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。

我国大陆地区ITRF坐标系统转换研究

在研究ITRF坐标系统转换理论和方法的基础上,提出了一种实际可行的框架、历元转换方法,并应用于实际工程快速获得了CGCS2000坐标。结果表明,不同框架坐标在相同历元下坐标差异较小,ITRF2014与ITRF2008、ITRF2005在2021.00历元下的坐标偏差小于5 mm;不同地区地壳构造程度差异导致坐标历元间差别很大。提出了两套中国大陆地区3°×3°速度格网(CGCS2000和ITRF14),可用于快速获取测站速度和历元坐标转换,精度可达厘米级,能在工程中广泛应用。

ITRF参考框架和历元对点位坐标的影响

ITRF参考框架和历元历来是卫星大地测量研究的重要内容,随着星站差分的普遍应用,ITRF参考框架和历元在工程应用中也越来越多。参考框架和历元的不同,会引起同一点坐标的差异。为了进一步阐述参考框架和历元,本文首先阐述了地心地固坐标系、地球板块运动、板块漂移的速度场以及它们之间的关系,从而引出建立ITRF参考框架的目的以及框架间的转换方法;其次文章以实际算例说明了板块漂移速度对点位坐标的影响,全球板块漂移速度平均每年约3 cm,地球板块相接处漂移速度会变大;最后文章列举了美国喷气动力实验室、加拿大自然资源大地测量局和澳大利亚地球科学局GNSS数据处理结果的参考框架和历元,给出了星站差分、国家CORS、国家高精度GPS A级网和一些自建的盆地GPS控制网的参考框架和历元,为专业测量人员在国内外施工提供参考。

ITRF2005简介和评析

该文对最新的国际地球参考框架ITRF2005进行了简单介绍,指出了IFRF2000与ITRF 2005之间在解的生成、基准的定义和实现等方面的差别,特别评析了ITRF2005所作改进的理由和合理性,同时也指出了ITRF2005与ITRF2000一样,没有满足协议地球参考系(CTRS)的定向随时间的演化需遵循相对于地壳无整体旋转(NNR)的约束条件,并就此提出了解决办法。

ITRF2000与ITRF2005的差异对GNSS数据处理的影响

分析ITRF2000和ITRF2005下得到的测站坐标、基线长度、水平速度场的差异。结果表明:经过坐标转换后,测站坐标差异为毫米级,基线差异在1 mm以内;ITRF2000和ITRF2005下水平速度场的差异随研究范围的缩小而减小,大尺度区域的水平速度场差值在1 mm/a以内,方向上存在2°左右的系统差,而对于中等尺度区域,该差异在数值和方向上均不显著。

国际地球参考框架(ITRF)的原点和无整体旋转

目前国际地球参考框架(ITRF)建立和维持中,参考架原点和其定向随时间演变的约束上,并没有遵循协议地球参考系(CTRS)的定义。ITRF的定义和实现不一致的这种特征,将对毫米级地球参考框架的构建产生重要的影响。分析和讨论了最新的国际地球参考框架(ITRF2005)的原点和定向随时间演变的问题,并提出了目前可能解决的办法。

ITRF2008框架简介

介绍ITRF2008采用的策略,所用站点的分布,各项转换参数的精度以及相对于ITRF2005的改进。ITRF2008是基于4个空间大地测量技术(VLBI,SLR,GPS和DORIS)重新处理解的国际地球参考框架精化版本。ITRF2008与ITRF2005这两种技术解的尺度符合度在历元2005.0为1.05±0.13 ppb和0.049±0.010 ppb/a。ITRF2008定向(在历元2005.0)和速度与ITRF2005一致。ITRF2008与ITRF2005的原点在历元2005.0沿X、Y和Z轴的差异分别为:-0.5、-0.9和-4.7 mm。两框架之间的Y和Z平移速率差为零,X平移速度0.3 mm/a。这些参数的估计误差分别为0.2 mm和0.2 mm/a。ITRF2008原点的精度在SLR观测时间段内在1 cm以内。ITRF2008尺度的精度在VLBI和SLR两种技术的共同观测时间段内在1.2 ppb以内。

不同ITRF参考框架NEU坐标系统下的速度场转换

利用GLOBK输出的NEU坐标系与空间直角坐标系、大地坐标系之间的几何关系,顾及不同ITRF参考框架下三维速度值之间的转换参数,推导了不同ITRF参考框架下地壳水平运动速度之间的直接转换公式,过程清晰明了,易于编程实现。结果表明,ITRF2005与ITRF2008下水平运动速度场存在明显的系统偏差。

利用中国地壳运动观测网络研究中国大陆相对于ITRF97板块模型形变

在建立全球ITRF97板块运动模型的基础上 ,利用“中国地壳运动观测网络”79个GPS基本站的数据 ,建立我国新的地壳运动方向图和块体运动模型 .通过与NNR NUVEL1A地质模型比较认为 ,ITRF97板块运动模型反映了现今十几年跨度的地壳运动 ,在研究我国现今几年到十几年时间跨度的地壳形变时 。

地球参考框架ITRF2008在中国大地基准中的应用

利用国际地球参考框架ITRF2008及中国大陆连续基准站数据,分析了ITRF2008与ITRF2005及CGCS2000的差异,得出ITRF2008比早期的模型精度更高,但也存在着一定的差异性,这与观测台站、板块本身,数据解算策略等因素有关;中国地壳板块运动的不均匀性和复杂性造成了CGCS2000的变化,需对其进行动态维护。同时对CGCS2000与ITRF2008之间转换的方案也作了初步讨论。

最新国际地球参考框架ITRF2014的分析与评述

介绍ITRF2014的定义、测站分布、输入数据、分析策略以及与ITRF2008的转换参数,并分析ITRF2014相对于ITRF2008的改进。ITRF2014是国际地球参考框架ITRF的最近一次更新,它是基于四种空间大地测量技术(VLBI、SLR、GNSS和DORIS)重新处理解实现的。相较于ITRF2008,ITRF2014不仅在观测数据和测站数量上有所增加,还改善了对非线性运动的处理,包括对周期性信号的估计以及对震后形变(post-seismic deformation,PSD)的改正,并提供了PSD模型和地球质心运动模型两个新产品。ITRF2014为地球科学等相关领域的研究与应用提供了统一的空间基准,也为其他坐标框架的维持与精化提供了参考。

基于ITRF96和ITRF97的全球板块运动模型

利用国际地球自转服务 (IERS)发布的国际地球参考架ITRF96和ITRF97的水平运动 ,分别建立了完全基于现代空间大地测量实测结果的新的现今全球板块运动模型 .研究表明 ,ITRF96和ITRF97与协议地球参考架 (CTRF)的无整体旋转 (NNR :No -Net -Rota tion)的定义不符 ,都存在一个整体旋转 .ITRF96参考架的旋转角速度约为 0 .1 1°/m .yr,旋转极位于 :N - 4.1 3° ,E89.3°;ITRF97的旋转角速度约为 0 .1 0°/m .yr,旋转极位于 :N - 2 7.2°,E74.7° .这种不一致性对ITRF96和ITRF97的高精度应用和长期维持、地球自转参数的长期变化都将产生一定的影响 .

ITRF97参考框架下的中国大陆区域地壳板块运动背景场的建立及应用

利用中国地壳运动观测网络工程基准站和基本站的GPS实测结果 ,构造了一个ITRF参考框架下的、充分反映现今板块运动特征的、更为精确的现代中国大陆区域板块运动模型 ,介绍了这一工作的思路、方法和最终结果 。

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。

PZ-90 GLONASS与ITRF之间转换参数的谱分析

根据BKG中心的转换参数结果 ,采用FFT方法 ,计算分析了PZ 90GLONASS与ITRF间转换参数及其周期变化特性 。

ITRF框架的相互转化

用IERS公布的14个ITRF转换参数(7个转换参数及7个转换参数的速率),把不同ITRF下IGS站的坐标相互转换,将IGS站的坐标和自编程序计算结果进行对比,坐标差达到了厘米级的精度。

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。

ITRF96参考架中的全球板块运动

本文利用独立于地壳构造模型的 ITRF96提供的最新速度场 ,对 ITRF96中各测站所属的板块进行仔细的检核 ,建立了一个完全基于空间大地测量技术的新的现代全球板块运动模型 ,该模型可作为由地质和地球物理资料所建立的各板块运动模型的检核 ,也可用来提供ITRF96框架下研究区域性地壳形变的较好背景场。结果表明基于空间技术的实测资料建立的板块运动模型和 NNR NUVEL1 A存在不小的差异 ,这个差异已不能被当前高精度地壳运动的监测与研究所忽略。

ITRF2000无净旋转对中国大陆地壳形变的影响

通过计算全球14个1级板块的总角动量以及ITRF2000速度场相对NNR NUVEL1A的旋转分量,研 究了ITRF2000的无净旋转(也称无整体旋转)符合特性。结果表明,虽然ITRF2000的速度场通过50个核心站归 算到NNR NUVEL1A上,然而在研究中国大陆区域地壳形变时,它们之间的差异仍是不可忽视的,其差异性表现 为:ITRF2000的速度场相对于NNR NUVEL1A模型的速度场表现为顺时针旋转,前者速度模量大于后者;两个 速度场的差异量表现为东部大于西部,E W向差异量最大值达到5mm/a以上,N S向差异量接近4mm/a。提出 了2种消除这两个速度场之间系统差异的方法。

NNR条件,ITRF和全球板块运动模型

分析了由ITRF2000计算得到的两种板块运动模型的差异,认为ITRF2000在1mm/a的精度水平内,与NNR-NUVEL1A是匹配的,即满足NNR条件;仅仅根据全球地壳旋转角动量和是否为零不足以判定ITRF框架能否满足NNR条件。