基于IGS 站點(diǎn)的煤礦CGCS2000 坐標(biāo)獲取方法研究

聞燕豪

（山東煤炭地質(zhì)局物探測量隊(duì)，山東 濟(jì)南 250104）

我國CGCS2000 坐標(biāo)系是ITRF97 在中國的復(fù)現(xiàn)和加密，對準(zhǔn)其歷元2000.0 下坐標(biāo)[1]。該坐標(biāo)系是以地球質(zhì)量中心為原點(diǎn)的地心坐標(biāo)系，可以有效滿足大地測量、地球物理研究、定位導(dǎo)航應(yīng)用等經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的使用需求[2]。在煤礦生產(chǎn)中，為獲取控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)系下坐標(biāo)，通常采用如下三種方法：與高等級CGCS2000 控制點(diǎn)聯(lián)測，利用平差處理，獲取工程控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)；按照煤礦周邊公共點(diǎn)求取的WGS84 坐標(biāo)系和CGCS2000坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用七參數(shù)轉(zhuǎn)換法求取工程控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)；求取煤礦工程控制點(diǎn)WGS84坐標(biāo)系下坐標(biāo)，利用ITRF 框架轉(zhuǎn)換參數(shù)，獲取ITRF97 坐標(biāo)系下坐標(biāo)，隨后利用速度場格網(wǎng)，獲取工程控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)。由于第一種方法需要增加外業(yè)工作量，第二種方法需要已知區(qū)域轉(zhuǎn)換參數(shù)，獲取CGCS2000 坐標(biāo)需要付出巨大人力和經(jīng)濟(jì)成本，本文將利用IGS 站點(diǎn)求取CGCS2000 坐標(biāo)。

1 CGCS2000 坐標(biāo)系和WGS84 坐標(biāo)系比較

CGCS2000 坐標(biāo)系和WGS84 坐標(biāo)系都是地心的坐標(biāo)系，地心為包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)量中心，長度單位是米，定向初始由1984.0 國際時(shí)間局的定向給定，Z 軸指向IERS 參考極方向，X 軸指向IERS 參考子午面同赤道面的交點(diǎn)，Y 軸與Z 軸和X 軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系[3-4]。

由表1 可知，CGCS2000 坐標(biāo)系橢球參數(shù)長半軸a和扁率f采用了GRS80 橢球值，地球的地心引力常數(shù)GM 和地球角速度ω采用了IERS 推薦值。

表1 CGCS2000 和WGS84 坐標(biāo)系橢球參數(shù)

2 WGS84 坐標(biāo)系到CGCS2000 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

2.1 坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換

選取中國周邊IGS 站點(diǎn)數(shù)據(jù)（ftp://lox.ucsd.edu/rinex），利用GAMIT/GLOBK 軟件進(jìn)行基線解算并求取工程控制點(diǎn)ITRF08 框架下坐標(biāo)[5]。根據(jù)ITRF08 框架到ITRF97 框架轉(zhuǎn)換參數(shù)（表2），采用七參數(shù)轉(zhuǎn)換，求取工程控制點(diǎn)ITRF97 框架下坐標(biāo)。

表2 ITRF08 框架到ITRF97 框架轉(zhuǎn)換參數(shù)

ITRF08 框架到ITRF97 框架的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型為：

2.2 歷元?dú)w算

CGCS2000 歷元?dú)w算可以通過速度格網(wǎng)模型，將測站歷元?dú)w算到2000.0 歷元。某一歷元T坐標(biāo)歸算公示為：

其中：X2000、Y2000、Z2000為工程控制點(diǎn)ITRF97框架下2000.0 歷元坐標(biāo)，即CGCS2000 坐標(biāo)；XT、YT、ZT為工程控制點(diǎn)測量歷元時(shí)間ITRF97 框架下坐標(biāo)；VX、VY、VZ為控制點(diǎn)在ITRF97 框架下的速度。

3 matlab 程序?qū)崿F(xiàn)

f u n c t i o n X Y Z S a v e = i t r f 0 8 _cgcs2000(X,Y,Z,t,vx,vy,vz)

Tx=4.8；Ty=2.6；Tz=-33.2；D=2.92；Rx=0.00；Ry=0.00；Rz=0.06；

EPO=2000.0;

其 中Tx、Ty、Tz、D、Rx、Ry、Rz為ITRF08 框架到ITRF97 框架轉(zhuǎn)換參數(shù)，EPO 為歷元時(shí)間，

rms_Tx，rms_Ty，rms_Tz，rms_D，rms_Rx，rms_

Ry，rms_Rz為轉(zhuǎn)換參數(shù)速率，M 為框架旋轉(zhuǎn)矩陣，Vxyz 為歷元轉(zhuǎn)換速度值。

4 實(shí)例分析

為驗(yàn)證基于IGS 站點(diǎn)獲取的煤礦CGCS2000 坐標(biāo)精度，采用中國大陸3度速度場格網(wǎng)模型[1]，用格網(wǎng)平均值代替格網(wǎng)內(nèi)任意一點(diǎn)速度，通過公式（2）求取滕州東大煤礦工程控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)，與利用傳統(tǒng)方法獲取的站點(diǎn)坐標(biāo)對比，結(jié)果見表3。

表3 基于IGS 站點(diǎn)獲取的煤礦CGCS2000 坐標(biāo)誤差

計(jì)算坐標(biāo)值反算基線長度與基線解算差值，結(jié)果見表4。

表4 坐標(biāo)值反算基線長度與基線解算長度差值

5 結(jié)論

隨著CGCS2000 坐標(biāo)系的建立和啟用，煤礦測繪成果需采用CGCS2000 坐標(biāo)，本文利用IGS 站點(diǎn)和工程控制點(diǎn)聯(lián)合解算的方式，利用ITRF 框架轉(zhuǎn)換參數(shù)，獲取ITRF97 坐標(biāo)系下坐標(biāo)，隨后利用速度場格網(wǎng)模型，獲取煤礦工程控制點(diǎn)CGCS2000 坐標(biāo)。結(jié)果表明：

（1）基于IGS 站點(diǎn)的煤礦CGCS2000 坐標(biāo)獲取方法精度能夠滿足工程需要；

（2）GPS 觀測網(wǎng)具有較高內(nèi)符合精度。