2000国家大地坐标系成果使用方法

2000国家大地坐标系成果建立与使用中国测绘科学研究院地心推广应用项目组成英燕2011年12月17日内容一、CGCS2000系已有成果二、国际地球参考框架ITRF及CGCS2000框架三、不同ITRF框架到CGCS2000的转换四、CORS站转换到CGCS2000五、坐标转换软件六、全国1:1万比例尺地形图图幅改正量计算及其使用七、CGCS2000下城市独立坐标系的建立八、城市平面坐标系统的实现和维持2CGCS2000阶段性成果（一）全国三、四等天文大地点大地坐标成果（2000国家大地坐标系）；（二）全国三、四等天文大地点高斯平面坐标成果（2000国家大地坐标系）；（三）全国陆地范围内1：5万比例尺地形图格网点改正量计算成果表（1980西安坐标系转换为2000国家大地坐标系）；（四）全国陆地范围内1：1万比例尺地形图格网点改正量计算成果表（1980西安坐标系转换为2000国家大地坐标系）；地心坐标系推广应用项目上述成果已提交国家基础地理信息中心（国家测绘局档案资料馆）。控制点成果的使用控制点成果使用应根据实际应用对精度的要求进行选取，使用时需考虑：控制点成果的点位精度；控制点成果的一致性；实现的技术与手段（现代空间大地测量技术、传统大地测量技术）。控制点主要用途测图及控制网起算点：满足精度要求作为测图的控制点使用高一等级可作为低一等级网的外部控制。像控点：CGCS2000中的GPS成果、三等及以上天文大地点成果都可作为像控点的起算点使用。控制点主要用途省级CORS站数据处理：2000国家大地控制网各类成果中，除具有CGCS2000坐标的29个国家级CORS可作为省级CORS站的基准进行CORS的基线处理外。不应出现低等级控制高等级的现象。但需注意的是29个国家级CORS必须和IGS站共同作为基准，这样建立的坐标系才可能与ITRF有很好的一致性。控制点主要用途坐标转换参数：满足精度要求的各等级控制点成果均可用于转换参数的求解需注意控制点成果的一致性，尽量选择同一等级、同一观测手段的控制点，以免由于控制点精度差异较大带来网的扭曲。2000国家大地坐标系专题网站2010年9月底建成2000国家大地坐标系专题网站。2010年10月1日正式开通。挂靠在国家测绘局网站。包括:现2000国家大地坐标系专题网站现2000国家大地坐标系专题网站国际地球参考框架ITRF及CGCS2000框架国际地球参考框架及维护通过具有高精度且满足下列条件的站点来实现ITRF网的建立。连续观测至少3年；远离板块边缘及变形区域；速度精度优于3mm/a；至少3个不同解的速度残差小于3mm/a。目前的ITRF已有ITRF88，ITRF89，ITRF90，ITRF91，ITRF92，ITRF93，ITRF94，ITRF96，ITRF97，ITRF2000，ITRF2005,ITRF2008。常用的有ITRF93，ITRF96，ITRF97，ITRF2000，ITRF2005。ITRF在建立和维持地区性大地坐标系中的作用利用具有精确ITRF框架精确坐标的IGS站作为基准站，建立本区域的地心参考系。若这些观测点是全球分布的,则所建立的坐标系应为全球参考系。ITRF和IGS在这些坐标系的建立和维持中起了很重要的作用。ITRF在建立和维持地区性大地坐标系中的作用虽然地区性地心坐标系在建立时均采用ITRF站点作为基准站,但站点的选择及方案不同。一种是选择全球稳定的部分ITRF点给以强约束,如EUREF一种是将该地区内和其周围ITRF点给以强约束,如南美洲参考框架SIRGAS;ITRF在建立和维持地区性大地坐标系中的作用参考基准选择的不同,所建立的参考系也就有所不同,而且这些差异常常是系统性的。全球网解与区域网解的坐标绝对位置有1～3个cm的差值，其中在N方向的最大差值为0.8cm，E方向的最大差值为1.1cm，U方向的最大差值为2.2cm。CGCS2000框架-2000国家大地控制网构成：2000国家GPS大地控制网(三网,共2524个点)近5万个一、二等天文大地网点近8万个三、四等天文大地网点。2000国家大地控制网CGCS2000骨架其坐标精度为毫米级速度精度为1mm/a三维地心坐标精度约为3cm平面点位精度:一、二等±0.11m,三、四等内符精度为±0.07m图1：三网平差点位分布图2000国家GPS大地控制网地球参考框架的维持长周期因素包括：板块运动引起的点位变化，主要沿水平方向；地壳构造形变引起的点位变化;地震或局部地面沉降各种短期或短周期时变影响：固体潮位移海洋负载位移大气负载位移地球参考框架的维持板块运动引起的点位变化站点的速度场进行改正所在板块的运动建模进行改正局部地壳形变的影响和改正这种形变一般是由构造因素引起的中长期变化可通过对形变地区的实际观测和构造学分析建立该地区的地壳形变模型对地球框架中位于该地区的台站进行附加改正影响点位坐标的因素对于短周期因素的影响、不规则变化均不考虑，地球上各站点的位移则应由两部分组成：同一历元下需考虑基准的运动;不同历元下需考虑板块的运动;不同ITRF框架到CGCS2000的转换WGS84与ITRF框架的关系CGCS2000与ITRF关系的建立基于参考框架为ITRFXX，指定历元的观测数据转换到CGCS2000参考框架为ITRF97，历元为2000.0。三种方式转换(1)按已公布的ITRF框架之间的转换关系及速度场进行转换(2)通过公共点求解转换参数进行坐标转换(3)通过平差的方法将GPS网纳入到CGCS2000ITRF框架转换关系及速度场转换框架转换步骤框架转换关系建立(不同框架之间)进行板块运动改正(不同历元间)进行框架点坐标计算框架转换关系转换参数T1(cm)T2(cm)T3(cm)SppbR1.001R2.001R3.001ITRF970.600.56-2.011.400.04-0.0010.043转换参数(cm/y)(cm/y)(cm/y)ppb.001/y.001/y.001/y速率-0.04-0.08-0.150.012-0.0040.0010.03从ITRF2005到ITRF2000的转换参数及它们的速率（历元2000.0）转换参数T1(mm)T2(mm)T3(mm)SppbR1(mas)R2(mas)R3(mas)ITRF20000.1-0.8-5.80.400.0000.0000.000转换参数(cm/y)(cm/y)(cm/y)ppb/y.001/y.001/y.001/y速率-0.20.1-1.80.080.0000.0000.000从ITRF2000转换到以前框架的转换参数与速率（历元1998.0）框架转换关系建立确定基准变化引起的站点位移00()()()PtPtPtt(2000.0)(1998.0)(2000.01998.0)(2000.0)(1998.0)(2000.01998.0)(2000.0)(1998.0)(2000.01998.0)xxxyyyzzzTtTTTtTTTtTT(2000.0)[(1998.0)(2000.01998.0)](2000.0)[(1998.0)(2000.01998.0)](2000.0)[(1998.0)(2000.01998.0)]xxxryyyrzzzrtmtmtm(2000.0)(1998.0)(2000.01998.0)stssITRF2005-ITRF97=ITRF2005-ITRF2000+ITRF2000-ITRF97框架转换关系的确定xTyTzTxyz转换参数(cm)(cm)(cm)S(ppb).001.001.001ITRF970.53000.3200-2.89001.82700.03200.00100.1030速率-0.0600-0.0700-0.33000.0920-0.00400.00100.0300板块引起的点位位移首先根据ITRF05_GPS_SSC中IGS的速度场计算2000.0历元时由于板块运动引起的点位变化，经改正后得到IGS站的坐标0000()ttttttITRFxxXYZXXYYttZZVVVt为框架参数对应的年，t0为需转换到的历元，这里为CGCS2000所在的历元，即2000.0基准变化引起的点位位移根据建立的ITRF框架转换关系，板块运动改正到同一历元下的坐标进行框架转换得到CGCS2000框架点坐标。SxzySyzxSzyxCGCS2000ITRFxxITRFxxXXTs-XY=Y+T+s-YZZT-sZ由第一步框架转换关系计算并统一到2000历元由第二步板块运动或速度场将坐标由瞬时历元改正到2000历元2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换其速度矢量不确定时测站的速度场可通过已公布的动态板块模型近似得到。每个板块的角速度分量是已知值都可从地球物理模型计算得到，因此，测站的速度为：000yyyyiyyizyxzxITRFITRFPyxITRFPxvxyzITRF序列观测技术及板块运动模型序列ITRF观测技术参考历元启用时间板块运动模型88VLBI,SLR,LLR1988.01989AM0-2,AM1-289VLBI,SLR,LLR1988.01990AM0-2,AM1-290VLBI,SLR,LLR1988.01991AM0-2,AM1-291VLBI,SLR,LLR,GPS1988.01992AM0-2,NNR-NUVEL192VLBI,SLR,LLR,GPS1988.01994AM0-2,NNR-NUVEL193VLBI,SLR,GPS1993.01995NNR-NUVEL1A94VLBI,SLR,GPS1993.01996NNR-NUVEL1A96VLBI,SLR,GPS,DORIS1997.01998NNR-NUVEL1A97VLBI,SLR,GPS,DORIS1997.01999NNR-NUVEL1A2000VLBI,SLR,GPS,DORIS,LLR1997.02001NNR-NUVEL1A2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换IERS96推荐NNR-NUVEL1A板块运动模型2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换PlateNameΩXΩYΩZPacific-0.0015100.004840-0.009970Africa0.000891-0.0030990.003922Antarctica-0.000821-0.0017010.003706Australia0.0078390.0051240.006282Eurasia-0.000981-0.0023950.003153India0.0066700.0000400.006790Nazca-0.001532-0.0085770.009609JuandeFuca0.0052000.008610-0.005820Philippine0.010090-0.007160-0.009670NNR-NUVEL1A模型所表示的每个板块的三个直角坐标轴的旋转向量为：（单位为弧度/每百万年），000yyyyiyyizyxzxITRFITRFPyxITRFPxvxyzAPKIM及PB2002板块运动模型杨子板块BJFSSHAOWUHN变形区域包括除东南部地区的大部分地区在杨子板块只有APKIM及PB2002板块模型适用,而NUVEL1A在我国