统一青岛市测量坐标系061分解.docx

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统一青岛市测量坐标系061分解

统一青岛市测量坐标系统

技术方案

青岛市国土资源和房屋管理局

国家测绘局大地测量数据处理中心

2007.08

目录

1.概况1

1.1测区范围及行政隶属1

1.2地理位置2

2.青岛市新坐标系统2

2.1青岛市新坐标系统的定义2

2．2青岛市新坐标系统的建立2

2．2．1空间坐标建立和精度统计3

2．2．2坐标转换和精度统计4

3.青岛市控制网现状分析5

3．1青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网5

3．1．1空间坐标精度统计5

3．1．2平面坐标精度统计6

3.2青岛市GPS控制网7

3.2.1青岛市城市二等GPS控制网的建立7

3.2.2青岛市区城市三四等GPS控制网8

3.2.3青岛市各辖市GPS城市控制网8

3.3青岛市城市控制网及坐标系统9

3．4青岛地区采用的坐标系10

3．5青岛地区控制网和资料情况10

3．6青岛市控制网分析10

3．6．1青岛市控制网分类10

3．6．2青岛市GPS控制网存在问题11

4.统一青岛市测量坐标系统的技术流程图11

5.统一青岛市测量坐标系统方案12

5．1执行技术标准：

12

5．2控制点成果的转换方法12

5．2．2方法二具体实现18

5．3各种资料图件的坐标转换方法18

5．3．1电子图件的转换18

5．3．2纸质图件的转换19

5．3．3ARCINFO软件E00图形数据坐标转换方法20

5.3.4AUTOCAD软件的DXF（或DWG）图形数据坐标转换方法23

6．新旧坐标系统控制成果和图件的精度分析23

6．1新旧坐标系统控制成果分析23

6．1．12004青岛土地调查控制网1980西安坐标系与新系统坐标的比较分析与转换24

（1）两种坐标比较分析24

6．1．2青岛80坐标与新系统坐标的比较分析与转换25

（1）两种坐标比较分析25

6．1．31954年北京坐标系统与新系统坐标的比较27

6．1．41980西安坐标系统与新系统坐标的比较28

6．2新旧坐标系统图件分析28

6.2.12004青岛土地调查控制网1980西安坐标系图件转换为新坐标系统29

6.2.2青岛96坐标系图件转换29

6．3新旧坐标系统对长度影响29

6．3．12004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标边长之差29

6．3．2青岛80坐标与新系统坐标边长之差30

6．4新旧坐标系统对面积的影响30

（1）、2004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标面积之差30

7．控制网具体转换方案31

7．1主要控制网坐标成果的转换31

7．1．1青岛市GPS城市控制网31

7．1．2青岛市城区控制网改造网（三、四等）32

7．2局域控制网坐标的转换方法32

7．2．1原控制网保留平面坐标转换具体处理方法：

33

8．各种信息系统的坐标系更新35

8.1房产交易中心系统的更新35

附表一：

“青岛市基础控制测量网”地心坐标转换1980西安坐标采用的重合点36

附表二2006与2004青岛市测量基础控制网1980西安坐标系坐标之差38

附录一：

2

附录二：

各种坐标转换参数6

统一青岛市测量坐标系统技术方案

1.概况

随着青岛市经济建设的飞速发展，原有的测量基准网已不能满足城市建设发展的需要。

1995年青岛市规划局组织有关部门对青岛市原有基础控制网进行了分析研究，开展了青岛市GPS城市控制网建设；2004年青岛市国土局为了开展青岛市国土资源调查，分析了基础控制网的现状，结合国土资源调查的需要，开展了青岛市土地调查大地基础控制测量项目建设；2005－2006年国家测绘局为满足新技术条件下国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，组织实施了“华东、华中区域大地水准面精化”项目，其中包括山东省GPSA、B、C级网建设及大地水准面精化，在青岛市有1个GPSA级点、6个GPSB级点和102个GPSC级网点，这些点基本与青岛市土地调查大地基础控制测量项目的点位重合。

以上这些控制网的建成在很大程度上满足了青岛市城市建设的需要。

与此同时还存在着不足，目前青岛市有多套测量坐标成果，规划部门有自己的坐标系统和控制网，土地部门也有自己的坐标系统，两者之间相差很大，各种图件无法融合，无法统一，这不利于测绘依法行政、统一管理和使用，给测量成果的使用和管理带来了很大的困难，严重制约了测绘成果的共享与服务，不利于青岛市城市建设的需要。

按照现代测绘理论，在一个城市，测量基准及其成果应该是严格统一的、唯一的，因此，统一以上坐标系统及其成果势在必行。

青岛市坐标系统的统一，将为各类测绘成果资料的信息共享、成果的管理和使用打下了良好的基础，为青岛市国民经济建设提供基础测绘保障与服务，必将会在青岛市经济建设中发挥重要作用。

如何统一青岛市测量坐标系统，原控制成果和图件如何在统一的系统下使用，以及原地理信息系统如何使用，成为各行各业关注的焦点，该设计方案就是解决这些问题。

1.1测区范围及行政隶属

青岛市地处山东半岛东南部，东西宽约140公里，南北长约180公里，全市总面积10654平方公里，其中市区（含市南、市北、四方、李沧、崂山、城阳、黄岛七区）1102平方公里，所辖胶州、胶南、即墨、平度、莱西五市9552平方公里。

全市海岸线（含所属海岛岸线）总长为862.64公里，其中大陆岸线730.64公里，占山东省岸线的1/4。

全市有海岛69个。

1.2地理位置

青岛市位于东经119°30'~121°00'，北纬35°35'~37°09'。

东、南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照市接壤。

2.青岛市新坐标系统

2.1青岛市新坐标系统的定义

建立的青岛市新坐标系统，是以2004“青岛市土地调查大地基础控制测量项目”控制网作为青岛是基础控制网，重新命名为“青岛市测量基础控制网”，采用1980西安坐标系统。

为了区别称为“青岛市测量基础控制网”（2006）1980西安坐标系统。

⏹参考椭球：

IAG－75椭球

⏹椭球长半径：

⏹地球引力场二阶带谐系数：

⏹地心引力常数：

⏹地球自转角速度：

ω

⏹高程异常：

采用1980西安坐标系高程异常

⏹投影面：

1985国家高程基准相应的黄海平均海平面

⏹平面坐标：

中央子午线120°，3°投影带

2．2青岛市新坐标系统的建立

“青岛市测量基础控制网”（2006）成果构成由华东、华中区域大地水准面精化项目（青岛市）的GPSABC级网和青岛市土地调查大地基础控制测量项目的GPS框架网、CD级网共同构成，共有GPS点382点，其中GPSA级网点1个，B级网点6个，C级网点117个，D级网点258个。

“青岛市测量基础控制网”（2006）成果计算，一方面确保现有资源的合理利用，另一方面，要与山东省GPSC级保持一致，确保资料成果统一性和现势性。

参考基准：

地心坐标系ITRF97，参考框架，2000.0历元。

2．2．1空间坐标建立和精度统计

采用目前国际上公认的高精度定位软件之一美国麻省理工学院的GPS数据处理软件GAMIT/GLOBK，进行青岛市测量基础控制网数据处理。

华东、华中区域大地水准面精化项目是在全国及国际GPS连续运行站控制下，进行整体平差得到地心坐标成果，与2000国家GPS控制网保持了一致。

山东省GPSABC级网是华东、华中区域大地水准面精化项目的重要组成部分，它是目前山东省最新、现势性最好的基础控制成果。

青岛市GPSC级网（2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目）是山东省GPSC级网的组成部分，在山东省GPSABC级网的控制下，进行青岛市GPSD级网平差，从而得到了青岛市目前最新、现势性最好、与山东省基础控制基准一致的成果。

“青岛市测量基础控制网”（2006）成果

图2-2青岛市测量基础控制成果（2006）构成

GPSA、B级网点南北方向的平均精度为±0.4mm，东西方向为±0.4mm，高程方向为±1.7mm，基线相对中误差平均值为

。

GPSC级网点南北方向的平均精度为±0.8mm，东西方向为±0.8mm，高程方向为±2.1mm，基线相对中误差平均值为

。

GPSD级网点南北方向的平均精度为±1.3mm，东西方向为±1.4mm，高程方向为±2.9mm，基线相对中误差平均值为

。

2．2．2坐标转换和精度统计

在青岛市测量基础控制网点地心坐标系（WGS-84坐标系）转换为参心坐标系（1980西安坐标系）中，为了与华东、华中大地水准面精化项目中山东省GPS控制网点的坐标保持一致，我们利用精化项目中山东省地心坐标系与参心坐标系坐标转换参数作为本次坐标转换参数，采用144个重合点求取WGS-84坐标系与1980西安坐标系坐标转换参数，重合点详细情况见附表一。

重合点分布图：

图2-3WGS-84坐标系与1980西安坐标系转换重合点分布图

坐标转换采用Bursa七参数模型，坐标转换精度是通过求取转换参数重合点的残差中误差体现的。

青岛市地心坐标系与1980西安坐标系坐标转换精度：

表2-180坐标转换坐标残差表

精度统计

残差（米）

点号

转换用重合点数

平面坐标X最大点

0.1485

PA38

144

平面坐标Y最大点

0.1363

PB74

最大点位

0.1509

P574

平面X残差中误差

0.0588（米）

平面Y残差中误差

0.0606（米）

平面坐标残差中误差

0.0844（米）

3.青岛市控制网现状分析

青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网和青岛市GPS二等控制网作为前期青岛地区骨干控制网，由于精度较高，分布均匀，覆盖五市七区，青岛大部分局部控制网都是以此为基础建立的，只有少量局部控制网是在国家控制网基础上发展。

3．1青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网

2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目，布设青岛市GPSC、D级网，在GPSC级网的控制下，进行青岛市GPSD级网平差，从而得到了青岛市目前最新、现势性最好的成果。

GPS网平差采用逐级控制。

首先在ITRF97框架下，参考历元为2000.0，以国内及周边地区GPS连续运行站为框架点，做三维约束平差，求出GPSA、B级网点坐标；其次在ITRF97框架下，参考历元为2000.0，以国内及周边地区GPS连续运行站和临时基准站为框架点，其中GPSA、B级网和临时基准站点给予2σ的约束，求出GPSC级网点坐标。

在GPSC级网的控制下，进行青岛市GPSD级网平差。

然后，采用Bursa七参数坐标转换模型和重合点14个坐标，将地心坐标转换为1980西安坐标。

3．1．1空间坐标精度统计

表3-1GPSC级网空间直角坐标与基线精度统计表

统计项

最值

Xrms

Yrms

Zrms

基线相对中误差

最小值

0.6mm

0.8mm

0.6mm

最大值

4.8mm

7.9mm

5.2mm

平均值

1.3mm

1.8mm

1.4mm

由上表可知，坐标精度优于8mm，基线相对中误差最大值为

，平均值为

。

表3-2GPSC级网站心直角坐标精度统计表

统计项

最值

Nrms

Erms

Urms

最小值

0.4mm

0.5mm

1.0mm

最大值

3.8mm

3.8mm

9.2mm

平均值

1.0mm

0.9mm

2.2mm

由上表可知，水平方向的精度优于4mm，高程方向的精度优于10mm，水平方向最弱点为C088，高程方向最弱点为C088。

表3-3GPSD级网空间直角坐标与基线精度统计表

统计项

最值

Xrms

Yrms

Zrms

基线相对中误差

最小值

0.6mm

0.9mm

0.7mm

最大值

24.0mm

16.8mm

8.5mm

平均值

1.6mm

2.1mm

1.7mm

由上表可知，坐标精度均优于2.4cm，基线相对中误差最大值为

，平均值为

。

以上统计不含D151点，因该点数据质量太差，D151点精度Xrms为59.3mm，Yrms为35.8mm，Zrms为33.8mm。

表3-4GPSD级网站心直角坐标精度统计表

统计项

最值

Nrms

Erms

Urms

最小值

0.5mm

0.5mm

1.1mm

最大值

7.7mm

20.8mm

15.7mm

平均值

1.3mm

1.3mm

2.8mm

由上表可知，水平方向的精度优于2.1cm，高程方向的精度优于1.6cm，水平方向最弱点为D253，高程方向最弱点为D253。

以上统计不含D151点，因该点数据质量太差，D151点精度Nrms为21.4mm，Erms为38.9mm，Urms为63.0mm。

3．1．2平面坐标精度统计

采用Bursa七参数坐标转换模型，采用重合点为GD04、C001、C015、C019、C034、C046、C052、C058、C074、C078、C082、C084、C085、C099。

1980西安坐标采用3°带高斯正形投影，中央子午线为东经120°。

表3-5坐标转换残差表

精度统计

残差（米）

点号

转换用重合点数

平面X最大点

0.1624

C082

14

平面Y最大点

0.1325

C015

最大点位

0.1914

C058

平面X残差中误差

0.0925（米）

平面Y残差中误差

0.0764（米）

平面坐标残差中误差

0.1199（米）

3.2青岛市GPS控制网

青岛市GPS控制网为青岛市城市二等GPS控制网和青岛市区城市及周边三四等GPS控制网。

3.2.1青岛市城市二等GPS控制网的建立

青岛市城市二等GPS控制网于1996年建成。

全网由65点组成，由多兵涧（Ⅰ等）、后儿堡（Ⅰ等）、常山（Ⅰ等）、水清沟（Ⅱ等）四个重合国家高精度常规控制网的点构成GPS骨架网。

65点中，重合国家Ⅰ等三角点8个，重合国家Ⅱ等基本锁18点，与国家Ⅱ、Ⅲ等补充网重合34点，另有20点与各市城控首级网点重合。

新设点位5个。

网中有24点联测了三等水准。

3.2.1.1坐标系统及精度

3.2.1.1.1青岛城市80坐标系

首先对骨架网在常山、多兵涧两点固定的约束下（即以此两点1980西安坐标系坐标为起算）进行平差求出其余两个骨架网点的80系坐标，然后以骨架网4个点作起算，对65点全网进行80坐标系下的约束平差，求得称为“青岛市城市80坐标系”的坐标。

平差后的最弱点点位中误差为±1.33cm；最弱边（石崖－法家园）的相对误差为1/213万。

3.2.1.1.2青岛96城市坐标系

将青岛市城市二等GPS网的青岛城市80坐标系坐标平移至原青岛城市坐标系统的起算点：

水清沟（Ⅱ锁）的坐标上，定名为“青岛96城市坐标系”，简称青岛96系统。

利用原市区范围内6个二等GPS网重合点的成果和1972年复测的地面观测（三角、导线）资料，依次对二、三、四等三角网和以后建立的小三角网、一、二级导线网进行全面系统的改算，形成了市区原控制范围内完整的青岛96系统新成果。

3.2.1.1.3青岛市城市54坐标系

与青岛城市80坐标系平差方法基本相同，只是将固定点坐标换成1954年北京坐标系坐标起算。

3.2.2青岛市区城市三四等GPS控制网

青岛市勘察测绘研究院于2001~2003年在青岛市二等GPS网的基础上加密，布设了覆盖市内七区及周边邻接地区的城市三四等GPS网。

情况详见表3-6。

表3-6青岛市区三四等GPS网情况表

网名等级

点数

建成年代

控制范围

精度

坐标系统

点位误差cm

边长误差

市区三等网

102

2003年

市内七区及周边邻接

1.0

青岛城市

54系统;

青岛城市

80系统;

青岛市

96系统

黄岛四等网

65

2003年

黄岛地区

1.56

市内地区四等网

112

2003年

市内四区

1.36

高科园四等网

高科园区

2.22

全市三等网

53

1997年

全市辖区

（不含市区）

3.05

青岛市区城市三、四等GPS网分别在青岛市城市二等GPS网、三等GPS重合点坐标约束下进行平差。

分别具有青岛市54系、青岛城市80系的坐标成果。

然后将青岛城市80系坐标平移即得到青岛城市96坐标系坐标。

3.2.3青岛市各辖市GPS城市控制网

2000~2003年，青岛市各辖市土地、规划部门先后布设了三四等GPS控制网。

详见表3-7。

表3-7青岛市城市三四等GPS网情况简表

网名

施测单位、年代

等级

点数

坐标系统

精度

点位误差

边长相

对误差

胶南市三等GPS

山东省第一测绘院2001年

三

88

青岛城市80坐标系

±1.0

1／24万

平度市地籍调查三等GPS网

山东省正元地理信息公司2001年

三

30

青岛城市80坐标系

±4.0

1／19万

平度市地籍调查四等GPS网

山东省正元地理信息公司2001年

四

197

青岛城市80坐标系

±1.0

1／4万

即墨市D级GPS控制网

山东省正元地理信息工程公司2002年

D（四）

32

1954年北京坐标系

±1.0

1／22万

即墨市E级GPS控制网

山东省正元地理信息工程公司2002年

E

59

1954年北京坐标系

±1.0

1／12万

莱西市四等GPS控制网

山东省第一测绘院2003年

四

53

青岛城市80坐标系

±1.0

1／25万

莱西市地籍调查四等GPS控制网

山东省正元地理信息工程公司2000年

四

140

1980西安坐标系

±3.0

1／4万

胶州市三四等GPS网

辽宁工程技术大学

2003年

三等

7

四等

66

1980西安坐标系

胶州市地籍调查三四等GPS网

山东省正元地理信息工程公司2001年

三等

18

四等

78

1980西安坐标系

±1.0

1／31万

1／6万

莱西市一级导线

山东省第一测绘院

2003年

一级

212

1980西安坐标系

即墨市一级导线

山东省正元地理信息工程公司2002年

一级

295

1954北京坐标系

±1.0

1／2.6万

3.3青岛市城市控制网及坐标系统

为满足城市建设的需要，青岛市区及各辖市于50年代至80年代利用常规方法逐步建成了几个相对独立的城市控制网。

青岛市首先建成的是城市二等三角网。

二等网东到午山、崂山水库一线，北至大北渠，惜福镇一带，由20个点（含两组基线点）组成。

在该网的基础上向西扩展了棘洪滩、红岛三四等网；二等网范围内的青岛市区则加密了较多的三、四等点，控制面积约1500平方公里，构成了第一代青岛市城市控制网。

该网于1957年建立，于1972年进行了复测，复测时除个别点位作了调整外，基本网形未变。

由于仪器、觇标及技术的改善，网的精度有了较大的提高。

青岛市城市二等网采用“青岛市城市坐标系统”作为平面基准。

该系统的起算点为国家Ⅱ锁点水清沟，坐标为1954年北京坐标系坐标，起算方位为该点至Ⅱ锁点城阳的方位角。

起算边为基线长度归算到黄海平均海水面。

平差后的坐标减去一固定常数即得青岛市城市坐标系坐标。

该网点间相对精度较好地达到了城市测量规范的要求，满足控制范围内城市大比例测图及工程测量的要求。

3．4青岛地区采用的坐标系

对现有20个GPS控制网分析，青岛地区采用的坐标系为以下几种：

⏹青岛96城市坐标系（简称：

青岛96坐标系）

⏹青岛城市80坐标系（简称：

青岛80坐标系）

⏹青岛市城市54坐标系

⏹青岛城市坐标系

⏹1954年北京坐标系（简称：

54系）

⏹1980西安坐标系（简称：

80系）

其中，青岛96城市坐标系、青岛80城市坐标系、青岛市城市54坐标系和青岛城市坐标系统坐标数值加有坐标常数。

3．5青岛地区控制网和资料情况

现有20个控制网大多数采用GPS测量施测，等级分别为C、D、E级，布设控制点4226个。

详细见附录一。

3．6青岛市控制网分析

3．6．1青岛市控制网分类

从年代划分青岛市控制网为三部分，50年代至80年代，利用常规方法逐步建成了几个相对独立的城市控制网，采用“青岛市城市坐标系统”平面基准，为1954年北京坐标系坐标但加有常数，其成果现已改算到青岛96系统。

1996年至2003年，建立的青岛市城市二等GPS控制网及三四等GPS控制网，青岛市城市二等GPS控制网覆盖了全市范围，控制面积达1万多平方公里，是青岛辖区当时精度最高的首级平面控制系统，对于全市城建、土地资源的统一规划，利用和管理，以及局部网的改造、加密、扩建具有重要意义。

青岛市二等GPS控制网从使用的设备和执行的技术标准看完全达到了国标GB／T18314－2001规定的C级网精度，其中骨干网达到了B级网的要求，全网达到甚至超过城市二等GPS网的精度要求。

各区、市的城市Ⅲ、Ⅳ等GPS控制网外业观测所采用的接收设备好，观测年代较近，达到或超过行业标准CJJ73－97的精度要求。

采用坐标系统，主要成果为青岛96系统、青岛城市80坐标系。

2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目，覆盖了全市范围，采用的是1980西安坐标系统。

3．6．2青岛市GPS控制网存在问题

青岛市各辖市规划、土地部门建立的GPS网的坐标系统不统一，因而给使用带来一定困难。

土地部门主要采用的是1980西安坐标系统，而规划部门主要采用的是青岛96系统和青岛城市80坐标系。

青岛城市80坐标系除去加有常数，属于1980西安坐标系统，但是与土地部门的重合点坐标值存在差异，主要平差方法的不同引起的。

4.统一青岛市测量坐标系统的技术流程图

总体思路：

先处理主要控制网，它包含其它控制网的起算点，将作为青岛新坐标系的骨架，然后再全面转换其它控制网。

具体是先选择青岛主要控制网，然后，对其进行GPS平差、转换坐标处理，形成高精度青岛市新坐标，再以此作为其它控制网坐标转换起算点，同时开展对主要控制网图件转换。

选择的青岛主要控制网为：

⏹青岛市土地调查大地基础控制测量网

⏹青岛市GPS二等控制网

⏹青岛市三、四等GPS、水准控制网

⏹青岛市GPS三等控制网

图4-1统一青岛市测量坐标系统的技术流程图

5.统一青岛市测量坐标系统方案

5．1执行技术标准：

表5-1执行技术标准

序号

标准名称

标准代号

1

全球定位系统（GPS）测量规范

国家技术监督局GB/T18314-2001

2

国家一、二等水准测量规范

国家技术监督局GB12897-1991

3

国家三、四等水准测量规范

国家技术监督局GB12898-1991

4

城市测量规范

中华人民共和国建设