网似大地水准面，其精度为±0.006 m。

2.3 宁波市GPS控制网

宁波市GPS控制网于2004年完成，全网由框架网、基本网构成。

框架网点6个，联测了7个国际IGS连续运行站，采用了美国麻省理工学院的GAMITH和GLOBK软件进行数据处理，获取了精确的WGS－84坐标，实际精度达到了国家GPS A级点的要求。

基本网点54个，按GPS C级精度布设，具有精确的WGS－84坐标。

2.4 宁波市高程控制网

宁波市高程控制网主要包括宁波市二等基本水准网和市区一、二等地面沉降监测水准网。

3 2000国家大地坐标系的联测及数据处理

3.1 项目内容

(1)GPS框架网联测:通过联测 IGS站建立的2000国家大地坐标系GPS框架网；

(2)GPS基本网联测:通过联测 IGS站建立的2000国家大地坐标系GPS基本网；

(3)似大地水准面框架网联测:实现基于NBCORS网络RTK技术的似大地水准面成果；

(4)2000 GPS控制网及原有GPS控制网数据处理；

(5)各种坐标系转换关系的建立；

(6)联测成果的检测。

3.2 联测方案

(1)GPS框架网联测

2000 GPS框架网联测工作的主要目的是获取高精度的2000国家大地坐标，统一NBCORS参考站网与似大地水准面成果的基准，即统一归属至2000国家大地坐标系新的坐标参考框架。将8个NBCORS参考站、6个GPS框架网点与IGS站的联测和高精度的数据处理，精确获得NBCORS参考站点和GPS框架点的2000国家大地坐标，作为建立宁波市2000国家大地坐标系的大地基准。

按GPS A级网精度设计和联测。

(2)GPS基本网联测

将原有GPS基本网与NBCORS参考站点和GPS框架点进行联测，精确求定GPS基本网点的2000国家大地坐标；以GPS框架点获取8个参考站点1954北京坐标系、1980西安坐标系及宁波市独立坐标系坐标，建立已有各类坐标系与2000国家大地坐标系的转换关系。

按GPS C级网精度设计和联测。

2000 GPS网联测的测站及联测时间 表1

6个IGS站的基本情况表 表2

3.3 基线处理

(1)框架网基线处理

基线处理软件采用美国麻省理工学院(MIT)和Scripps研究所(SIO)共同研制的GAMIT(Ver 10.31)软件。采用IGS精密星历，其轨道精度达到 0.05 m。选取具有2000国家大地坐标系成果(ITRF97框架、2000.0历元)的BJFS、KUNM、SHAO、SUWN、WUHN、DAEL等IGS站为GPS控制网基线解算的约束基准。

(2)基本网基线处理

基本方法同框架网联测基线处理，但采用的观测值历元间隔为 10 s，且轨道固定，起算点为NBCORS参考站及6个框架点。

(3)同步环检核

框架网联测共解算了53个时段，nrms值最大为0.37；基本网联测有 11个时段，最大的 nrms值为0.36。GPS网的整体外业观测质量较高。

(4)重复基线

框架网联测的基线重复性在南北方向上为0.95 mm＋0.37×10－8，在东西方向上为1.49 mm＋0.38 ×10－8，在垂直方向为 4.74 mm＋0.53×10－8，在基线长度方向为1.23 mm＋0.25×10－8。

基本网联测的基线重复性在南北方向上为6.76 mm－3.70×10－8，在东西方向上为7.26 mm－3.31 ×10－8，在垂直方向为 1.46 mm－4.16×10－8，在基线长度方向为 4.48 mm－1.79×10－8。基线处理的精度优于技术设计的要求。

3.4 三维网平差

(1)2000框架网平差

采用武汉大学编制的POWERNET科研版软件，起算点为WUHN、BJFS、SHAO，采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量。

平差之后进行了结果精度分析。框架网联测的平均相对精度为0.011 ppm，最弱边相对精度为0.428 ppm。

GPS点位坐标分量在水平方向上的平均精度为±0.002 0 m，大地高方向为±0.003 8 m。最弱点为XS02，其水平精度为±0.006 7 m，大地高精度为±0.013 6 m。

(2)2000基本网平差

采用武汉大学编制的POWERNET科研版软件进行平差处理，起算点为:NBCORS参考站点和GPS框架点的CGCS2000坐标，采用各同步观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵作为观测量。

平差后的精度:基线精度优于0.5 ppm；最弱边相对精度为1.443 ppm。

3.5 二维网平差

采用武汉大学GNSS工程研究中心编制的POWERADJ 3.0商业版软件，基线采用框架网联测和基本网联测所得到的独立基线，起算点为GPS框架点，分别采用的1954北京坐标系、1980西安坐标系和宁波市独立坐标系坐标进行平差计算。

3.6 新旧成果比较

(1)与2007年似大地水准面精化网成果比较:水平分量最大差值1.4 cm，大地高最大差值4.6 cm；

(2)与2004年基本网成果比较:水平分量最大差值2.8 cm，大地高最大差值8.8 cm。

联测处理后的2000国家大地坐标成果与原网WGS－84成果比较差异较小，是由于2004年基本网和2007年精化网联测了国际IGS连续运行站点，充分说明了前期WGS－84成果的可靠性。

4 2000国家大地坐标成果检测

实地测量原GPS控制网点的2000国家大地坐标，与计算的新成果比较，计算其较差。

检测点位均匀分布于全市，主要选择以下点位检测:

(1)对不同GPS网点中的重合点，尤其是与省GPS基础控制网重合点进行检测；

(2)对不同等级的GPS网点进行检测；

(3)对各GPS控制网的薄弱环节进行检测。

共检测32个GPS网点。检测的方法是基于NBCORS网络平台，采用网络RTK技术直接测量其2000国家大地坐标，每个点位观测分2个时段共4个测回，每测回采样率1 s、采集≥30个历元。

观测的要求按《NBCORS网络RTK测量技术规定(试行)》标准执行。其主要技术指标如表3。

NBCORS网络RTK测量检测技术要求 表3

检测结果:水平方向的较差绝对值的平均值为0.018 m，最大值为0.040 m，标准差为0.009 m；垂直方向的较差绝对值的平均值为 0.019 m，最大值为0.048 m，标准差为0.015 m。

网络RTK动态测量的检测结果与其静态测量的平差结果符合性较好，说明其不同GPS控制网点的2000国家大地坐标系下的平差精度较高，这不仅达到了本项目数据处理的设计要求，而且满足了宁波市2000国家大地坐标成果的应用需求。

5 坐标转换

5.1 转换关系

由于新建了宁波市的2000国家大地坐标系，同时更新了1954北京坐标系、1980西安坐标系和宁波市独立坐标系的成果，且原有的转换关系与2000国家大地坐标系无联系，为此须建立坐标系间新的转换关系。

各种坐标系统间的转换关系如图1所示。

图1 宁波市空间坐标系转换关系图

5.2 转换模型及转换数据

宁波市独立坐标系、1954北京坐标系及1980西安坐标系的坐标转换主要是获取其平面坐标，而正常高的计算主要还是依赖似大地水准面精化的成果，为此坐标转换主要考虑其平面坐标的精度。但2000国家大地坐标系的数据均是三维坐标，且网络RTK仪器目前内置的转换模型也均采用七参数法，顾及到宁波市域东西距离为110 km(不包括海域)，若采用平面四参数法转换将会带来较大的变形误差，因此坐标转换模型采用了布尔莎三维七参数转换模型。

利用宁波市原GPS控制网点、新建2000 GPS控制网点、参考站点和框架点(共61个)的各种坐标系成果作为坐标转换数据，采用我院“宁波市空间坐标转换系统”软件进行转换，转换残差的中误差为±1.48 cm。

6 结 语

宁波市2000国家大地坐标系联测及数据处理，获取了宁波市2000国家大地坐标系的大地基准和原有GPS控制点的2000国家大地坐标成果，更新了宁波市GPS控制点的1954北京坐标系、1980西安坐标系的平面坐标，实现了基于NBCORS网络RTK技术的似大地水准面成果联合应用，建立了宁波市独立坐标系、1954北京坐标系、1980西安坐标系与2000国家大地坐标系之间的坐标转换关系。其主要特点如下:

(1)宁波市2000 GPS控制网联测方案，联测了IGS连续运行跟踪站点、NBCORS站点、GPS框架网与基本网点、省GPS基础控制网点和宁波市似大地水准面精化网点，顾及了联合应用的需要，具有前瞻性和科学性。

(2)数据采集采用了多台双频GPS接收机同步观测，同步图形之间采用基准站网联式连接，观测的各项技术指标优于规范要求，采集的数据精度高，质量可靠。

(3)数据处理方法先进，软件模型严密，起算数据准确，计算成果可靠，并经过实地检测验证。

(4)新的2000国家大地坐标成果与原网点WGS－84成果差异很小，水平分量最大差值2.8 cm，大地高最大差值8.8 cm。

(5)建立了的坐标系间的精确坐标转换关系，实现了各种坐标系与2000国家大地坐标系的联系。

[1]陈俊勇，党亚民，张鹏.建设我国现代化测绘基准体系的思考.测绘通报，2009(7)

[2]施一民.现代大地控制测量[M].北京:测绘出版社，2003

[3]施一民，王勇红，施宝湘等.改建城市控制网的探讨与实践.工程勘察，2006(1)

[4]曹学礼，张旭东，金颂伟等.宁波市现代测绘基准体系的构建.城市勘测，2008(2)

Associated Measurement and Data Processing of China Geodetic Coordinate System 2000 in NingBo city

Cao XueLi，Zhang XuDong，Ge ZhangFa，Fu HuaNian
(NingBo design research institute of surveying and mapping，NingBo 315041，China)

Throuth the associated measurement and data processing of China Geodetic Coordinate System 2000 of NingBo city，wo have got the geodetic datum and the coordinates of original GPS control point of China Geodetic Coordinate System 2000.At the same time，the coordinates have been validated；We also have updated the GPS control point of 54 coorsdinates system and 80 coordinates system of Ningbo City，established the coordinates transformation relations between original coordinates systems and China Geodetic Coordinates System 2000，realized the application of quasi－geoid on the base of NBCORS network－based RTK technology.

China Geodetic Coordinate System 2000；IGS；associated measurement；data processing；detection；coordinates transformation

1672－8262(2010)04－86－04

P228

A

2009—12—02

曹学礼(1956—)，男，总工程师，教授级高级工程师，主要从事测绘科技管理和研究工作。