一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法技术

本发明专利技术公开了一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法，具体涉及大地测量技术领域。本发明专利技术通过给出了计算平均值的方法，得到1998年至2014年间全国“陆态网络”站点在ITRF2008框架下的坐标，然后使用时间序列分析的方法得到基站速度，最后使用三次样条拟合方法对其中粗差进行探测和剔除，本坐标方法采用欧亚板块的旋转矢量取ITRF2008板块运动模型，计算生成的速度场数据为绝对速度，并已转换至ITRF2014参考框架，因此，该坐标方法深入研究了ITRF坐标转换理论与方法，能够快速获得CGCS2000坐标，研究结果显示，坐标框架之间的差异很小，历元不同是坐标差异的主要原因，利用该坐标方法提出的速度格网法进行坐标转换，精度可达cm级别，能够在工程中广泛应用。能够在工程中广泛应用。能够在工程中广泛应用。

【技术实现步骤摘要】
一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法


[0001]本专利技术涉及大地测量
，更具体地说，本专利技术涉及一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法。

技术介绍

[0002]国际陆地参考框架是由一系列具有3维笛卡尔坐标的地面站点构建而成。 ITRF是国际陆地参考系具体实现的参考系(坐标系)。自ITRF坐标系统诞生以来，已发布多个不同框架(ITRF89，ITRF90，ITRF91，ITRF92，ITRF93，ITRF94，ITRF96，ITRF97，ITRF2000，ITRF2005，ITRF2008，ITRF2014)。
[0003]我国从2008年开始推广使用2000国家大地坐标系(CGCS2000)，这是以 ITRF97框架2000.0历元为参考的地心三维坐标系。随着北斗卫星导航定位系统组网完成，CGCS2000坐标系统也开始探索建立全球坐标系统。
[0004]利用ITRF框架作为纽带，可以在不同坐标系统之间进行严密的转换。目前，使用最广、影响最大的版本是ITRF2008，在实际工作，基线解算或者网平差中经常遇到不同坐标框架之间的转换，甚至不同历元下坐标比对和转换，导致现有的坐标方法往往难以符合实际使用时所需要达到的严密性，同时其适用的范围受到了极大的限制。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法，本专利技术所要解决的技术问题是：利用ITRF框架作为纽带，可以在不同坐标系统之间进行严密的转换。在实际工作，基线解算或者网平差中经常遇到不同坐标框架之间的转换，甚至不同历元下坐标比对和转换，导致现有的坐标方法往往难以符合实际使用时所需要达到的严密性，同时其适用的范围受到了极大限制的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法，包括以下步骤：
[0007]S1、相同历元下，不同ITRF框架之间的转换有严密的数学公式，遵循空间三维坐标系之间的七参数转换模型，即：平移三参数(Tx、Ty、Tz)、旋转三参数(Rx、Ry、Rz)和缩放参数D七个转换参数。
[0008]S2、在历元t时刻，三维空间直角坐标框架转换公式如下：
[0009][0010]其中，X，Y，Z表示源ITRF框架下的坐标，XS，YS，ZS表示目标框架下坐标。
[0011]在任意历元t时刻下，转换参数获取公式如下：
[0012][0013]其中，EPOCH表示框架转换参数参考历元，比如ITRF2008转换其他框架的参考历元
是2000.00。P、分别表示历元t时刻的转换参数和参数速率。
[0014]S3、测试我国不同区域的4个IGS核心站ITRF2014，2020历元下坐标值转换到ITRF2008，2020历元下，发现相同历元，不同框架坐标偏差很小。
[0015]S4、历元转换
[0016]同一坐标框架下，不同历元的坐标差异较大，是地壳板块运动造成的，速度场是对某一特定区域板块运动的数学建模，速度场是坐标参考框架维护、坐标转换甚至地壳动力学、地震学研究的重要基础数据，属于严格保密数据。
[0017]地球表面的测定并不是固定不动的，随着地球板块的构造运动而缓慢移动，一般数量级为cm/yr，高精度坐标框架由一系列固连在地表的点位坐标和速度实现并维护(最新的ITRF14还加入了震后变形PSD)，坐标系统转换，除了上述的框架转换以外，更要考虑速度场的影响。
[0018]相同框架下(地心地固坐标系)，记某点不同时刻t1和t2的坐标分别为Xt1，Yt1，Zt1和Xt2，Yt2，Zt2，该点的速度为Vx，Vy，Vz，则相同框架下两个时刻的坐标转换公式如下：
[0019][0020]式中，站点速度值(或者块体运动模型)Vx，Vy，Vz很难测量，需要连续观测数年，为了获得站点速度，已有大量研究文献进行过深入研究，常用的方法有：全域欧拉矢量法、局域欧拉矢量法、格网平均值法和块体欧拉矢量法等方法，其中，获得速度值精度最高和最低的分布是的局域欧拉矢量法和全域欧拉矢量法，采用格网平均法，原因有：1)格网法获得速度精度仅次于局域欧拉矢量法，2)格网平均值法获得速度值非常快速，且操作简单。
[0021]不同框架之间的速度转换公式：Vs＝V+T'+(D'+R')
·
X
[0022]式中，Vs表示目标框架下速度，V表示原框架下速度，T
’
、D
’
、R
’
分别表示平移、缩放和旋转参数的速度。
[0023]ITRF2014框架下2020.00历元转换至2016.00历元，具体如下表：
[0024]S5、由GMT绘制的中国陆地分成137个3
°×3°
的平面速度格网，平面速度需将三维速度场XYZ转成ENU，然后按照“经度，纬度，东向分量，北向分量，误差椭圆半长轴，误差椭圆半短轴，椭圆的长轴相对于水平方向逆时针旋转的角度”制作速度场文件；
[0025]在ITRF2014框架历元2020.00转换到历元2016.00，对比三分量坐标偏差，可以发现精度在1cm以内；
[0026]S6、任意坐标转换
[0027]操作流程：A框架转换到ITRF97或者ITRF2014下，然后利用格网速度模型快速获得速度值进行历元转换，最后再经过框架转换到B框架。
[0028]S7、在实际工程项目中，常常需获取测区CGCS2000坐标，在测区周边找不到已知国家控制点时，可采用GNSS静态观测2h，联合IGS站数据解算获得测点ITRF2014框架2021历元坐标，再坐标转换到ITRF97框架2000.00历元即获得CGCS2000坐标系统。
[0029]测试方法可靠性，收集国家B级控制点，按照研究的方法进行坐标计算并转换，显示方法精度较高，可以达到cm级精度。
[0030]ITRF2014坐标转换CGCS2000坐标，具体如下表：
[0031][0032]作为本专利技术的进一步方案：所述七个转换参数由ITRF官网提供，需要注意的是，官方提供的每个转换参数都具有参考历元和速率。
[0033]作为本专利技术的进一步方案：所述S4中值得注意的是，站点速度也是有参考框架的，不同框架之间可能存在缩放和旋转，混淆速度的框架问题，对坐标转换结果闭合差最差影响可达厘米级，所述S6中具体转换流程可参考图2。
[0034]作为本专利技术的进一步方案：所述文献7和文献8分别为魏子卿,刘光明, 吴富梅.2000中国大地坐标系：中国陆地速度场[J].测绘学报,2011,40(04)： 403
‑
410和ZhaoBin,HuangYong,ZhangCaihong,WangWei,TanKai,DuRinlin.Cr ustaldeformationontheChinesemainlandduring1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速获得优于5cm精度的CGCS2000坐标方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、相同历元下，不同ITRF框架之间的转换有严密的数学公式，遵循空间三维坐标系之间的七参数转换模型，即：平移三参数(Tx、Ty、Tz)、旋转三参数(Rx、Ry、Rz)和缩放参数D七个转换参数；S2、在历元t时刻，三维空间直角坐标框架转换公式如下：其中，X，Y，Z表示源ITRF框架下的坐标，XS，YS，ZS表示目标框架下坐标；在任意历元t时刻下，转换参数获取公式如下：其中，EPOCH表示框架转换参数参考历元，比如ITRF2008转换其他框架的参考历元是2000.00；P、分别表示历元t时刻的转换参数和参数速率；S3、测试我国不同区域的4个IGS核心站ITRF2014，2020历元下坐标值转换到ITRF2008，2020历元下，发现相同历元，不同框架坐标偏差很小。S4、历元转换同一坐标框架下，不同历元的坐标差异较大，是由于地壳板块运动造成的，速度场是对某一特定区域板块运动的数学建模，速度场是坐标参考框架维护、坐标转换甚至地壳动力学、地震学研究的重要基础数据，属于严格保密数据；地球表面的测定并不是固定不动的，随着地球板块的构造运动而缓慢移动，一般数量级为cm/yr，高精度坐标框架由一系列固连在地表的点位坐标和速度实现并维护(最新的ITRF14还加入了震后变形PSD)，坐标系统转换，除了上述的框架转换以外，更要考虑速度场的影响；相同框架下(地心地固坐标系)，记某点不同时刻t1和t2的坐标分别为Xt1，Yt1，Zt1和Xt2，Yt2，Zt2，该点的速度为Vx，Vy，Vz，则相同框架下两个时刻的坐标转换公式如下：式中，站点速度值(或者块体运动模型)Vx，Vy，Vz很难测量，需要连续观测数年，为了获得站点速度，已有大量研究文献进行过深入研究，常用的方法有：全域欧拉矢量法、局域欧拉矢量法、格网平均值法和块体欧拉矢量法等方法，其中，获得速度值精度最高和最低的分布是的局域欧拉矢量法和全域欧拉矢量法，采用格网平均法，原因有：1)格网法获得速度精度仅次于局域欧拉矢量法；2)格...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，刘雄，李亚泽，张亮亮，杨鹏飞，
申请(专利权)人：武汉久违空间信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：