2000国家大地坐标系成果建 立与使用
中国测绘科学研究院 地心推广应用项目组
成英燕
2011年12月17日
内容
一、 CGCS2000系已有成果 二、国际地球参考框架ITRF及CGCS2000框架 三、不同ITRF框架到CGCS2000的转换 四、 CORS站转换到CGCS2000 五、坐标转换软件 六、全国1:1万比例尺地形图图幅改正量计算及其使用 七、 CGCS2000下城市独立坐标系的建立 八、城市平面坐标系统的实现和维持
2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换
IERS96 推荐 NNR-NUVEL1A板块运动模型
ITRF框架转换关系及速度场转换
框架转换步骤 框架转换关系建立(不同框架之间) 进行板块运动改正(不同历元间) 进行框架点坐标计算
框架转换关系
从ITRF2000转换到以前框架的转换参数与速率（历元1998. 0）
转换参数 T1(cm) T2(cm) T3(cm)
S
ppb
R1
.001"
2000国家大地控制网
CGCS2000骨架其坐标精度为毫米级 速度精度为1 mm/a
三维地心坐标精度约为3 cm
平面点位精度:一、二等±0.11m, 三、四等内符精度为±0.07m
2000国家GPS大地控制网
图1：三网平差点位分布图
地球参考框架的维持
长周期因素包括： 板块运动引起的点位变化，主要沿水平 方向； 地壳构造形变引起的点位变化;
-0.2
0.1
-1.8
0.08
0.000 0.000 0.000
框架转换关系建立
确定基准变化引起的站点位移
P(t) P(t0) P (t t0)
Tx (t 2000.0) Tx (1998.0) Tx (2000.0 1998.0) Ty (t 2000.0) Ty (1998.0) Ty (2000.0 1998.0) Tz (t 2000.0) Tz (1998.0) Tz (2000.0 1998.0) s(t 2000.0) s(1998.0) s (2000.0 1998.0) x (t 2000.0) [ x (1998.0) x (2000.0 1998.0)] mr y (t 2000.0) [ y (1998.0) y (2000.0 1998.0)] mr z (t 2000.0) [ z (1998.0) z (2000.0 1998.0)] mr
参考历元
1988.0 1988.0 1988.0 1988.0 1988.0 1993.0 1993.0 1997.0 1997.0 1997.0
启用时间
板块运动模型
1989 1990 1991 1992 1994 1995 1996 1998 1999 2001
AM0-2,AM1-2 AM0-2,AM1-2 AM0-2,AM1-2 AM0-2,NNR-NUVEL1 AM0-2,NNR-NUVEL1 NNR-NUVEL1A NNR-NUVEL1A NNR-NUVEL1A NNR-NUVEL1A NNR-NUVEL1A
VX


Yt

(t0
t) VY


Zt0
ITRFxx
Zt
VZ
t为框架参数对应的年，t0为需转换到的历元，这里 为CGCS2000所在的历元，即2000.0
基准变化引起的点位位移
根据建立的ITRF框架转换关系，板块运动 改正到同一历元下的坐标进由 关行第 系框一计步算架框并转架统转一换换到得 到CGCS2000框架点坐标。 2000历元
（四）全国陆地范围内1：1万比例尺地形图格网 点改正量计算成果表（1980西安坐标系转换为 2000国家大地坐标系）；
地心坐标系推广应用项目上述成果已提交国家基础 地理信息中心（国家测绘局档案资料馆）。
控制点成果的使用
控制点成果使用应根据实际应用对精度的 要求进行选取，使用时需考虑：
控制点成果的点位精度； 控制点成果的一致性； 实现的技术与手段（现代空间大地测量
Pi
x ITRFyy z
0
x

y
y x
0
Pi
z ITRFyy
ITRF序列观测技术及板块运动模型
序列 ITRF观测技术
88 VLBI,SLR,LLR 89 VLBI,SLR,LLR 90 VLBI,SLR,LLR 91 VLBI,SLR,LLR,GPS 92 VLBI,SLR,LLR,GPS 93 VLBI,SLR,GPS 94 VLBI,SLR,GPS 96 VLBI,SLR,GPS,DORIS 97 VLBI,SLR,GPS,DORIS 2000 VLBI,SLR,GPS,DORIS,LLR
不应出现低等级控制高等级的现象。
但需注意的是29个国家级CORS必须和IGS 站共同作为基准，这样建立的坐标系才可 能与ITRF有很好的一致性。
控制点主要用途
坐标转换参数： 满足精度要求的各等级控制点成果均可用
于转换参数的求解 需注意控制点成果的一致性，尽量选择同
一等级、同一观测手段的控制点，以免由 于控制点精度差异较大带来网的扭曲。
2000国家大地坐标系专题网站
2010年9月底建成2000国家大地坐标系专题网 站。2010年10月1日正式开通。
挂靠在国家测绘局网站。 包括:
2000
现 国 家 大 地 坐 标 系 专 题 网 站
2000
现 国 家 大 地 坐 标 系 专 题 网 站
国际地球参考框架ITRF 及CGCS2000框架
国际地球参考框架及维护
通过具有高精度且满足下列条件的站点来实现 ITRF网的建立。 连续观测至少3年； 远离板块边缘及变形区域； 速度精度优于3mm/a； 至少3个不同解的速度残差小于3mm/a。
目前的ITRF已有ITRF88，ITRF89， ITRF90， ITRF91， ITRF92， ITRF93， ITRF94， ITRF96， ITRF97， ITRF2000，ITRF2005,ITRF2008。常用 的有ITRF93， ITRF96， ITRF97， ITRF2000， ITRF2005。
ITRF在建立和维持地区性大地坐 标系中的作用
利用具有精确ITRF框架精确坐标的IGS站作 为基准站，建立本区域的地心参考系。
若这些观测点是全球分布的,则所建立的坐 标系应为全球参考系。
ITRF和IGS在这些坐标系的建立和维持中起 了很重要的作用。
ITRF在建立和维持地区性大地坐 标系中的作用
全球网解与区域网解的坐标绝对位置有1～ 3个cm的差值，其中在N方向的最大差值为 0.8cm，E方向的最大差值为1.1cm，U方向 的最大差值为2.2cm。
CGCS2000框架-2000国家大地控制网
构成：
2000国家GPS大地控制网(三网,共2524 个点)
近5万个一、二等天文大地网点 近8万个三、四等天文大地网点。
CGCS2000与ITRF关系的建立
基于参考框架为ITRFXX，指定历元的观测数据 转换到CGCS2000参考框架为ITRF97，历元为 2000.0。
三种方式转换 (1)按已公布的ITRF框架之间的转换关系及速度
场进行转换 (2)通过公共点求解转换参数进行坐标转换 (3)通过平差的方法将GPS网纳入到CGCS2000
虽然地区性地心坐标系在建立时均采用 ITRF站点作为基准站, 但站点的选择及方 案不同。
一种是选择全球稳定的部分ITRF点给以强约 束, ITRF点给以强约 束, 如南美洲参考框架SIRGAS;
ITRF在建立和维持地区性大地坐 标系中的作用
参考基准选择的不同, 所建立的参考系也 就有所不同, 而且这些差异常常是系统性 的。
速率 -0.0600 -0.0700 -0.3300 0.0920 -0.0040 0.0010 0.0300
板块引起的点位位移
首先根据ITRF05_GPS_SSC中IGS的速度 场计算2000.0历元时由于板块运动引起的 点位变化，经改正后得到IGS站的坐标

X
t0

Yt0
Xt
XS

YS

X
=

Y

+
Tx Ty

+

s
z
- z
s
y - x


X Y

ZS CGCS2000 Z ITRFxx Tz - y x s Z ITRFxx
由第二步板块运动或速度场将
坐标由瞬时历元改正到2000历
元
2000国家大地坐标与ITRF框架坐标转换
其速度矢量不确定时
测站的速度场可通过已公布的动态板块模 型近似得到。
每个板块的角速度分量是已知值都可从地
球物理模型计算得到，因此，测站的速度
为：
0 z y x

v x ITRFyy
转换 参数
T1
T2
T3
S
(mm) (mm) (mm)
ppb
R1 (mas)
R2 (mas)
R3 (mas)
ITRF2000 0.1
-0.8
-5.8
0.40
0.000 0.000 0.000
转换参数 (cm/y) (cm/y) (cm/y) ppb/y .001"/y .001"/y .001"/y
速率
对地球框架中位于该地区的台站进行附加 改正