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中国大地坐标系CGCS参数
中国大地坐标系(CGCS)参数
2000中国大地坐标系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000,简称CGCS2000)。
参考历元为2000.0,其定义为:
原点:
包括海洋和大气的整个地球的质量中心;
定向:
初始定向由1984.0时BIH(国际时间局)定向给定;是右手地固直角坐标系。
原点在地心;Z轴为国际地球旋转局(IERS)参考极(IRP)方向,X轴为IERS的参考子午面(IRM)与垂直于Z轴的赤道面的交线,Y轴与Z轴和X轴构成右手正交坐标系。
参考椭球采用2000参考椭球,其定义常数是:
长半轴:
a=6378137m
地球(包括大气)引力常数:
GM=3.986004418×1014m3s-2
地球动力形状因子:
J2=0.001082629832258
地球旋转速度:
ω=7.292115×10-5rads-1
正常椭球与参考椭球一致。
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我国大地测量几卫星导航定位技术的新发展
程鹏飞1,杨元喜2,李建成3,孙汉荣4,秘金钟1
(1.中国测绘科学研究院,北京100039;2.西安测绘研究所,陕西西安710054;
3.武汉大学,湖北武汉430079;4.中国地震局地震预报中心,北京100036)
摘要:
综述我国大地测量及卫星导航定位技术的新进展,介绍近几年我国大地测量工作取得的重要成果:
坐标系统的建立、维护和更新;卫星定位技术的发展应用;地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展;(似)大地水准面精化研究进展。
关键词:
大地测量;卫星导航定位;地壳运动监测;(似)大地水准面
收稿日期:
2007-01-04
作者简介:
程鹏飞(1964-),男,黑龙江鹤岗人,研究员,博士,博士生导师,中国测绘学会常务理事,大地测量专业委员会主任委员,主要从事大地测量专业的理论与应用研究。
大地测量学是以研究地球形状与大小为基本目的的地学领域中的基础性学科,是为人类的活动提供地球空间信息的学科。
大地测量学与地球科学多个分支互相交叉渗透,为探索地球深层结构、动力学过程和力学机制提供技术支持。
近几年,我国大地测量工作有了可喜的进展,在以下几个方面取得了重要成果:
坐标系统的建立、维护和更新;卫星定位技术的发展应用;地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展;(似)大地水准面精化研究进展。
一、我国新一代地心坐标系统的建立和维护大地坐标系是一种固定在地球上,随地球一起转动的非惯性坐标系。
大地坐标系依其坐标系原点的位置不同而分为地心坐标系和参心坐标系。
地心坐标系的原点与地球质心(包括海洋、大气)重合,参心坐标系的原点与某一地区或某一国家采用的参考椭球的中心重合。
由于航天、航空、航海事业的发
展,以及现代测绘技术的普遍
应用,传统的参心坐标系已不能满足需要。
国际上几乎所有发达国家都已采用地心坐标系,我国周边国家大多也采用地心坐标系,我国大地坐标系同样也面临着由参心坐标系向地心坐标系的更新[1~11]。
由笔者组织起草的《我国采用2000国家大地坐标系(CGCS2000)的方案》已经通过了国务院测绘行政主管部门和军事测绘主管部门共同组织的专家验收。
目前该方案已经征求十多个部委意见,待国务院批准。
我国建国以来分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系[6]。
近十年来,我国测绘工作者利用空间观测技术,卓有成效地开展了我国地心坐标系的研究与实践工作。
建成了2000国家GPS大地控制网,完成了全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网的联合平差工作,使2000国家大地坐标不仅有明确的定义,而且有高精度的坐标框架具体
体现。
2000中国大地坐标系(简写为CGCS2000)其定义与ITRS协议的定义一致,即坐标系原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心;尺度为在引力相对论意义下的局部地球框架的尺度;定向的初始值由1984.0时BIH定向给定,而定向的时间演化保证相对地壳不产生残余的全球旋转[6];长度单位为引力相对意义下局部地球框架中的米。
CGCS2000的参考历元为2000.0。
CGCS2000所采用的参考椭球以a(赤道半径)、J2(动力形状因子)、GM(地心引力常数)和ω(地球自转角速度)等四个基本参数定义。
目前CGCS2000的维持主要依靠连续运行GPS参考站,它们是GPS2000的骨架,其坐标精度为毫米级,速度精度为±1mm/a。
CGCS2000框架由2000国家GPS大地控制网点构成,共有约2600个3维大地控制点,其点位精度约为±3cm。
而由国务院测绘行政主管部门和军事测绘行政主管部门分别实施完成的全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网联合平差形成的近5万点构成了CGCS2000Q框架的加密网点,3维点位误差约为±0.3m[10,11]。
二、卫星定位的发展应用
1.Galileo系统进展在中国政府与欧盟签署了中-欧伽利略计划合作协议之后,2005年3月9日,国家遥感中心与中国伽利略卫星导航有限公司(CGI)在北京签署了关于执行“合作协议”的总承包协议。
目前中国的有关机构已经启动了欧盟的伽利略计划的有关研发项目共14项,内容涉及空间段、地面段和用户接收机等。
为体现中国在伽利略计划中的合作地位,旨在加强欧盟国与国之间的科研合作而专门制订的欧盟的第六框架计划(FP6)也已向中国的科研机构、大学和高技术企业开放。
欧盟在2005年12月发射了第一颗伽利略在轨测试导航星之后,将在2007年继续实施发射计划。
2.网
络RTK技术进展目前的网络RTK技术主要包括VRS,FKP和CBI三种。
不管采用什么方法,其实质都是利用基准站网的数据尽可能准确地模拟或消除用户站处的定位误差,从而提高用户的实时定位精度。
由于网络RTK技术使用户不必为作业而独立设置参考站即可实时获得厘米级定位结果,因而该技术迅速在我国得到较广泛的推广。
北京、上海、天津、广东等省(直辖市),以及深圳、昆明、东莞、广州等城市纷纷建立网络RTK服务系统,浙江、江苏等省的类似系统也正在建设中。
3.卫星导航系统在各行业应用的进展在交通运输中,主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。
随着高速公路的迅速发展,对勘测技术提出了更高的要求,目前国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网;差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密,中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS航测等方面;国家测绘局、总参测绘局和交通部共同利用动态差分GPS技术对我国160多万千米的各等级公路进行了高精度数据采集和数据库建设[12~14];在汽车导航和交通管理中的应用主要表现在汽车自动导航方面,汽车导航系统由GPS导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。
GPS导航系统与电子地图、无线电通讯网络及计算机车辆管理信息系统相结合,实现了车辆跟踪和交通管理等许多功能,诸如车辆跟踪———在汽车的电子地图上实时显示车辆的位置,对重要的车辆
和货物进行跟踪运输;提供出行线路规划和导航———主要包括自动线路规划和人工线路设计,软件自动计算最佳路线并显示,告知用户汽车运行路径和运行方法;信息查询功能———为用户提供主要目标的数据库;话务指挥———指挥中心通过通话对跟踪目标车辆实现管理;紧急援助———根据求助信息和报警目标,规划最佳援助方案,启动应急预案,对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。
在气象应用上,我国逐步开展了地基GPS观测在气象学中应用的研究和业务试验工作。
通过基于地面GPS遥感技术,可以获得具有很高时空分辨率、达到毫米精度的水汽资料,以补充常规探空资料在时间分辨率上的不足,提供快速变化的信息。
气象部门结合GPS技术可更早、更准确地预报未来天气状况;在GPS/LEO空基气象学研究中也取得了进展,采用通约LEO/GPS轨道方法,实现了掩星地面观测点控制的新思路;在GPS测风方面,地面站接收GPS信号后会选出所需数据,再加入有关卫星轨道的数据,计算无线
电探空仪的位置,从而计算出高空风向、风速以及气压、气温和湿度。
与传统无线电探空仪相比,GPS测风系统的准确度更高,可探测到探空仪所在大气中准确的气象数据,且不易受闪电及雷暴等恶劣天气影响,因此正成为下一代高空气象探测系统中新的重要的成员。
此外,在建筑工程、土地资源调查、监测与保护、建筑物变形监测、电力和移动通讯网络系统的时间维护、物流配送等方面,卫星导航定位正在发挥越来
越重要的作用。
三、地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展基于中国地壳运动观测网络1998~2004年27个基准站GPS连续观测数据、55个基本站7期观测数据和近1000个区域站3期观测数据,给出了中国大陆现今地壳运动速度场的最新观测结果[15];按照中国大陆地质构造情况,将中国大陆划分成不规则的曲线网格,利用高精度GPS网平差得到的GPS速度、地震矩张量和活断层滑动速率,研究分析了天文大地网与GPS2000网联合平差中是否需要对天文大地网地面观测值进行形变改正问题[16];利用中国大陆以及蒙古、缅甸、印度、尼泊尔和喜马拉雅等周边地区多年的GPS观测资料,基于连续介质假设,采用双三次样条函数模拟方法,给出中国大陆整体水平位移速度,拟合精度优于±3mm/a,获得了中国大陆的水平应变率场,并分析了中国大陆现今构造变形、水平应变率场的空间分布特征[17];利用2001年和2003年两期GPS观测数据,结合绝对重力测量结果分析了中国沿海海岸在欧亚框架下的水平运动及在全球框架ITRF2000下的垂直运动特征,并讨论GPS定期观测与连续观测的区别[18]。
此外,综合利用GPS及VLBI技术,还可对地学板块运动模型进行验证[19]。
而通过解算北美、欧亚、太平洋等12板块之间的相对运动欧拉矢量,得到了实测的板块运动模型GVM1,与NUVEL-1A的比较指出:
GVM1大体上与地学模型一致;EURANOAM的极位置与NUVEL-1A的相应极比较接近,旋转速率略微偏大;澳大利亚板块在最近几年内是稳定的;太平洋板块与其他板块对的极位置与地学模型较为接近,这表明多种技术的组合数据提高了板块运动模型建立的精确性和可靠性[20]。
四、(似)大地水准面精化研究进展(似)大地水准面的精化一直是大地测量学中的热点问题,不仅具有理论价值,尤其是在高精度卫星导航定位系统广泛应用的今天,更具巨大的使用价值,它将使全球卫星定位系统的3维定位性质在实际应用中充分发挥作用,并在高程测定上用卫星定位逐渐替代低等级的水准作业。
新一代中国似大地水准面CQG2000是在利用420055的重力数据和671
个国家A/B级GPS水准资料计算得出的。
重力归算和5′×5′格网空间重力异常是采用地形均衡归算完成和计算的。
计算格网布格改正、地形改正和均衡改正时采用了中国百万数据库DTM资料,其分辨率为18.75″×28.125″;在我国境外的大陆部分采用了美国USGS的分辨率为30″×30″的全球数字高程模型;利用双线性内插为18.75″×28.125″高程模型;在中国海及邻海海底地形模型采用将美国国防制图局(DMA)和美国宇航局(NASA)哥达德飞行中心(GSFC)1995年研制的5′×5′联合全球高程数据(JPG95E),通过双线性方法内插为18.75″×28.125″海底地形模型。
将上述两种数据源的地形数据合并,首先采用了1维FFT技术计算了18.75″×28.125″地形改正(包括Taylor级数展开的一阶和二阶项),积分半径取80km。
均衡改正同样利用1维FFT技术计算,积分半径为166.7km。
考虑到数据量较大的因素,所有计算均按百万图幅分块处理。
CQG2000在36°以北108°以西似大地水准面的精度为±0.5m;在36°以北108°以东精度为±0.3m;在36°以南108°以西精度为±0.6m;在为36°以南108°以东精度为±0.3m。
在区域大地水准面求定的理论和实践方面均取得了重大进展,突破了若干关键技术,使得我国局部似大地水准面确定精度实现了跨时代的发展,逐渐形成应用高分辨率数值地面模型(例如美国奋进号航天飞机雷达地形测绘使命(SRTM)高分辨率3″×3″数值地面模型)进行地形改正、采用严密的1维FFT技术计算地形改正、均衡改正、采用严密的陆
海统一地形改正算法等越来越成熟的数据处理流程,提高了陆海交界地形改正的精度,确保了陆海统一的似大地水准面的高精度。
实践证明,在数量和质量均有足够保证的情况下,重力似大地水准面可以与GPS/水准点保持非常好的一致性,其不符值可以在10cm以内。
在重力资料不充分的情况下,可用球冠谐调和分析方法对重力资料和GPS/水准资料联合求解。
这种局部重力场逼近的新方法可以克服经典空域离散积分公式在理论分析上和实际上的局限性,而且理论上兼有全球谱表达的优点又冲破了其向更高分辨率扩展的限制。
在青海柴达木盆地似大地水准面计算中,采用了83个GPS/水准资料和166078个点重力数据,并以地球重力场模型EGM96作为参考重力场,最终求定了1.5′×1.5′格网似大地水准面;青岛市似大地水准面的求定以WDM94为参考重力场模型,采用严密的地面重力数据归算方法和似大地水准面计算模型,计算了精度为2.5cm的重力似大地水准面,并移去GPS/水准似大地水准面的垂直差异,得到的似大地水准面内符合精度为±1.5cm。
270
个GPS水准点进行的外部检核显示其外符合精度为±1.8cm;河北省地区的似大地水准面的确定中,使用了37498个点重力数据和114个GPS水准资料确定了分辨率为2.5′,精度优于±0.065m的似大地水准面;新疆塔里木盆地及周边地区似大地水准面计算中,采用了269633个点重力数据和66个GPS水准资料,以及SRTM高分辨率30″×30″数值地面模型,获得了2′30″×2′30″格网似大地水准面,其精度优于±0.20m。
而常州市似大地水准面采用了3610个点重力数据和高精度60个GPS水准资料,其精度优于±0.014m;哈尔滨、沈阳、东莞、广州等城市,以及广东省似大地水准面的求定也按以上方案进行了实施。
值得一提的是,东莞的重力似大地水准面与独立数据源获得的离散似大地水准面GPS水准比较,其精度已达到±0.012m,而利用球冠谐调和分析方法将重力似大地水准面与GPS水准联合求解得到了精度优于±0.01m的2′30″×2′30″格网似大地水准面。
这一成果将有助于改变传统高程测量作业模式,是迄今为止国内精度最高的城市似大地水准面。
综上所述,我国局部大地水准面的研究,自2004年以来,提出了确定似大地水准面严密的陆海统一算法和具有原创性的球冠谐理论和方法,突破了若干关键技术,使得我国城市似大地水准面确定精度实现了跨时代的发展。
全球定位技术结合1厘米精度似大地水准面成果,可以满足二等水准测量要求。
五、结束语
近年来我国的大地测量工作取得了重要进展,采用新一代大地坐标系已成为刻不容缓的工作,在技术条件成熟的今天,采用新的坐标系仍然要解决大量测绘产品的坐标转换问题。
同时,在今后如何维护国家的大地坐标系,使大地参考框架得到及时有效的加密和更新,都需要测绘工作者的不懈努力;在大地测量手段日益丰富和增强的形势下,大地测量与地学的其他学科进行交叉和融合,将会更好地推动地球科学的发展;在今后多种卫星导航定位系
统共存的情况下,新的快速高精度定位技术将不断出现,必将推进在更多的行业中的应用,也将为大地水准面的进一步精化提供更加高效的手段。
参考文献:
[1]陈俊勇.改善和更新我国大地坐标系统的思考[A].大
地测量论文集———祝贺陈永龄院士90寿辰[C].北京:
测绘出版社,1999.
[2]陈俊勇.关于中国采用地心3维坐标系统的探讨[J].
测绘学报,2003,32(4):
283-288.
[3]陈俊勇.国际地球参考框架2000(ITRF2000)的定义及
其参数[J].武汉大学学报(信息科学版),2005,30(9):
753-756.761.
[4]陈俊勇,文汉江,程鹏飞.中国大地测量科学发
展的若
干问题[J].地球科学进展,2001,16(5):
681-688.
[5]魏子卿.关于建立新一代地心坐标系的意见[A].地面
网与空间网联合平差论文集[C].北京:
解放军出版社,
1999.85-90.
[6]魏子卿.我国大地坐标系的换代问题[J].武汉大学学
报(信息科学版),2003,28
(2):
138-143.
[7]杨元喜.中国大地坐标系建设主要进展[J].测绘通报,
2005,
(1):
6-9.52.
[8]董鸿闻,武文忠,王晓国,等.论新一代国家大地测量控
制网的建立[J].测绘通报,2001,(9).
[9]程鹏飞,吴晓平,许才军,等.大地测量学科发展现状
[A].中国测绘学科发展蓝皮书[C].北京:
测绘出版
社,2005.11-13.
[10]YANGY,ZHAM,SONGL,etal.CombinedAdjustment
ProjectofNationalAstronomicalGeodeticNetworks
and2000’NationalGPSControlNetwork[J].
ProgressinNationalScience,2005,15(4):
435-441.
[11]成英燕,程鹏飞,顾旦生,等.联合平差中的方差分量
估计问题的探讨[J].测绘科学,2005,30
(2):
51-54.
[12]程鹏飞,李夕银,张莉,等.用差分GPS采集1∶5万
公路数据的技术关键———简述全国铁路数据采集的
技术设想[J].测绘科学,2000,25
(1):
34-36.
[13]程鹏飞,李夕银,张莉,等.全国公路网差分GPS数
据采集软件设计[J].武汉大学学报(信息科学版),
2003,28:
146-149.
[14]程鹏飞,李夕银,张莉,等.中国公路差分GPS测量
[J].测绘科学,2004,29
(2):
11-12.
[15]牛之俊,王敏,孙汉荣,等.中国大陆现今地壳运动速度
场的最新观测结果[J].科学通报,2005,50(8):
839-840.
[16]许才军,王华,程鹏飞,等.天文大地网与GPS2000
网联合平差的地壳形变改正研究[J].武汉大学学报
(信息科学版),2005,30
(1):
34-37.
[17]杨少敏,王琪,游新兆.中国现今地壳运动GPS速度场
的连续变形分析[J].地震学报,2005,27
(2):
128-138.
[18]刘根友,朱耀仲,许厚泽,等.GPS监测中国沿海验潮
站垂直运动观测研究[J].武汉大学学报(信息科学
版),2005,30(12):
1044-1047.1055.
[19]毛悦,孙付平.利用空间技术求解现时板块运动参
数[J].四川测绘,2005,28
(1):
3-6.
[20]朱新慧,孙付平,秦勇.组合GPS和VLBI数据建立
板块运动模型[J].武汉大学学报(信息科学版),
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地图坐标系
看了你的mashup,再次确认了一个事实。
googlemap用的是wgs84坐标系。
而googleditu采用的地图来自,用的是另一种坐标系(可能是北京54或西安80坐标系,这在国内的GIS中常用,但更可能是一种加密的wgs84坐标).所以
可以在你的地图上明显看出两者的误差有500到1000米左右。
一般认为,这种人工误差可以保障国家勘测数据的信息安全,地图数据不能和基与wgs84坐标的GPS采集数据直接配合使用。
2.空间坐标系及相互转换
2.1现有空间坐标系
现有主要坐标体系包括全球坐标系、国家坐标坐标系和地方坐标系统三类。
(1)全球坐标系(WGS-84坐标系)
WGS-84坐标系WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系,是一种协议地球坐标系,采用的是地心坐标系。
WGS-84坐标系的定义是:
原点是地球的质心,空间直角坐标系的Z轴指向BIH(1984.0)定义的地极(CTP)方向,即国际协议原点CIO,它由IAU和IUGG共同推荐。
X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点,Y轴和Z,X轴构成右手坐标系。
WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值,采用的两个常用基本几何参数:
长半轴a=6378137m;扁率f=1:
298.257223563。
该坐标系与投影无关,直接记录经纬度,常用于GPS应用系统。
(2)国家坐标系
国家坐标系包括北京54和西安80两种坐标系。
北京54坐标系是指1954年我国在北京设立了大地坐标原点,采用克拉索夫斯基椭球体,依此计算出来的各大地控制点坐标的大地坐标系,其实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。
西安80坐标系是采用国际地理联合会(IGU)第十六届大会推荐的椭球参数,大地坐标原点在陕西省泾和县永乐镇的大地坐标系,又称西安坐标系
(3)地方坐标系
地方坐标系是指各地根据测量工作的需要,自行设计的坐标系。
如北京有北京地方坐标系,上海有上海地方坐标系。
上述三类坐标系统之间的差异主要体现在参考的地球椭球体、坐标原点和基准方向不一样。
2.2坐标系转换
由于WGS-84、北京54、西安80坐标系统的参数是公开的,因此在各大GIS软件平台上可以进行相互之间的自动转换。
而各地地方坐标系与WGS-84、北京54、西安80坐标系统之间的转换,需要各地公开各自坐标系统的参数(为绝密信息),且基本上不能进行自动转换,需要编程实现。
目前
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