大地測量控制點坐標轉換技術規(guī)程

1、大地測量控制點坐標轉換技術規(guī)程國家測繪地理信息局2013年6月目 錄1 范圍752 規(guī)范性引用文件753 術語和定義754 控制點類型794.1 控制點分類794.2 控制點精度804.3 控制點用途805 控制點坐標轉換模型及適用范圍815.1 總則815.2 轉換模型815.3 適用范圍825.4 模型選取836 控制點坐標轉換836.1 省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標歸算836.2 省市級衛(wèi)星大地控制網點坐標轉換856.3 其他控制點坐標轉換857 精度評定867.1 省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標歸算精度評定867.2 其他控制點坐標轉換精度評定86附錄A87附錄B89附錄C95附

2、錄D98附錄E100大地測量控制點坐標轉換技術規(guī)程1范圍本規(guī)程規(guī)定了各種坐標系控制點坐標轉換到2000國家大地坐標系時控制點選取、坐標轉換模型、轉換方法、精度評價等方面應遵循的原則、適用范圍和精度要求。本規(guī)程適用于大地測量控制點坐標轉換過程中的重合點選取、模型選擇和轉換方法。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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 171592009 大地測量術語GB/T 183142009 全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范GB/T 193912003 全球定位系統(tǒng)（GPS

3、）術語及定義GB/T 220212008 國家大地測量基本技術規(guī)定GB/T 285882012 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運行基準站網技術規(guī)范CH/T 10042005 測繪技術設計規(guī)定2010（第三版） 測繪學名詞3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1 控制點control point以一定精度測定其位置為其他測繪工作提供依據的固定點。3.2 地球橢球earth ellipsoid近似表示地球的形狀和大小，并且其表面為等位面的旋轉橢球。3.3 參考橢球reference ellipsoid最符合一定區(qū)域的大地水準面，具有一定大小和定位參數的旋轉地球橢球。3.4 國際地球參考系統(tǒng) Inter

4、national Terrestrial Reference System，ITRS由國際地球自轉服務（IERS）給出的地球坐標系統(tǒng)的定義和大地測量常數。3.5 國際地球參考框架International Terrestrial Reference Frame,ITRF國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）的實現。由國際地球自轉服務局（IERS）根據空間大地測量技術，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，所確定的地面點的坐標所構成的集合。3.6 大地坐標系geodetic coordinate system以地球橢球中心為原點、起始

5、子午面和赤道面為基準面的地球坐標系。3.7 1954年北京坐標系Beijing Geodetic Coordinate System 1954將我國大地控制網與蘇聯1942普爾科沃大地坐標系聯結后建立的我國過渡性大地坐標系。3.8 1980西安坐標系Xian Geodetic Coordinate System 1980采用IAG 1975國際橢球，以JYD1968.0系統(tǒng)為橢球定向基準，大地原點設在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)，采用多點定位所建立的大地坐標系。3.9 地心坐標系geocentric coordinate system原點O與地球質心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平子午面與地球赤

6、道的交點E，Y軸垂直于XOZ的平面構成右手坐標系。3.10 1984世界大地坐標系World Geodetic System 1984,WGS84美國軍用大地坐標系統(tǒng)，坐標系定義和國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）一致。3.11 2000國家大地坐標系China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心。Z軸為國際地球自轉局（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軸構成右手正交坐標系。3.12 坐標轉換coordinate transformation包含坐標系變換和橢球基

7、準變換兩層含義。在測量數據處理過程中，采用適用的轉換模型和轉換方法，空間點從某一參考橢球基準下的坐標轉換到另一坐標系統(tǒng)下的坐標。坐標轉換過程就是轉換參數的求解過程。3.13 坐標系變換coordinate conversion同一橢球基準下，空間點的不同坐標表示形式間進行變換。包括大地坐標系和空間直角坐標系的互相轉換、空間直角坐標系與站心坐標系間的轉換和高斯投影坐標正反算。3.14 橢球變換ellipsoid conversion空間點在不同的參考橢球間的坐標變換。3.15 重合點superposition point同時擁有不同坐標系坐標的控制點。3.16 平移參數translation p

8、arameters兩坐標系轉換時，新坐標系原點在原坐標系中的坐標分量。3.17 旋轉參數rotation parameters兩坐標系轉換時，把原坐標系中的各坐標軸左旋轉到與新坐標系相應的坐標軸重合或平行時坐標系各軸依次轉過的角度。3.18 尺度參數scale parameter兩坐標系轉換時引入的兩坐標系中長度變化參數。3.19 連續(xù)運行基準站Continuously Operating Reference Station，CORS連續(xù)接收和發(fā)送本站坐標及其變化，GNSS星歷，星鐘差等信息的地面固定站。3.20 國際GNSS服務International GNSS Service，IGS提供

9、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)，包括GPS、GLONASS、GALILEO等衛(wèi)星星歷，衛(wèi)星鐘差以及相應衛(wèi)星系統(tǒng)的地面基準站坐標等方面信息的國際組織。3.21 參考歷元reference epoch在天文學上，歷元是為指定天球坐標或軌道參數而規(guī)定的某一特定時刻。在天文學和衛(wèi)星定位中，所獲數據對應的時刻也稱為歷元。3.22 觀測歷元observation epoch為比較不同時刻的觀測結果，需要注明觀測資料所對應的觀測時刻，稱之為觀測歷元。3.23 板塊tectonic plate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National GPS Geodetic

10、Control Network 20002000國家GPS大地控制網由A、B級網、GPS一、二級網以及中國地殼運動觀測網聯合平差后，得到的以CGCS2000三維地心坐標為特征的高精度全國性大地控制網。3.25 最小二乘法least square method在殘差滿足VTPV為最小的條件下解算測量估值或參數估值并進行精度估算的方法，其中V為殘差向量，P為其權陣。4控制點類型4.1控制點分類a）國家級GNSS連續(xù)運行基準站點。b）2000國家GPS大地控制網點。c）國家一、二、三、四等天文大地點。d）省級GNSS連續(xù)運行基準站點。e）省市衛(wèi)星大地控制網C級點、D級點。f）其他1954年北京坐標系

11、、1980西安坐標系及相對獨立的平面坐標系下的控制點。上述控制點中，a）、b）、c）三類控制點已有2000國家大地坐標系坐標；d）、e）兩類控制點需要歸算到2000國家大地坐標系；f）類控制點需轉換到2000國家大地坐標系。4.2控制點精度表1 控制點的2000國家大地坐標系坐標精度要求 點位類型點位坐標精度GNSS連續(xù)運行基準站點國家級GNSS連續(xù)運行基準站點0.005m省級GNSS連續(xù)運行基準站點0.01m2000國家GPS大地控制網點0.03m國家天文大地點一、二等點0.11m三、四等點0.20m省市級衛(wèi)星大地控制網點C級點內符精度0.01mD級點內符精度0.02m4.3控制點用途高等級

12、控制點可用于低等級控制網的外部控制；可用于1954年北京坐標系、1980西安坐標系坐標成果轉換為2000國家大地坐標系坐標成果時計算坐標轉換參數。a）國家級GNSS連續(xù)運行基準站點：可作為省級連續(xù)運行基準站網建設的控制點。b）2000國家GPS大地控制網點：可作為天文大地點控制點及相對獨立的平面坐標系建立控制點。c）國家一、二等天文大地點：可作為三、四等天文大地點的控制點使用。d）國家三、四等天文大地點：可作為測圖控制點使用；三等及以上天文大地點坐標成果可作為像控點的起算點。e）省級GNSS連續(xù)運行基準站點：點位坐標歸算到2000國家大地坐標系后，可作為省級、市、縣城市基礎建設控制網點。f）省

13、市衛(wèi)星大地控制網C級點、D級點：點位坐標歸算到2000國家大地坐標系后，可作為建立相對獨立的平面坐標系的控制點。g）其他大地測量控制點：點位坐標轉換到2000國家大地坐標系后，可作為建立相對獨立的平面坐標系的控制點。5控制點坐標轉換模型及適用范圍5.1總則在控制點坐標轉換過程中，控制點所在坐標系涉及到1954年北京坐標系、1980西安坐標系、2000國家大地坐標系，上述坐標系的參考橢球基準及參數參見附錄A。5.2轉換模型a）布爾沙模型：用于不同地球橢球基準下的空間直角坐標系間的點位坐標轉換。涉及七個參數，即三個平移參數，三個旋轉參數和一個尺度變化參數。b）三維七參數轉換模型：用于不同地球橢球基

14、準下的大地坐標系間的點位坐標轉換，涉及三個平移參數，三個旋轉參數和一個尺度變化參數，同時需顧及兩種大地坐標系所對應的兩個地球橢球長半軸和扁率差。c）二維七參數轉換模型：用于不同地球橢球基準下的地心坐標系向大地坐標系的點位坐標轉換，涉及三個平移參數，三個旋轉參數和一個尺度變化參數。d）三維四參數轉換模型：用于局部區(qū)域內、不同地球橢球基準下的地心坐標系向大地坐標系間的坐標轉換，涉及三個平移參數和一個旋轉參數。e）二維四參數轉換模型：用于局部區(qū)域內、不同高斯投影平面坐標轉換，涉及兩個平移參數，一個旋轉參數和一個尺度參數。對于三維坐標，需將坐標通過高斯投影變換得到平面坐標，再計算轉換參數。f）多項式擬

15、合模型：不同范圍的坐標轉換均可用多項式擬合。有橢球面和平面兩種形式。橢球面上多項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立的平面坐標系統(tǒng)轉換。上述轉換模型參見附錄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空間直角坐標轉換。b）三維七參數轉換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍的控制點坐標轉換。c）二維七參數轉換模型：適用于橢球面3°及以上的省級及全國范圍控制點坐標轉換。d）三維四參數轉換模型：適用于2°以內局部范圍的控制點坐標轉換。e）二維四參數轉換模型：適用于小范圍的控制點平面坐標轉換、相對獨立的平面坐標系統(tǒng)與2000

16、國家大地坐標系的聯系。f）多項式擬合模型：橢球面多項式擬合適用于全國或大范圍的大地坐標擬合；平面擬合多用于相對獨立的平面坐標系統(tǒng)轉換。5.4模型選取表2 控制點轉換到2000國家大地坐標系的坐標轉換模型選取控制點轉換模型適用區(qū)域范圍所屬坐標系坐標類型1980西安坐標系大地坐標三維七參數橢球面3°及以上的省級及全國范圍二維七參數橢球面多項式擬合空間直角坐標布爾沙全國及省級范圍三維四參數2°以內局部區(qū)域平面坐標二維四參數局部區(qū)域1954年北京坐標系大地坐標三維七參數橢球面3°及以上的省級及全國范圍二維七參數橢球面多項式擬合空間直角坐標布爾沙全國及省級范圍三維四參數2&

17、#176;以內局部區(qū)域平面坐標二維四參數局部區(qū)域相對獨立的平面坐標系平面坐標二維四參數局部區(qū)域平面多項式擬合局部區(qū)域6控制點坐標轉換6.1省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標歸算本方法適用于非2000國家大地坐標系下的省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標向2000國家大地坐標系的歸算。6.1.1基準控制點選取選取我國周邊穩(wěn)定的IGS站、國內IGS站及國家級GNSS連續(xù)運行基準站至少10個作為省級GNSS連續(xù)運行基準站的最高級基準控制站。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：站點坐標時序穩(wěn)定性好，具有穩(wěn)定、可知的點位速度；c）高精度：速度場精度優(yōu)于3mm/y；d）多種解：至

18、少3個不同分析中心的速度場殘差優(yōu)于3mm/y；e）平衡性：站點盡量全球分布；f）精度一致性：站點位置和速度的精度應當一致。6.1.2數據處理采用國內外成熟的高精度數據處理軟件對GNSS連續(xù)運行基準站觀測數據進行處理與平差，獲得各站點在現ITRF框架、觀測歷元下的位置和基線向量。省級GNSS連續(xù)運行基準站作為省級2000國家大地坐標系框架基準，需將相鄰省份的相鄰GNSS連續(xù)運行基準站納入本省GNSS連續(xù)運行基準站一同處理。6.1.3框架轉換GNSS連續(xù)運行基準站點獲得的觀測歷元的坐標轉換為2000國家大地坐標系的坐標成果，需經歷元歸算、板塊運動改正、框架轉換三個步驟。a）歷元歸算。不同ITRF框

19、架對應的歷元不同，需將不同ITRF框架下各參數（參見附錄C）歸算到同一歷元下。框架間如無直接轉換關系，可按間接方法轉換；b）板塊運動改正。計算框架點坐標從觀測歷元到需轉換歷元期間，由于板塊運動引起的坐標變化值；c）框架轉換。利用框架轉換公式進行基準站坐標計算?？蚣苻D換公式參見附錄D。6.2省市級衛(wèi)星大地控制網點坐標轉換省市級衛(wèi)星大地控制網C級點坐標、D級點坐標轉換到2000國家大地坐標系的方法參見6.1。6.3其他控制點坐標轉換本方法適用于除上述控制點類型外的、其他1954年北京坐標系、1980西安坐標系及相對獨立的平面坐標系下的大地測量控制點坐標向2000國家大地坐標系的轉換。6.3.1重合

20、點選取原則選用具有原坐標系坐標和2000國家大地坐標系坐標的控制點作為重合點。重合點選取的基本原則為：等級高、精度高、分布均勻、覆蓋整個轉換區(qū)域、局部變形小。6.3.2轉換參數計算轉換參數計算按以下步驟進行：a）按轉換區(qū)域選取適當的轉換模型；b）按重合點選取原則選擇重合點；c）將重合點代入轉換模型，利用最小二乘法計算轉換參數；d）用得到的轉換參數計算重合點坐標殘差；e）剔除殘差大于3倍點位中誤差的重合點；f）重復上述b）到e）的計算過程，直至重合點坐標殘差均小于3倍點位中誤差；g）最終用于計算轉換參數的重合點數量與轉換區(qū)域大小有關，但不得少于6個；h）根據最終確定的重合點，利用最小二乘法計算轉

21、換參數。6.3.3坐標轉換利用計算得到的轉換參數，進行坐標轉換，求得各控制點在2000國家大地坐標系下的坐標。6.3.4外部檢核點數量要求利用未參與計算轉換參數的重合點作為外部檢核點，其點數不少于6個且均勻分布；7精度評定7.1省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標歸算精度評定省級GNSS連續(xù)運行基準站點坐標歸算后坐標精度在平面3cm以內。7.2其他控制點坐標轉換精度評定采用內符合精度和外符合精度評定，依據計算轉換參數的重合點殘差中誤差評估坐標轉換精度，殘差小于3倍點位中誤差的點位精度滿足要求。內符合精度計算公式參見附錄E。附錄A（資料性附錄）常用坐標系橢球基準及參數A1 WGS 84大地坐標系的地

22、球橢球基本參數A1.1 地球橢球基本參數長半徑a=6 378 137m扁率f=1/298.257223563地球引力常數（含大氣層）GM=3 986 005×1014m3s2正?；A帶諧系數C2.0=484.166 85×106地球自轉角速度=7 292 115×105rad.s1A1.2 WGS84（G730）大地坐標系，其他地球橢球基本參數A1.1同規(guī)定。A2 2000國家大地坐標系的地球橢球基本參數長半徑a=6378137m扁率f=1/298.257222101地球引力常數（含大氣層）GM=3.986 004418×1014m3s-2正?；A帶

23、諧系數J2=1.082629832258×10-3地球自轉角速度=7.292 115×105rad/sA3 1980西安坐標系的參考橢球基本參數長半徑a=6378140m扁率f=1/298.257地球引力常數（含大氣層）GM=3.986005×1014m3s-2二階帶諧系數J2=1.08263×10-3地球自轉角速度=7.292115×105 rad/sA4 1954年北京坐標系參考橢球基本參數長半徑a=6378245m扁率f=1/298.3附錄B（規(guī)范性附錄）坐標轉換模型B1 布爾沙模型（B.1）式中：，原坐標系坐標，目標坐標系坐標，七參數B

24、2 三維七參數轉換模型（B.2）式中：第一偏心率的平方, 無量綱地球橢球子午圈曲率半徑，單位為米，地球橢球卯酉圈曲率半徑，單位為米 ， ，點位緯度、經度、大地高，經緯度單位為弧度，大地高單位為米，點位在兩個坐標系下緯度差、經度差、大地高差。經緯度差值單位為弧度秒，大地高差值單位為米角度與弧度間轉換量，單位弧度秒，橢球長半軸和長半軸差，單位為米 ，橢球扁率和扁率差，無量綱，平移參數，單位為米，旋轉參數，單位為弧度秒尺度參數，無量綱B3 二維七參數轉換模型（B.3）式中：第一偏心率的平方,無量綱，子午圈和卯酉圈的曲率半徑，單位為米 ，點位緯度、經度，及其在兩個坐標系下的緯度差、經度差。經緯度單位為

25、弧度，其差值單位為弧度秒角度與弧度間轉換量，單位弧度秒，橢球長半軸和長半軸差，單位為米 ，橢球扁率和扁率差，無量綱，平移參數，單位為米，旋轉參數，單位為弧度秒尺度參數，無量綱B4 三維四參數轉換模型坐標轉換模型實質上是采用，3個坐標平移量和1個控制網水平定向旋轉量作為參數。是以區(qū)域中心P0點法線為旋轉軸的控制網水平定向旋轉量，顧及1954年北京坐標系或1980西安坐標系平面坐標由于起始定向與2000國家大地坐標系的差異引起的坐標變化。（B.4）式中：2000國家大地坐標系下的坐標，單位為米，區(qū)域中心P0點的大地經、緯度，單位為弧度大地坐標系（1954年北京坐標系或1980西安坐標系）坐標，單位

26、為米，坐標平移量，單位為米為旋轉參數，單位為弧度B5 二維四參數轉換模型（B.5）式中：, 原坐標系下平面直角坐標，單位為米, 2000國家大地坐標系下的平面直角坐標，單位為米,為平移參數，單位為米 為旋轉參數，單位為弧度尺度參數，無量綱B6 多項式擬合模型橢球面上擬合公式：（B.6）式中：，緯度、經度，單位為弧度，多項式擬合系數，通過最小二乘求解。平面擬合公式（B.7）式中：、 原平面直角坐標、 目標平面直角坐標、坐標轉換改正量，用下式計算；其中為系數，通過最小二乘求解。B7 高斯投影正算公式 （B.8）式中符號含義及計算方法參見B8高斯投影反算公式。B8 高斯投影反算公式 （B.9）式中：

27、第一偏心率的平方, ， 第二偏心率， ， ，計算中間過程變量，計算中間過程變量， 子午圈曲率半徑，卯酉圈曲率半徑，子午線弧長。設有子午線上兩點p1和p2，p1在赤道上，p2緯度為B，p1、p2間的子午線弧長X計算公式式中：底點緯度迭代公式：直到小于某一指定數值，即可停止迭代。式中附錄C（資料性附錄）ITRF框架轉換參數及其速率C1 轉換參數符號表示及單位表C.1轉換參數符號表示及單位轉換參數平移參數尺度參數旋轉參數參考歷元符號表示t0計量單位毫米（mm）10-9(ppb)毫角秒（mas，0.001"）速率符號計量單位毫米/年（mm/y）10-9 /年(ppb/y)毫角秒/年(0.00

28、1"/y)C2從ITRF2000轉換到ITRFyy的轉換參數與速率表C.2從ITRF2000轉換到ITRFyy的轉換參數與速率ITRFyyt0速率(rates)ITRF976.76.1-18.51.550.000.000.001997.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITRF966.76.1-18.51.550.000.000.001997.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITRF946.76.1-18.51.550.000.000.001997.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02IT

29、RF9312.76.5-20.91.95-0.390.80-1.141988.0rates-2.9-0.2-0.60.01-0.11-0.190.07ITRF9214.713.5-13.90.750.000.00-0.181988.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITRF9126.727.5-19.92.150.000.00-0.181988.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITRF9024.723.5-35.92.450.000.00-0.181988.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITR

30、F8929.747.5-73.95.850.000.00-0.181988.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02ITRF8824.711.5-97.98.950.100.00-0.181988.0rates0.0-0.6-1.40.010.000.000.02C3 ITRF2005到 ITRF2000的轉換參數及其速率表C.3 ITRF2005到 ITRF2000的轉換參數及其速率轉換參數t0速率(rates)0.1-0.8-5.80.400.0000.0000.0002000.0+/-0.30.30.30.050.0120.0120.012rates-0.20.

31、1-1.80.080.0000.0000.000+/-0.30.30.30.050.0120.0120.012C4 ITRF2008到ITRFyy的轉換參數及其速率表C.4 ITRF2008到ITRFyy的轉換參數及其速率ITRFyyt0速率(rates)ITRF2005-2.0 -0.9 -4.7 0.94 0.00 0.00 0.00 2000.0 rates0.3 0.0 0.0 0.00 0.00 0.00 0.00 ITRF2000-1.9 -1.7 -10.5 1.34 0.00 0.00 0.00 2000.0 rates0.1 0.1 -1.8 0.08 0.00 0.00 0

32、.00 ITRF974.8 2.6 -33.2 2.92 0.00 0.00 0.06 2000.0 rates0.1 -0.5 -3.2 0.09 0.00 0.00 0.02 ITRF964.8 2.6 -33.2 2.92 0.00 0.00 0.06 2000.0 rates0.1 -0.5 -3.2 0.09 0.00 0.00 0.02 ITRF944.8 2.6 -33.2 2.92 0.00 0.00 0.06 2000.0 rates0.1 -0.5 -3.2 0.09 0.00 0.00 0.02 ITRF93-24.0 2.4 -38.6 3.41 -1.71 -1.48 -0.30 2000.0 rates-2.8 -0.1 -2.4 0.09 -0.11 -0.19 0.07 ITRF9212.8 4.6 -41.2 2.21 0.00 0.00 0.06 2000.0 rates0.1 -0.5 -3.2 0.09 0.00 0.00 0.02 ITRF9124.8 18.6 -47.2 3.61 0.00 0.00 0.06 2000.0 rates0.1 -0.5 -3.2 0.09 0.00 0.00 0.02 ITRF9022.8 14.6 -63.2 3.91 0.00 0.00