福清市2000国家大地坐标系坐标转换实践和探索

黄宗露

（福州市勘测院有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

20世纪80年代初，我国通过天文大地网整体平差，建立了1980西安坐标系[1]，它的表现形式为二维平面坐标，是参心坐标系。随着科技的进步和社会的不断发展，2000国家大地坐标系应运而生。这是我国自主建立，是以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统，具有高精度、动态、适应现代化空间技术发展趋势等特点。

福清市国土已有成果大多数采用1980西安坐标系，与国家最新要求的2000国家大地坐标系不统一。为了保证坐标转换的精度，本文就福清市域范围内，对均匀分布的30个控制点采用GPS-C级进行观测，平差后的坐标成果用于计算福清区域内1980西安坐标系与2000国家大地坐标系之间的转换参数，并分析其转换精度和经验总结。

1 作业实施

1.1 资料收集及分析

1.1.1 福州市GNSS综合服务系统（FZCORS）

福州市建设好的GNSS基准站有7座，等级为GPS-A级，分别为福清站、江阴站、平潭站、永泰站、连江站、软件园站、长乐站，构成了福州市GNSS综合服务系统，基本覆盖了整个福州市。所有基站均确定了精确的2000国家大地坐标系、1980西安坐标系、1954北京坐标系、WGS-84坐标系成果，该成果已通过验收。因此，FZCORS可作为本项目GPS观测点1980西安坐标及2000国家大地坐标的起算基准。

1.1.2 控制点选取

控制点选取参照因素有2个：一是福清国土要求1.5个月左右的时间完成验收并出具成果，如果重新埋设点位，工期达不到业主的需求；二是利用GPS控制点计算坐标转换参数，GPS控制点需均匀分布，覆盖整个测区，并保证GPS测量成果时效性（或现势性）。

综上考虑后，收集了福清市国土已有点位资料，其中C级GPS点有20个，D级GPS点有106个，E级GPS点326个，经过内业网形设计和实地踏勘，选取均匀、稳定分布的30个点位进行观测。

1.1.3 其他资料

收集测区已有的地形图、影像图和政务电子地图等资料，可以作为网形设计及点之记使用，也可以充分了解测区交通线路等情况。

1.2 技术路线

利用GPS技术，按照整体设计、统一布网的原则，建立和维持GPS控制网[2]，提供高精度的二维控制成果用于计算转换参数。技术流程如图1所示。

图1 技术流程图

1.3 外业施测及数据处理

1.3.1 外业观测

按照GPS-C级观测要求，本次采用Trimble R4-3型GNSS接收机进行外业观测，作业模式为静态定位，与FZCORS站进行联测，连续观测时间大于8小时。

1.3.2 外业数据整理

（1）天线高的整理归类：列出并仔细检查天线高的信息，包括天线的类型、天线高值、天线高的量测方式等[3]。

（2）RINEX格式的转换：外业数据采集采用天宝GNSS接收机，为了方便数据处理，将接收机原始观测数据统一转换为RINEX格式[4]，用软件将观测数据并按时间拆分成2个时段。

（3）数据归类：以时段号建立目录，目录名最好为六个字符，如YYDAYS，YY为年的后两位，DAY为年积日，S为时段号[5]。将同一年积日不同测站的数据拷贝至该目录下，每个测站包含2个文件，一个为观测数据O文件，一个为观测星历N文件。

（4）下载所需要的FZCORS站数据。

1.3.3 GPS数据处理

基线解算采用软件是Trimble Business Center 5.0，将外业观测数据和FZCORS站数据进行基线解算，在基线解算完成后，根据规范相关要求，对各项精度指标进行评定，当指标都符合要求后才能进行下一步工作。

平差采用的软件是武汉大学编制的CosaGPS V5.21，对各观测网的独立基线向量及其全协方差矩阵进行无约束平差和约束平差，得到30个观测点位在1980西安坐标系和2000国家大地坐标系下的二维网平差成果，对各项指标进行评定，并与点位已有的坐标值进行比对，保证平差结果的准确性。

1.4 坐标转换参数的求取

1.4.1 转换模型的选择

目前通常使用的转换模型有布尔沙模型、三维七参数转换模型、二维七参数转换模型、二维四参数转换模型、三维四参数转换模型等众多转换模型[6]，不同的转换模型其转换流程、适用范围也不尽相同。本项目将采用二维四参数转换模型计算转换参数。转换参数计算流程如图2所示。

图2 参数计算流程

1.4.2 重合点选取原则

选取具有1980西安坐标系和2000国家大地坐标系这两种坐标系的控制点作为重合点。重合点选取的基本原则是：等级高、精度高、分布均匀、覆盖整个转换区域、局部变形小[7]。

1.4.3 本次计算参数的软件

本次计算参数的软件采用南方坐标转换处理软件。

1.4.4 计算坐标转换参数

为了计算转换参数的可靠性和准确性，将30个重合点代入转换模型，采用最小二乘法计算转换参数，用得到的转换参数计算重合点坐标残差，剔除残差大于3倍点位中误差的重合点，再以剩下的点重新计算转换参数，直到所有参与计算转换参数的点都满足精度要求为止，然后利用未参与计算转换参数的重合点作为外部检核点进行检核，最终求得转换参数[8]。本次项目最终从30个控制点选取22个重合点作为计算转换参数，另外8个点位作为外部检核点。

1.5 转换参数精度评定

1.5.1 内符合精度

通过22个重合点参与四参数计算，内符合精度见图3。

图3 内符合精度图

经统计，X方向最大残差为0.879 mm，Y方向最大残差为0.668 mm，X方向点位中误差为±0.365 mm，Y方向点位中误差为±0.331 mm，平面点位中误差为±0.493 mm，残差均小于3倍的点位中误差，精度良好，符合转换要求。

1.5.2 外符合精度

利用未参与计算的8个重合点参与转换参数检核，外符合精度见图4。

图4 外符合精度图

经统计，检核点X方向最大差值为0.384 mm，Y方向最大差值为-0.343 mm，X方向点位中误差为±0.227 mm，Y方向点位中误差为±0.239 mm，平面点位中误差为±0.330 mm，精度良好，符合转换要求。

2 作业中存在的问题及解决办法

（1）该项目工期紧，从开始到结束，只有短短一个多月的时间，利用已有点位进行踏勘、选点，从而保证工期顺利进行。

（2）部分点位位于山上，把点位导入奥维软件中，方便寻找位置，顺便把轨迹记录下来，为后面静态观测找点做准备。

（3）由于观测较长时间，为了防止仪器出现故障，电池老化续航差等情况，项目组在观测前将仪器进行测试，并购买了外挂电池，确保仪器能连续记录8小时以上GPS静态数据，再投入作业中。

（4）每天观测点位多、覆盖范围广，对观测人员、车辆、仪器等安排需做严密的计划，确保观测人员在规定时间内到达点位上。

（5）做好数据备份，生产管理中应重视过程数据的保存、留底。由于项目作业人员多、作业范围广，可能发生各种造成数据丢失的突发情况。

（6）内业处理过程中部分指标容易超限，需要对各种数据进行分析。项目组在解算过程中咨询了开发软件的老师，并查阅相关规范，保证解算的各项指标符合规范要求。

（7）在求取转换参数时，将所有的重合点导入软件中，对于不符合精度和不够均匀的点位进行取舍，选取精度最好的一组重合点位参与计算参数。

（8）依据求取的参数，把转换后的数据与已有的资料进行比对，进一步分析其精度，直到满足所有精度后才投入使用。

3 结束语

福清市2000国家大地坐标系坐标转换项目的实施既符合国家、福建省国土资源厅等相关政策要求，又符合福清市城市发展及业务实际需求[9]。从项目情况来看，依据最新观测的GPS点求取坐标转换参数，保证了现势性和精度，达到了毫米级精度的转换效果，能够满足实际工作的需求。该项目的顺利进行，可为同类工程的实施提供很好的思路和参考意义。