基于CGCS2000新框架的地物坐标更新策略研究与分析

本文针对未来CGCS2000框架更新后,由此衍生的全国各类实体坐标成果的更新策略和方法进行分析研究,为未来CGCS2000框架维持在GPS布点、数据处理方法及达到的精度方面提供思路和应对策略。采用地形及面积与我国大致相同,且可以公开下载的国外密集的CORS站数据,设计、处理形成了研究所需的不同时长的GPS观测数据集及厘米级、分米级CGCS2000坐标数据仿真集。分别讨论了天文大地网CGCS2000坐标从分米级至厘米级的提升,以及基于CORS的CGCS2000新框架衍生的实体坐标转换的实施方法和策略。对转换到新框架下影响坐标转换精度的因素:格网内插方法、控制点密度、搜索范围、格网间距等进行充分试验分析,确定了:①天文大地点CGCS2000精度从分米级到厘米级提升的最大控制点间距为2.2°,相应为230 km,即全国需要布363个点;但顾及地方框架的自身维护,各省(市)至少有4个站,则全国需在2178个天文大地点进行GPS观测。②要实现新的CGCS2000框架下实体坐标间隔10年的动态更新,若布设985个CORS站,在我国东部和中部控制点间距分别为482 km、西部地区为107 km时可达到5 cm的精度;而全国布置2170个CORS站,对应我国东部、中部、西部地区控制点密度分别为118、374、75 km时可达到3 cm的精度。因试验区为地理近似而非完全一致,本文所得结论和实际会有差异,仅为我国框架衍生的各类实体坐标成果更新机制提供参考和借鉴。

CGCS2000框架下县级测绘基准服务升级改造研究应用

2000国家大地坐标系的全面推广使用,加快了城市现代测绘基准体系和服务的升级改造建设工作。苏州2000坐标系启用后,市本级现代测绘基准体系完成了升级改造。在此基础上,以常熟市为例分析了县级现有独立坐标系应用面临的问题和苏州2000坐标系的适宜性后,从总体思路、控制网升级改造、坐标转换平台等方面研究并实施了县级现代测绘基准服务升级改造;在苏州2000坐标系推广使用和市域一体化高质量发展建设背景下,实现了市级基准体系在常熟的加密扩展和应用。可为国内同类城市测绘基准服务的升级改造提供参考。

基于CGCS2000的2000天津城市坐标系建立

天津市上一代城市坐标系为1990年天津市任意直角坐标系,该坐标系精度较差,已无法满足天津城市建设发展需求,因此天津市亟须建立新一代城市坐标系。本文结合天津市地理特点,确定了坐标系建立过程中的投影方式及中央子午线的选取原则,经试算,最终确定了坐标系参数,建成天津市新一代城市坐标系——2000天津城市坐标系。

基于CGCS2000的相对独立平面坐标系建立和分析

随着2000国家大地坐标系的全面启用,原有地方坐标系已无法满足现代城市建设和社会发展的需要。论文阐述了地方坐标系建立原则和方法,结合投影变形理论对相对独立平面坐标系建立影响因素中中央子午线和投影面的选取进行了详细分析,并以淮安区域为例,结合淮安DEM,详细分析了淮安2000坐标系在淮安市各区县的投影变形情况,同时用格网占比法分析了其与原有坐标系的面积变化。结果表明,淮安2000坐标系在淮安区域内小于2.5 cm/km面积占淮安陆域面积的99.8%,最大投影变形为3.303 cm/km,位于丘陵区域;与原有坐标系相比,在面积变化上优于万分之一,具有良好的适用性。

精密单点定位结果转换至CGCS2000坐标方法

为了解决精密单点定位结果存在坐标框架历元不明确、时间坐标基准不统一、使用速度场转换精度,导致难以应用到实际工程中的问题,分别采用全域七参数转换法、局域七参数转换法,以及使用点位速度进行转换的基线法、反距离加权法、欧拉矢量法对上海区域利用精密单点定位结果转换至CGCS2000坐标进行研究,并分析了其适用性。结果表明七参数方法精度略高于使用速度进行转换的方法,转换精度达到毫米级,可以满足实际工程中的需要,且局域七参数转换法精度略高于全域七参数转换法。使用速度进行转换的方法中基线法的转换精度最高,可以达到毫米级。在实际工程应用中推荐使用七参数转换方法将精密单点定位结果转换到CGCS2000坐标系下,以充分发挥精密单点定位技术的优势。

CGCS2000坐标转换投影变形分析及工程应用

公路工程勘察设计中如何选择中央子午线使投影长度变形满足工程需要,是工程人员比较困惑的问题。本文通过CGCS2000的高斯正算、高斯反算和膨胀椭球法,进行坐标转换计算,结果表明投影长度变形量与经纬度、偏置距离、投影面高程等相关因素有关,并通过实际工程的中央子午线和投影面高程选择进行案例计算分析,对类似工程有一定的参考意义。

基于整网解和分区解的铁路沿线基准站CGCS2000坐标确定

基于现有高铁线路控制测量或监测需求,在沿线布设卫星导航定位连续运行基准站(CORS)作为控制基准。对于较长的线路监测,对沿线基准站坐标采用整网解与分区解进行差异比较,并设计了多种比较方式。研究结果表明,对于计算铁路沿线基准站的国际地球参考框架(ITRF)2020坐标,整网处理与分区处理的差异较小;对于CORS站的2000国家大地坐标系(CGCS2000)的坐标计算,两者差异大部分在框架转换精度范围内,但仍有12%的点差异较大,超过了CGCS2000框架转换的2倍误差。在实际计算过程中,需要考虑整网处理与分区处理的差异。

基于CGCS2000的苏州平面坐标系建立

苏州市及其各区(市)均建立了基于克拉索夫斯基椭球的城市平面坐标系,在国家全面推广使用CGCS2000和苏州市域一体化建设的背景下,亟需建立CGCS2000椭球下全市统一的坐标系。通过分析CGCS2000(国家标准3°带高斯投影)和现行苏州城市平面坐标系在苏州地区的适宜性后,研究了结合苏州市地理位置和地形地貌特征,以“中央子午线和参考椭球面为最佳选取”的坐标系建立综合比选方案。在此基础上,建立了苏州2000坐标系,并实现了将CGCS2000引入苏州以及现行苏州城市平面坐标系与CGCS2000的联系,可为国内建立基于CGCS2000的城市相对独立平面坐标系提供参考。

县域城市存量测绘地理信息数据批量向CGCS2000坐标转换的实践探究

经过历年的城市建设,全国各城市都积累了大量的测绘地理信息数据。按照国家相关要求,2018年6月底前完成全系统各类国土资源空间数据向2000国家大地坐标系转换。本文结合实例,主要探讨县域城市存量测绘地理信息数据转换技术方案,并对转换精度进行简要的分析评价。结果表明,原有1980西安坐标系的测绘地理信息成果经转换后,数据精度基本可以满足规划和自然资源日常管理需要,具有较强的实用性和可靠性。

椭球膨胀法在基于CGCS2000下建立工程独立坐标系的方法及应用

本文针对西南山区线状工程平面控制测量实践中,往往由于投影变形影响不能直接使用现行2000国家大地坐标系的现状,分析了影响投影变形的两个主要因素,并通过工程实例阐述了利用GNSS技术以及椭球膨胀法建立工程独立坐标系的方法。

ITRF参考框架与CGCS2000坐标转换方法及分析

参考框架作为参考系统的具体实现,是某一历元坐标和速度的体现。对于高精度的GNSS测量,必须使用精密星历进行解算,而不同的精密星历产品是基于某参考历元t和特定参考框架的,因而最终数据解算结果也是某ITRF框架、历元t的三维坐标;IERS目前公布了多个ITRF框架,2000国家大地坐标系是基于ITRF97框架、历元2000.0。要将GNSS数据解算成果转化至CGCS2000坐标系下,需要考虑框架和历元转换的综合影响;本文探讨了ITRF参考框架与CGCS2000坐标转换方法,并给出具体的应用案例,可为实际应用提供参考。

基于GNSS基准站数据的控制点CGCS2000坐标计算

针对中国部分区域CGCS2000控制点坐标较难获取的问题,提出了基于公开的GNSS数据计算控制点CGCS2000坐标的方法。选用GNSS基准站进行GNSS静态测量联测,利用GAMIT/GLOBK软件进行数据处理,获取未知点当前框架和当前历元下的空间三维坐标以进行框架历元转换,并计算未知控制点的CGCS2000坐标。结果表明:采用该方法计算控制点的平面精度总体保持在3 cm以内,高程精度总体保持在5 cm以内,可用于项目前期快速获取控制点CGCS2000坐标和项目中控制点CGCS2000坐标的校核。

顾及有色噪声影响的CGCS2000下我国CORS站速度估计

研究基于计算获取的CGCS2000（中国大地坐标系统2000）下我国国家CORS（全球导航卫星系统连续运行参考站）网1999年至2009年坐标时间序列,首先采用主成分空间滤波方法（PCA）提取CGCS2000框架下国家CORS网坐标时间序列中公共误差（common mode errors,CME）的时空特性;其次,采用功率谱分析方法分析空间滤波后的国家CORS站坐标残差时间序列的噪声性质,采用最大似然法定量估计坐标残差时间序列中的有色噪声分量;最后,采用加权最小二乘法评定顾及不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度。研究结果表明：采用空间滤波可提高CGCS2000框架下国家CORS网成果的精确性和可靠性,空间滤波后北、东和高方向的平均坐标重复性相对于滤波前分别减小了26%、22%和46%,滤波后国家CORS站高度方向平均振幅减少近64%。在CGCS2000框架下我国CORS站坐标时间序列中白噪声不是噪声的主要成分,白噪声、闪烁噪声和随机漫步噪声的噪声性质是国家CORS站坐标时间序列的基本特征;我国CORS站有色噪声在水平方向和高度方向表现出一定的规律性,顾及有色噪声的速度误差估值比只考虑白噪声的速度误差估值一般大2~6倍,速度估值偏差一般在2%~10%。

CGCS2000板块模型构建

基于中国地壳运动观测网络2001—2010年跨度长达10年的观测数据,采用基准优选、变异点数据分段处理等策略,计算获得ITRF2005框架下高精度速度场。同时针对国际上现有的NNR NUVEL1A、APKIM2005、PB2002等板块模型在中国区域适应性差,基于中国地质构造特性及实际速度场解算结果,构建了中国20个二级板块模型CPM-CGCS2000。采用本文提出的用板块模型参数将站点归算至CGCS2000的方法对板块模型进行外部检核,并用此方法验证所建的二级块体模型,精度可达2～3 cm。与国际上现有比较成熟的速度场模型———ITRF2005、APKIM2005、PB2002、NUVEL1A及国内文献[1—2]的板块模型进行的比较表明,CPM-CGCS2000板块模型实际精度优于目前现有的模型。

基于现框架下的省市级CORS站到CGCS2000的转换

随着2000国家大地坐标系(CGCS2000)在全国推广应用的逐步深入,解决地方依托CORS站进行当前历元和框架下的测绘产品向CGCS2000转换的问题变得十分迫切。主要介绍如何将新建省市级CORS站坐标转换为CGCS2000下的坐标,供实际应用参考。

基于非线性运动分析的CGCS2000下我国CORS站运动特征

CGCS2000(中国地心坐标系统2000)下CORS(全球导航卫星系统连续运行参考站)站的非线性运动主要受到地壳非构造形变信息、框架点公共误差信息和观测误差信息的组合影响,分析我国CORS站坐标时间序列中包含的非线性运动信息是维护CGCS2000坐标框架精确性、可靠性的基础.本文研究方法首先采用国际卫星对地观测数据及相关地球物理模型,计算了由质量负荷效应造成的地壳非构造形变,并以此修正了这些非构造形变对国家CORS站坐标时间序列的影响.其次采用主成分空间滤波算法(PCA)提取质量负荷改正后的CGCS2000坐标框架公共误差(Common Mode Errors,CME)的时空特性.最后采用最大似然法定量估计了负荷改正和滤波后的国家CORS网坐标时间序列的噪声特性,采用加权最小二乘法评定了考虑不同噪声影响的CGCS2000框架下的国家CORS网年速度估值和实际精度.

WGS84和CGCS2000坐标转换研究

为实现WGS84和CGCS2000坐标系之间的转换,首先通过七参数法将WGS84坐标转换到ITRF坐标,然后再通过框架转换法转换到CGCS2000坐标,并进行实例计算和分析。

ITRF2005与CGCS2000坐标转换方法与精度分析

提出从框架和历元同时转换、框架和历元分开转换两种不同思路实现ITRF5到CGCS2000的坐标转换。转换结果表明：框架和历元同时转换的方法不能满足转换精度的要求；框架和历元分开转换，先根据若干基准点的位置与速度信息采用加权平均法内插转换点的速度实现历元间的转换，统一历元后再采用七参数法实现框架间的转换，其内符合精度与外符合精度均为1—2cm，能满足转换精度要求。

地方坐标系与CGCS2000坐标系转换方法的研究

探讨我国常用坐标系与CGCS2000坐标系的转换方法。以平面四参数、三维七参数数学模型为基础,分析其不同转换模型的内涵和适用性,并以MATLAB为平台实现常用坐标系到CGCS2000国家大地坐标系的转换,转换结果达到厘米级,满足实际工作的精度要求。

我国CGCS2000坐标框架与全球ITRF2008框架的融合研究

基于我国现有CGCS2000地心坐标框架及国际上现行的ITRF2008坐标参考框架,总结了我国区域坐标框架与国际坐标框架的融合方法,并利用陆态网络2015年计算的精密结果进行了验证。研究结果表明,强制约束法能实现中国区域框架与全球坐标框架的融合,而参数转换法及框架转换能实现两类坐标框架的相互融合;参数转换法可很好地解决区域CGCS2000框架与全球框架的融合,其转换精度与现有CGCS2000框架的精度高度相关;框架转换法能实现区域CGCS2000框架与全球框架的融合,但其与框架点解算的速度场精度高度相关,如果要进行高精度框架维持,框架点计算的速度场精度必须可靠。