ITRF2008與CGCS2000坐標系的轉換

苗龍

（新疆維吾爾自治區第二測繪院，新疆烏魯木齊 830001）

ITRF2008與CGCS2000坐標系的轉換

苗龍

（新疆維吾爾自治區第二測繪院，新疆烏魯木齊 830001）

由于當前精密星歷所對應解算的ITRF框架坐標為ITRF2008參考框架，而在1∶10 000基礎測繪生產項目要求提供CGCS2000坐標系成果，論述了ITRF2008到CGCS2000間的框架轉換的方法及轉換后精度分析，并重點分析了轉換的關鍵性問題。

ITRF2008；CGCS2000；框架轉換；歷元轉換；速度場

2011年新疆1∶10 000基礎測繪正式啟用 CGCS 2000坐標系，CGCS2000坐標與ITRF97框架定義一致，參考歷元為2000.0歷元。而新疆的大地測量成果多數是基于1954年北京坐標系和1980西安坐標系，已有的 CGCS2000成果大部分采用轉換成果，精度較差不能滿足生產精度要求，怎么去求解出 CGCS2000坐標是我們疆內測量工作者面臨的一個問題。目前求解方法大致分為2種[7]：1）基線平差法，即聯測已知CGCS2000坐標成果的測量控制點，而新疆的CGCS2000控制點大都為國家的A、B級點，其點位密度分布不均而且邊長較長，不便于聯測；2）框架轉換法 ，先采用高精度GPS處理軟件解算出ITRF2008框架坐標，然后利用IGS網站已公布的14個轉換參數，轉換至CGCS2000坐標系成果，限于篇幅，本文只討論研究坐標框架轉換方法。

1 ITRF2008與CGCS2000轉換模型

ITRF國際地球參考框架是基于VBVI、LLR、SSR、GPS和DORIS等空間技術所建立起的現代全球地面參考框架，它是一個地心四維坐標參考框架，ITRF是IERS的具體實現，也是全球IGS站坐標和速度場的具體實現。IERS已經發布了ITRF88－ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008全球參考框架。ITRF2008與CGCS2000的轉換實質為ITRF2008與 ITRF97 Epoch=2000.0的轉換，由參考框架的定義可知，各個分量是同通過觀測獲得的，其觀測手段和精度會有所不同，加上時間基準的演變，使得ITRF框架之間有細微的差別，不同的框架可以通過坐標轉換求得，坐標轉換模型采用布爾莎-沃爾夫模型，該模型采用了 7個參數，分別是3個旋轉參數、3個平移參數加上1個尺度比參數。其公式如下[4]：

式中，T1、T2、T3、D、R1、R2、R3為ITRFxx到ITRFyy的轉換參數，這些參數等于基準歷元的參數 P(t0)加上歷元t0到轉換歷元t的變化量：

2 ITRF2008與CGCS2000參考框架基準轉換

由于目前最新精密星歷計算的坐標為ITRF2008框架，通過公式 (1)、(2)可以實現ITRF08到ITRF97的框架轉換，然而ITRF所公布的框架轉換參數是ITRF08到ITRF05、ITRF05到ITRF00和ITRF00到ITRF97的轉換參數，ITRF08到ITRF97沒有直接的轉換參數，需通過間接轉換計算。所以ITRF08→ITRF97=＞ITRF08→ITRF05→ITRF00→ITRF97。

表1 ITRFxx到ITRFyy框架之間的轉換參數及參數速率

不同歷元下框架間的轉換，不考慮板塊漂移和地殼形變等因素，ITRF2008與ITRF97框架變化值應該較小，這里選取參數歷元間隔為 14年的全球若干個IGS跟蹤站在ITRF2008 2011.0下的站坐標，然后轉換至ITRF971997.0歷元下，分析結果如圖1所示，說明框架間的轉換參數隨時間的演變在Z方向比X和Y方向變化量大，其精度在2-3 cm，與文獻 [1]中分析坐標框架基準轉換的精度相同。

圖1 ITRF08與ITRF97框架間的比較

3 ITRF2008與CGCS2000坐標歷元基準的歸算

地球不是一個剛體，板塊會有漂移和形變，板塊與板塊之間還有擠壓、抬升、下降等運動，它們的運動趨勢從長期分析是一個非線性非勻速運動，但是從局部和短期內可以把它認為是一種線性勻速運動。地球表面的觀測點都會隨時間進行漂移和升降，不同歷元基準的坐標應進行坐標歷元基準的歸算，公式如下[4]:

基于當前歷元觀測求解ITRF2008框架下的坐標和CGCS2000的框架歷元跨度都在10年以上，如果沒有精確的點位速度場，經公式（3）計算的點位誤差有可能達到dm量級。新疆地區又無CORS站來維持本地區的速度場模型，所以在實際的生產中很難獲得非框架點的精確速度場。在計算速度場的方法中，可以采用加權平均法[2]和NNR-NUVEL-1A運動板塊模型[5]獲得，板塊上某一點的速度公式可以采用如下公式[4]：

4 結 語

作者依照上文原理，編制了ITRF2008到CGCS2000坐標轉換程序，計算了全球5個 IGS站從 ITRF2008 2011.0轉換至ITRF97 2000.0臺站坐標，然后與這5個IGS臺站的真實ITRF97 2000.0坐標進行了比較，分析結果如圖2所示，說明SYOB站的X方向較差較大，但臺站間各個方向的精度優于2 cm。

圖2 ITRF2008成果轉換至CGCS2000坐標系成果的殘差分布

通過上述數據可知，本文闡述的ITRF2008框架至CGCS2000坐標的轉換方法及精度滿足生產要求[6]，但是在轉換過程中還需注意以下幾個方面:

1）在轉換時，可以先轉換框架再轉換歷元，也可以先轉換歷元再轉換框架，兩者轉換的結果是一致的。

2）盡量獲得轉換點精確的速度場，如果速度場不精確會影響轉換的精度。

3）NNR-NUVEL-1A運動板塊模型計算的點位速度場誤差較大，不建議采用。

4）速度場的獲取可以參考中國地震局的中國地殼運動監測網絡站。

[1] 劉立，陳英燕.坐標框架轉換若干問題的研究[J].全球定位系統,2010(01):20-24

[2] 林曉靜，張小紅，郭斐.ITRF2005與CGCS2000坐標轉換方法與精度分析[J].大地測量與地球動力學,2010(04):118-124

[3] 姚宜斌.高精度GPS測量中坐標基準的統一方法研究[J].地礦測繪,2001(04):3-5

[4] 黨亞民，陳英燕，薛樹強.大地坐標系統及其應用[M].北京：測繪出版社，2010

[5] 榮敏，周巍.基于ITRF2005的全球板塊運動模型[J].海洋測繪,2009(01):1-3

[6] 新疆維吾爾自治區1∶10 000基礎測繪航空攝影測量外業技術規定(試行)[S].

[7] 成英燕.2000國家大地坐標框架轉換方法[R].2009-10

Transformation of Coordinate Axis between ITRF2008 and CGCS2000

by MIAO Long

Based ITRF2008 reference frame on ITRF frame coordinate which is related to present precise ephemeris，and the achievement of CGCS2000 coordinate axiswhich isrequired in the basicmapping producing project about scale of one to a ten thousand,the thesis mainly discussed the conversion method of frame from ITRF2008 to CGCS2000 and the precision analysis after conversion.It also mainly analysed some key problems about transformation.

ITRF2008，CGCS2000，frame conversion，epoch conversion，speed field

2011-09-07

P226.3

B

1672-4623(2011)06-0144-02

苗龍，工程師，主要研究GPS測量及數據處理。