摘要：秦皇島市2000國家大地坐標(biāo)系的建立，獲取了覆蓋秦皇島市全市域的2000國家大地坐標(biāo)系成果、1954年北京坐標(biāo)系成果、1980西安坐標(biāo)系成果，更新了原有GPS控制點坐標(biāo)成果，并建立了秦皇島市1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系和2000國家大地坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。
　　關(guān)鍵詞：2000國家大地坐標(biāo)系 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理 GPS控制網(wǎng)
　　1 引言
　　經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，我國自2008年7月1日起，啟用2000國家大地坐標(biāo)系(China Geodetic Coordinate System 2000，縮寫為CGCS2000)。2000國家大地坐標(biāo)系與現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8-10年。2008年7月1日后，新生產(chǎn)的各類測繪成果應(yīng)采用2000國家大地坐標(biāo)系。
　　秦皇島市位于河北省東北部，轄三區(qū)四縣，總面積7812 km2。秦皇島市平面坐標(biāo)系統(tǒng)如下表所示：
　　表一：秦皇島市三區(qū)四縣使用的坐標(biāo)系

區(qū)域名稱	坐標(biāo)系統(tǒng)	控制等級 及測量方式	控制面積 （km2）	控制網(wǎng) 建立時間
秦皇島市區(qū)	1954年北京坐標(biāo)系 1980西安坐標(biāo)系	Ⅱ、Ⅲ，GPS	700	1985年建立 2003年復(fù)測
青龍縣城	1954年北京坐標(biāo)系	C、D，GPS	3700	2006年
昌黎縣城	1980西安坐標(biāo)系	Ⅳ，GPS	1200	2007年
撫寧縣城	1954年北京坐標(biāo)系	Ⅳ，GPS	25	2005年
盧龍縣城	1954年北京坐標(biāo)系	Ⅳ，GPS	22	2006年
柳江礦區(qū)	1954年北京坐標(biāo)系	Ⅲ，△	500	1992年
秦皇島港	1954年北京坐標(biāo)系	Ⅲ，GPS	10	1996年

　　2 秦皇島市2000國家大地坐標(biāo)系的建立
　　2.1項目內(nèi)容
　　(1)全市域布設(shè)二等GPS控制點61個;
　　(2)全市域布設(shè)三等GPS控制點201個;
　　(3)2000國家大地坐標(biāo)系下的二、三等GPS控制網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理;
　　(4)建立秦皇島市WGS84坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。
　　2.2 作業(yè)流程
　　2.3基本技術(shù)要求
　　表二：二、三等GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測的基本技術(shù)要求

級  別        項  目		二等	三等
靜 態(tài) 測 量	衛(wèi)星高度角(°)	≥15	≥15
	有效衛(wèi)星總數(shù)	≥4	≥4
	時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間(min)	≥15	≥15
	時段長度(min)	≥90	≥60
	數(shù)據(jù)采樣間隔(S)	20	15
	PDOP	≤6	≤6
	平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)	≥2	≥2

　　表三：GPS控制網(wǎng)主要精度指標(biāo)

等級	閉合環(huán)或附和路線邊數(shù)	平均距離 (km)	a(mm)	b(1×10-6)	最弱邊相對中誤差
二等	≤6	9	≤10	≤2	1/120000
三等	≤6	4	≤10	≤5	1/80000

　　3 數(shù)據(jù)處理及精度評定
　　3.1 坐標(biāo)框架(ITRF)和歷元
　　目前，ITRF序列已有：ITRF88，ITRF89，ITRF90，ITRF91，ITRF92，ITRF93，ITRF94， ITRF96，ITRF97，ITRF2000，ITRF2005。其中常用的有：ITRF93，ITRF94，ITRF96，ITRF97， ITRF2000，ITRF2005。
　　為了比較不同時刻的觀測結(jié)果，需要注明觀測資料所對應(yīng)的觀測時刻，這種時刻稱為觀測歷元。
　　3.2 GPS觀測數(shù)據(jù)處理
　　嚴(yán)密平差法：由于GPS觀測是在2009年8月，那么觀測到的GPS數(shù)據(jù)就是在WGS84坐標(biāo)系下的ITRF05框架、歷元2009年8月的瞬時坐標(biāo)。嚴(yán)格來說，若要轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系(ITRF97框架，2000.0歷元)，首先需要根據(jù)IGS網(wǎng)站公布的國內(nèi)站點或當(dāng)?shù)谻ORS基準(zhǔn)站的坐標(biāo)及速度場建立ITRF框架轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后對站點坐標(biāo)改正至與其同一歷元下的坐標(biāo)進(jìn)行平差，從而解算出2000國家大地坐標(biāo)系的GPS點坐標(biāo)。
　　聯(lián)合平差法：采用2000國家大地坐標(biāo)系下的一、二等點作為控制點(ITRF97框架，2000.0歷元)，對所有觀測數(shù)據(jù)歸算(方向改化、邊長改化、方位角)到GRS80橢球上，在GRS80橢球上進(jìn)行平差，從而得到2000國家大地坐標(biāo)系的GPS點坐標(biāo)。
　　秦皇島市2000國家大地坐標(biāo)系的建立采用了聯(lián)合平差法。利用國家2000國家大地坐標(biāo)系下(ITRF97框架，2000.0歷元)A級點1個，B級點10個作為起算點，獲得的2000國家大地坐標(biāo)系成果利用河北省GPS綜合定位系統(tǒng)進(jìn)行成果的檢驗計算。
　　3.3限差指標(biāo)
　　表四：同步環(huán)、異步環(huán)坐標(biāo)分量、環(huán)線全長閉合差及重復(fù)觀測基線較差
　　3.4數(shù)據(jù)解算和平差處理
　　二等GPS控制網(wǎng)共形成同步環(huán)6個，異步環(huán)113個。三等GPS控制網(wǎng)共形成同步環(huán)1個，三等GPS控制網(wǎng)共形成異步環(huán)374個。
　　在約束平差前，在WGS-84坐標(biāo)系下，以三維基線向量進(jìn)行GPS網(wǎng)的無約束平差，用于確定GPS網(wǎng)的觀測精度及有效觀測值。基線向量的改正數(shù)滿足下式要求：
　　VΔX≤3δ VΔY≤3δ VΔZ≤3δ ................ (1)
　　當(dāng)超限時，基線向量或其附近存在粗差基線，剔除粗差基線，直至符合(1)式要求，二等GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)剔除率為4%，三等GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)剔除率為5%。
　　在約束平差中，以已知坐標(biāo)作為強(qiáng)制約束的固定值，求解出其它各點的二維坐標(biāo)，并檢查各點的點位中誤差?；€向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結(jié)果的同名基線改正數(shù)的較差應(yīng)符合(2)式要求：
　　dVΔX≤2δ dVΔY≤2δ dVΔZ≤2δ ................ (2)
　　當(dāng)超限時，剔除誤差較大的約束值，直至符合上式要求。
　　3.5精度評定
　　表五：約束平差后精度統(tǒng)計(2000國家大地坐標(biāo)系橢球)

	二等網(wǎng)		三等網(wǎng)
	精度	技術(shù)指標(biāo)	精度	技術(shù)指標(biāo)
基線平均長度	13891.419 m		4664.735 m
最弱邊相對中誤差	1/512919	1/120000	1/113382	1/80000
平面最弱點中誤差	± 0.4 cm		± 0.7 cm

　　3.6 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
　　不同坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是計算模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。無論采用哪種方法，基本原理都是用選定的公共點(新舊重合點)為已知數(shù)據(jù)，根據(jù)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型、利用最小二乘法計算模型參數(shù)，從而求得改算坐標(biāo)。
　　數(shù)學(xué)方法采用“六參數(shù)仿射變換”法進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。建立了秦皇島市WGS84坐標(biāo)系、1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式格式如下：
　　X(新) = ax + bx × X(舊) + cx × Y(舊)
　　Y(新) = ay + by × X(舊) + cy × Y(舊)
　　4 結(jié)語
　　秦皇島市2000國家大地坐標(biāo)系的建立，統(tǒng)一了秦皇島市全市域的平面坐標(biāo)系統(tǒng)，提高了測繪工作的服務(wù)保障能力，完善了測繪基準(zhǔn)體系建設(shè)，為各項建設(shè)工作提供了精確的測繪基準(zhǔn)保障。
　　參考文獻(xiàn)
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