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[技术交流] 大地测量控制点坐标转换技术规范

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发表于 2019-8-2 11:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
本标准的起草 规则依据GB/T 1.1-2009。
本标准由国家测绘地理信息局提出并归口。
本标准起草单位:中国测绘科学研究院、国家测绘产品质量检验测试中心、广州市城市规划勘测设计研究院。
本标准主要起草人:程鹏飞、成英燕、秘金钟、王华、欧海平、文汉江、徐彥田。
1. 范围
本标准规定了大地测量控制点坐标转换到2000国家大地坐标系的技术要求,包括重合点选取、标转换模型、转换方法、精度评价等。
本标准适用于地方独立坐标系、1954北京坐标系、1980西安坐标系、WGS-84坐标系,以及ITRF框架下的大地测量控制点向2000国家大地坐标系的坐标转换。
2. 术语、定义和缩 略语2.1. 术语和定义下列术语、定义适用于本文件。2.1.1. 坐标转换coordinate transformation
采用适用的转换模型和转换参数,将大地测量控制点坐标从某一坐标系转换到另一坐标系。
2.1.2. 坐标归算coordinate reduction
根据板块运动速度计算测站的速度,并依据计算速度将站点坐标从某-.历元归算到另一历元。
2.1.3. 归算误差reduction error
测站速度精度与当前历元到归算历元以小数年表示的时间间隔的乘积。
2.1.4. 重合点coincident point
同时具有不同坐标系坐标的大地测量控制点,可用于计算转换参数。
2.1.5. 平移参数translation parameters
两坐标系转换时,新坐标系原点在原坐标系中的坐标分量。
2.1.6. 旋转参数rotation parameters
两坐标系转换时,把原坐标系中的各坐标轴左旋转到与新坐标系相应的坐标轴重合或平行时,坐
标系各轴依次转过的角度。
2.1.7. 尺度参数scale parameter
两坐标系转换时引人的两坐标系的长度变化参数。
2.1.8. 参考历元reference epoch
GNSS观测或数据处理中所选用的起算时刻。
2.1.9. 观测历元epoch of observation
GNSS观测数据对应的时刻或观测时段中选用的某一时刻。
2.1.10. 板块运动plate movement
地球岩石圈一个板块对于另一个板块的相对运动。
2.1.11. 2000国家GPS大地控制网National GPS Geodetic ControlNetwork 2000
在国家测绘地理信息局GPS A、B级网,中国人民解放军总参测绘导航局GPS-、二级网,中国地震局"中国地壳运动观测网络工程"三个大规模GPS网的基础上,进行统一.平差后得到的以三维地心坐标为特征的高精度国家级大地控制网。
2.2. 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
CORS连续运行基准站(continuously operating reference station)
CPM-CGCS2000 2000 国家大地坐标系板块模型(China Plate Model- CGCS2000)合额
IGS国际GNSS服务组织(International GNSS Servce)
ITRF国际地球参考框架(international terrestrial reference frame)
GNSS全球导航卫星系统(global navigation satellite system)
WGS-84 1984 世界大地坐标系( World Geodetic System 1984)
3. 控制点类型3.1. 控制点分类3.1.1. 控制点分类如下:
a)国家级卫星导航定位基准站点;
b)2000国家GPS大地控制网点;
c)国家一、二、三、四等天 文大地点;
d)省、地市级卫星导航定位基准站点;
e)省、地市级卫星大地控制网C级点、D级点;
f)其他1954北京坐标系、1980西安坐标系及相对独立的平面坐标系下的控制点。
3.1.2.
3.1.1 a)、b)、c)三类控制点已有2000国家大地坐标系坐标,d)、e)两类控制点应归算到2000国家大地坐标系,f)类控制点应转换到2000国家大地坐标系。
3.2. 控制点精度
2000国家大地坐标系控制点实现精度及省、地市级卫星大地控制网C级点、D级点转换后的精度
要求见表1。


3.3. 控制点使用原则
高精度控制点可用于低精度控制网的外部控制。控制点使用原则为:
a) 国家级卫星导航定位基准站点:可作为省级及以下卫星导航定位基准站网建立时的控制点。
b) 省、地市级卫星导航定位基准站点:点位坐标归算到2000国家大地坐标系后,可作为C级控制点、D级控制点及相对独立的平面坐标系建立时的控制点。
c) 2000国家GPS大地控制网点:可作为天文大地点控制点及相对独立的平面坐标系建立时的控制点。
d) 省、地市级卫星大地控制网C级点、D级点:点位坐标归算到2000国家大地坐标系后,可作为相对独立的平面坐标系建立时的控制点。
4. 控制点坐标转换模型及适用范围4.1. 坐标系
在控制点坐标转换过程中,涉及的坐标系有1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家大地坐标系、WGS-84坐标系、相对独立的平面坐标系。其中1954北京坐标系、1980西安坐标系、2000国家大地坐标系、WGS-84的常用参考椭球基本参数见附录A。


4.2. 坐标转换模型
4.2.1. 坐标转换模型包括以下6种形式:
a)空间直角坐标转换模型:包括布尔莎模型和莫洛坚斯基模型,用于不同参考椭球间的空间直角坐标转换,重合点坐标为X、Y和Z;共7个转换参数,即3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。
b) 三维七参数大地坐标转换模型:用于不同参考椭球间的大地坐标转换,重合点坐标为B、L和H;共7个转换参数,即3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。
c) 二维七参数大地坐标转换模型:用于不同参考椭球间的椭球面上大地坐标转换,重合点坐标为B和L;共7个转换参数,即3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。
d) 三维四参数空间直角坐标转换模型:用于不同参考椭球间的空间直角坐标系间的坐标转换,重合点坐标为X、Y和Z;共4个转换参数,即3个平移参数和1个旋转参数。
e) 二维四参数平面坐标转换模型:用于不同高斯投影平面坐标转换,重合点坐标为x和y;共4个转换参数,即2个平移参数、1个旋转参数和1个尺度参数。
f)多项式拟合模型:有椭球面和平面两种形式。
4.2.2. 坐标转换模型详见附录B。










4.3. 模型选用和适用范围
各种坐标转换模型及适用范围见表2。


5. 控制点坐标转换5.1. 省、地市级卫星导航定位基准站坐标归算5.1.1. 一般规定
省、地市级卫星导航定位基准站坐标向2000国家大地坐标系的归算,每年应定期归算1次,使用连续观测时间不少于1个月的观测数据。
5.1.2. 基准控制点选取
来基准控制点应选择我国周边稳定的IGS站、国内IGS站及国家级卫星导航定位基准站,数量不少于10个,并遵循以下原则:
a) 连续性:测站连续观测3年(或以上)。
B) 稳定性:站点坐标变化很小,具有已知的点位速度。
c) 高精度:点位速度值精度优于3 mm/a。
d) 多种解: IGS站点具有至少3个不同国际分析中心的速度值,并且残差小于3 mm/a。
e)均衡性:站点尽量均匀分布。
f)精度一致性:站点间坐标精度应在同一数量级,并且速度值的精度也应在同一数量级。
5.1.3. 数据处理
对卫星导航定位基准站观测数据进行处理与平差,获得各站点在现ITRF框架、观测历元下的坐标。省、地市级卫星导航定位基准站作为某区域2000国家大地坐标系框架基准,应将相邻省、地级市的邻近卫星导航定位基准站纳人该区域并与该区域卫星导航定位基准站一同处理。
5.1.4. 框架转换
5.1.4.1 卫星导航定位基准站坐标转换为2000国家大地坐标系成果,应经不同ITRF转换参数历元归算、板块运动改正、坐标转换三个步骤:
a)不同ITRF框架间转换参数的历元归算:依据ITRF框架间各转换参数的速率(见附录C),将各参数从对应的参考历元归算到转换历元。框架间如无直接转换关系,可按间接方法转换。




b)板块运动改正:使用CPMCGCS2000速度场模型(见附录D)计算卫星导航定位基准站坐标从观测历元到需转换历元期间,由于板块运动引起的坐标变化。
c)坐标转换:利用布尔莎模型及步骤a)确定的转换参数进行不同ITRF框架间坐标计算。
5.1.4.2框架转换公式见附录E。




5.2. 省、地市级卫星大地控制网点坐标归算
省、地市级卫星大地控制网C级点、D级点坐标归算到2000国家大地坐标系的方法见5.1。
5.3. WGS-84控制点坐标归算5.3.1. 厘米级精度要求控制点归算
要求WGS-84控制点坐标精度优于10 cm,则应用速度值进行时间历元归算,归算方法见5.1.4.1b)。
5.3.2. 分米级及以 上精度要求控制点
低于10 cm的WGS-84控制点坐标视同2000国家大地坐标系,不必归算。
5.4. 其他控制点坐标转换5.4.1. 基本要求
适用于传统测量技术建立的1954北京坐标系、1980西安坐标系及相对独立的平面坐标系下的控制点坐标,采用转换模型转换到2000国家大地坐标系。
5.4.2. 重合点选取原则
重合点的选取一般遵循高等级 、高精度、分布均匀、覆盖整个转换区域等原则,并应尽量避免选取变形或沉降较大区域的点。
5.4.3. 转换参数计算
转换参数计算按以下步骤进行:
a)按转换区域选取适当的转换模型。
b) 选取重合点,计算转换参数。
c) 用得到的转换参数计算重合点坐标残差, 剔除残差大于3倍单位权中误差的重合点。
d) 重复步骤b)和步骤c),直至重合点坐标残差均小于3倍单位权中误差,且计算转换参数的重合点数量根据转换模型确定。采用七参数转换模型时,重合点不少于6个;采用四参数转换模型时,重合点不少于4个。
e) 由确定的重合点计算转换参数。
5.4.4. 坐标转换
利用计算得到的转换参数,进行坐标转换,求得各控制点在2000国家大地坐标系下的坐标。
6. 精度要求6.1. 省级卫星导航定位基准站点坐标归算精度要求
型省级卫星导航定位基准站点坐标归算误差不大于3cm,拉萨板块区域归算误差不大于8cm。
6.2. 地市级卫星大地控制网点坐标转换精度要求
省、地市级卫星大地控制网C级点坐标转换精度不大于3 cm,D级点坐标转换精度不大于5 cm。
6.3. 坐标转换精度评定方法
6.3.1采用内符 合精度和外符合精度评定,依据计算转换参数的重合点残差中误差评估坐标转换精
度,残差小于3倍单位权中误差的点位精度满足要求。
6.3.2内符合精度评定公式见附录 F。


6.3.3外部符合精度检核方法如下:
a) 利用未参与计算转换参数的重合点作为外部检核点,其点数一般不少于6个且均匀分布;
b)利用转换参数计算外部检核点的坐标,与该外部检核点的已知坐标进行比较,检核公式与内符合精度计算公式相同。
参考文献
[1] GB/T 14911-2008 测绘基本术语
[2] GB/T 17159-2009 大 地测量术语
[3] GB/T 18314-2009全球定位系统(GPS)测量规范
[4] GB 22021-2008 国家大地测量基本技术规定
[5] GB/T 24356-2009 测绘成果质量检查与验收
[6] GB/T 28588-2012全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范
[7] 全国科学技术名词审定委员会.2010.测绘学名词[M].第三版.北京:科学出版社.

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