基于CGCS2000大地坐標系的海島測量控制網建立方法探討

王建營，張志全，汪偉

(天津市測繪院，天津 300381)

1 前言

隨著國民經濟的快速增長，我國對海島資源的逐步開發、利用日益迫切。精確的島礁測繪數據，對我國宣示領海主權、維護海洋權益、開發海洋資源具有重要意義。傳統的測量方法，只能測量距大陸架較近的島礁，隨著GPS技術的廣泛應用結合航空攝影測量等技術，理論上可測量海洋上所有島嶼。

本文主要討論的就是如何利用GPS方法在海島上建立CGCS2000國家大地坐標系控制網。

2 CGCS2000海島控制網建立方法

2.1 建立思路

經國務院批準，自2008年7月1日起在全國啟用2000國家大地坐標系(CGCS2000)。為獲取海島測量控制網CGCS2000坐標，需要與周邊已知控制點進行聯測。由于我國海島主要分布在東海和南海，如果僅與我國內陸的已知點聯測，控制網網形較差，所以最好的方法是合理選取周邊3個或以上國際IGS站進行聯測。同時求取IGS站點CGCS2000坐標，以其作為起算數據，進行聯合數據處理，最終獲得海島GPS控制網國家2000坐標。控制網建立的流程如圖1所示。

圖1 海島測量控制網建立流程圖

2.2 控制點布設、外業觀測原則

根據《無居民海島使用測量規范》，界址點坐標的點位中誤差不超過±0.5 m。可以采用四等GPS控制網作為海島測量的首級控制網。

GPS網布設、觀測均應參照《衛星定位城市測量技術規范》CJJ/T 73－2010中的要求。

2.3 數據處理過程

ITRF當前發布的是ITRF2000、2005和2008三個框架下觀測時段中心歷元坐標，而我國CGCS2000系為ITRF1997框架2000.0歷元，兩者之間存在坐標差。所以要獲得CGCS2000坐標，還需對IGS站數據進行板塊運動改正、歷元轉換、框架轉換等工作。

(1)獲取國際IGS站數據

IGS站數據可以在很多網站下載，如ftp://garner．ucsd．edu等，還需同時下載導航文件及天線信息等文件。

(2)板塊運動改正

即根據IGS站點速度場，將觀測時段中心歷元站點坐標轉換至所需歷元(2000.0歷元)時段站點坐標。IGS站速度可在ITRFxx_GPS_SSC文件中得到。轉換公式如下:

其中:Xt1、Yt1、Zt1為觀測時段站點坐標;

Xt2、Yt2、Zt2為所求時段(2000.0歷元)站點坐標;

VX、VY、VZ為站點速度場。

實際上，不同歷元下站點坐標也可直接在http://sopac．ucsd．edu網站中查詢。由此可以獲得ITRF2000框架2000.0歷元站點坐標。

(3)歷元歸算

由于ITRF發布的ITRF 2000與以前框架的轉換關系參數為歷元1997.0(如下表)，因此需要將表中各參數歸算至歷元2000.0。

轉換公式:

mr=1/206265為秒與弧度轉換關系。

從ITRF2000轉換到ITRF1997框架的轉換參數(1997.0歷元)，如表1所示。

從框架ITRF2000轉換到ITRF1997的轉換參數(歷元1997．0) 表1

代入公式，則 ITRF2000轉換到 ITRF1997框架(2000歷元)的轉換參數為:Tx=0.67，Ty=0.43，Tz=－2.27，s=1.58，εx=0，εy=0，εz=0.06/206265

(4)框架轉換(獲取CGCS2000坐標)

根據上述轉換關系對經板塊運動改正得到的ITRF2000框架2000.0歷元站點坐標進行轉換，獲得IGS站ITRF1997框架2000歷元(即CGCS2000)坐標。轉換公式為:

(5)聯合基線處理、平差計算

將四等GPS靜態觀測數據與周邊選取IGS站數據聯合基線處理、三維約束平差，獲得海島測量控制網CGCS2000大地坐標。

3 實例分析

浙江省象山縣旦門山島測量是我國首例對無居民海島實施測量，其首級控制網即采用上述方法建立而成。旦門山島總面積約為 0.94 km2，全島共布設四等GPS控制點4個，由3臺TrimbleR8雙頻GPS接收機，分兩個時段完成。控制點布設情況如圖2所示。

圖2 控制點布設示意圖

為了獲得2000國家大地坐標系成果，在網站ftp://garner．ucsd．edu 上，下 載了 SHAO、WUHN、TNML三個IGS站的同期觀測數據，并應用上述方法對其進行了板塊運動改正、歷元轉換、框架轉換等處理，得到了3點的CGCS2000大地坐標。

通過與四等GPS控制網觀測數據進行聯合基線解算、平差計算，最終獲得了旦門山島GPS控制網的CGCS2000大地坐標。控制網的最弱邊相對中誤差為1/68000＜1/45000，其他各項精度指標均滿足四等GPS控制網精度要求。

4 結論

采用上述方法建立海島控制網，不僅打破了傳統控制網布設方法的局限性，而且也避免了尋找、觀測測區周邊高等級控制點等工作。直接選取周邊IGS站點作為其起算數據，方便、靈活、快捷，節省了大量的人力、物力，證明了采用該方法的高效性和可行性。

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