CGCS2000基准框架建立及关键技术研究.pdf

d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 1-3 5 8 X.2 0 2 2.0 1.0 1 1C G C S 2 0 0 0基准框架建立及关键技术研究王小维1,2,刘全海1,2,孙雪梅1,2(1.常州市测绘院,江苏 常州 2 1 3 0 0 3;2.常州市地理信息智能技术中心,江苏 常州 2 1 3 0 0 3)摘要:C G C S 2 0 0 0基准框架建立是当前城市现代测绘基准建设的重要内容。文中以常州市为例,从控制网布设、数据处理、投影变形分析以及坐标转换等几个方面,讨论了高精度C G C S 2 0 0 0基准框架建立的技术路线,深入分析了以无抵偿高程面高斯正形投影作为基础,选取最佳中央子午线作为投影方案,建立2 0 0 0平面坐标系的方法。对各地建立C G C S 2 0 0 0框架下的平面坐标系具有一定的借鉴作用。关键词:C G C S 2 0 0 0;基准框架;投影变形分析;坐标转换中图分类号:P 2 2 1 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 1-3 5 8 X(2 0 2 2)0 1-0 0 4 3-0 5R e s e a r c ho ne s t a b l i s h m e n ta n dk e yt e c h n o l o g i e so fC G C S 2 0 0 0b e n c h m a r kf r a m e w o r kW a n gX i a o w e i1,2,L i uQ u a n h a i1,2,S u nX u e m e i1,2(1.C h a n g z h o uS u r v e y i n ga n dM a p p i n gI n s t i t u t i o n,C h a n g z h o u2 1 3 0 0 3,C h i n a;2.C h a n g z h o uS e r v i c eC e n t e ro fG e o g r a p h i cI n f o r m a t i o na n dI n t e l l i g e n tT e c h n o l o g i e s,C h a n g z h o u2 1 3 0 0 3,C h i n a)A b s t r a c t:E s t a b l i s h m e n t o fC G C S 2 0 0 0b e n c h m a r kf r a m e w o r kw a s a n i m p o r t a n tp a r t o f t h ee s t a b l i s h m e n t o fm o d e r nu r b a ns u r v e y i n ga n d m a p p i n gb e n c h m a r k.T a k i n gC h a n g z h o ua sa ne x a m p l e,i nt h i sp a p e r,t h et e c h n i c a l r o u t e f o r t h e e s t a b l i s h m e n t o f h i g hp r e c i s i o nC G C S 2 0 0 0b e n c h m a r k f r a m e w o r kw a sd i s c u s s e d f r o mt h ea s p e c t so f t h ec o n t r o ln e t w o r kl a y o u t,t h ed a t ap r o c e s s i n g,t h ep r o j e c t i o nd e f o r m a t i o na n a l y s i sa n dt h ec o o r d i n a t e t r a n s f o r m a t i o n,a n d t h em e t h o do f b u i l d i n g2 0 0 0p l a n e c o o r d i n a t e s y s t e mw a s a n a l y z e dd e e p l yb ys e l e c t i n gt h eb e s t c e n t r a lm e r i d i a na sp r o j e c t i o ns c h e m ea n db a s e do nG a u s so r t h o g r a p h i cp r o j e c t i o no fu n-c o m p e n s a t e de l e v a t i o ns u r f a c e.I t h a d t h e c e r t a i nr e f e r e n c e f o r t h e e s t a b l i s h m e n t o f t h ep l a n e c o o r d i n a t e s y s-t e mu n d e r t h e f r a m e w o r ko fC G C S 2 0 0 0.K e yw o r d s:C G C S 2 0 0 0;b e n c h m a r kf r a m e w o r k;p r o j e c t i v ed e f o r m a t i o na n a l y s i s;c o o r d i n a t e t r a n s f o r m a t i o n引用格式:王小维,刘全海,孙雪梅.C G C S 2 0 0 0基准框架建立及关键技术研究J.矿山测量,2 0 2 2,5 0(1):4 3-4 7.C G C S 2 0 0 0是地心大地坐标系,采用G R S 8 0椭球,由2 0 0 0国家G P S大地网的点在历元2 0 0 0.0的坐标 和 速 度 实 现,C G C S 2 0 0 0与I T R F一 致,同WG S 8 4相容1-2。C G C S 2 0 0 0坐标系涵盖全部陆海国土,具有高精度、动态、方便用户的密度和分布的特点,由全球导航卫星系统国家级连续运行站网和国家 高 精 度 大 地 控 制 网 这 两 部 分 组 成3。依 托C O R S站 进 行 当 前 历 元 和 框 架 下 的 测 绘 产 品 向C G C S 2 0 0 0转换变得十分迫切的大背景下,如何将新建省市级C O R S站坐标转换为C G C S 2 0 0 0下坐标也是城市测绘应用层面的重要组成部分4-5。本文以常州市为例,着重研究C G C S 2 0 0 0基准框架建立的关键技术。常州市自2 0 1 2年起着手研究C G C S 2 0 0 0坐标系,以不同尺度、不同精度建立了多个C G C S 2 0 0 0控制网,但是各控制网的精度不高,相互兼容性较差,获取的C G C S 2 0 0 0成果未与江苏省C G C S 2 0 0 0基准框架联测,也未包含C Z C O R S基准站,因此无法作为全市统一且唯一的C G C S 2 0 0 0基准框架。基于上述背景,本文旨在建立一个以C Z C O R S为核心、覆盖常州全市域、与江苏省基准框架一致的高精度控制网,分析不同投影方式,确定适合常州的投影,形34第5 0卷第1期2 0 2 2年2月 矿 山 测 量M I N ES UR V E Y I N G V o l.5 0N o.1F e b.2 0 2 2成常州市2 0 0 0大地坐标系。1 C G C S 2 0 0 0基准框架建立技术路线常州市高精度C G C S 2 0 0 0基准框架建立首先要整合和提升常州市现有平面控制网,包含常州市所有C O R S基准站、B级GN S S点、新建的常州城市原点和常州轨道交通基岩点,形成常州市有史以来覆盖范围最广、最全面的控制网。采用GAM I T软件进行基线处理,对高精度控制网的观测基线的解算精度进行评定并采用G L O B K软件进行C G C S 2 0 0 0框架下的三维约束平差,从而获取不同坐标系下的坐标成果。反复试算选取最佳的投影面和中央子午线,建立常州2 0 0 0独立坐标系。技术路线如图1所示。图1 常州市高精度C G C S 2 0 0 0基准框架建立技术路线 总体技术路线为通过整合C O R S站、B、C级GN S S网及各类基准控制网,联合I G S站、省C O R S进行精密数据处理,建立依据“满足规范要求、衔接一致、方便使用”的原则,采用降低或抬高高程面、选择地区最佳中央子午线的高斯正形投影,利用上述两项的抵偿作用,使投影变形量小而均匀,从而建立常州2 0 0 0独立坐标系;平面转换模型是一个线性模型,高斯投影变形误差不能顾及,不同坐标系统的转换采用布尔沙沃尔夫空间七参数模型和平面四参数转换模型6-8。基于O p e n C L、G D A L、T e i g h a等开44第1期 矿 山 测 量 2 0 2 2年2月源库研制支持矢量、栅格、文本等全数据类型的常州高精度C G C S 2 0 0 0坐标转换系统,实现地理空间数据不同坐标系之间超高速、高精度转换,逐步实现存量数据向C G C S 2 0 0 0坐标系提升9-1 0。2 高精度控制网的整合提升与C G C S 2 0 0 0基准框架的建立 常州市C G C S 2 0 0 0高精度控制网整合常州市近十余年的控制网,综合自2 0 0 4年起常州市布设的C级GN S S控 制 点、C O R S基 准 站,以 及6个B级GN S S点,形成分布均匀、覆盖常州市全市域的控制网。顾及到起算坐标的精度和长短基线的处理策略,将控制网分成框架网和C级网分别进行处理,框架网中引入I G S站高精度的起算坐标,C级网引入框架网的结果作为起算坐标。处理完成后,将框架网和C级网进行整体平差处理,获得C G C S 2 0 0 0、西安8 0、北京1 9 5 4各坐标系统下的坐标,数据处理流程如图2所示。图2 控制网数据处理流程图基线解算同步环检核结果表明框架网和C级网N RM S值均小于0.2;重复基线检核结果表明框架网和C级网,在E、N、U方向中误差最大分别为3.8mm、8.1mm、2 2.0mm,平均分别为1.7mm、1.6mm、9.0mm,异步环闭合差检核,具有最大闭合差的相对异步环精度为0.3 3p p m,X分量的闭合差为-0.0 0 3m,Y分量的闭合差为-0.0 3 87m,Z分量的闭合差为-0.0 0 5m,均满足限差的要求。所有测站的网平差点位精度统计结果(C G C S 2 0 0 0坐标系)如表1所示。通过常州市高精度控制网的整合、观测、基线解算和网平差,得到了覆盖常州市域的平面控制网C G C S 2 0 0 0大地坐标系成果。解算成果同步更新至表1 测站点位C G C S 2 0 0 0坐标系精度统计表/m方向最大最小平均X0.0 0 410.0 0 070.0 0 21Y0.0 0 730.0 0 110.0 0 36Z0.0 0 530.0 0 800.0 0 27C Z C O R S基站,为全市各行业用户提供厘米级定位服务。本 次 常 州 市 高 精 度 控 制 网 同 时 解 算 了C G C S 2 0 0 0、1 9 5 4北京坐标系、1 9 8 0西安坐标系成果,利用C Z C O R S用户可依据需要切换坐标系,满足C G C S 2 0 0 0全面启用后过渡解算城市测绘基准服务需要。3 坐标投影变形分析与2 0 0 0平面坐标系的建立3.1 投影长度变形理论分析根据 城市测量规范,城市坐标系高程归化和高斯投影的长度变形不得大于2.5c m/k m,即不得大于1/4 00 0 0,其长度变形才能满足1:5 0 0地形图测图和市政工程施工放样的需要。若一个