云南省2000国家大地坐标系培训-坐标转换部分

云南省启用2000国家大地坐标系培训坐标转换2000国家大地坐标系与现行坐标系有何不同2000国家大地坐标系现行坐标系（54北京系、西安80系）坐标系类型地心坐标系参心坐标系椭球定位方式与全球大地水准面最密合局部大地水准面最吻合原点位置包括海洋和大气的整个地球的质量中心与地球质量中心有较大偏差坐标系维数三维坐标系统二维坐标系统相对精度10-7～10-810-6实现技术通过现代空间大地测量观测技术确定传统的大地测量方式确定各基准的参数比较坐标系统地球椭球1954年北京坐标系1980西安坐标系WGS842000国家大地坐标系椭球名称克拉索夫斯基IUGG1975WGS-84CGCS2000建成年代50年代197919842008椭球类型参考椭球参考椭球总地球椭球总地球椭球a（m）6378245637814063781376378137J2或C20(f)－1：298.3J2:1.08263×10-31：298.257C20：-484.16685×10-61：298.257223563J2:1.082629832258×10-31：/298.257222101GM(m3s-2)－3.986005×10143.986005×10143.986004418×1014ω（rad/s）－7.292115×10-57.292115×10-57.292l15×10-5坐标转换采用的模型三维七参数转换模型省级以下相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系全国及省级三维四参数转换模型二维四参数转换模型范围与模型选择多项式回归模型详见《现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南》第六部分各省在ITRF框架下及WGS-84下的成果如何与2000国家大地坐标系发生联系各省市已建立的基于WGS-84坐标系及ITRF框架下的GPSC级网的坐标成果，根据ITRF框架与ITRF97框架之间转换关系转换到2000历元上，则可视作2000国家大地坐标系的成果，并依此完成现有测绘产品的转换。国际地球参考系统（ITRS）ITRS是一种协议地球参考系统，它的定义为（IERSConventions,1996）:ITRS所定义的地心包括海洋和大气的整个地球的质量中心；ITRS的长度为米（SI），是在广义相对论框架下的定义；ITRS坐标轴的定向与国际时间局BIH1984.0历元的定义一致；ITRS的时间演变基准是使用满足无整体旋转NNR条件的板块运动模型来描述地球个块体随时间的变化。ITRF(InternationalTerrestrialReferenceFrame)ITRF是ITRS的具体实现，是由IERS中心局IERSCB利用VLBI-甚长基线干涉、LLR-激光测月、SLR-卫星激光测距、GPS和DORIS-卫星轨道跟踪和定位等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度，进行Co-location协同定位。ITRF是通过框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。ITRFITRFITRFITRFITRF参考框架及其相互转换自1988年起，IERS已经发布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000和ITRF2005等全球坐标参考框架。ITRFxxITRFyyZYXRRRRRRDTTTZYX111)1(121323321CGCS2000与WGS84的比较从定义上CGCS2000与WGS84是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。参考椭球非常相近，在4个椭球常数ａ、ｆ、GM、ω中，唯有扁率ｆ有微小差异：CGCS2000WGS84df=f-f=CGCS2000与WGS84的比较相同历元相同框架下的比较同一点在两个坐标系内的大地坐标产生差异，也导致正常重力产生差异。大地纬度B、大地经度L、大地高H的变化用下式表示:22222dL=0M[2-(2f-f)sinB]dB=sinBcosBdf(1-f)MdH=[1-(2f-f)sinB]sinBdf1-fCGCS2000与WGS84的比较X0YZdXVdY=(t-t)VdZV结论：同一框架不同历元下的坐标不进行历元归算，坐标差异在分米量级。时间间隔越大差异越大。即点位的差异与速度场、当前历元与参考历元时间间隔有关，例如ITRF97框架历元为1997.0下的坐标与2008历元下的坐标差，对于武汉站ITRF97-2267749.1575009154.3333221290.7471997ITRF97-2267749.51955009154.25163221290.60732008基于不同历元相同框架下的比较同一框架下不同历元差异为：CGCS2000与WGS84的比较ITRF2005-2267749.2765009154.3383221290.7522000ITRF2000-2267749.25955009154.30193221290.72632000ITRF2000-2267749.16205009154.32503221290.76201997ITRF97-2267749.1575009154.3333221290.7471997相同历元不同框架坐标比较结论：不同框架在在同一历元下的点位坐标差异一般在3～5cm。相同历元不同框架点位坐标差异，下表以武汉站为例CGCS2000与WGS84的比较ITRF20001022123.78.34.3ITRF20051.01.01.00.20.40.2ITRF2000-1281255.4735640746.0792682880.117-0.0318，-0.0024，-0.0203ITRF2005-1281255.5655640746.0602682880.057-0.0317，0.0035.-0.0147相同历元不同框架坐标比较结论：昆明站不同框架在在同一历元下的点位坐标差异为4cm。相同历元不同框架点位坐标差异，下表以昆明站为例IGS坐标X(m)Y(m)Z(m)ΔX(m)ΔY(m)ΔZ(m)IGS站坐标和速度场的解算精度σX(mm)σY(mm)σZ(mm)σX1(mm)σY1(mm)σZ1(mm)基于ITRF97后的ITRF框架完成的定位是否需要转换到ITRF97框架中需要。以上海站为例，不转换时，不同框架下同一个站点的坐标差差异较大，转换后精度在毫米级。不同框架下坐标及转换后坐标比较其他站的坐标精度远不如上海站好，若不进行转换，其差异能差到分米级。所以，其他框架下的坐标成果必须转换到2000国家大地坐标系所在的ITRF97框架下。相对独立的平面坐标系如何建立与2000国家大地坐标系的联系独立坐标系下的控制点成果投影变换现行国家大地坐标系下平面坐标坐标转换2000国家大地坐标系下的控制点坐标(通常情况)平面四参数转换模型（重合点较多）多元逐步回归模型(三维地心坐标）Bursa七参数转换模型相对独立的平面坐标系如何建立与2000国家大地坐标系的联系坐标转换rms0.05m。具体方法可参照国家测绘局下发的《现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南》不同空间直角坐标之间的变换当两个空间直角坐标系的坐标换算既有旋转又有平移时，且两个坐标系尺度不一致，则有七个参数坐标变换公式(布尔莎模型)：21ZY1021ZX1021YX10XX0ε-εXΔXY=(1+m)Y+-ε0εY+ΔYZZε-ε0ZΔZ至少需要3个公共点，当多于3个公共点时，可按最小二乘法求得7个参数的最或是值。不同大地坐标系的变换对于不同大地坐标系的换算，除包含三个平移参数、三个旋转参数和一个尺度变化参数外，还包括两个地球椭球元素变化参数顾及全部7参数和椭球大小变化的转化公式又称为广义大地坐标微分公式或广义变换椭球微分公式。2002220sinBcosLsinBsinLcosB--αsin2BM+HM+HM+HdBdX(1+αcosB)sin2BdaMsinLcosLdL=-0dY+00d(N+H)cosB(N+H)cosBdHdZ-(1-αsinB)a(1-αcosB)sinBcosBcosLcosBsinLsinBxy2z+α-(1+2αcos2B)sinL(1+2αcos2B)cosL0ε-αsin2B(1-2α)tgBcosL(1-2α)tgBsinL-1ε+0Δm-Nαsin2BsinLNαsin2BcosL0εN(1-2αsinB)控制点坐标转换方法重合点确定根据用所计算的转换参数计算的重合点坐标残差；剔除残差大于3倍中误差的重合点；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。控制点坐标转换方法精度评估与检核选择未参与转换参数计算部分重合点作为外部检核点；用转换参数计算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。GPSC级网转换到CGCS2000坐标系B级网参考框架为ITRF93，历元为1996.365,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C级网纳入到2000国家大地坐标系。GPSC级网转换到CGCS2000坐标系B级网ITRF93框架，历元1996.365=ITRF97框架,2000.0历元,方法如下：ITRF93-ITRF97=ITRF93-ITRF2000+ITRF2000-ITRF97历元转换,将ITRF93框架,历元1996.365=ITRF93框架,1988.0历元。GPSC级网转换到CGCS2000坐标系将参考历元t1转换为t2。转换公式为212121ttXtt21YZttXXVY=Y+(t-t)VVZZt1为原参考历元，t2为需转到的参考历元，[VX，VY，VZ]T为控制点的速率，可从ITRF网站（）所提供的相应的框架站点坐标文件中获取(例如：ITRF2000_GPS_SSC)。GPSC级网转换到CGCS2000坐标系参考框架ITRF93转换为ITRF97，框架转换公式为也可将观测值所采应的框架由参考历元转换到观测值所在的观测历元，即对于给定的历元转换参数T,在历元（以年）的值可用下面公式得到S132S231S321XXTD-RRXY=Y+T+RD-RYZZT-RRDZ()()()kkTtTtTttGPSC级网转换到CGCS2000坐标系从ITRF2000转换到以前框架的转换参数与速率（历元1997.0）转换参数T1(cm)T2(cm)T3(cm)DppbR1.001R2.001R3.001ITRF970.670.61-1.851.550.000.000.00速率0.00-0.06-0.140.010.000.000.02历元1988.0ITRF931.270.65-2.091.95-0.390.80-1.14速率-0.29-0.02-0.060.01-0.11-0.190.07从ITRF2005到ITRF2000的转换参数及它们的速率（历元2