2000国家大地坐标获取方法探讨

□ 谭荣杰 陈长欢

（内蒙古自治区测绘院，内蒙古 呼和浩特 010051）

0.引言

经国务院批准，2000国家大地坐标系于2008年7月1日，在中国开始全面启用。2012年12月中国卫星导航系统管理办公室公布的《中国北斗卫星导航空间信号接口控制文件》公开服务信号B1Ⅰ（1.0版）中要求，北斗卫星导航系统采用2000国家大地坐标系。由此，中国进入了以2000国家大地坐标系为基准的测量时代。

作为中国新一代地心坐标系，2000国家大地坐标系的定义与国际地球参考系（ITRS）一致：原点位于地球质心，也是参考椭球的几何中心；Z轴指向国际地球自转服务组织（IERS）定义的参考极（IRP）方向；X轴为IERS定义的参考子午面（IRM）与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线。2000国家大地坐标系参考椭球定义的基本常数为：长半轴 a=6378137.0m；扁率：f=1/298.257222101。参考椭球定义常数,除地心引力常数（GM）外，同GRS80椭球一致。

其具体实现方法是通过中国地壳运动观测网络，国家GPSA、B级网，全国GPS一、二级网，地壳运动监测网4个网内2600多个站点数据，统一在ITRF97框架下联合处理，得到2000.00历元下的三维坐标。2000中国大地坐标系实际上是对ITRF97框架2000.00历元的。依据以上定义，本文以内蒙古连续运行参考站（NMGCORS）系统中部分站点数据为例，探讨2000国家大地坐标的获取方法，希望能够得出一些有益的结论。

1.2000国家大地坐标系与ITRF08参考框架的转换关系

1.1 不同ITRF框架之间的变化关系

国际参考框架（ITRF）对每年分布全球的IGS连续运行站坐标与速度场处理分析，通过ITRS以年报与备忘录的形式陆续发布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000、2005、2008等参考框架，2017年ITRF2014框架近期即将公布，目前使用的还是ITRF2008参考框架，而作为2000国家大地坐标系基础框架的ITRF97参考框架，是我们关注的重点。

理论上，将ITRF2008参考框架转换到ITRF97参考框架，通过速度场将历元归算到2000.00即可获得CGCS2000坐标。

对于ITRF2008参考框架转换到ITRF97参考框架，可通过相似性变化转换得到，公式1为七参数转换模型：

式中（X、Y、Z）97为 ITRF97框架下的三维坐标，（X、Y、Z）08为 ITRF08 下的三维坐标，（Tx、Ty、Tz）为平移量，（Rx、Ry、Rz）为旋转量，D为尺度因子。

对于不同的框架之间转换，随时间变化参数也随之变化，可表达为参数P（t）从基准历元P（t0）到P（t）的变化量，公式2为：

ITRF2008与ITFR97参考框架之间七参数及其变化率可在ITRF网站上查询，（如表1所示）从ITRF2008与ITFR97参考框架的转换参数。

表1 从ITRF2008与ITFR97参考框架的转换参数

1.2 不同历元之间的变换方法

对于待求点的ITRF97框架坐标来说，最终结果需要转换到2000.00历元。虽然IGS站都有精确的速度场，但是对于其他待求站点，无法获得精确的速度场。较为容易实现解决办法有两个，一是利用待定点周边的4个以上IGS站已知速度场模型，利用反距离加权的方法，求取待定点的速度场，通过公式3对不同历元坐标进行变换。

式中，Xt1、Yt1、Zt1为待求点 2000.00 历元坐标;Xt0、Yt0、Zt0。为待求点当前历元坐标；Vx、Vy、Vz为获得的待求点的速度场。或者直接查询魏子卿等人研究国家2000大地坐标系后得出的中国区域内3°×3°的格网平均速度值；二是利用IGS站公共点当前历元与2000.00历元不同坐标之间的相似性变换，求取待定点坐标。

2.利用实例验证

选择内蒙古自治区连续运行参考站内DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站及中国周边 IGS站CHAN、SHAO、BJFS、LHAZ、ULAB、URUM、WUHN七站2016年在102、103天数据，利用Gamit软件进行数据处理，利用Globk进行平差，得到DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在 ITRF08 框架下的2016.279历元下的坐标，通过表1的给定转换参数，求解出 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在ITRF97框架下的2016.279历元下的坐标，以上两种方法将2016.279历元转化为2000.00历元。

2.1 利用周边IGS站已知速度场通过反距离加权的方法求取 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站的速度场。其中西安站（XIAN）速度场由于站点维护原因，与周围站点差异很大，故未使用。或者通过查阅魏子卿等公布的中国区域内3°×3°的格网平均速度值，获得 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_四站的速度场值。见表2两种方法所获得速度场。根据公式3计算等到2000.00历元坐标。

表2 两种方法所获得速度场

2.2 通过中国周边 IGS站 CHAN、SHAO、BJFS、LHAZ、ULAB、URUM、WUHN 七个公共点，剔除掉具有显著性差异站LHAZ及URUM，求得在2016.279历元及2000.00历元下七参数转换关系，从而等到 DONS、HLGE、KBAS、TZQ_ 四站在2000.00历元下的坐标。

根据定义，以上两种方法获得的均为2000国家大地坐标系坐标。以武汉大学解算结果为真值，与其比较，比较结果见表3两种方法获得坐标与武汉大学计算真值比较。

3.结论

3.1 以上两种方法获得的2000国家大地坐标具有高度的相近和相似性，而七参数方法获取结果略高于速度场方法，分析原因认为主要为缺少区域内精确速度场模型，导致精度略低。但总体认为，两种速度场的方法及七参数方法，都具有可靠性。

表3 两种方法获得坐标与武汉大学计算真值比较

3.2 两种方法比较而言，X、Z方向精度低于Y方向，其原因待查。Z方向最大中误差为±0.045，完全可以满足区域2000国家大地坐标系平差计算要求，且方法简单，不依赖于高精度的起算点，即可以获得良好的结果。

3.3 对于高精度的求解，建议获得更高精度的区域速度场；或通过板块模型（NNR-NUVEL1A）对基线矢量进行转换，再直接约束2000.00历元的已知数据。

3.4 本文着重从2000国家大地坐标系定义角度，探讨2000坐标的获取方法，但与实际2000国家大地坐标一致性存在差异，使用时，视具体精度要求取舍。