1、范圍
本規(guī)程規(guī)定了各種坐標(biāo)系控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系時(shí)控制點(diǎn)選取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型、轉(zhuǎn)換方法、精度評價(jià)等方面應(yīng)遵循的原則、適用范圍和精度要求。
本規(guī)程適用于大地測量控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中的重合點(diǎn)選取、模型選擇和轉(zhuǎn)換方法。
2、規(guī)范性引用文件
下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。
GB/T 17159-2009 大地測量術(shù)語
GB/T 18314-2009 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范
GB/T 19391-2003 全球定位系統(tǒng)(GPS)術(shù)語及定義
GB/T 22021-2008 國家大地測量基本技術(shù)規(guī)定
GB/T 28588-2012 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)技術(shù)規(guī)范
CH/T 1004-2005 測繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定
2010(第三版) 測繪學(xué)名詞
3、術(shù)語和定義
下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 控制點(diǎn)
以一定精度測定其位置為其他測繪工作提供依據(jù)的固定點(diǎn)。
3.2 地球橢球
近似表示地球的形狀和大小，并且其表面為等位面的旋轉(zhuǎn)橢球。
3.3 參考橢球
最符合一定區(qū)域的大地水準(zhǔn)面，具有一定大小和定位參數(shù)的旋轉(zhuǎn)地球橢球。
3.4 國際地球參考系統(tǒng)
由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)給出的地球坐標(biāo)系統(tǒng)的定義和大地測量常數(shù)。
3.5 國際地球參考框架
國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)的實(shí)現(xiàn)。由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局(IERS)根據(jù)空間大地測量技術(shù)，包括甚長基線干涉測量(VLBI)、衛(wèi)星激光測距(SLR)、多里斯系統(tǒng)(DORIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)等，所確定的地面點(diǎn)的坐標(biāo)所構(gòu)成的集合。
3.6 大地坐標(biāo)系
以地球橢球中心為原點(diǎn)、起始子午面和赤道面為基準(zhǔn)面的地球坐標(biāo)系。
3.7 1954年北京坐標(biāo)系
將我國大地控制網(wǎng)與蘇聯(lián)1942普爾科沃大地坐標(biāo)系聯(lián)結(jié)后建立的我國過渡性大地坐標(biāo)系。
3.8 1980西安坐標(biāo)系
采用IAG 1975國際橢球，以JYD1968.0系統(tǒng)為橢球定向基準(zhǔn)，大地原點(diǎn)設(shè)在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)，采用多點(diǎn)定位所建立的大地坐標(biāo)系。
3.9 地心坐標(biāo)系
原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與地球赤道的交點(diǎn)E，Y軸垂直于XOZ的平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。
3.10 1984世界大地坐標(biāo)系
美國軍用大地坐標(biāo)系統(tǒng)，坐標(biāo)系定義和國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)一致。
3.11 2000國家大地坐標(biāo)系
原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。Z軸為國際地球自轉(zhuǎn)局(IERS)定義的參考極方向，X軸為參考子午面與垂直于Z軸的赤道面的交線，Y軸與Z軸和X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。
3.12 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
包含坐標(biāo)系變換和橢球基準(zhǔn)變換兩層含義。在測量數(shù)據(jù)處理過程中，采用適用的轉(zhuǎn)換模型和轉(zhuǎn)換方法，空間點(diǎn)從某一參考橢球基準(zhǔn)下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到另一坐標(biāo)系統(tǒng)下的坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程就是轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解過程。
3.13 坐標(biāo)系變換
同一橢球基準(zhǔn)下，空間點(diǎn)的不同坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行變換。包括大地坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系的互相轉(zhuǎn)換、空間直角坐標(biāo)系與站心坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換和高斯投影坐標(biāo)正反算。
3.14 橢球變換
空間點(diǎn)在不同的參考橢球間的坐標(biāo)變換。
3.15 重合點(diǎn)
同時(shí)擁有不同坐標(biāo)系坐標(biāo)的控制點(diǎn)。
3.16 平移參數(shù)
兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)，新坐標(biāo)系原點(diǎn)在原坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分量。
3.17 旋轉(zhuǎn)參數(shù)
兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)，把原坐標(biāo)系中的各坐標(biāo)軸左旋轉(zhuǎn)到與新坐標(biāo)系相應(yīng)的坐標(biāo)軸重合或平行時(shí)坐標(biāo)系各軸依次轉(zhuǎn)過的角度。
3.18 尺度參數(shù)
兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)引入的兩坐標(biāo)系中長度變化參數(shù)。
3.19 連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站
連續(xù)接收和發(fā)送本站坐標(biāo)及其變化，GNSS星歷，星鐘差等信息的地面固定站。
3.20 國際GNSS服務(wù)
提供全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，包括GPS、GLONASS、GALILEO等衛(wèi)星星歷，衛(wèi)星鐘差以及相應(yīng)衛(wèi)星系統(tǒng)的地面基準(zhǔn)站坐標(biāo)等方面信息的國際組織。
3.21 參考?xì)v元reference epoch
在天文學(xué)上，歷元是為指定天球坐標(biāo)或軌道參數(shù)而規(guī)定的某一特定時(shí)刻。在天文學(xué)和衛(wèi)星定位中，所獲數(shù)據(jù)對應(yīng)的時(shí)刻也稱為歷元。
3.22 觀測歷元
為比較不同時(shí)刻的觀測結(jié)果，需要注明觀測資料所對應(yīng)的觀測時(shí)刻，稱之為觀測歷元。
3.23 板塊
板塊是指巖石圈板塊，即地殼和軟流圈以上的地幔頂部。
3.24 2000國家GPS大地控制網(wǎng)
2000國家GPS大地控制網(wǎng)由A、B級網(wǎng)、GPS一、二級網(wǎng)以及中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)聯(lián)合平差后，得到的以CGCS2000三維地心坐標(biāo)為特征的高精度全國性大地控制網(wǎng)。
3.25 最小二乘法
在殘差滿足VTPV為最小的條件下解算測量估值或參數(shù)估值并進(jìn)行精度估算的方法，其中V為殘差向量，P為其權(quán)陣。
4、控制點(diǎn)類型
4.1控制點(diǎn)分類
a)國家級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)。
b)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)。
c)國家一、二、三、四等天文大地點(diǎn)。
d)省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)。
e)省市衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)、D級點(diǎn)。
f)其他1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系及相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系下的控制點(diǎn)。
上述控制點(diǎn)中，a)、b)、c)三類控制點(diǎn)已有2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo);d)、e)兩類控制點(diǎn)需要?dú)w算到2000國家大地坐標(biāo)系;f)類控制點(diǎn)需轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系。
4.2控制點(diǎn)精度
表1 控制點(diǎn)的2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)精度要求
4.3控制點(diǎn)用途
高等級控制點(diǎn)可用于低等級控制網(wǎng)的外部控制;可用于1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換為2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)成果時(shí)計(jì)算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。
a)國家級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)：可作為省級連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站網(wǎng)建設(shè)的控制點(diǎn)。
b)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點(diǎn)：可作為天文大地點(diǎn)控制點(diǎn)及相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系建立控制點(diǎn)。
c)國家一、二等天文大地點(diǎn)：可作為三、四等天文大地點(diǎn)的控制點(diǎn)使用。
d)國家三、四等天文大地點(diǎn)：可作為測圖控制點(diǎn)使用;三等及以上天文大地點(diǎn)坐標(biāo)成果可作為像控點(diǎn)的起算點(diǎn)。
e)省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)：點(diǎn)位坐標(biāo)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系后，可作為省級、市、縣城市基礎(chǔ)建設(shè)控制網(wǎng)點(diǎn)。
f)省市衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)、D級點(diǎn)：點(diǎn)位坐標(biāo)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系后，可作為建立相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系的控制點(diǎn)。
g)其他大地測量控制點(diǎn)：點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系后，可作為建立相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系的控制點(diǎn)。
5、控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及適用范圍
5.1總則
在控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，控制點(diǎn)所在坐標(biāo)系涉及到1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系，上述坐標(biāo)系的參考橢球基準(zhǔn)及參數(shù)參見附錄A。
5.2轉(zhuǎn)換模型
a)布爾沙模型：用于不同地球橢球基準(zhǔn)下的空間直角坐標(biāo)系間的點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。涉及七個(gè)參數(shù)，即三個(gè)平移參數(shù)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度變化參數(shù)。
b)三維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：用于不同地球橢球基準(zhǔn)下的大地坐標(biāo)系間的點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，涉及三個(gè)平移參數(shù)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度變化參數(shù)，同時(shí)需顧及兩種大地坐標(biāo)系所對應(yīng)的兩個(gè)地球橢球長半軸和扁率差。
c)二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：用于不同地球橢球基準(zhǔn)下的地心坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系的點(diǎn)位坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，涉及三個(gè)平移參數(shù)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度變化參數(shù)。
d)三維四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：用于局部區(qū)域內(nèi)、不同地球橢球基準(zhǔn)下的地心坐標(biāo)系向大地坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，涉及三個(gè)平移參數(shù)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)。
e)二維四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：用于局部區(qū)域內(nèi)、不同高斯投影平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，涉及兩個(gè)平移參數(shù)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度參數(shù)。對于三維坐標(biāo)，需將坐標(biāo)通過高斯投影變換得到平面坐標(biāo)，再計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。
f)多項(xiàng)式擬合模型：不同范圍的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換均可用多項(xiàng)式擬合。有橢球面和平面兩種形式。橢球面上多項(xiàng)式擬合模型適用于全國或大范圍的擬合;平面擬合多用于相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。
上述轉(zhuǎn)換模型參見附錄B。
5.3適用范圍
a)布爾沙模型：適用于省級及全國范圍的控制點(diǎn)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
b)三維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍的控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
c)二維七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
d)三維四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：適用于2°以內(nèi)局部范圍的控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
e)二維四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：適用于小范圍的控制點(diǎn)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)與2000國家大地坐標(biāo)系的聯(lián)系。
f)多項(xiàng)式擬合模型：橢球面多項(xiàng)式擬合適用于全國或大范圍的大地坐標(biāo)擬合;平面擬合多用于相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。
5.4模型選取
表2 控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系、
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型選取
6、控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
6.1省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)歸算
本方法適用于非2000國家大地坐標(biāo)系下的省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)向2000國家大地坐標(biāo)系的歸算。
6.1.1基準(zhǔn)控制點(diǎn)選取
選取我國周邊穩(wěn)定的IGS站、國內(nèi)IGS站及國家級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站至少10個(gè)作為省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站的最高級基準(zhǔn)控制站。選取原則有：
a)連續(xù)性：測站連續(xù)觀測近3年(或以上);
b)穩(wěn)定性：站點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)序穩(wěn)定性好，具有穩(wěn)定、可知的點(diǎn)位速度;
c)高精度：速度場精度優(yōu)于3mm/y;
d)多種解：至少3個(gè)不同分析中心的速度場殘差優(yōu)于3mm/y;
e)平衡性：站點(diǎn)盡量全球分布;
f)精度一致性：站點(diǎn)位置和速度的精度應(yīng)當(dāng)一致。
6.1.2數(shù)據(jù)處理
采用國內(nèi)外成熟的高精度數(shù)據(jù)處理軟件對GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與平差，獲得各站點(diǎn)在現(xiàn)ITRF框架、觀測歷元下的位置和基線向量。省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站作為省級2000國家大地坐標(biāo)系框架基準(zhǔn)，需將相鄰省份的相鄰GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站納入本省GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站一同處理。
6.1.3框架轉(zhuǎn)換
GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)獲得的觀測歷元的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為2000國家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)成果，需經(jīng)歷元?dú)w算、板塊運(yùn)動改正、框架轉(zhuǎn)換三個(gè)步驟。
a)歷元?dú)w算。不同ITRF框架對應(yīng)的歷元不同，需將不同ITRF框架下各參數(shù)(參見附錄C)歸算到同一歷元下?？蚣荛g如無直接轉(zhuǎn)換關(guān)系，可按間接方法轉(zhuǎn)換;
b)板塊運(yùn)動改正。計(jì)算框架點(diǎn)坐標(biāo)從觀測歷元到需轉(zhuǎn)換歷元期間，由于板塊運(yùn)動引起的坐標(biāo)變化值;
c)框架轉(zhuǎn)換。利用框架轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行基準(zhǔn)站坐標(biāo)計(jì)算。
框架轉(zhuǎn)換公式參見附錄D。
6.2省市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
省市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點(diǎn)坐標(biāo)、D級點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系的方法參見6.1。
6.3其他控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
本方法適用于除上述控制點(diǎn)類型外的、其他1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系及相對獨(dú)立的平面坐標(biāo)系下的大地測量控制點(diǎn)坐標(biāo)向2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。
6.3.1重合點(diǎn)選取原則
選用具有原坐標(biāo)系坐標(biāo)和2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)的控制點(diǎn)作為重合點(diǎn)。重合點(diǎn)選取的基本原則為：等級高、精度高、分布均勻、覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)換區(qū)域、局部變形小。
6.3.2轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算
轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算按以下步驟進(jìn)行：
a)按轉(zhuǎn)換區(qū)域選取適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換模型;
b)按重合點(diǎn)選取原則選擇重合點(diǎn);
c)將重合點(diǎn)代入轉(zhuǎn)換模型，利用最小二乘法計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù);
d)用得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算重合點(diǎn)坐標(biāo)殘差;
e)剔除殘差大于3倍點(diǎn)位中誤差的重合點(diǎn);
f)重復(fù)上述b)到e)的計(jì)算過程，直至重合點(diǎn)坐標(biāo)殘差均小于3倍點(diǎn)位中誤差;
g)最終用于計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點(diǎn)數(shù)量與轉(zhuǎn)換區(qū)域大小有關(guān)，但不得少于6個(gè);
h)根據(jù)最終確定的重合點(diǎn)，利用最小二乘法計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)。
6.3.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換
利用計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，求得各控制點(diǎn)在2000國家大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
6.3.4外部檢核點(diǎn)數(shù)量要求
利用未參與計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點(diǎn)作為外部檢核點(diǎn)，其點(diǎn)數(shù)不少于6個(gè)且均勻分布;
7、精度評定
7.1省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)歸算精度評定
省級GNSS連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)站點(diǎn)坐標(biāo)歸算后坐標(biāo)精度在平面3cm以內(nèi)。
7.2其他控制點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定
采用內(nèi)符合精度和外符合精度評定，依據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點(diǎn)殘差中誤差評估坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度，殘差小于3倍點(diǎn)位中誤差的點(diǎn)位精度滿足要求。
內(nèi)符合精度計(jì)算公式參見附錄E。
