城市坐标系转换2000国家大地坐标系分析

城市坐标系转换2000国家大地坐标系分析

尚卫强吴杭平叶菁菁

浙江省第一测绘院杭州310012

摘要：国家测绘局2008年6月18日发公告，要求2008年7月1日起，正式启用2000国家大地坐标系。本文结合我省某市2000国家大地坐标系转换实施情况，简述城市坐标系到2000国家大地坐标系转换方法。

关键词：城市坐标系；2000国家大地坐标系；坐标系转换

1引言

2008年7月1日起，我国正式启用了2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系为地心坐标系，原点位于地球质量中心。椭球参数：长半轴：6378137m、扁率：1/298.257222101、地心引力常数：3.986004418×1014m3s-2、自转角速度：7.292l15×10-5rads-1。2000国家大地坐标系基准下，对采用现代空间技术、对地观测技术维持，更新国家、省级、及城市坐标框架，推进不同行业之间数据共享，充分发挥空间地理信息数据的基础服务保障效益。

2城市坐标系转换2000国家大地坐标系技术路线

城市坐标系转换2000国家大地坐标系主要技术过程如下：

（1）已有坐标系成果资料收集，区域范围坐标系、控制成果使用情况分析。

（2）高精度的2000坐标系建立，充分利用已有基础控制网点，建立区域高精度2000坐标基准框架。

（3）基于区域2000坐标系基准框架成果、已有城市坐标系成果，确定地方坐标系转换2000国家大地坐标系转换关系。

（4）基于2000国家大地坐标基准框架体系，实地采集特征点坐标数据成果，检验坐标转换关系的正确性。

32000国家大地坐标系基础框架建立与实施

（1）已有坐标系成果资料收集

通常地方坐标系的选择中，距离国家标准分度带（3度带，6度带）中央经线较近的地区，多选用标准带投影，以实现与国家基础地理信息数据的紧密衔接。在基于参心坐标系框架下，地理信息数据的表达以纸质或其它模拟形式表达的年代，地方坐标系即便中央子午线与标准分度带中央子午线有差异，通常采用改变坐标系加常数的方法实现地方坐标系与标准分度带格式数据拼接，以便于地理信息图件资料的衔接。在浙江省内部分市县均采用改变加常数的方式，定义与国家基础地理信息数据保持一致的地方坐标系。

因此，已有地方坐标系成果资料收集中，主要涉及地方坐标系参考椭球的选择，中央子午线选取，高程抵偿面的高度等涉及坐标系统的边长归算等主要因素。

（2）区域2000国家大地坐标系实现

2008年7月1日起，我国正式启用了2000国家大地坐标系。对2000国家大地坐标系的推广与应用，理解2000国家大地坐标系在现行基础地理信息保障条件下，对各类数据资源整合、共享、推进作用，建立区域范围与国家基础地理信息数据紧密联系的2000国家地方坐标系。

区域范围2000国家大地坐标系体系实现中，以具有2000国家大地坐标系基准实现高等级控制点为起算点，复测、优化区域范围已有的基础控制网点，建立区域范围高精度2000国家大地坐标基准网络。

区域范围高精度2000国家大地基准网络建立的同时，应确定与2000国家的大地坐标系相联系的平面坐标系参考系统。平面坐标系的确定尽可能与国家标准分度带中央子午线一致。采用国家标准分度带中央子午线，高斯投影变形不能满足2.5cm/km相关技术标准要求时，平面坐标系可选取测区中央子午线。当前，空间地理信息数据的采集、分析、共享已经进入数字时代，为实现数据交互共享的方便，2000国家大地坐标系下平面坐标的定义通常以地球椭球面为投影面，加常数采用标准高斯投影加常数，而不再引入其他的平移参数。

（3）坐标转换关系计算

高精度的2000国家大地控制网建立中，充分联测区域范围已有的基础控制网点，通过对控制网的观测计算，获取新的基础控制网高精度的2000国家大地坐标系成果。

由于控制网充分考虑了对测区已有控制点的联测，而已有控制点具有地方坐标系控制成果资料。

坐标转换关系计算中可充分利用测区原有控制点建立各地方坐标系与2000国家大地坐标系成果转换关系。

（4）坐标系转换关系验算分析

根据以上地方坐标系转换关系，能够实现地方坐标系成果向2000国家大地坐标系成果转换。为了实现对以上坐标转换关系的验算与分析，通常收集作业区域范围的测图控制网点，基于2000国家大地坐标系，采用RTK测量、或网络RTK测量方式获取这些一级点高精度的2000国家大地坐标系成果，并使用以上（3）中确定的坐标转换关系，将采集的一级点2000国家大地坐标系成果，转换为地方坐标系成果进行比较分析，验算坐标转关系的正确性。

4城市坐标系转换2000国家大地坐标系案例分析

以下结合我省某市地方坐标系转换2000国家坐标系具体实施情况为例，说明地方坐标系转换具体实施情况。

（1）地方坐标系成果资料收集

该市由于东西跨度大，基础地理信息数据图件资料获取分东部、中部、西部三个区块采集，各地方坐标系成果资料采用均采用1954年北京坐标系定义时采用的卡拉索夫斯基椭球，各区块坐标系中央自子午线选择如下。

东部区域：由于靠近120度中央经线，采用3°带标准分度带投影。

中部区域：中央子午线位于119度与120度中间，以城市中心位置为坐标投影中央子午线。

西部区域：以上世纪90年代建立的三角网为基准进行加密，建立西部区域坐标系。

为落实推进2000国家大地坐标系应用，当地规划管理部门决定建立全市统一的测绘基准体系，促进不同辖区、部门之间的地理信息数据共享服务。

基于以上三个区块，选取测区范围已有基础控制网点成果，以D级GPS控制网观测精度要求，联测周边具有2000国家大地坐标系成果的C级GNSS控制点，布设三个区域坐标转换观测联测控制网。共计施测控制点东部区域20个、中部区域18个、西部区域12个。

（2）2000坐标系基准成果建立与坐标转换关系确定

●2000国家坐标系中央子午线选择

为实现该市域2000坐标系基准统一，基于2000国家大地坐标系地心椭球，考虑以国家标准分度带3°带120°经线为中央子午线，确定整个城市高精度的2000国家大地坐标系相联系的平面坐标。

●基础控制网测算与分析

以上东部、中部、西部3个区块控制网复测中，均联测了C级GNSS控制点，这些C级点具有2000国家大地坐标系成果，基于以上C级点平差计算，获取3个区域高精度2000国家大地坐标系成果。同时以联测地方坐标系控制点为起算点，获取3个区域地方坐标系成果。

●坐标转换关系建立

基于以上3个区域控制网2000国家大地坐标系成果、地方坐标系成果，采用坐标转换四参数模型，实现地方坐标系成果与2000国家大地坐标系成果的相互转换。

（3）坐标转换关系验算分析

本项实施中，在3个区域共计选择了50座一级点实地完成RTK观测（其中东部区域20个、中部区域18个、西部区域12个），并通过以上坐标转换关系转换为地方坐标系成果，与已有的坐标系成果进行验算分析。各区块验算坐标差值统计见下表1.2.3。

5结论

本次检核数据的点位地形起伏不大，高程归化面产生的长度变形较小，该市域2000坐标系选取中央子午线取120度，投影面为CGCS2000椭球面，满足东部、中部、西部三个区块地方坐标系转换2000国家坐标系精度要求，三个区域高斯投影变形量小于2.5cm/km规范要求。在地形起伏较大时，高斯投影变形量超限区域的处理，建议超限地区工程测量项目建立独立的工程施工坐标系统。

参考文献：

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[3]刘大杰、施一民.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理.同济大学出版社,1997