2000国家大地坐标系在水利工程中的应用

2020-07-30范秀庆魏全龙

山东水利 2020年6期

范秀庆，魏全龙

（济南市水利建筑勘测设计研究院有限公司，山东济南 250101）

在过去相当长一段时间内，工程测量使用的是1980西安坐标系及地方坐标系等参心坐标系，这些坐标系下的测绘成果已经不能满足当前经济建设的需求。在这种情况下国内自主定义了符合实际国情的2000国家大地坐标系，并于2018年7月1日起开始正式实施。为了更好地推广和使用该坐标系，自然资源部等部门已经不再接受非2000国家大地坐标系上报的项目，也不再向社会提供非2000国家大地坐标系基础测绘成果。但在实际工作中，目前还没有解算出一次测量就能得到2000坐标系平面坐标和85国家高程的参数成果。

本文结合济南市商河县一个新建水闸项目，对小区域水利工程项目获取平面坐标为2000国家大地坐标系和高程值为1985国家高程基准的方法进行探讨。

该项目位于济南市商河县的一个新建水闸，测图范围：东西长约170m，南北长约220m，面积约0.03km2。

1 常用三种坐标系简介

2000国家大地坐标系是简称为CGCS2000，其长半轴为6378137m，扁率为1/298.257222101。该坐标系是通过分布在中国的多个连续运行的GPS基准站、以及之前建立的天文大地网与空间地网联合平差建立的。

WGS-84坐标系也是一种地心坐标系，目前GPS所采用的就是该坐标系统。它的的椭球参数的数值为：长半轴6378137±2m；扁率0.003352810664。

1980西安坐标系只能提供点位平面坐标。如果用西安80坐标系下的平面坐标表示高精度的点的三维坐标，会造成点位精度上的损失。它采用的椭球的长半轴为6378140m。

通过以上对比，80西安坐标系椭球长半轴比WGS84坐标系椭球长半轴的值大3.0m左右，差别较大；2000国家大地坐标系椭球长半轴与WGS84坐标系椭球长半轴差异较小，而且在坐标系原点、定向及定向演变、尺度的定义方面都是相同的。于是可以认为2000国家大地坐标系与WGS84坐标系在坐标系的实现误差范围内，它们的坐标值是一致的。

2 点坐标获取方法

2.1 四参数求解法

在进行项目区测量时（测区两点间的最大距离小于10.0km），可以采用四参数法或七参数法，因为在这种条件下椭球参数的差异对转换精度的影响是很小的，可以忽略这种影响。但当测区两点间的最大距离大于15.0km，须要考虑因两种椭球参数的差异带来的转换精度的影响了，这时就只能采用七参数来完成两种坐标系统的转换了。这是因为四参数与七参数的计算模型是不同的，四参数只能用于两个不同的二维平面直角坐标系之间的转换，而七参数可以用于两个不同的三维空间直角坐标系之间的转换。

目前，外业测量主要使用GPSRTK，在当前的GPS软件中，也有相应的四参数和七参数设置。采用四参数，对于简单的地形测量其实没有必要进行高程拟合，即使你用了高程拟合参数也很难达到四等水准测量的精度，即使采用高程拟合参数后，RTK的高程测量的精度也是不能保证的。众所周知RTK求解的正常高，是用仪器直接获得的大地高减去已经求解出来的高程异常值，但求解出来的高程异常值不一定是精确的，加之不同地方的高程异常值有差异。所以，小范围测区没有必要使用高程拟合参数。

具体操作方法：利用原来已有的七参数，在实地测出三个图根点的西安80坐标系下的平面坐标与1985国家高程坐标系下的高程；然后再利用SDCORS测出这三个图根点的2000国家大地坐标系下的平面坐标。最后通过测量仪器中的四参数求解功能，在界面输入其中两个2000国家大地坐标系下的平面坐标和利用七参数求解出来的1985国家高程基准的高程来解算出四参数。利用求解出来的四参数检验第三个坐标的正确性，经检验无误后，就可以开展该区域内的地形测量工作了。

2.2 坐标转换法

首先，利用原来已有的七参数，在实地进行地形测量工作，获取80西安坐标系下的平面坐标和1985国家高程坐标系下的拟合高程。然后在内业处理时可以利用以下两种方法进行坐标的转换：一是利用南方GPS后处理软件中的坐标转换功能直接进行点坐标的转换。在“参数设置”中设置好源椭球系参数、目标椭球系参数、投影参数及七参数，然后选择好转换前坐标类型和转换后坐标类型及坐标文件的格式，就可以进行坐标转换了。二是图形编辑完成后利用两个公共点的坐标，对图形进行平移和缩放。打开CASS软件，选择地物编辑—坐标转换选项，分别拾取和添加两个公共点转换前和转换后的坐标值，然后点击“计算转换四参数”，最后选择“使用四参数转换”来进行图形的转换。