论2000国家大地坐标系及其转换方法

论2000国家大地坐标系及其转换方法

张敏苏衍镇

山东省地质测绘院山东省济南市250002

摘要：从2008年7月1日起，国家和省级基础地理信息数据更新均已采用2000国家大地坐标系，大多数CORS系统发布的数据服务也采用2000国家大地坐标系。而在城市测量中，一般要求投影长度变形不大于2.5cm/km，采用国家坐标系统在高海拔地区或离中央子午线较远地方不能满足这一要求，这就要考虑建立地方独立坐标系。一方面是基础数据采用2000国家大地坐标系，另一方面是实际工程采用地方独立坐标系，所以经常遇到两个坐标系下数据的转换问题。

关键词：2000国家大地坐标系；坐标系；转换方法

12000国家大地坐标系的定义及实现

2000国家大地坐标系（CGCS2000）是依照国际地球参照系来进行定义的，完全符合ITRS基本的定义条件，具体如下：（1）CGCS2000是整个地球质量的中心，即地心，包括了海洋以及大气层的整体质量。（2）它是以米为单位对长度进行定义的。该尺度单位是在相对论的基础上，通过建立模型所得，并且与地心部分的时间坐标相同。（3）1984．0国际时间局已经确立了国家大地坐标系的定向初始。（4）地球整体结构的运转，在不考虑地球旋转的情况下，保证着定向的时间演变。

2000国家大地坐标系是以地心作为原点，以国际地球参照系的参考极的方向作为Z轴的方向，由国际地球参照系的IRM和赤道面的交线所形成的线就是2000国家大地坐标的X轴，X、Y、Z三轴共同组成了右手地固正交坐标系。2000国家大地坐标系的原点与它的参考椭球的几何中心都在同一位置，而且参考椭球的旋转轴跟它的Z轴也是相同的。从几何学角度来看，参考椭球的表面对应的正是地球的表面，其形状是数学的一种表现形式。而站在物理学的角度来看，就成了一个等位椭球，椭球表面的地球重力是相等的。2000国家大地坐标系主要体现在历元2000．0坐标和速度上，并且还通过了2000国家GPS大地网。2000国家GPS大地网是由众多空间网所构成，并联合众网平差得到的，其中空间网包括了地壳运动观测以及地壳形变检测网、GPS网等其他空间网络。2000国家大地坐标系在参考历元2000．0的基础上，它实现的精度在水平以及高程坐标方面分别是1cm和3cm，而在水平速度方面的精度大约是3mm/a左右。

2000国家大地坐标系主要具有以下特点：（1）与现在大地坐标系结构相比，2000国家大地坐标系的精度将更高。（2）2000国家大地坐标系覆盖了所有的国土领域。（3）2000国家大地坐标系是一个三维空间的坐标系，能够将大地上任意物体的空间位置准确的标示和说明。（4）2000国家大地坐标系是一个具有时间特性的动态基准测量坐标系。

22000国家大地坐标系及地方独立坐标系的建立

2.12000国家大地坐标系的建立

2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议地极方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。建立2000国家大地坐标系有利于推动高精度快速定位技术在各领域的广泛应用，是我国测绘基准体系现代化建设的重要工作，是提高我国空间基准自主性和安全性、推进北斗卫星导航系统快速应用的基础。

2.2地方独立坐标系的建立

在城市测量和工程测量中，若直接在国家坐标系中建立控制网，有时会使地面长度的投影变形较大，难以满足实际或工程上的需要。为此，往往需要建立地方独立坐标系。在常规测量中，这种地方独立坐标系一般只是一种高斯平面坐标系，也可以说是一种不同于国家坐标系的参心坐标系。建立地方独立坐标系的目标就是缩小投影变形与高程归化等引起的主要误差，运用地方独立坐标系就可以把他们所要得精度范围控制在一个合理范围内，而不因精度达不到要求影响工程建设。

3测量坐标转换

测量坐标转换包含测量坐标系转换和测量坐标基准转换两个方面的内容。测量坐标系转换是指在同一基准下，空间点的不同坐标形式间的坐标转换。测量坐标基准转换是指不同基准（亦即不同坐标系统）下测量坐标之间的转换。在煤炭地质勘查中主要为不同基准下测量坐标转换。在坐标转换过程中，涉及到1954年坐标系、1980年坐标系、WGS84坐标系、CGCS2000坐标系间的参考椭球基准及参数。

3.1坐标转换模型及适用范围

全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；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，见表2控制点转换到2000国家大地坐标系的坐标转换模型选取。

表1摇控制点转换到２０００国家大地坐标系的坐标转换模型选取

3.2转换方法

（1）重合点选取。坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止。用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个。（2）模型参数计算。用所确定的重合点坐标，根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。（3）精度评估与检核。用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标，选择部分重合点作为外部检核点，不参与转换参数计算，用转换参数计算这些点的转换坐标与已知坐标进行比较进行外部检核。应选定至少6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进行检核。

3.3将具有ITRF框架坐标的点位通过框架转换和历元转换转换到2000国家大地坐标系

根据2000国家大地坐标系的实际状况，它的坐标点基本跟ITRF97和2000．0历元坐标点是相同的，想要获得ITRF97框架下的点位坐标，可以通过GAMIT相对定位的方法获得，通过精密单定位也能得到同样的结果，而且，所获得的点位坐标的基准和星历的基准没有什么差别，包含了它们自身的框架以及历元。比如：IGS2005框架就是当前精密星历所使用的基本框架，而当天所观测到的瞬时历元即为历元，在ITRF2005基础上所获得的计算结果以及当天的历元，通过以上方式进行转换后，转换所得到的结果就是2000国家大地坐标系。

结论

数据处理过程中，丢失数据的现象时常发生。在数据处理中，作为一名数据处理人员，其要本着认真的工作态度，一一检查数据，避免由于丢失数据而带来一些不必要的影响。基于FME实现数据转换，数据处理人员不仅要细心检查数据属性结构，还要反复检查数据质量，并要对数据属性的完整性等进行检查。当然，还要科学的运用CASS软件，借助Acess表的行数，检查转换数据过程中是否存在着数据丢失的现象。基于FME的CAD与GIS间的数据转换，不仅节省了处理数据的时间，还提高了数据转换的效率。

参考文献：

［1］仇月霞，余志伟，杨晓栋，秦科学，郝治朝．一种基于FME的GIS数据无损转换技术［J］．地理空间信息．2016（01）．

［2］谭卢师，浮怀鹏，常晶晶．利用FME实现CASS数据到GIS数据库属性的匹配［J］．华北水利水电学院学报．2016（02）．