地方启用2000国家大地坐标系的技术方法与研究——以温州为例

黄小明

(温州市勘察测绘研究院，浙江 温州　325027)



地方启用2000国家大地坐标系的技术方法与研究
——以温州为例

黄小明*

(温州市勘察测绘研究院，浙江 温州325027)

摘要：建立基于2000国家大地坐标系的城市2000坐标系，是目前国内城市测绘的热点项目。本文以温州2000坐标系建立为实例，详细介绍了城市2000独立坐标系的建立方法、流程以及一系列的城市基础控制网的建设，为2000国家大地坐标系的推广奠定了基础，具有一定的实际应用价值。

关键词：2000国家大地坐标系；温州2000坐标系；转换模型；转换参数

1引言

由于各种原因，温州地区各县(市)在测绘生产中采用的坐标系并不相同，存在多套坐标系统，且均为不同于国家坐标系的参心坐标系，测绘成果无法融合，成果精度不高，不能满足当前经济建设需要，亟待统一坐标系统。另外，随着温州市连续运行卫星定位综合服务系统(简称WZCORS系统)的建立，使传统大地测量工作发生了质的变化，促使大地坐标系由参心坐标系向地心坐标系转化。国家测绘地理信息局要求自2008年7月1日起，全面启用2000国家大地坐标系(简称CGCS 2000)，在8年～10年内完成原有坐标系成果向CGCS 2000的相关转换工作[1]。笔者结合温州2000坐标系建设及相关转换工作的技术实践，介绍城市2000独立坐标系的建立方法、流程以及一系列的城市基础控制网的建设，为2000国家大地坐标系的推广奠定了基础，具有一定的实际应用价值。

22000国家大地坐标系的定义

CGCS 2000的原点为整个地球的质量中心；CGCS 2000的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地球赤道面(历元2000.0)的交点；Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系[2]。CGCS 2000采用的地球椭球参数为：长半轴a=6 378 137m；扁率f=1/298.257222101；自转角速度ω=7.292l15×10-5rads-1；地心引力常数GM=3.986004418×1014m3s-2。

3温州2000坐标系的建设

3.1地方2000独立坐标系建立的原则与方法

CGCS 2000坐标系的启用，为城市建立新的高精度相对独立坐标系提供了契机与平台，建设基于CGCS 2000的2000城市独立坐标系，不但可以解决上述问题，而且具有许多优越性[3]。地方2000独立坐标系建立时，采用的椭球参数应与CGCS 2000保持一致，其选择的中央子午线和投影面应符合城市测量规范的要求，即投影长度变形值不大于 2.5 cm/km。在建立方法上，与常用独立坐标系方法基本相同，主要有以下几点：

(1)设立一条中央子午线的独立坐标系。当区域平均高程较低，高程起伏不大，东西最大跨度不超过 100 km时，可在中心处设置中央子午线，投影面设置在CGCS 2000椭球面上；当区域平均高程较高时，可在中心处设置中央子午线并抬高投影面方法建立独立坐标系。

(2)设立多条中央子午线的独立坐标系。当区域东西最大跨度超过 100 km，设置一条中央子午线不能满足长度变形要求时，可将整个区域划分成多个投影带，通过分带合理设置多条中央子午线来满足整个区域长度变形的要求。但不同投影带边缘处会出现坐标不统一，因此不同投影带间还应设置重叠带，并分别计算两套坐标，以解决接边问题。

(3)设置中央子午线和分带时需重点考虑的因素有：在条件允许的情况下，要尽量与国家坐标系的中央子午线保持一致；新设置的中央子午线应与原独立坐标系尽量保持一致；充分考虑长度变形的特点，保证主要经济区域长度变形满足限差要求，将长度变形较大区域设置在山区等可利用率较低的区域；重叠带应尽量设置在长度变形较大和使用较少的区域。

3.2温州2000坐标系的确立

温州市现辖4区7县(市)，陆域面积约1.2万km2，东西跨度最大达 150 km(大都市区域跨度约 90 km)，地势东低西高，高差变化悬殊，西北部主要为永乐山区，东部沿海地势平坦，经济发达。按照2.1所述的地方2000独立坐标系建立的原则与方法，对不同中央子午线和投影面进行了长度变形比较分析。基于以下几方面考虑，相对来看，选择中央子午线为120°40′(中心位置处120°25′)，且投影面为参考椭球面最为合适。

(2)在温州市的大框架下，统筹兼顾西部山区文成和泰顺两县经济建设的要求，使其主要城镇的长度变形满足限差要求。

(3)为有利于今后数据转换且精度损失较小，尽量保持新旧坐标系中央子午线(原温州城市坐标系中央子午线120°40′)的延续性。

3.3温州2000坐标系控制网成果的建立

通过市级GNSS基准网计算、GPS联测和坐标转换等技术手段和方式建立温州2000坐标系控制网成果，主要工作内容和步骤如下：

(1)温州2000坐标系市级GNSS基准网是在WZCORS系统建设时，通过与省框架网统一联测(按C级精度在全市范围内联测控制点62个，其中CORS基准站10个，市级二等网点35个，省C级点和县(市)高等级控制点17个)，计算得到2000国家大地坐标系成果，经高斯投影变换后得到温州2000坐标系成果，可用以求解1954年北京坐标系、1980西安坐标系和温州城市坐标系与温州2000坐标系之间相互转换的重合点和检核点。

(2)GNSS联测主要对温州市市辖下的各县的主要高精度控制网点进行联测，用于县级独立坐标系与温州2000坐标系间转换的重合点和检核点，各县均匀联测不少于12个控制点。

(3)通过控制点坐标转换，将原有独立坐标系下控制点成果全部转换算成温州2000坐标系成果。

(4)由于温州2000坐标系采用的椭球参数与CGCS 2000保持一致，属地心坐标系，因此温州2000坐标系成果向2000国家大地坐标系成果转换通过换带方式即可实现，而不需要通过模型转换，两者之间换算也无精度损失。

4成果转换基本流程与方法

4.1坐标转换方法

由于坐标系之间转换其数据转换的主要原则为高精度转换，而对精度检核主要体现在控制点数据上，因此坐标系间转换主要采用点坐标转换方法。首先根据转换区域的大小、精度要求及技术条件选择最优化的转换数学模型，对相关区域附近及范围内选取足够数量的重合控制点计算模型转换参数；并与未参与转换的控制点进行检核，然后根据模型残差和外部控制点检核误差进行精度评估；实现联动多次进行计算，综合取舍各重合控制点，使最优化至合格后再采用所计算的转换参数完成全部控制点转换工作，从而实现坐标系间的转换。4.2转换模型确定与转换参数计算

坐标转换模型很多，有三维七参数、二维七参数、三维四参数、平面四参数和多项式回归等模型。根据国家测绘地理信息局颁布的《现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南》之要求，省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型；对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型[2]。温州2000坐标系转换模型采用平面四参数模型，该模型包含四个转换参数，即两个平移参数、一个旋转参数和一个尺度参数，具体模型如下式所示[3]。

(1)

[△x△y]T、α、m分别为源坐标系到目标坐标系的平移、旋转、尺度参数。

坐标转换过程中，当源坐标系和目标坐标系中央子午线不一致时，应先统一转换坐标的中央子午线，这样有利于提高转换的精度。

4.3精度评估与检核

4.4基础地理信息数据成果转换

温州市基础地理信息数据成果主要为1∶500～1∶2000 DGL数据(DEM、DOM、DRG数据主要由省测绘地理信息局生产维护)，转换的对象为空间数据库中的数据，即为基于数据库的矢量数据转换。采用“点点对应”的坐标转换方法，将数据库中的数据按照对应区域坐标系间转换模型和转换参数进行坐标转换，能确保精度不受影响且维持拓扑关系不变。其转换流程如图1所示：

5结语

地方独立坐标系测绘成果向2000国家大地坐标系转换，首先要认真分析独立坐标系的规范性，了解转换区域测绘成果的基本概况，包括重合点分布、数量和精度情况，确定坐标转换的技术路线和转换模型，再在转换区域内选择足够数量的重合点和检核点，求解最佳转换参数，并通过重合点转换残差和外部检核点误差进行精度评估，最后合格后方可推广使用。

温州2000坐标系的建立，能够实现温州地区各县(市)平面控制网的整合，有利于原有测绘成果与CGCS 2000进行无缝衔接，向客户提供无损精度测绘成果。由于温州2000坐标系采用的椭球参数与CGCS 2000相一致，属地心坐标系，因此向2000国家大地坐标系成果转换通过换带方式即可实现。

参考文献

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[3]黎彬，黄校，李秀龙. 基于CGCS2000建立珠海市城市相对独立坐标系统的探讨[J]. 城市勘测，2014(1)：17～20.[4]欧朝敏，黄梦龙. 地方坐标到2000国家大地坐标转换方法研究[J]. 测绘通报，2010 (9)：26～28.

[5]刘小丁，刘文建，李成钢. 基于GDCORS启用2000国家大地坐标系的应用策略[J]. 地理空间信息，2012，10(4)：42～44.

[6]朱顺营. 平面控制网的整合与2000国家大地坐标系的转换[J]. 测绘与空间地理信息，2013，36(8)：214～216.

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[8]陈俊勇. 中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000(CGCS2000)及其框架[J]. 测绘学报，2008，37(3)：269～271.

Research Techniques and Methods of Local Opening of 2000 National Geodetic Coordinate System——in wenzhou for example

Huang Xiaoming

(Wenzhou Exploration & Survey Institute，Wenzhou 325027，China)

Key words：2000 national geodetic coordinate system；Wenzhou 2000 coordinate system；the transformation model；transformation parameters

Abstract：Based on the 2000 national geodetic coordinate system of the city 2000 coordinate system，is the current domestic urban mapping hot spot project. This paper to Wenzhou 2000 coordinate system established as an example，introduces in detail the city 2000 independent coordinate system to the established method，process and control network in a series of urban infrastructure construction，laid the foundation for the promotion of the 2000 national geodetic coordinate system，has certain practical value.

文章编号：1672-8262(2016)03-112-03

中图分类号：P226.3

文献标识码：B

*收稿日期：2016—03—15

作者简介：黄小明(1971—)，男，高级工程师，注册测绘师，研究方向为大地测量与工程测量。

项目支持：温州市基础测绘项目资助(WZJCCH201207)