2000國家大地坐標獲取方法探討

□ 譚榮杰 陳長歡

（內蒙古自治區測繪院，內蒙古 呼和浩特 010051）

0.引言

經國務院批準，2000國家大地坐標系于2008年7月1日，在中國開始全面啟用。2012年12月中國衛星導航系統管理辦公室公布的《中國北斗衛星導航空間信號接口控制文件》公開服務信號B1Ⅰ（1.0版）中要求，北斗衛星導航系統采用2000國家大地坐標系。由此，中國進入了以2000國家大地坐標系為基準的測量時代。

作為中國新一代地心坐標系，2000國家大地坐標系的定義與國際地球參考系（ITRS）一致：原點位于地球質心，也是參考橢球的幾何中心；Z軸指向國際地球自轉服務組織（IERS）定義的參考極（IRP）方向；X軸為IERS定義的參考子午面（IRM）與通過原點且同Z軸正交的赤道面的交線。2000國家大地坐標系參考橢球定義的基本常數為：長半軸 a=6378137.0m；扁率：f=1/298.257222101。參考橢球定義常數,除地心引力常數（GM）外，同GRS80橢球一致。

其具體實現方法是通過中國地殼運動觀測網絡，國家GPSA、B級網，全國GPS一、二級網，地殼運動監測網4個網內2600多個站點數據，統一在ITRF97框架下聯合處理，得到2000.00歷元下的三維坐標。2000中國大地坐標系實際上是對ITRF97框架2000.00歷元的。依據以上定義，本文以內蒙古連續運行參考站（NMGCORS）系統中部分站點數據為例，探討2000國家大地坐標的獲取方法，希望能夠得出一些有益的結論。

1.2000國家大地坐標系與ITRF08參考框架的轉換關系

1.1 不同ITRF框架之間的變化關系

國際參考框架（ITRF）對每年分布全球的IGS連續運行站坐標與速度場處理分析，通過ITRS以年報與備忘錄的形式陸續發布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000、2005、2008等參考框架，2017年ITRF2014框架近期即將公布，目前使用的還是ITRF2008參考框架，而作為2000國家大地坐標系基礎框架的ITRF97參考框架，是我們關注的重點。

理論上，將ITRF2008參考框架轉換到ITRF97參考框架，通過速度場將歷元歸算到2000.00即可獲得CGCS2000坐標。

對于ITRF2008參考框架轉換到ITRF97參考框架，可通過相似性變化轉換得到，公式1為七參數轉換模型：

式中（X、Y、Z）97為 ITRF97框架下的三維坐標，（X、Y、Z）08為 ITRF08 下的三維坐標，（Tx、Ty、Tz）為平移量，（Rx、Ry、Rz）為旋轉量，D為尺度因子。

對于不同的框架之間轉換，隨時間變化參數也隨之變化，可表達為參數P（t）從基準歷元P（t0）到P（t）的變化量，公式2為：

ITRF2008與ITFR97參考框架之間七參數及其變化率可在ITRF網站上查詢，（如表1所示）從ITRF2008與ITFR97參考框架的轉換參數。

表1 從ITRF2008與ITFR97參考框架的轉換參數

1.2 不同歷元之間的變換方法

對于待求點的ITRF97框架坐標來說，最終結果需要轉換到2000.00歷元。雖然IGS站都有精確的速度場，但是對于其他待求站點，無法獲得精確的速度場。較為容易實現解決辦法有兩個，一是利用待定點周邊的4個以上IGS站已知速度場模型，利用反距離加權的方法，求取待定點的速度場，通過公式3對不同歷元坐標進行變換。

式中，Xt1、Yt1、Zt1為待求點 2000.00 歷元坐標;Xt0、Yt0、Zt0。為待求點當前歷元坐標；Vx、Vy、Vz為獲得的待求點的速度場。或者直接查詢魏子卿等人研究國家2000大地坐標系后得出的中國區域內3°×3°的格網平均速度值；二是利用IGS站公共點當前歷元與2000.00歷元不同坐標之間的相似性變換，求取待定點坐標。

2.利用實例驗證

選擇內蒙古自治區連續運行參考站內DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站及中國周邊 IGS站CHAN、SHAO、BJFS、LHAZ、ULAB、URUM、WUHN七站2016年在102、103天數據，利用Gamit軟件進行數據處理，利用Globk進行平差，得到DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在 ITRF08 框架下的2016.279歷元下的坐標，通過表1的給定轉換參數，求解出 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在ITRF97框架下的2016.279歷元下的坐標，以上兩種方法將2016.279歷元轉化為2000.00歷元。

2.1 利用周邊IGS站已知速度場通過反距離加權的方法求取 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站的速度場。其中西安站（XIAN）速度場由于站點維護原因，與周圍站點差異很大，故未使用。或者通過查閱魏子卿等公布的中國區域內3°×3°的格網平均速度值，獲得 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_四站的速度場值。見表2兩種方法所獲得速度場。根據公式3計算等到2000.00歷元坐標。

表2 兩種方法所獲得速度場

2.2 通過中國周邊 IGS站 CHAN、SHAO、BJFS、LHAZ、ULAB、URUM、WUHN 七個公共點，剔除掉具有顯著性差異站LHAZ及URUM，求得在2016.279歷元及2000.00歷元下七參數轉換關系，從而等到 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在2000.00歷元下的坐標。

根據定義，以上兩種方法獲得的均為2000國家大地坐標系坐標。以武漢大學解算結果為真值，與其比較，比較結果見表3兩種方法獲得坐標與武漢大學計算真值比較。

3.結論

3.1 以上兩種方法獲得的2000國家大地坐標具有高度的相近和相似性，而七參數方法獲取結果略高于速度場方法，分析原因認為主要為缺少區域內精確速度場模型，導致精度略低。但總體認為，兩種速度場的方法及七參數方法，都具有可靠性。

表3 兩種方法獲得坐標與武漢大學計算真值比較

3.2 兩種方法比較而言，X、Z方向精度低于Y方向，其原因待查。Z方向最大中誤差為±0.045，完全可以滿足區域2000國家大地坐標系平差計算要求，且方法簡單，不依賴于高精度的起算點，即可以獲得良好的結果。

3.3 對于高精度的求解，建議獲得更高精度的區域速度場；或通過板塊模型（NNR-NUVEL1A）對基線矢量進行轉換，再直接約束2000.00歷元的已知數據。

3.4 本文著重從2000國家大地坐標系定義角度，探討2000坐標的獲取方法，但與實際2000國家大地坐標一致性存在差異，使用時，視具體精度要求取舍。