1、范圍
本規程規定了各種坐標系控制點(diǎn)坐標轉換到2000國家大地坐標系時(shí)控制點(diǎn)選取、坐標轉換模型、轉換方法、精度評價(jià)等方面應遵循的原則、適用范圍和精度要求。
本規程適用于大地測量控制點(diǎn)坐標轉換過(guò)程中的重合點(diǎn)選取、模型選擇和轉換方法。
2、規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 17159-2009 大地測量術(shù)語(yǔ)
GB/T 18314-2009 全球定位系統(GPS)測量規范
GB/T 19391-2003 全球定位系統(GPS)術(shù)語(yǔ)及定義
GB/T 22021-2008 國家大地測量基本技術(shù)規定
GB/T 28588-2012 全球導航衛星系統連續運行基準站網(wǎng)技術(shù)規范
CH/T 1004-2005 測繪技術(shù)設計規定
2010(第三版) 測繪學(xué)名詞
3、術(shù)語(yǔ)和定義
下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。
3.1 控制點(diǎn)
以一定精度測定其位置為其他測繪工作提供依據的固定點(diǎn)。
3.2 地球橢球
近似表示地球的形狀和大小，并且其表面為等位面的旋轉橢球。
3.3 參考橢球
最符合一定區域的大地水準面，具有一定大小和定位參數的旋轉地球橢球。
3.4 國際地球參考系統
由國際地球自轉服務(wù)(IERS)給出的地球坐標系統的定義和大地測量常數。
3.5 國際地球參考框架
國際地球參考系統(ITRS)的實(shí)現。由國際地球自轉服務(wù)局(IERS)根據空間大地測量技術(shù)，包括甚長(cháng)基線(xiàn)干涉測量(VLBI)、衛星激光測距(SLR)、多里斯系統(DORIS)、全球定位系統(GPS)等，所確定的地面點(diǎn)的坐標所構成的集合。
3.6 大地坐標系
以地球橢球中心為原點(diǎn)、起始子午面和赤道面為基準面的地球坐標系。
3.7 1954年北京坐標系
將我國大地控制網(wǎng)與蘇聯(lián)1942普爾科沃大地坐標系聯(lián)結后建立的我國過(guò)渡性大地坐標系。
3.8 1980西安坐標系
采用IAG 1975國際橢球，以JYD1968.0系統為橢球定向基準，大地原點(diǎn)設在陜西涇陽(yáng)縣永樂(lè )鎮，采用多點(diǎn)定位所建立的大地坐標系。
3.9 地心坐標系
原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與地球赤道的交點(diǎn)E，Y軸垂直于XOZ的平面構成右手坐標系。
3.10 1984世界大地坐標系
美國軍用大地坐標系統，坐標系定義和國際地球參考系統(ITRS)一致。
3.11 2000國家大地坐標系
原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。Z軸為國際地球自轉局(IERS)定義的參考極方向，X軸為參考子午面與垂直于Z軸的赤道面的交線(xiàn)，Y軸與Z軸和X軸構成右手正交坐標系。
3.12 坐標轉換
包含坐標系變換和橢球基準變換兩層含義。在測量數據處理過(guò)程中，采用適用的轉換模型和轉換方法，空間點(diǎn)從某一參考橢球基準下的坐標轉換到另一坐標系統下的坐標。坐標轉換過(guò)程就是轉換參數的求解過(guò)程。
3.13 坐標系變換
同一橢球基準下，空間點(diǎn)的不同坐標表示形式間進(jìn)行變換。包括大地坐標系和空間直角坐標系的互相轉換、空間直角坐標系與站心坐標系間的轉換和高斯投影坐標正反算。
3.14 橢球變換
空間點(diǎn)在不同的參考橢球間的坐標變換。
3.15 重合點(diǎn)
同時(shí)擁有不同坐標系坐標的控制點(diǎn)。
3.16 平移參數
兩坐標系轉換時(shí)，新坐標系原點(diǎn)在原坐標系中的坐標分量。
3.17 旋轉參數
兩坐標系轉換時(shí)，把原坐標系中的各坐標軸左旋轉到與新坐標系相應的坐標軸重合或平行時(shí)坐標系各軸依次轉過(guò)的角度。
3.18 尺度參數
兩坐標系轉換時(shí)引入的兩坐標系中長(cháng)度變化參數。
3.19 連續運行基準站
連續接收和發(fā)送本站坐標及其變化，GNSS星歷，星鐘差等信息的地面固定站。
3.20 國際GNSS服務(wù)
提供全球導航衛星系統，包括GPS、GLONASS、GALILEO等衛星星歷，衛星鐘差以及相應衛星系統的地面基準站坐標等方面信息的國際組織。
3.21 參考歷元reference epoch
在天文學(xué)上，歷元是為指定天球坐標或軌道參數而規定的某一特定時(shí)刻。在天文學(xué)和衛星定位中，所獲數據對應的時(shí)刻也稱(chēng)為歷元。
3.22 觀(guān)測歷元
為比較不同時(shí)刻的觀(guān)測結果，需要注明觀(guān)測資料所對應的觀(guān)測時(shí)刻，稱(chēng)之為觀(guān)測歷元。
3.23 板塊
板塊是指巖石圈板塊，即地殼和軟流圈以上的地幔頂部。
3.24 2000國家GPS大地控制網(wǎng)
2000國家GPS大地控制網(wǎng)由A、B級網(wǎng)、GPS一、二級網(wǎng)以及中國地殼運動(dòng)觀(guān)測網(wǎng)聯(lián)合平差后，得到的以CGCS2000三維地心坐標為特征的高精度全國性大地控制網(wǎng)。
3.25 最小二乘法
在殘差滿(mǎn)足VTPV為最小的條件下解算測量估值或參數估值并進(jìn)行精度估算的方法，其中V為殘差向量，P為其權陣。
4、控制點(diǎn)類(lèi)型
4.1控制點(diǎn)分類(lèi)
a)國家級GNSS連續運行基準站點(diǎn)。
b)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)。
c)國家一、二、三、四等天文大地點(diǎn)。
d)省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)。
e)省市衛星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)、D級點(diǎn)。
f)其他1954年北京坐標系、1980西安坐標系及相對獨立的平面坐標系下的控制點(diǎn)。
上述控制點(diǎn)中，a)、b)、c)三類(lèi)控制點(diǎn)已有2000國家大地坐標系坐標;d)、e)兩類(lèi)控制點(diǎn)需要歸算到2000國家大地坐標系;f)類(lèi)控制點(diǎn)需轉換到2000國家大地坐標系。
4.2控制點(diǎn)精度
表1 控制點(diǎn)的2000國家大地坐標系坐標精度要求
4.3控制點(diǎn)用途
高等級控制點(diǎn)可用于低等級控制網(wǎng)的外部控制;可用于1954年北京坐標系、1980西安坐標系坐標成果轉換為2000國家大地坐標系坐標成果時(shí)計算坐標轉換參數。
a)國家級GNSS連續運行基準站點(diǎn)：可作為省級連續運行基準站網(wǎng)建設的控制點(diǎn)。
b)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)：可作為天文大地點(diǎn)控制點(diǎn)及相對獨立的平面坐標系建立控制點(diǎn)。
c)國家一、二等天文大地點(diǎn)：可作為三、四等天文大地點(diǎn)的控制點(diǎn)使用。
d)國家三、四等天文大地點(diǎn)：可作為測圖控制點(diǎn)使用;三等及以上天文大地點(diǎn)坐標成果可作為像控點(diǎn)的起算點(diǎn)。
e)省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)：點(diǎn)位坐標歸算到2000國家大地坐標系后，可作為省級、市、縣城市基礎建設控制網(wǎng)點(diǎn)。
f)省市衛星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)、D級點(diǎn)：點(diǎn)位坐標歸算到2000國家大地坐標系后，可作為建立相對獨立的平面坐標系的控制點(diǎn)。
g)其他大地測量控制點(diǎn)：點(diǎn)位坐標轉換到2000國家大地坐標系后，可作為建立相對獨立的平面坐標系的控制點(diǎn)。
5、控制點(diǎn)坐標轉換模型及適用范圍
5.1總則
在控制點(diǎn)坐標轉換過(guò)程中，控制點(diǎn)所在坐標系涉及到1954年北京坐標系、1980西安坐標系、2000國家大地坐標系，上述坐標系的參考橢球基準及參數參見(jiàn)附錄A。
5.2轉換模型
a)布爾沙模型：用于不同地球橢球基準下的空間直角坐標系間的點(diǎn)位坐標轉換。涉及七個(gè)參數，即三個(gè)平移參數，三個(gè)旋轉參數和一個(gè)尺度變化參數。
b)三維七參數轉換模型：用于不同地球橢球基準下的大地坐標系間的點(diǎn)位坐標轉換，涉及三個(gè)平移參數，三個(gè)旋轉參數和一個(gè)尺度變化參數，同時(shí)需顧及兩種大地坐標系所對應的兩個(gè)地球橢球長(cháng)半軸和扁率差。
c)二維七參數轉換模型：用于不同地球橢球基準下的地心坐標系向大地坐標系的點(diǎn)位坐標轉換，涉及三個(gè)平移參數，三個(gè)旋轉參數和一個(gè)尺度變化參數。
d)三維四參數轉換模型：用于局部區域內、不同地球橢球基準下的地心坐標系向大地坐標系間的坐標轉換，涉及三個(gè)平移參數和一個(gè)旋轉參數。
e)二維四參數轉換模型：用于局部區域內、不同高斯投影平面坐標轉換，涉及兩個(gè)平移參數，一個(gè)旋轉參數和一個(gè)尺度參數。對于三維坐標，需將坐標通過(guò)高斯投影變換得到平面坐標，再計算轉換參數。
f)多項式擬合模型：不同范圍的坐標轉換均可用多項式擬合。有橢球面和平面兩種形式。橢球面上多項式擬合模型適用于全國或大范圍的擬合;平面擬合多用于相對獨立的平面坐標系統轉換。
上述轉換模型參見(jiàn)附錄B。
5.3適用范圍
a)布爾沙模型：適用于省級及全國范圍的控制點(diǎn)空間直角坐標轉換。
b)三維七參數轉換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍的控制點(diǎn)坐標轉換。
c)二維七參數轉換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍控制點(diǎn)坐標轉換。
d)三維四參數轉換模型：適用于2°以?xún)染植糠秶目刂泣c(diǎn)坐標轉換。
e)二維四參數轉換模型：適用于小范圍的控制點(diǎn)平面坐標轉換、相對獨立的平面坐標系統與2000國家大地坐標系的聯(lián)系。
f)多項式擬合模型：橢球面多項式擬合適用于全國或大范圍的大地坐標擬合;平面擬合多用于相對獨立的平面坐標系統轉換。
5.4模型選取
表2 控制點(diǎn)轉換到2000國家大地坐標系、
坐標轉換模型選取
6、控制點(diǎn)坐標轉換
6.1省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)坐標歸算
本方法適用于非2000國家大地坐標系下的省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)坐標向2000國家大地坐標系的歸算。
6.1.1基準控制點(diǎn)選取
選取我國周邊穩定的IGS站、國內IGS站及國家級GNSS連續運行基準站至少10個(gè)作為省級GNSS連續運行基準站的最高級基準控制站。選取原則有：
a)連續性：測站連續觀(guān)測近3年(或以上);
b)穩定性：站點(diǎn)坐標時(shí)序穩定性好，具有穩定、可知的點(diǎn)位速度;
c)高精度：速度場(chǎng)精度優(yōu)于3mm/y;
d)多種解：至少3個(gè)不同分析中心的速度場(chǎng)殘差優(yōu)于3mm/y;
e)平衡性：站點(diǎn)盡量全球分布;
f)精度一致性：站點(diǎn)位置和速度的精度應當一致。
6.1.2數據處理
采用國內外成熟的高精度數據處理軟件對GNSS連續運行基準站觀(guān)測數據進(jìn)行處理與平差，獲得各站點(diǎn)在現ITRF框架、觀(guān)測歷元下的位置和基線(xiàn)向量。省級GNSS連續運行基準站作為省級2000國家大地坐標系框架基準，需將相鄰省份的相鄰GNSS連續運行基準站納入本省GNSS連續運行基準站一同處理。
6.1.3框架轉換
GNSS連續運行基準站點(diǎn)獲得的觀(guān)測歷元的坐標轉換為2000國家大地坐標系的坐標成果，需經(jīng)歷元歸算、板塊運動(dòng)改正、框架轉換三個(gè)步驟。
a)歷元歸算。不同ITRF框架對應的歷元不同，需將不同ITRF框架下各參數(參見(jiàn)附錄C)歸算到同一歷元下?？蚣荛g如無(wú)直接轉換關(guān)系，可按間接方法轉換;
b)板塊運動(dòng)改正。計算框架點(diǎn)坐標從觀(guān)測歷元到需轉換歷元期間，由于板塊運動(dòng)引起的坐標變化值;
c)框架轉換。利用框架轉換公式進(jìn)行基準站坐標計算。
框架轉換公式參見(jiàn)附錄D。
6.2省市級衛星大地控制網(wǎng)點(diǎn)坐標轉換
省市級衛星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)坐標、D級點(diǎn)坐標轉換到2000國家大地坐標系的方法參見(jiàn)6.1。
6.3其他控制點(diǎn)坐標轉換
本方法適用于除上述控制點(diǎn)類(lèi)型外的、其他1954年北京坐標系、1980西安坐標系及相對獨立的平面坐標系下的大地測量控制點(diǎn)坐標向2000國家大地坐標系的轉換。
6.3.1重合點(diǎn)選取原則
選用具有原坐標系坐標和2000國家大地坐標系坐標的控制點(diǎn)作為重合點(diǎn)。重合點(diǎn)選取的基本原則為：等級高、精度高、分布均勻、覆蓋整個(gè)轉換區域、局部變形小。
6.3.2轉換參數計算
轉換參數計算按以下步驟進(jìn)行：
a)按轉換區域選取適當的轉換模型;
b)按重合點(diǎn)選取原則選擇重合點(diǎn);
c)將重合點(diǎn)代入轉換模型，利用最小二乘法計算轉換參數;
d)用得到的轉換參數計算重合點(diǎn)坐標殘差;
e)剔除殘差大于3倍點(diǎn)位中誤差的重合點(diǎn);
f)重復上述b)到e)的計算過(guò)程，直至重合點(diǎn)坐標殘差均小于3倍點(diǎn)位中誤差;
g)最終用于計算轉換參數的重合點(diǎn)數量與轉換區域大小有關(guān)，但不得少于6個(gè);
h)根據最終確定的重合點(diǎn)，利用最小二乘法計算轉換參數。
6.3.3坐標轉換
利用計算得到的轉換參數，進(jìn)行坐標轉換，求得各控制點(diǎn)在2000國家大地坐標系下的坐標。
6.3.4外部檢核點(diǎn)數量要求
利用未參與計算轉換參數的重合點(diǎn)作為外部檢核點(diǎn)，其點(diǎn)數不少于6個(gè)且均勻分布;
7、精度評定
7.1省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)坐標歸算精度評定
省級GNSS連續運行基準站點(diǎn)坐標歸算后坐標精度在平面3cm以?xún)取?/p>
7.2其他控制點(diǎn)坐標轉換精度評定
采用內符合精度和外符合精度評定，依據計算轉換參數的重合點(diǎn)殘差中誤差評估坐標轉換精度，殘差小于3倍點(diǎn)位中誤差的點(diǎn)位精度滿(mǎn)足要求。
內符合精度計算公式參見(jiàn)附錄E。
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