基于北斗衛星連續運行基準站的坐標轉換方法研究

田 慧

(廣州南方測繪科技股份有限公司，北京 100000)

0 引言

某天然氣股份有限公司計劃部署GIS綜合管理平臺，要求所有管網數據實現“一張圖”，在完善已有的市地方坐標系統的基礎上建立CGCS2000國家大地坐標基準。本研究應用已有的前期數據，建立了若干北斗衛星連續運行基準站，為移動測量終端提供了高精度厘米級差分信號。隨著CGCS2000國家大地坐標的普及，市地方坐標基準以及CGCS2000國家大地坐標基準逐漸完善，并將已有的管網數據從市地方坐標轉換成2000國家大地坐標列為整個GIS平臺的重要任務之一。

1 研究背景

研究區域地處中國東北平原腹地——松遼平原，它是東北地區天然地理中心、“一帶一路”北線重要節點城市、中蒙俄經濟走廊節點城市、長吉圖戰略腹地城市、哈長城市群核心城市，地勢較為平坦，為東部山區與西部松遼平原過渡地帶。東南部屬丘陵低山區，海拔高程多為200～400 m。主要利用市天然氣公司在實驗數據區周邊建立的北斗衛星連續運行基準站來進行實驗，這些基站的CGCS2000國家大地坐標是通過GAMIT軟件解算所得，并通過JLCORS進行CGCS2000坐標實測對比。市測繪院位于實驗數據區周邊的CORS基站，通過這些基站聯測了實驗數據區8個控制點，解算了控制點的市地方坐標以及基于市測繪院網絡CORS框架的經緯度和橢球高。

2 控制點布設

本實驗在市主城區及周邊共計布設了8個控制點，這些點要基于以下要求進行選址[1]：①點位便于安置接收設備和操作，視野開闊，視場內障礙物的高度角不超過15°。②遠離大功率發射源(如電視臺、電臺、微波站等)，其距離應大于200 m。遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，其距離應大于50 m。③附近沒有強烈反射衛星信號的物件(如大型建筑物等)。④交通方便，有利于其他測量手段擴展和聯測。

點位中心標志采用了簡易標志，利用電錘在符合條件的水泥地面鉆孔，將中心標志植入地面并用速干水泥固定，并制作了點之記。

3 靜態聯測

實驗充分利用了具備CGCS2000坐標以及市坐標的CORS基站資料，市地方坐標起算數據資料來源于市測繪院。

網型中，米沙子、燒鍋、齊家、樂山分別是市測繪院的4個衛星連續運行基準站，在等級理論上屬于B級GPS點，具備市地方坐標。在解算時，求出了基于這個框架控制點的橢球高，為后期轉換點位的1985黃海高程做了鋪墊[2]。

在CGCS2000坐標聯測過程中，最初選擇的是聯測市測繪院的網絡CORS，經測試發現，市測繪院的網絡CORS和天然氣公司新建的網絡CORS在CGCS2000框架上存在一定偏差。經測試和討論，最終選擇了聯測市天然氣公司新建網絡CORS其中的3個基站，即綠園一汽(CCLY)、南關洋浦(CCNG)和九臺蓮花山(CCJT)，這3個基站在市主城區及周邊，CGCS2000坐標框架由迅騰公司利用GAMIT軟件解算所得，精度可靠[3]。

圖1 地方坐標靜態聯測示意圖Fig.1 Schematic diagram of local coordinate static measurement

圖2 CGCS2000坐標聯測網型圖Fig.2 CGCS2000 coordinated network survey

圖3 二維網約束平差指標Fig.3 Two-dimensional network constraint adjustment index

4 地方到2000坐標轉換模型精度評價過程

4.1 殘差的計算

V(殘差)=重合點轉換坐標-重合點已知坐標

4.2 平面直角坐標系平面點位中誤差的計算公式

4.3 內符合精度計算

依據建模點的殘差，按上述點位中誤差計算公式計算出的點位中誤差被稱為坐標轉換的內符合精度。本實驗數據地方坐標到2000坐標的轉換模型精度由南方數碼公司開發的坐標轉換軟件自動生成，通過二維多項式的計算，殘差均為毫米級。