新疆GPS控制網2000國家大地坐標系轉換方法

薛維剛

（1.新疆維吾爾自治區第一測繪院，新疆 昌吉 831100）

新疆GPS控制網2000國家大地坐標系轉換方法

薛維剛1

（1.新疆維吾爾自治區第一測繪院，新疆 昌吉 831100）

基于1980西安坐標系統生產的1∶10 000基礎測繪地形圖成果轉換為2000國家大地坐標系地形圖成果，存在參數轉換精度誤差。為解決問題，探討了利用周邊IGS站重新計算控制網起算數據獲得控制網2000國家大地坐標系方法。結果表明，該方法能滿足1∶10 000地形圖轉換參數的精度要求。

GPS控制網；坐標轉換；方法探討

為了實現新疆1∶10 000基礎測繪地形圖1980西安坐標系成果向2000國家大地坐標系成果轉換，需要首先將基礎測繪布設的基礎GPS控制網1980西安坐標系成果轉換為2000國家大地坐標系成果[1,2]。該項目涉及到2001～2010年期間基礎測繪布設的81個GPS控制網，近3 000個C、D級GPS控制點。由于這些控制網是不同年代、不同作業單位布設的，作業依據的標準與現在不同，觀測使用的儀器、基線解算都各不相同，因此需要對每個控制網的基線解算結果、三維無約束平差是否滿足規范要求進行分析。對于相鄰控制網，如果有3個以上公共點則進行合并。精度符合規范要求的控制網，采用重新平差的方法，以控制網中具有2000國家大地坐標系成果的一、二等控制點為起算點，對控制網進行重新平差，從而得到其他控制點的2000國家大地坐標系成果。該項目專業技術設計書要求平差后精度、空間點位誤差不超過±5 cm，基線殘差相對誤差不超過1/40 000。

1 技術方法

1）將具有2000國家大地坐標系成果的已知點作為起算點對控制網進行三維約束平差，發現大部分控制網三維約束平差后，空間點位誤差大于±5 cm，基線殘差相對誤差不足1/40 000，其中最大的空間點位誤差達到23 cm，基線殘差相對誤差只有1/5 100，達不到設計要求，而這些控制網的三維無約束平差、原1980西安坐標系統二維約束平差精度均良好。

經過對控制網中已有一、二等三角點聯測四等或等外水準高程，利用新疆似大地水準面模型得到高程異常推算出大地高，與GPS2000聯合網成果中同一點大地高對比，發現大地高相差較大。如果將推算出的大地高代替GPS2000聯合網成果中的大地高再對控制網進行三維約束平差，則控制網精度達到了設計要求[3]。例如，某控制網中有4個一、二等三角點，利用GPS2000聯合網成果對該控制網進行三維約束平差，平差后精度統計情況見表1。

表1 平差后精度統計表/ m

GPS2000聯合網成果大地高與推算大地高對比見表2。

表2 GPS網成果大地高與推算大地高對比表/ m

由大地高差異引起控制點空間直角坐標相差達-0.319 m，見表3。

表3 大地高差異引起的控制點空間直角坐標差異表

通過分析，起算成果大地高不準確導致空間平差結果精度不高。使用計算大地高重新對該控制網進行三維約束平差，其精度有了很大提高 。平差結果，空間點位誤差最大±1.5 cm，基線殘差相對誤差最大為1/165 883，達到設計要求。

2）根據上述分析結果，GPS控制網2000國家大地坐標系轉換采用下列2種方案：

方案一:使用GPS2000聯合網成果作為起算數據，直接進行三維約束平差。平差后精度滿足設計書要求時，對原控制網進行三維約束平差，獲得控制網2000國家大地坐標系成果。

方案二:使用GPS2000聯合網成果作為起算數據，三維約束平差后精度不能滿足設計書要求時，采用重新計算控制網起算點方法。具體方法是，使用控制網周邊IGS站，在原控制網中均勻選取4個以上，連續觀測時間大于2 h的控制點（包括一、二等三角點）觀測數據，同時下載當天IGS站觀測數據、廣播星歷、精密星歷，使用GAMIT軟件重新解算GPS控制點之間、GPS控制點至IGS站間的高精度基線，組成所選GPS控制點與IGS站的同步觀測環，進行三維約束平差，求得選取控制點（包括原GPS控制網聯測的國家三角點）的2000國家大地坐標系成果。再利用這些控制點作為控制網的起算點，對控制網進行平差，以獲得控制網中其他各控制點的2000國家大地坐標系成果[4]。對于GPS控制網點與IGS站組成的新的GPS控制網，要求空間平差結果，最弱點點位誤差應小于±5 cm，空間平差殘差（基線殘差）相對誤差不大于1/100 000。

IGS站成果采用2011年完成的似大地水準面精化項目使用的周邊IGS站2000國家大地坐標系成果。使用方案二對34個控制網進行三維約束平差，空間平差結果，最弱點點位誤差最大±3.9 cm，空間平差殘差（基線殘差）相對誤差最大1/42 000，其中32個控制網小于1/100 000。對各控制網中的248個國家一、二等三角點的GPS2000聯合網成果計算得到2000國家大地坐標系高斯平面坐標、大地高數據，與重新計算GPS控制網起算點進行網平差后計算得到的2000國家大地坐標系高斯平面坐標、大地高數據進行比較，統計結果見表4。

表4 高斯平面坐標與大地高數據比較統計表

2 討 論

1）國家一、二等三角點GPS2000聯合網2000國家大地坐標系成果是用我國天文大地網與高精度GPS2000網聯合平差得到的。國家一、二等三角點天文大地網是我國20世紀50～70年代采用三角測量的方法觀測，精度較GPS觀測要低，經過近40多年的地殼運動變化，或人為移動，很多點位置已發生變化。國家一、二等三角點的高程大部分是用三角高程的觀測方法獲得的[5]。在進行天文大地網與高精度GPS2000網聯合平差時，新疆境內高精度GPS點較少，不能得到各三角點的準確高程異常值。綜合上述原因，GPS2000聯合網成果中，國家一、二等三角點的2000國家大地坐標系成果精度有限，特別是大地高，存在較大誤差，導致使用GPS2000聯合網成果作為GPS控制網起算數據進行2000國家大地坐標系平差精度不高。

2）采用方案二的方法，通過解算控制點至周邊IGS站的高精度基線，組成與IGS站的區域控制網，將控制點納入IGS站所在框架中，可以得到相對精度較高的2000國家大地坐標系三維坐標，特別是大地高，相對于GPS2000聯合網提供的控制點大地高精度要高很多。

3）2001～2010年期間1∶10 000基礎測繪布設的基礎GPS控制網依據的是GB/T 18314-2001《全球定位系統（GPS）測量規范》，C級網觀測時段數≥2，每個時段觀測時間≥60 min[6]，一個控制點上連續觀測超過2 h的控制點較少。采用方案二時，選取的控制點與IGS站組成的控制網基線解算精度難以有大幅度的提高，由此計算出的控制點精度有限。因此，采用方案二獲得控制網2000國家大地坐標系成果，僅適用于1∶10 000地形圖1980西安坐標系向2000國家大地坐標系轉換參數計算，不能作為布設一般GPS控制網的起算依據。

3 結 語

在沒有起算點的情況下，采用聯測周邊IGS站，與之組成區域GPS控制網，通過解算高精度長基線，即可獲得像控點2000國家大地坐標系成果。控制點精度主要受連續觀測時間長度、基線解算精度等因素的影響。在本項目中，由于選取的控制點連續觀測時間較短，控制網精度無法大幅度提高，因此，只適應1∶10 000地形圖轉換參數的確定。

[1] 程鵬飛,成英燕.2000國家大地坐標系實用寶典[M].北京:測繪出版社,2008

[2] 施一民.現代大地控制測量[M].北京:測繪出版社,2008

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P226

B

1672-4623（2015）04-0078-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.028

薛維剛，高級工程師，主要從事測繪工程質量檢查工作。

2015-04-29。