基于CGCS2000大地坐標(biāo)系的海島測量控制網(wǎng)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(jīng)濟(jì)的快速增長，我國對海島資源的逐步開發(fā)、利用日益迫切。精確的島礁測繪數(shù)據(jù)，對我國宣示領(lǐng)海主權(quán)、維護(hù)海洋權(quán)益、開發(fā)海洋資源具有重要意義。傳統(tǒng)的測量方法，只能測量距大陸架較近的島礁，隨著GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用結(jié)合航空攝影測量等技術(shù)，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(biāo)系控制網(wǎng)。

2 CGCS2000海島控制網(wǎng)建立方法

2.1 建立思路

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，自2008年7月1日起在全國啟用2000國家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)。為獲取海島測量控制網(wǎng)CGCS2000坐標(biāo)，需要與周邊已知控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測。由于我國海島主要分布在東海和南海，如果僅與我國內(nèi)陸的已知點(diǎn)聯(lián)測，控制網(wǎng)網(wǎng)形較差，所以最好的方法是合理選取周邊3個(gè)或以上國際IGS站進(jìn)行聯(lián)測。同時(shí)求取IGS站點(diǎn)CGCS2000坐標(biāo)，以其作為起算數(shù)據(jù)，進(jìn)行聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，最終獲得海島GPS控制網(wǎng)國家2000坐標(biāo)?？刂凭W(wǎng)建立的流程如圖1所示。

圖1 海島測量控制網(wǎng)建立流程圖

2.2 控制點(diǎn)布設(shè)、外業(yè)觀測原則

根據(jù)《無居民海島使用測量規(guī)范》，界址點(diǎn)坐標(biāo)的點(diǎn)位中誤差不超過±0.5 m?？梢圆捎盟牡菺PS控制網(wǎng)作為海島測量的首級控制網(wǎng)。

GPS網(wǎng)布設(shè)、觀測均應(yīng)參照《衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范》CJJ/T 73－2010中的要求。

2.3 數(shù)據(jù)處理過程

ITRF當(dāng)前發(fā)布的是ITRF2000、2005和2008三個(gè)框架下觀測時(shí)段中心歷元坐標(biāo)，而我國CGCS2000系為ITRF1997框架2000.0歷元，兩者之間存在坐標(biāo)差。所以要獲得CGCS2000坐標(biāo)，還需對IGS站數(shù)據(jù)進(jìn)行板塊運(yùn)動(dòng)改正、歷元轉(zhuǎn)換、框架轉(zhuǎn)換等工作。

(1)獲取國際IGS站數(shù)據(jù)

IGS站數(shù)據(jù)可以在很多網(wǎng)站下載，如ftp://garner．ucsd．edu等，還需同時(shí)下載導(dǎo)航文件及天線信息等文件。

(2)板塊運(yùn)動(dòng)改正

即根據(jù)IGS站點(diǎn)速度場，將觀測時(shí)段中心歷元站點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至所需歷元(2000.0歷元)時(shí)段站點(diǎn)坐標(biāo)。IGS站速度可在ITRFxx_GPS_SSC文件中得到。轉(zhuǎn)換公式如下:

其中:Xt1、Yt1、Zt1為觀測時(shí)段站點(diǎn)坐標(biāo);

Xt2、Yt2、Zt2為所求時(shí)段(2000.0歷元)站點(diǎn)坐標(biāo);

VX、VY、VZ為站點(diǎn)速度場。

實(shí)際上，不同歷元下站點(diǎn)坐標(biāo)也可直接在http://sopac．ucsd．edu網(wǎng)站中查詢。由此可以獲得ITRF2000框架2000.0歷元站點(diǎn)坐標(biāo)。

(3)歷元?dú)w算

由于ITRF發(fā)布的ITRF 2000與以前框架的轉(zhuǎn)換關(guān)系參數(shù)為歷元1997.0(如下表)，因此需要將表中各參數(shù)歸算至歷元2000.0。

轉(zhuǎn)換公式:

mr=1/206265為秒與弧度轉(zhuǎn)換關(guān)系。

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

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

代入公式，則 ITRF2000轉(zhuǎn)換到 ITRF1997框架(2000歷元)的轉(zhuǎn)換參數(shù)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(zhuǎn)換(獲取CGCS2000坐標(biāo))

根據(jù)上述轉(zhuǎn)換關(guān)系對經(jīng)板塊運(yùn)動(dòng)改正得到的ITRF2000框架2000.0歷元站點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得IGS站ITRF1997框架2000歷元(即CGCS2000)坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換公式為:

(5)聯(lián)合基線處理、平差計(jì)算

將四等GPS靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)與周邊選取IGS站數(shù)據(jù)聯(lián)合基線處理、三維約束平差，獲得海島測量控制網(wǎng)CGCS2000大地坐標(biāo)。

3 實(shí)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(shí)施測量，其首級控制網(wǎng)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(shè)四等GPS控制點(diǎn)4個(gè)，由3臺TrimbleR8雙頻GPS接收機(jī)，分兩個(gè)時(shí)段完成。控制點(diǎn)布設(shè)情況如圖2所示。

圖2 控制點(diǎn)布設(shè)示意圖

為了獲得2000國家大地坐標(biāo)系成果，在網(wǎng)站ftp://garner．ucsd．edu 上，下 載了 SHAO、WUHN、TNML三個(gè)IGS站的同期觀測數(shù)據(jù)，并應(yīng)用上述方法對其進(jìn)行了板塊運(yùn)動(dòng)改正、歷元轉(zhuǎn)換、框架轉(zhuǎn)換等處理，得到了3點(diǎn)的CGCS2000大地坐標(biāo)。

通過與四等GPS控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合基線解算、平差計(jì)算，最終獲得了旦門山島GPS控制網(wǎng)的CGCS2000大地坐標(biāo)。控制網(wǎng)的最弱邊相對中誤差為1/68000＜1/45000，其他各項(xiàng)精度指標(biāo)均滿足四等GPS控制網(wǎng)精度要求。

4 結(jié)論

采用上述方法建立海島控制網(wǎng)，不僅打破了傳統(tǒng)控制網(wǎng)布設(shè)方法的局限性，而且也避免了尋找、觀測測區(qū)周邊高等級控制點(diǎn)等工作。直接選取周邊IGS站點(diǎn)作為其起算數(shù)據(jù)，方便、靈活、快捷，節(jié)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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