ITRF2008与CGCS2000坐标系的转换

苗龙

（新疆维吾尔自治区第二测绘院，新疆乌鲁木齐 830001）

ITRF2008与CGCS2000坐标系的转换

苗龙

（新疆维吾尔自治区第二测绘院，新疆乌鲁木齐 830001）

由于当前精密星历所对应解算的ITRF框架坐标为ITRF2008参考框架，而在1∶10 000基础测绘生产项目要求提供CGCS2000坐标系成果，论述了ITRF2008到CGCS2000间的框架转换的方法及转换后精度分析，并重点分析了转换的关键性问题。

ITRF2008；CGCS2000；框架转换；历元转换；速度场

2011年新疆1∶10 000基础测绘正式启用 CGCS 2000坐标系，CGCS2000坐标与ITRF97框架定义一致，参考历元为2000.0历元。而新疆的大地测量成果多数是基于1954年北京坐标系和1980西安坐标系，已有的 CGCS2000成果大部分采用转换成果，精度较差不能满足生产精度要求，怎么去求解出 CGCS2000坐标是我们疆内测量工作者面临的一个问题。目前求解方法大致分为2种[7]：1）基线平差法，即联测已知CGCS2000坐标成果的测量控制点，而新疆的CGCS2000控制点大都为国家的A、B级点，其点位密度分布不均而且边长较长，不便于联测；2）框架转换法 ，先采用高精度GPS处理软件解算出ITRF2008框架坐标，然后利用IGS网站已公布的14个转换参数，转换至CGCS2000坐标系成果，限于篇幅，本文只讨论研究坐标框架转换方法。

1 ITRF2008与CGCS2000转换模型

ITRF国际地球参考框架是基于VBVI、LLR、SSR、GPS和DORIS等空间技术所建立起的现代全球地面参考框架，它是一个地心四维坐标参考框架，ITRF是IERS的具体实现，也是全球IGS站坐标和速度场的具体实现。IERS已经发布了ITRF88－ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008全球参考框架。ITRF2008与CGCS2000的转换实质为ITRF2008与 ITRF97 Epoch=2000.0的转换，由参考框架的定义可知，各个分量是同通过观测获得的，其观测手段和精度会有所不同，加上时间基准的演变，使得ITRF框架之间有细微的差别，不同的框架可以通过坐标转换求得，坐标转换模型采用布尔莎-沃尔夫模型，该模型采用了 7个参数，分别是3个旋转参数、3个平移参数加上1个尺度比参数。其公式如下[4]：

式中，T1、T2、T3、D、R1、R2、R3为ITRFxx到ITRFyy的转换参数，这些参数等于基准历元的参数 P(t0)加上历元t0到转换历元t的变化量：

2 ITRF2008与CGCS2000参考框架基准转换

由于目前最新精密星历计算的坐标为ITRF2008框架，通过公式 (1)、(2)可以实现ITRF08到ITRF97的框架转换，然而ITRF所公布的框架转换参数是ITRF08到ITRF05、ITRF05到ITRF00和ITRF00到ITRF97的转换参数，ITRF08到ITRF97没有直接的转换参数，需通过间接转换计算。所以ITRF08→ITRF97=＞ITRF08→ITRF05→ITRF00→ITRF97。

表1 ITRFxx到ITRFyy框架之间的转换参数及参数速率

不同历元下框架间的转换，不考虑板块漂移和地壳形变等因素，ITRF2008与ITRF97框架变化值应该较小，这里选取参数历元间隔为 14年的全球若干个IGS跟踪站在ITRF2008 2011.0下的站坐标，然后转换至ITRF971997.0历元下，分析结果如图1所示，说明框架间的转换参数随时间的演变在Z方向比X和Y方向变化量大，其精度在2-3 cm，与文献 [1]中分析坐标框架基准转换的精度相同。

图1 ITRF08与ITRF97框架间的比较

3 ITRF2008与CGCS2000坐标历元基准的归算

地球不是一个刚体，板块会有漂移和形变，板块与板块之间还有挤压、抬升、下降等运动，它们的运动趋势从长期分析是一个非线性非匀速运动，但是从局部和短期内可以把它认为是一种线性匀速运动。地球表面的观测点都会随时间进行漂移和升降，不同历元基准的坐标应进行坐标历元基准的归算，公式如下[4]:

基于当前历元观测求解ITRF2008框架下的坐标和CGCS2000的框架历元跨度都在10年以上，如果没有精确的点位速度场，经公式（3）计算的点位误差有可能达到dm量级。新疆地区又无CORS站来维持本地区的速度场模型，所以在实际的生产中很难获得非框架点的精确速度场。在计算速度场的方法中，可以采用加权平均法[2]和NNR-NUVEL-1A运动板块模型[5]获得，板块上某一点的速度公式可以采用如下公式[4]：

4 结 语

作者依照上文原理，编制了ITRF2008到CGCS2000坐标转换程序，计算了全球5个 IGS站从 ITRF2008 2011.0转换至ITRF97 2000.0台站坐标，然后与这5个IGS台站的真实ITRF97 2000.0坐标进行了比较，分析结果如图2所示，说明SYOB站的X方向较差较大，但台站间各个方向的精度优于2 cm。

图2 ITRF2008成果转换至CGCS2000坐标系成果的残差分布

通过上述数据可知，本文阐述的ITRF2008框架至CGCS2000坐标的转换方法及精度满足生产要求[6]，但是在转换过程中还需注意以下几个方面:

1）在转换时，可以先转换框架再转换历元，也可以先转换历元再转换框架，两者转换的结果是一致的。

2）尽量获得转换点精确的速度场，如果速度场不精确会影响转换的精度。

3）NNR-NUVEL-1A运动板块模型计算的点位速度场误差较大，不建议采用。

4）速度场的获取可以参考中国地震局的中国地壳运动监测网络站。

[1] 刘立，陈英燕.坐标框架转换若干问题的研究[J].全球定位系统,2010(01):20-24

[2] 林晓静，张小红，郭斐.ITRF2005与CGCS2000坐标转换方法与精度分析[J].大地测量与地球动力学,2010(04):118-124

[3] 姚宜斌.高精度GPS测量中坐标基准的统一方法研究[J].地矿测绘,2001(04):3-5

[4] 党亚民，陈英燕，薛树强.大地坐标系统及其应用[M].北京：测绘出版社，2010

[5] 荣敏，周巍.基于ITRF2005的全球板块运动模型[J].海洋测绘,2009(01):1-3

[6] 新疆维吾尔自治区1∶10 000基础测绘航空摄影测量外业技术规定(试行)[S].

[7] 成英燕.2000国家大地坐标框架转换方法[R].2009-10

Transformation of Coordinate Axis between ITRF2008 and CGCS2000

by MIAO Long

Based ITRF2008 reference frame on ITRF frame coordinate which is related to present precise ephemeris，and the achievement of CGCS2000 coordinate axiswhich isrequired in the basicmapping producing project about scale of one to a ten thousand,the thesis mainly discussed the conversion method of frame from ITRF2008 to CGCS2000 and the precision analysis after conversion.It also mainly analysed some key problems about transformation.

ITRF2008，CGCS2000，frame conversion，epoch conversion，speed field

2011-09-07

P226.3

B

1672-4623(2011)06-0144-02

苗龙，工程师，主要研究GPS测量及数据处理。