合肥市CGCS2000坐标转换参数分区解算实践

王林，张伟

(合肥市测绘设计研究院，安徽 合肥 230061)

1 引 言

根据《国土资源部、国家测绘地理信息局关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》(国土资发〔2017〕30号)要求，自2018年7月1日起全面应用2000国家大地坐标系。实现统一的空间定位基础，历史数据统一转换是当前的必要工作，也是测绘地理信息服务于自然资源和规划工作的重要体现，如何解算转换参数是此项工作的核心。文献[1]～[5]分别从坐标转换的过程、方法、常见问题、转换软件和转换关系等角度进行阐述，本文结合合肥市的区域特点介绍分区解算转换参数的思路与方法。

2 区域特点与难点分析

2.1 区域概况

合肥市位于北纬30°57′～32°32′、东经116°41′～117°58′之间，117°中央子午线位于合肥市西部，市区平均海拔高度 20 m～40 m。2011年以前合肥市(简称老合肥)下辖四区(蜀山区、庐阳区、瑶海区和包河区)和三县(肥东县、肥西县和长丰县)，市域面积约 7 000 km2。2011年原地级巢湖市撤销，庐江县和县级巢湖市由合肥市管理(简称新合肥)，市域面积 11 445 km2(如图1所示)。行政区划调整是合肥市CGCS2000坐标转换参数解算的第一个特点。

2.2 老合肥平面坐标系统概况

老合肥城市坐标系统(简称合肥54)是基于1954年北京坐标系建立，采用高斯正形投影统一3°带，始建于20世纪50年代，90年代进行GPS网改造同时获取基于1980西安坐标系的老合肥1980西安坐标(简称合肥80)，以上两套平面坐标系统一直沿用至今。由于历史原因，同一控制点的合肥54坐标和合肥80坐标与国家1954北京坐标(简称BJ54)和国家1980西安坐标(简称XA80)存在明显的系统误差(如图2所示)，基本呈现出以建成区为中心向外逐步扩散，差异值从 0.05 m以内到最大 0.30 m的递增规律，这是合肥市CGCS2000坐标转换参数解算的第二个特点。

图1 合肥市区划调整示意图

图2 合肥54与BJ54差异图

2.3 县区坐标系统的使用现状

在坐标系统的使用上，呈现出不同部门所使用的坐标系统不同但是部门内相对统一的特点(如表1所示)，这是合肥市CGCS2000坐标参数解算的第三个特点。

合肥市坐标系统的使用现状 表1

2.4 难点分析

基于上述分析，要实现合肥市统一坐标系统的目标，坐标转换过程中存在如下技术难点：

(1)面向CGCS2000，如何解算不同区域、不同坐标系统的转换参数。

(2)如何处理合肥54与BJ54、合肥80与XA80之间的系统误差。

(3)在进行基于CGCS2000框架网联测是否有必要参照文献[7]的方法，进行合肥54/合肥80的联测联算。

3 技术路线

根据合肥市的实际情况，合肥市CGCS2000坐标转换参数解算的技术思路如下：

(1)采用高斯正形投影统一3°带[6]，平面坐标转换模型选择二维四参数，大地坐标转换模型选择Bursa七参数。

(2)卫星大地控制网C级点坐标转换精度不大于3cm[7]。

(3)CGCS2000框架网联测联算以基准站为基础，适当加密原有控制点，通过不同期成果比较分析其稳定性，确定其利用方式。

(4)为了保证坐标转换的精度，在框架网联测的基础上通过在不同区域选择重合点的统一转换方法进行试算，测试是否可以消除合肥54/80与BJ54/XA80之间的系统误差，如果无法消除则通过分区转换方法分别计算转换参数。

4 实践过程

4.1 控制点成果分析

为满足合肥市CGCS2000坐标转换参数解算，共收集不同等级、不同时期、不同坐标系统的控制点成果资料如表2所示，分析结果如下：

(1)国家级基准站成果作为CGCS2000框架网联测起算点使用。

(2)省市级基准站已有CGCS2000成果作为检查使用。

(3)B级、C级和城市二等GPS点成果质量可靠，且不同时期成果间符合性较好，作为坐标转换参数解算的重合点或检查点使用。

控制点一览表 表2

4.2 统一转换试算

(1)框架网联测

为确保CGCS2000成果的统一性和准确性，布设合肥市GNSS框架网并联测国家级基准站，框架网(如图3所示)全部利用原有点位，由17个省市级基准站和27个联测点组成。计算结果显示本次成果与2009年合肥市似大地水准面精化项目成果坐标较差最大 0.012 m，表明框架网点的空间位置稳定可靠，原有的GNSS控制点CGCS2000成果可以直接使用。

图3 CGCS2000框架网联测示意图

(2)试算结果

由于合肥54/合肥80的差异性客观存在，笔者设想是否可以在不同系统之间选择重合点从而消除系统误差，从试算结果(如表3所示)表明重合点残差中误差、检查点中误差均超限，统一转换的思路无法满足精度要求，需要按分区的技术路线计算转换参数。

转换参数试算 表3

4.3 分区转换实践

(1)分区策略

为实现合肥市不同坐标系统的历史数据向CGCS2000转换的目标，在确保CGCS2000的统一性和准确性的前提下，充分发挥已有历史数据的价值，结合各县市区坐标系统的实际情况，对合肥市的CGSC2000坐标转换参数进行分区计算：

①以老合肥为基础建立合肥54/合肥80参数，适用于以合肥54/合肥80为基准生产的成果与CGCS2000之间的转换；

②以新合肥为基础建立BJ54/XA80参数，适用于以BJ54/XA80为基准生产的成果与CGCS2000之间的转换。

(2)分区解算

坐标转换时不同坐标系统之间的重合点选择至关重要，结合合肥市的实际情况，重合点选择按照GNSS基准站、B级GPS点、城市二等GPS网起算点和C级点的优先顺序和点位分布均匀、覆盖转换范围且不少于5个点的原则[7]。

合肥54/合肥80参数解算选择7个重合点(如图4所示)，其中GNSS基准站4个、城市二等GPS点3个，检查点25个，分别计算Bursa七参数和二维四参数。

图4 合肥54/合肥80参数重合点和检查点分布图

BJ54/XA80参数解算选择11个重合点(如图5所示)，其中GNSS基准站2个、B级GPS点3个、C级GPS点6个，检查点30个，分别计算Bursa七参数和二维四参数。

图5 BJ54/XA80参数重合点和检查点分布示意图

(3)分区解算精度评定

坐标转换精度依据计算坐标转换参数的重合点残差中误差进行评定。外部符合精度利用检查点与已知坐标进行比较，计算较差中误差进行评定。各转换关系的精度统计如表4所示，从表中可看出，无论是重合点残差中误差还是检查点较差中误差均小于 2 cm。

分区转换参数精度评定统计 表4

5 结 语

本文通过合肥市CGCS2000坐标转换参数解算的工作实践，根据项目特点以行政区划为单位进行分区计算转换参数，实现已有资料向CGCS2000成果转换，转换精度可靠，为类似区域提供借鉴经验。