CHT 2014-2016 大地測量控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)范（正式版）

大地測量控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)范Generaltechnicalspecifications2016-12-29發(fā)布國家測繪地理信息局發(fā)布前言 Ⅱ 12術(shù)語、定義和縮略語 13控制點類型 34控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及適用范圍 45控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 56精度要求 6附錄A(規(guī)范性附錄)常用參考橢球基本參數(shù) 7附錄B(規(guī)范性附錄)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型 8附錄C(規(guī)范性附錄)ITRF框架轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率 附錄D(規(guī)范性附錄)板塊歐拉矢量 附錄E(規(guī)范性附錄)ITRF框架與2000國家大地坐標(biāo)系框架間轉(zhuǎn)換 附錄F(規(guī)范性附錄)精度評定公式 參考文獻(xiàn) Ⅱ本標(biāo)準(zhǔn)的起草規(guī)則依據(jù)GB/T1.1—2009。本標(biāo)準(zhǔn)由國家測繪地理信息局提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國測繪科學(xué)研究院、國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心、廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院。大地測量控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)范本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了大地測量控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系的技術(shù)要求，包括重合點選取、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型、轉(zhuǎn)換方法、精度評價等。本標(biāo)準(zhǔn)適用于地方獨立坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、WGS-84坐標(biāo)系，以及ITRF框架下的大地測量控制點向2000國家大地坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。2術(shù)語、定義和縮略語2.1術(shù)語和定義下列術(shù)語、定義適用于本文件。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換coordinatetransformation采用適用的轉(zhuǎn)換模型和轉(zhuǎn)換參數(shù)，將大地測量控制點坐標(biāo)從某一坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一坐標(biāo)系。根據(jù)板塊運動速度計算測站的速度，并依據(jù)計算速度將站點坐標(biāo)從某一歷元歸算到另一歷元。歸算誤差reductionerror測站速度精度與當(dāng)前歷元到歸算歷元以小數(shù)年表示的時間間隔的乘積。重合點coincidentpoint同時具有不同坐標(biāo)系坐標(biāo)的大地測量控制點，可用于計算轉(zhuǎn)換參數(shù)。平移參數(shù)translationparameters兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時，新坐標(biāo)系原點在原坐標(biāo)系中的坐標(biāo)分量。2旋轉(zhuǎn)參數(shù)rotationparameters兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時，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，坐標(biāo)系各軸依次轉(zhuǎn)過的角度。尺度參數(shù)scaleparameter兩坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時引入的兩坐標(biāo)系的長度變化參數(shù)。參考?xì)v元referenceepochGNSS觀測或數(shù)據(jù)處理中所選用的起算時刻觀測歷元epochofobservationGNSS觀測數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻或觀測時段中選用的某一時刻。板塊運動platemovement地球巖石圈一個板塊對于另一個板塊的相對運動。2000國家GPS大地控制網(wǎng)NationalGPSGeodeticControlNetwork2000在國家測繪地理信息局GPSA、B級網(wǎng)，中國人民解放軍總參測繪導(dǎo)航局GPS一、二級網(wǎng)，中國地震局“中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)工程”三個大規(guī)模GPS網(wǎng)的基礎(chǔ)上，進行統(tǒng)一平差后得到的以三維地心坐標(biāo)為特征的高精度國家級大地控制網(wǎng)。2.2縮略語下列縮略語適用于本文件。CORS連續(xù)運行基準(zhǔn)站(continuouslyoperatingreferencestation)CPM-CGCS20002000國家大地坐標(biāo)系板塊模型(ChinaPlateModel-CGCS2000)IGS國際GNSS服務(wù)組織(InternationalGNSSService)ITRF國際地球參考框架(internationalterrestrialreferenceframe)GNSS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(globalnavigationsatellitesystem)WGS-841984世界大地坐標(biāo)系(WorldGeodeticSystem1984)33控制點類型3.1控制點分類3.1.1控制點分類如下：a)國家級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點；b)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點；d)省、地市級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點；f)其他1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系及相對獨立的平面坐標(biāo)系下的控制點。3.1.23.1.1a)、b)、c)三類控制點已有2000國家大地坐標(biāo)系坐標(biāo)，d)、e)兩類控制點應(yīng)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系，f)類控制點應(yīng)轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系。3.2控制點精度2000國家大地坐標(biāo)系控制點實現(xiàn)精度及省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點、D級點轉(zhuǎn)換后的精度要求見表1。表12000國家大地坐標(biāo)系控制點點位坐標(biāo)中誤差點位類型國家級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站2000國家GPS大地控制網(wǎng)國家天文大地點三、四等點省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點3.3控制點使用原則高精度控制點可用于低精度控制網(wǎng)的外部控制?？刂泣c使用原則為：a)國家級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點：可作為省級及以下衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站網(wǎng)建立時的控制點。b)省、地市級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點：點位坐標(biāo)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系后，可作為C級控制點、D級控制點及相對獨立的平面坐標(biāo)系建立時的控制點。c)2000國家GPS大地控制網(wǎng)點：可作為天文大地點控制點及相對獨立的平面坐標(biāo)系建立時的d)省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點、D級點：點位坐標(biāo)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系后，可作為相對獨立的平面坐標(biāo)系建立時的控制點。44控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及適用范圍4.1坐標(biāo)系在控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，涉及的坐標(biāo)系有1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系、WGS-84坐標(biāo)系、相對獨立的平面坐標(biāo)系。其中1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、2000國家大地坐標(biāo)系、WGS-84的常用參考橢球基本參數(shù)見附錄A。4.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型4.2.1坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型包括以下6種形式：a)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型：包括布爾莎模型和莫洛堅斯基模型，用于不同參考橢球間的空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重合點坐標(biāo)為X、Y和Z;共7個轉(zhuǎn)換參數(shù)，即3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù)。b)三維七參數(shù)大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型：用于不同參考橢球間的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重合點坐標(biāo)為B、L和H;共7個轉(zhuǎn)換參數(shù)，即3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù)。c)二維七參數(shù)大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型：用于不同參考橢球間的橢球面上大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重合點坐標(biāo)為B和L;共7個轉(zhuǎn)換參數(shù)，即3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù)。d)三維四參數(shù)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型：用于不同參考橢球間的空間直角坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重合點坐標(biāo)為X、Y和Z;共4個轉(zhuǎn)換參數(shù)，即3個平移參數(shù)和1個旋轉(zhuǎn)參數(shù)。e)二維四參數(shù)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型：用于不同高斯投影平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，重合點坐標(biāo)為x和y;共4個轉(zhuǎn)換參數(shù)，即2個平移參數(shù)、1個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù)。f)多項式擬合模型：有橢球面和平面兩種形式。4.2.2坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型詳見附錄B。4.3模型選用和適用范圍各種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型及適用范圍見表2。表2控制點轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換模型及適用范圍控制點適用區(qū)域范圍所屬坐標(biāo)系1980西安坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系國家級和省級范圍橢球面經(jīng)緯國家級及省級范圍莫洛堅斯基模型省級以下范圍相對獨立的平面坐標(biāo)系55控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換5.1省、地市級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站坐標(biāo)歸算5.1.1一般規(guī)定省、地市級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站坐標(biāo)向2000國家大地坐標(biāo)系的歸算，每年應(yīng)定期歸算1次，使用連續(xù)觀測時間不少于1個月的觀測數(shù)據(jù)。5.1.2基準(zhǔn)控制點選取基準(zhǔn)控制點應(yīng)選擇我國周邊穩(wěn)定的IGS站、國內(nèi)IGS站及國家級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站，數(shù)量不少于10個，并遵循以下原則：a)連續(xù)性：測站連續(xù)觀測3年(或以上)。b)穩(wěn)定性：站點坐標(biāo)變化很小，具有已知的點位速度。c)高精度：點位速度值精度優(yōu)于3mm/a。d)多種解：IGS站點具有至少3個不同國際分析中心的速度值，并且殘差小于3mm/a。e)均衡性：站點盡量均勻分布。f)精度一致性：站點間坐標(biāo)精度應(yīng)在同一數(shù)量級，并且速度值的精度也應(yīng)在同一數(shù)量級。5.1.3數(shù)據(jù)處理對衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站觀測數(shù)據(jù)進行處理與平差，獲得各站點在現(xiàn)ITRF框架、觀測歷元下的坐標(biāo)。省、地市級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站作為某區(qū)域2000國家大地坐標(biāo)系框架基準(zhǔn)，應(yīng)將相鄰省、地級市的鄰近衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站納入該區(qū)域并與該區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站一同處理。5.1.4框架轉(zhuǎn)換5.1.4.1衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為2000國家大地坐標(biāo)系成果，應(yīng)經(jīng)不同ITRF轉(zhuǎn)換參數(shù)歷元歸算、板塊運動改正、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換三個步驟：a)不同ITRF框架間轉(zhuǎn)換參數(shù)的歷元歸算：依據(jù)ITRF框架間各轉(zhuǎn)換參數(shù)的速率(見附錄C),將各參數(shù)從對應(yīng)的參考?xì)v元歸算到轉(zhuǎn)換歷元?？蚣荛g如無直接轉(zhuǎn)換關(guān)系，可按間接方法轉(zhuǎn)換。b)板塊運動改正：使用CPM-CGCS2000速度場模型(見附錄D)計算衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站坐標(biāo)從觀測歷元到需轉(zhuǎn)換歷元期間，由于板塊運動引起的坐標(biāo)變化。c)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換：利用布爾莎模型及步驟a)確定的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行不同ITRF框架間坐標(biāo)計算。5.1.4.2框架轉(zhuǎn)換公式見附錄E。5.2省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)點坐標(biāo)歸算省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點、D級點坐標(biāo)歸算到2000國家大地坐標(biāo)系的方法見5.1。5.3WGS-84控制點坐標(biāo)歸算5.3.1厘米級精度要求控制點歸算則應(yīng)用速度值進行時間歷元歸算，歸算方法見65.3.2分米級及以上精度要求控制點低于10cm的WGS-84控制點坐標(biāo)視同2000國家大地坐標(biāo)系，不必歸算。5.4其他控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換適用于傳統(tǒng)測量技術(shù)建立的1954北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系及相對獨立的平面坐標(biāo)系下的控制點坐標(biāo)，采用轉(zhuǎn)換模型轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系。5.4.2重合點選取原則重合點的選取一般遵循高等級、高精度、分布均勻、覆蓋整個轉(zhuǎn)換區(qū)域等原則，并應(yīng)盡量避免選取變形或沉降較大區(qū)域的點。5.4.3轉(zhuǎn)換參數(shù)計算轉(zhuǎn)換參數(shù)計算按以下步驟進行：a)按轉(zhuǎn)換區(qū)域選取適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換模型。c)用得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)計算重合點坐標(biāo)殘差，剔除殘差大于3倍單位權(quán)中誤差的重合點。d)重復(fù)步驟b)和步驟c),直至重合點坐標(biāo)殘差均小于3倍單位權(quán)中誤差，且計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點數(shù)量根據(jù)轉(zhuǎn)換模型確定。采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型時，重合點不少于6個；采用四參數(shù)轉(zhuǎn)換模型時，重合點不少于4個。e)由確定的重合點計算轉(zhuǎn)換參數(shù)。利用計算得到的轉(zhuǎn)換參數(shù)，進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，求得各控制點在2000國家大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。6.1省級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點坐標(biāo)歸算精度要求省級衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站點坐標(biāo)歸算誤差不大于3cm,拉薩板塊區(qū)域歸算誤差不大于8cm。6.2省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度要求省、地市級衛(wèi)星大地控制網(wǎng)C級點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度不大于3cm,D級點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度不大于5cm。6.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度評定方法6.3.1采用內(nèi)符合精度和外符合精度評定，依據(jù)計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點殘差中誤差評估坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度，殘差小于3倍單位權(quán)中誤差的點位精度滿足要求。6.3.2內(nèi)符合精度評定公式見附錄F。6.3.3外部符合精度檢核方法如下：a)利用未參與計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的重合點作為外部檢核點，其點數(shù)一般不少于6個且均勻分布；b)利用轉(zhuǎn)換參數(shù)計算外部檢核點的坐標(biāo)，與該外部檢核點的已知坐標(biāo)進行比較，檢核公式與內(nèi)符合精度計算公式相同。7(規(guī)范性附錄)常用參考橢球基本參數(shù)A.1WGS-84大地坐標(biāo)系的參考橢球基本參數(shù)長半軸a=6378137m地心引力常數(shù)(含大氣層)GM=3.986004418×101?m3·s-2地球自轉(zhuǎn)角速度w=7.292115×10-5rad·s-1A.22000國家大地坐標(biāo)系的參考橢球基本參數(shù)長半軸a=6378137m地心引力常數(shù)(含大氣層)GM=3.986004418×101m3·s-?地球自轉(zhuǎn)角速度w=7.292115×10-5rad·s-1A.31980西安坐標(biāo)系的參考橢球基本參數(shù)長半軸a=6378140m地心引力常數(shù)(含大氣層)GM=3.986005×101?m3·s-2地球自轉(zhuǎn)角速度w=7.292115×10-5rad·s-1A.41954北京坐標(biāo)系的參考橢球基本參數(shù)長半軸a=6378245m89pf,△fR.,R.,R. Dp DB.5三維四參數(shù)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型實質(zhì)上是采用T、T,、T。3個坐標(biāo)平移量和1個控制網(wǎng)水平定向旋轉(zhuǎn)量a作為Xc,Yo,Zc2000國家大地坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，單位為米(m);Xc,Yc,Zc——大地坐標(biāo)系(1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系)坐標(biāo)，單位為米(m);α——旋轉(zhuǎn)參數(shù)，即區(qū)域中心P。點法線為旋轉(zhuǎn)軸的控制網(wǎng)水平定向旋轉(zhuǎn)量，顧及1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系平面坐標(biāo)由于起始定向與2000國家大地坐標(biāo)系的差異引起的坐標(biāo)變化，單位為弧度(rad)。B.6二維四參數(shù)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型x?,yi——原坐標(biāo)系下平面直角坐標(biāo)，單位為米(m)x?,y?——2000國家大地坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)，單位為米(m);B.7多項式擬合模型B.7.1橢球面上擬合公式為a;,b:多項式擬合系數(shù)，通過最小二乘求解。B.7.2平面擬合公式為x?,y?——原平面直角坐標(biāo)；x?,y?——新平面直角坐標(biāo)；△x=ao+a?x+a?y+a?x2+a?xy+asy3+asAy=b?+b?x+b?y+b?x2+b?xy+bsy2+bsx3+b?x2y+bsxy2B.8高斯投影正算公式其中;X——子午線弧長，設(shè)有子午線上兩點p?和p?,p?在赤道上，p?緯度為B,p?、p?間的子午線弧長X計算公式為X=a(1-e2)(A'arcB-B'sin2B+C'sin4B-D'sin6B+E'sin8B-F'sin10B+GB.9高斯投影反算公式,其中F(B)=a(1-e2)(A'arcB-B'sin2B+Csin4B-F'(B)=a(1-e2)(A'-2B'cos2B+4C'cos4B-6(規(guī)范性附錄)ITRF框架轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率表C.1規(guī)定了轉(zhuǎn)換參數(shù)符號表示及單位。表C.1轉(zhuǎn)換參數(shù)符號表示及單位D毫米(mm)毫角秒(mas,0.001”)D毫米/年(mm/a)10-°/年(ppb/a)毫角秒/年(0.001”/a)表C.2給出了從ITRF2000轉(zhuǎn)換到以前框架的轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率。表C.2從ITRF2000轉(zhuǎn)換到以前框架的轉(zhuǎn)換參數(shù)及其速率DTDR一0.18一0.18DTTDDDR一2.8(規(guī)范性附錄)板塊歐拉矢量測站速度計算公式為Vx,Vy,V?——計算的速度值分量；X,Y,Z——測站坐標(biāo)；表D.1CPM-CGCS200020個板塊歐拉矢量及板塊擬合誤差歐拉矢量/(rad/Ma)擬合誤差/(mm/a)σ阿爾泰阿拉善巴顏喀拉天山中蒙準(zhǔn)噶爾中韓燕山(規(guī)范性附錄)ITRF框架與2000國家大地坐標(biāo)系框架間轉(zhuǎn)換E.1歷元歸算ITRF框架對應(yīng)的轉(zhuǎn)換關(guān)系是定義在具體歷元基礎(chǔ)上，見附錄C。ITRF2000與之前框架的轉(zhuǎn)換關(guān)系為歷元1997.0或1988.0,將附錄C中參數(shù)轉(zhuǎn)換歸算到同一歷元(2000.0)。首先將框架的參考?xì)v元t?(1997.0或1988.0)歷元轉(zhuǎn)換為t(2000.0)歷元。轉(zhuǎn)換公式為為由毫角秒(mas)到弧度(rad)的轉(zhuǎn)換因子。E.2框架間轉(zhuǎn)換的間接方法如果框架間沒有直接關(guān)系，可采用間接方法進行轉(zhuǎn)換。示例：將基于ITRF2005框架、當(dāng)前歷元的坐標(biāo)成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系(ITRF97框架、2000.0歷元)下坐標(biāo)時，框架間的轉(zhuǎn)換可采用如下方法ITRF2005→ITRF97=ITRF2005→ITRF2000+ITRF20即分兩步