新疆GPS控制网2000国家大地坐标系转换方法

薛维刚

（1.新疆维吾尔自治区第一测绘院，新疆 昌吉 831100）

新疆GPS控制网2000国家大地坐标系转换方法

薛维刚1

（1.新疆维吾尔自治区第一测绘院，新疆 昌吉 831100）

基于1980西安坐标系统生产的1∶10 000基础测绘地形图成果转换为2000国家大地坐标系地形图成果，存在参数转换精度误差。为解决问题，探讨了利用周边IGS站重新计算控制网起算数据获得控制网2000国家大地坐标系方法。结果表明，该方法能满足1∶10 000地形图转换参数的精度要求。

GPS控制网；坐标转换；方法探讨

为了实现新疆1∶10 000基础测绘地形图1980西安坐标系成果向2000国家大地坐标系成果转换，需要首先将基础测绘布设的基础GPS控制网1980西安坐标系成果转换为2000国家大地坐标系成果[1,2]。该项目涉及到2001～2010年期间基础测绘布设的81个GPS控制网，近3 000个C、D级GPS控制点。由于这些控制网是不同年代、不同作业单位布设的，作业依据的标准与现在不同，观测使用的仪器、基线解算都各不相同，因此需要对每个控制网的基线解算结果、三维无约束平差是否满足规范要求进行分析。对于相邻控制网，如果有3个以上公共点则进行合并。精度符合规范要求的控制网，采用重新平差的方法，以控制网中具有2000国家大地坐标系成果的一、二等控制点为起算点，对控制网进行重新平差，从而得到其他控制点的2000国家大地坐标系成果。该项目专业技术设计书要求平差后精度、空间点位误差不超过±5 cm，基线残差相对误差不超过1/40 000。

1 技术方法

1）将具有2000国家大地坐标系成果的已知点作为起算点对控制网进行三维约束平差，发现大部分控制网三维约束平差后，空间点位误差大于±5 cm，基线残差相对误差不足1/40 000，其中最大的空间点位误差达到23 cm，基线残差相对误差只有1/5 100，达不到设计要求，而这些控制网的三维无约束平差、原1980西安坐标系统二维约束平差精度均良好。

经过对控制网中已有一、二等三角点联测四等或等外水准高程，利用新疆似大地水准面模型得到高程异常推算出大地高，与GPS2000联合网成果中同一点大地高对比，发现大地高相差较大。如果将推算出的大地高代替GPS2000联合网成果中的大地高再对控制网进行三维约束平差，则控制网精度达到了设计要求[3]。例如，某控制网中有4个一、二等三角点，利用GPS2000联合网成果对该控制网进行三维约束平差，平差后精度统计情况见表1。

表1 平差后精度统计表/ m

GPS2000联合网成果大地高与推算大地高对比见表2。

表2 GPS网成果大地高与推算大地高对比表/ m

由大地高差异引起控制点空间直角坐标相差达-0.319 m，见表3。

表3 大地高差异引起的控制点空间直角坐标差异表

通过分析，起算成果大地高不准确导致空间平差结果精度不高。使用计算大地高重新对该控制网进行三维约束平差，其精度有了很大提高 。平差结果，空间点位误差最大±1.5 cm，基线残差相对误差最大为1/165 883，达到设计要求。

2）根据上述分析结果，GPS控制网2000国家大地坐标系转换采用下列2种方案：

方案一:使用GPS2000联合网成果作为起算数据，直接进行三维约束平差。平差后精度满足设计书要求时，对原控制网进行三维约束平差，获得控制网2000国家大地坐标系成果。

方案二:使用GPS2000联合网成果作为起算数据，三维约束平差后精度不能满足设计书要求时，采用重新计算控制网起算点方法。具体方法是，使用控制网周边IGS站，在原控制网中均匀选取4个以上，连续观测时间大于2 h的控制点（包括一、二等三角点）观测数据，同时下载当天IGS站观测数据、广播星历、精密星历，使用GAMIT软件重新解算GPS控制点之间、GPS控制点至IGS站间的高精度基线，组成所选GPS控制点与IGS站的同步观测环，进行三维约束平差，求得选取控制点（包括原GPS控制网联测的国家三角点）的2000国家大地坐标系成果。再利用这些控制点作为控制网的起算点，对控制网进行平差，以获得控制网中其他各控制点的2000国家大地坐标系成果[4]。对于GPS控制网点与IGS站组成的新的GPS控制网，要求空间平差结果，最弱点点位误差应小于±5 cm，空间平差残差（基线残差）相对误差不大于1/100 000。

IGS站成果采用2011年完成的似大地水准面精化项目使用的周边IGS站2000国家大地坐标系成果。使用方案二对34个控制网进行三维约束平差，空间平差结果，最弱点点位误差最大±3.9 cm，空间平差残差（基线残差）相对误差最大1/42 000，其中32个控制网小于1/100 000。对各控制网中的248个国家一、二等三角点的GPS2000联合网成果计算得到2000国家大地坐标系高斯平面坐标、大地高数据，与重新计算GPS控制网起算点进行网平差后计算得到的2000国家大地坐标系高斯平面坐标、大地高数据进行比较，统计结果见表4。

表4 高斯平面坐标与大地高数据比较统计表

2 讨 论

1）国家一、二等三角点GPS2000联合网2000国家大地坐标系成果是用我国天文大地网与高精度GPS2000网联合平差得到的。国家一、二等三角点天文大地网是我国20世纪50～70年代采用三角测量的方法观测，精度较GPS观测要低，经过近40多年的地壳运动变化，或人为移动，很多点位置已发生变化。国家一、二等三角点的高程大部分是用三角高程的观测方法获得的[5]。在进行天文大地网与高精度GPS2000网联合平差时，新疆境内高精度GPS点较少，不能得到各三角点的准确高程异常值。综合上述原因，GPS2000联合网成果中，国家一、二等三角点的2000国家大地坐标系成果精度有限，特别是大地高，存在较大误差，导致使用GPS2000联合网成果作为GPS控制网起算数据进行2000国家大地坐标系平差精度不高。

2）采用方案二的方法，通过解算控制点至周边IGS站的高精度基线，组成与IGS站的区域控制网，将控制点纳入IGS站所在框架中，可以得到相对精度较高的2000国家大地坐标系三维坐标，特别是大地高，相对于GPS2000联合网提供的控制点大地高精度要高很多。

3）2001～2010年期间1∶10 000基础测绘布设的基础GPS控制网依据的是GB/T 18314-2001《全球定位系统（GPS）测量规范》，C级网观测时段数≥2，每个时段观测时间≥60 min[6]，一个控制点上连续观测超过2 h的控制点较少。采用方案二时，选取的控制点与IGS站组成的控制网基线解算精度难以有大幅度的提高，由此计算出的控制点精度有限。因此，采用方案二获得控制网2000国家大地坐标系成果，仅适用于1∶10 000地形图1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换参数计算，不能作为布设一般GPS控制网的起算依据。

3 结 语

在没有起算点的情况下，采用联测周边IGS站，与之组成区域GPS控制网，通过解算高精度长基线，即可获得像控点2000国家大地坐标系成果。控制点精度主要受连续观测时间长度、基线解算精度等因素的影响。在本项目中，由于选取的控制点连续观测时间较短，控制网精度无法大幅度提高，因此，只适应1∶10 000地形图转换参数的确定。

[1] 程鹏飞,成英燕.2000国家大地坐标系实用宝典[M].北京:测绘出版社,2008

[2] 施一民.现代大地控制测量[M].北京:测绘出版社,2008

[3] 陈合忠.新疆全区域似大地水准面的建立[J].测绘与空间地理信息,2011,34(6):221-223

[4] 闻洪峰.基于IGS连续运行基准站求取2000国家大地坐标系坐标的方法[J].地理空间信息,2010,8(4):155-157

[5] 欧阳桂崇，陈永祥，郭玉良,等.全国天文大地网精度[J].测绘科学工程,2009,29(1):1-4

[6] GB/T 18314-2001.全球定位系统(GPS)测量规范[S].

[7] 梁爱平,周宏达.GAMIT/GLOBK在GPS数据处理中的应用[J].广东水利电力职业技术学院学报,2007,5(2):46-47

P226

B

1672-4623（2015）04-0078-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.04.028

薛维刚，高级工程师，主要从事测绘工程质量检查工作。

2015-04-29。