曾慶春，徐龍華

(南昌市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院，江西 南昌 330038)

1 引 言

國(guó)家測(cè)繪局2008年第2號(hào)公告指出我國(guó)自2008年7月1日，啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系[1，2]。2008年7月1日以后，新產(chǎn)生的各類測(cè)繪成果均應(yīng)采用與2000國(guó)家大地坐標(biāo)系相統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。2017年6月29日，南昌市政府發(fā)布了啟用南昌2000坐標(biāo)系的公告。公告要求自2017年7月1日起南昌市啟用南昌2000坐標(biāo)系，過(guò)渡期為2年，2019年7月1日起停止使用現(xiàn)行地方坐標(biāo)系統(tǒng)。

隨著截止時(shí)間的臨近，如何正確求解控制網(wǎng)點(diǎn)在南昌2000坐標(biāo)下的坐標(biāo)是目前南昌市測(cè)繪工作人員比較關(guān)心的一個(gè)話題，尤其是對(duì)于一些中小型測(cè)繪生產(chǎn)單位和測(cè)繪生產(chǎn)項(xiàng)目而言，從外單位獲取南昌2000坐標(biāo)數(shù)據(jù)是一筆不少的費(fèi)用。

引入南昌2000坐標(biāo)的方法主要有兩種：一是通過(guò)購(gòu)買并聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)周邊高等級(jí)的已知控制網(wǎng)點(diǎn)，解算自己控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)；二是將IGS站數(shù)據(jù)作為可以免費(fèi)利用的已知數(shù)據(jù)與自身控制網(wǎng)聯(lián)測(cè)解算，并進(jìn)行框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換，得出南昌2000坐標(biāo)。本文將介紹這兩種方法，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析比較。

2 NCCORS和NC2000坐標(biāo)系概況

南昌市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱：NCCORS)是根據(jù)智慧南昌時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目要求啟動(dòng)建設(shè)的。NCCORS由5個(gè)新建站點(diǎn)和4個(gè)江西省CORS站點(diǎn)組成(NCCH站、NCNJ站、NCMZ站、NCAY站、NCSH站、JINX站、GAOA站、FECH站、YXIU站)，平均站點(diǎn)間距 42 km。該系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)南昌市域，可為全市提供統(tǒng)一的、連續(xù)、動(dòng)態(tài)的空間數(shù)據(jù)參考框架。

南昌2000坐標(biāo)系是南昌市唯一合法的相對(duì)獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高斯投影，以東經(jīng)115°53′59″作為中央子午線，投影面為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系參考橢球面。南昌2000坐標(biāo)系可以看成是2000國(guó)家大地坐標(biāo)系在南昌的具體實(shí)現(xiàn)，在南昌地區(qū)，南昌2000坐標(biāo)系與國(guó)家2000坐標(biāo)系僅僅是中央子午線不一樣，可通過(guò)換帶計(jì)算進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此引入南昌2000坐標(biāo)與CGCS2000坐標(biāo)本質(zhì)上是一致的。

3 NC2000坐標(biāo)引入方法

高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的2000國(guó)家大地坐標(biāo)系成果和相關(guān)參數(shù)成果由測(cè)繪主管部門(mén)保存和提供使用，非政府單位只能購(gòu)買和聯(lián)測(cè)；《大地測(cè)量控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)程》中指出2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)精度為 0.03 m。這從技術(shù)層面上為獨(dú)立獲取南昌2000坐標(biāo)提供了一個(gè)可操作的空間。以測(cè)區(qū)控制網(wǎng)為例，2000坐標(biāo)引入方法無(wú)非兩種，一種是通過(guò)外部購(gòu)買并聯(lián)測(cè)的方法；第二種就是自己想辦法獨(dú)立生產(chǎn)。

第一種方法即購(gòu)買并聯(lián)測(cè)測(cè)區(qū)周邊高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)的方法最直接、最干脆。但是對(duì)于一些中小型單位或者中小型項(xiàng)目，向省市測(cè)繪主管部門(mén)申請(qǐng)購(gòu)買3個(gè)以上高等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)是一筆不小的費(fèi)用，且申請(qǐng)程序和審批流程需要一定的時(shí)間，這些因素均不利于減少成本和提高效率。

第二種方法是以周邊IGS站點(diǎn)為起算數(shù)據(jù)采用GAMIT等高精度軟件解算出當(dāng)前框架、當(dāng)前歷元下的坐標(biāo)，再利用ITRF等網(wǎng)站公布的框架之間和歷元之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到CGCS2000坐標(biāo)，再進(jìn)行投影換帶的方法獲得南昌2000坐標(biāo)。

限于篇幅，本文第一種方法具體過(guò)程就不進(jìn)行闡述，重點(diǎn)介紹第二種方法的過(guò)程和思路，并將第一種方法的結(jié)果直接給出并當(dāng)成已知值，與第二種方法進(jìn)行比較以證明該方法的可行性。

4 NC2000坐標(biāo)成果分析比較

本文以2017年5月9日的NCCORS 5個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)為例，聯(lián)測(cè)周邊三個(gè)IGS站點(diǎn)，采用GAMIT/GLOBK進(jìn)行基線解算與平差處理。

4.1 基線解算

下載NCCORS其中5個(gè)站點(diǎn)2017年第129天的觀測(cè)數(shù)據(jù)，歷元間隔為 15 s，考慮到部分站點(diǎn)名與lfile文件中的名字重復(fù)，將5個(gè)站點(diǎn)名修改成A001～A005，同時(shí)聯(lián)測(cè)了周邊3個(gè)IGS站(BJFS、SHAO、TCMS)，由于NCCORS站點(diǎn)和IGS站點(diǎn)均為連續(xù)運(yùn)行參考站，觀測(cè)環(huán)境良好，數(shù)據(jù)質(zhì)量也比較好，不需要怎么預(yù)處理即可用GAMIT進(jìn)行基線解算。

本次示例基線解算步驟：①準(zhǔn)備觀測(cè)數(shù)據(jù)后，鏈接TABLE文件夾；②進(jìn)行process策略設(shè)置，主要策略設(shè)置如表1；③修改sestable；④修改設(shè)置sites.defalts；⑤手動(dòng)更新station.info；⑥批處理基線。如表1所示。

相關(guān)策略設(shè)置 表1

基于上述策略采用GAMIT軟件進(jìn)行基線解算，基線解算的相關(guān)信息存放于Q文件(詳細(xì)版)和O文件(概略版)中，查看Q文件的NRMS值(衡量基線解算重要指標(biāo))是否在0.15～0.25區(qū)間，一般不能超過(guò)0.5，否則說(shuō)明觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，需進(jìn)行相關(guān)預(yù)處理。本示例基線解算的NRMS值為0.182，小于0.25，解算質(zhì)量良好可用于下一步平差處理。

4.2 平差處理

利用上述基線解算的Q文件，從ITRF相關(guān)網(wǎng)站上面下載這幾個(gè)IGS站基于ITRF2014，2017年5月9日的瞬時(shí)坐標(biāo)和速度場(chǎng)信息，采用GLOBK或者CosaGPS(兩者都可用于高精度平差)進(jìn)行平差處理，獲取NCCORS五個(gè)站點(diǎn)當(dāng)前歷元下ITRF2014下的邊長(zhǎng)結(jié)果和坐標(biāo)成果，如表2所示：

控制網(wǎng)平差邊長(zhǎng)精度 表2

本文只列舉了NCCORS5個(gè)站點(diǎn)之間的邊長(zhǎng)信息，其中A001～A004這條邊的精度最弱，相對(duì)誤差為3.06×10-8量級(jí)，邊長(zhǎng)誤差都是毫米級(jí)，其余均優(yōu)于這個(gè)量級(jí)，這也間接證明NCCORS系統(tǒng)達(dá)到全球定位系統(tǒng)規(guī)范中B級(jí)網(wǎng)對(duì)邊長(zhǎng)精度要求。

表3是5個(gè)CORS站點(diǎn)基于當(dāng)前歷元，在ITRF2014框架下解算的坐標(biāo)成果?？紤]到保密原因，坐標(biāo)值僅保留了小數(shù)。

NCCORS站點(diǎn)ITRF2014框架下坐標(biāo) 表3

4.3 框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換

由于CGCS2000坐標(biāo)是ITRF97參考框架在2000.0歷元下的具體實(shí)現(xiàn)，因此需要將我們解算的ITRF2014框架下2017.3532歷元下的坐標(biāo)進(jìn)行框架轉(zhuǎn)換[3，4]和歷元轉(zhuǎn)換，框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換不分先后順序[5，6]，具體轉(zhuǎn)換時(shí)，本文采用先框架后歷元方式，從ITRF網(wǎng)站上面下載相關(guān)參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，5個(gè)NCCORS站點(diǎn)速度場(chǎng)信息參照武漢IGS的速度場(chǎng)信息。框架轉(zhuǎn)換公式和歷元轉(zhuǎn)換公式如下：

(1)

式中：X97、Y97、Z97為待求97框架下的坐標(biāo)；X2014、Y2014、Z2014為解算的2014框架下的坐標(biāo)，TX、TY、TZ、D、RX、RY、RZ為框架轉(zhuǎn)換7參數(shù)。

(2)

4.4 成果比較和分析

從ITRF網(wǎng)站上查找相關(guān)參數(shù)值，通過(guò)上面框架轉(zhuǎn)換和歷元轉(zhuǎn)換即可獲得CGCS2000坐標(biāo)值，并經(jīng)過(guò)投影變換與已知NCCORS的南昌2000成果進(jìn)行比較，比較結(jié)果如表4所示：

南昌2000坐標(biāo)較差表 表4

從表4可以看出，采用框架和歷元變換方法得出的南昌2000坐標(biāo)與已知值差距較小，均在 10 mm以內(nèi)，考慮到已知的南昌2000坐標(biāo)值是通過(guò)聯(lián)測(cè)省CORS站等其他數(shù)據(jù)進(jìn)行解算的，這兩種方法在基線解算和網(wǎng)平差時(shí)，站點(diǎn)數(shù)量、采集數(shù)據(jù)條件、接收機(jī)、電離層、起算數(shù)據(jù)等均不一樣，且通過(guò)比較平差成果中的邊長(zhǎng)誤差均接近于零，因此框架變換法結(jié)果與已知南昌2000坐標(biāo)值不一樣是可以理解的，獲取的2000坐標(biāo)值是可靠的。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文介紹的利用IGS站數(shù)據(jù)基于框架變換和歷元變換最后獲取南昌2000坐標(biāo)值的方法是可行的，結(jié)果是可靠的，同時(shí)為了使控制網(wǎng)獲取南昌2000坐標(biāo)精度更高、成果更加可靠，應(yīng)盡量選擇環(huán)境較好的地方設(shè)站，同時(shí)盡量延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，在4小時(shí)以上最好。因此對(duì)于一些中小型工程或者說(shuō)測(cè)區(qū)周邊沒(méi)有已知高等級(jí)控制點(diǎn)的情況下采用這種方法獲取2000坐標(biāo)，不僅可以減少經(jīng)費(fèi)投入，還能較為準(zhǔn)確地獲取南昌2000坐標(biāo)成果。在國(guó)家部委層面以及地方城市開(kāi)始啟用CGCS2000的情況下，本文闡述的觀點(diǎn)對(duì)于如何獨(dú)立獲取2000坐標(biāo)成果提供了一種思路，具有一定實(shí)踐意義和參考價(jià)值。