合肥市CGCS2000坐標轉換參數分區解算實踐

王林，張偉

(合肥市測繪設計研究院，安徽 合肥 230061)

1 引 言

根據《國土資源部、國家測繪地理信息局關于加快使用2000國家大地坐標系的通知》(國土資發〔2017〕30號)要求，自2018年7月1日起全面應用2000國家大地坐標系。實現統一的空間定位基礎，歷史數據統一轉換是當前的必要工作，也是測繪地理信息服務于自然資源和規劃工作的重要體現，如何解算轉換參數是此項工作的核心。文獻[1]～[5]分別從坐標轉換的過程、方法、常見問題、轉換軟件和轉換關系等角度進行闡述，本文結合合肥市的區域特點介紹分區解算轉換參數的思路與方法。

2 區域特點與難點分析

2.1 區域概況

合肥市位于北緯30°57′～32°32′、東經116°41′～117°58′之間，117°中央子午線位于合肥市西部，市區平均海拔高度 20 m～40 m。2011年以前合肥市(簡稱老合肥)下轄四區(蜀山區、廬陽區、瑤海區和包河區)和三縣(肥東縣、肥西縣和長豐縣)，市域面積約 7 000 km2。2011年原地級巢湖市撤銷，廬江縣和縣級巢湖市由合肥市管理(簡稱新合肥)，市域面積 11 445 km2(如圖1所示)。行政區劃調整是合肥市CGCS2000坐標轉換參數解算的第一個特點。

2.2 老合肥平面坐標系統概況

老合肥城市坐標系統(簡稱合肥54)是基于1954年北京坐標系建立，采用高斯正形投影統一3°帶，始建于20世紀50年代，90年代進行GPS網改造同時獲取基于1980西安坐標系的老合肥1980西安坐標(簡稱合肥80)，以上兩套平面坐標系統一直沿用至今。由于歷史原因，同一控制點的合肥54坐標和合肥80坐標與國家1954北京坐標(簡稱BJ54)和國家1980西安坐標(簡稱XA80)存在明顯的系統誤差(如圖2所示)，基本呈現出以建成區為中心向外逐步擴散，差異值從 0.05 m以內到最大 0.30 m的遞增規律，這是合肥市CGCS2000坐標轉換參數解算的第二個特點。

圖1 合肥市區劃調整示意圖

圖2 合肥54與BJ54差異圖

2.3 縣區坐標系統的使用現狀

在坐標系統的使用上，呈現出不同部門所使用的坐標系統不同但是部門內相對統一的特點(如表1所示)，這是合肥市CGCS2000坐標參數解算的第三個特點。

合肥市坐標系統的使用現狀 表1

2.4 難點分析

基于上述分析，要實現合肥市統一坐標系統的目標，坐標轉換過程中存在如下技術難點：

(1)面向CGCS2000，如何解算不同區域、不同坐標系統的轉換參數。

(2)如何處理合肥54與BJ54、合肥80與XA80之間的系統誤差。

(3)在進行基于CGCS2000框架網聯測是否有必要參照文獻[7]的方法，進行合肥54/合肥80的聯測聯算。

3 技術路線

根據合肥市的實際情況，合肥市CGCS2000坐標轉換參數解算的技術思路如下：

(1)采用高斯正形投影統一3°帶[6]，平面坐標轉換模型選擇二維四參數，大地坐標轉換模型選擇Bursa七參數。

(2)衛星大地控制網C級點坐標轉換精度不大于3cm[7]。

(3)CGCS2000框架網聯測聯算以基準站為基礎，適當加密原有控制點，通過不同期成果比較分析其穩定性，確定其利用方式。

(4)為了保證坐標轉換的精度，在框架網聯測的基礎上通過在不同區域選擇重合點的統一轉換方法進行試算，測試是否可以消除合肥54/80與BJ54/XA80之間的系統誤差，如果無法消除則通過分區轉換方法分別計算轉換參數。

4 實踐過程

4.1 控制點成果分析

為滿足合肥市CGCS2000坐標轉換參數解算，共收集不同等級、不同時期、不同坐標系統的控制點成果資料如表2所示，分析結果如下：

(1)國家級基準站成果作為CGCS2000框架網聯測起算點使用。

(2)省市級基準站已有CGCS2000成果作為檢查使用。

(3)B級、C級和城市二等GPS點成果質量可靠，且不同時期成果間符合性較好，作為坐標轉換參數解算的重合點或檢查點使用。

控制點一覽表 表2

4.2 統一轉換試算

(1)框架網聯測

為確保CGCS2000成果的統一性和準確性，布設合肥市GNSS框架網并聯測國家級基準站，框架網(如圖3所示)全部利用原有點位，由17個省市級基準站和27個聯測點組成。計算結果顯示本次成果與2009年合肥市似大地水準面精化項目成果坐標較差最大 0.012 m，表明框架網點的空間位置穩定可靠，原有的GNSS控制點CGCS2000成果可以直接使用。

圖3 CGCS2000框架網聯測示意圖

(2)試算結果

由于合肥54/合肥80的差異性客觀存在，筆者設想是否可以在不同系統之間選擇重合點從而消除系統誤差，從試算結果(如表3所示)表明重合點殘差中誤差、檢查點中誤差均超限，統一轉換的思路無法滿足精度要求，需要按分區的技術路線計算轉換參數。

轉換參數試算 表3

4.3 分區轉換實踐

(1)分區策略

為實現合肥市不同坐標系統的歷史數據向CGCS2000轉換的目標，在確保CGCS2000的統一性和準確性的前提下，充分發揮已有歷史數據的價值，結合各縣市區坐標系統的實際情況，對合肥市的CGSC2000坐標轉換參數進行分區計算：

①以老合肥為基礎建立合肥54/合肥80參數，適用于以合肥54/合肥80為基準生產的成果與CGCS2000之間的轉換；

②以新合肥為基礎建立BJ54/XA80參數，適用于以BJ54/XA80為基準生產的成果與CGCS2000之間的轉換。

(2)分區解算

坐標轉換時不同坐標系統之間的重合點選擇至關重要，結合合肥市的實際情況，重合點選擇按照GNSS基準站、B級GPS點、城市二等GPS網起算點和C級點的優先順序和點位分布均勻、覆蓋轉換范圍且不少于5個點的原則[7]。

合肥54/合肥80參數解算選擇7個重合點(如圖4所示)，其中GNSS基準站4個、城市二等GPS點3個，檢查點25個，分別計算Bursa七參數和二維四參數。

圖4 合肥54/合肥80參數重合點和檢查點分布圖

BJ54/XA80參數解算選擇11個重合點(如圖5所示)，其中GNSS基準站2個、B級GPS點3個、C級GPS點6個，檢查點30個，分別計算Bursa七參數和二維四參數。

圖5 BJ54/XA80參數重合點和檢查點分布示意圖

(3)分區解算精度評定

坐標轉換精度依據計算坐標轉換參數的重合點殘差中誤差進行評定。外部符合精度利用檢查點與已知坐標進行比較，計算較差中誤差進行評定。各轉換關系的精度統計如表4所示，從表中可看出，無論是重合點殘差中誤差還是檢查點較差中誤差均小于 2 cm。

分區轉換參數精度評定統計 表4

5 結 語

本文通過合肥市CGCS2000坐標轉換參數解算的工作實踐，根據項目特點以行政區劃為單位進行分區計算轉換參數，實現已有資料向CGCS2000成果轉換，轉換精度可靠，為類似區域提供借鑒經驗。