简述国内常用的坐标系统以及2000坐标系的RTK使用

2020-08-14 22:25:01 徕康小助手 2

 坐标系统是测绘用户测量的基准框架,是一切测绘活动的基础支撑。任何测绘成果都是建立在特定坐标系统上,因此了解不同坐标系统的差异及作用十分有必要。

目前国内主要使用的坐标系统有:1954北京坐标系(BJ54)、1980年西安坐标系(XIAN80)、2000国家大地坐标系(CGCS2000)、WGS84坐标系。


  一  常用的坐标系统介绍

   

北京54坐标系是以克拉索夫斯基椭球为基础,经局部平差后产生的坐标系,它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展,人们发现该坐标系存在很多缺点,椭球参数有较大误差,参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜,在东部地区大地水准面差距最大达+60m,这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响。

       

 西安80坐标系是指1980年西安坐标系,又简称西安大地原点,采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇,位于西安市西北方向约60公里,故称1980年西安坐标系,基准面采用1985国家高程基准。


WGS-84坐标系采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值,是国际上通用的地心坐标系,原点是地球的质心。建立WGS-84世界大地坐标系的一个重要目的,是在世界上建立一个统一的地心坐标系。

    

2000国家大地坐标系是我国当前最新的国家大地坐标系,英文缩写为CGCS2000,原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。参考椭球的参数选用长半轴、扁率、地球地心引力常数和地球角速度,与国际地球参考框架(ITRF)保持一致。

 

1985国家高程系统是我国现在采用的高程系统,以青岛验潮站1952年~1979年的潮汐观测资料为计算依据,并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点,得出基准高程为72.260m。

 

 二  坐标系的椭球参数对比

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从图中看出北京54和西安80都是参心坐标系,椭球参数的长半轴和扁率都各有差异。CGCS2000和WGS84都是地心坐标系,均采用国际地球参考框架(ITRF),两个坐标系在扁率略有差异(小数点7位后),扁率差异引起椭球面上的纬度和高度变化微乎其微,相差毫米。用RTK精确到厘米测量,可以说两者相容至cm级水平。实地RTK测量检验,连接省CORS网络,用WGS84坐标和2000坐标测量同一点位,相互之间误差不大于4cm。


三 采用2000坐标系的必要性


北京54坐标系和西安80坐标系统由于其成果受技术条件制约,精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。从技术和应用方面来看,现行坐标系具有一定的局限性,已不适应发展的需要。


1,精度更高。坐标系统的具体实现是由大量的地面控制点组成参考框架, 由于地表沉降,板块运动等因素的影响,框架点必须定期复测及平差才能保证框架的一致性及精度。但传统的坐标框架点更新周期长,外业繁重,长时间下来,精度和一致性都不能保证。这几年CORS站已经非常普及,统一使用2000国家坐标系后,可以利用CORS站建立全国统一、实时、三维的高精度坐标参考框架。


2,椭球参数。北京54坐标系统椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比,长半轴约大109m。西安坐标系所采用的IAG1975椭球,其长半轴要比国际公认的WGS84椭球长半轴的值大3米左右,而这可能引起地表长度误差达10倍左右。2000国家坐标系的椭球参数与WGS84几乎一致,轴的指向与国际定义一致,准确的椭球参数可以减少投影变形,也避免了导航地图偏差等问题。  


3,三维系统。北京54/西安80坐标系均只是平面坐标系,然而现在很多新的测量手段比如GNSS、三维激光、无人机航测等数据成果本身就是3维空间描述的,在3维坐标系下数据处理也将更直观简单,成果也更符合人的空间逻辑。


4,物理因素。北京54/西安80属于参心坐标系,是一个纯几何的概念,而2000国家坐标系属于地心坐标系,地心就是地球的质心,是物理的概念,由于各种人造卫星都是在地球引力牵引下围绕地心运动的,所以使用地心坐标系去描述信息,是更自然的事。同时,精度方面地心坐标系下的大地控制点相对精度比现行参心坐标系下的精度高10倍左右。


5,综合应用。全球性的测量活动,包括遥感测量、气象研究,大地测量,重力场测量,其成果数据均需要在全球坐标框架下描述,才能满足军事,科研,生产等领域的应用需求。看似简单的一个坐标系,背后是天文学、物理学、地球物理、大地测量等学科的综合应用。


四 总结的RTK测量CGCS2000坐标的几种方法(以山西区域为例)


1,传统找控制点求参数的方式。

找两个或者两个以上的2000坐标的控制点坐标,必须是平面坐标,如果甲方给的是经纬度坐标,要先在电脑上通过软件转换成平面坐标。然后通过RTK电台模式或者网络模式去求参数校正,这样就可以在控制点控制范围的区域内测得正确的坐标了。


2,用山西省CORS网络直接测量。

本文讲述过WGS84坐标系统和CGCS2000坐标系统扁率差异微乎其微,用RTK精确厘米的测量在同一点位,两者相容也是厘米级别的。工程院省CORS基站发射的是标准的经纬度84坐标,RTK固定解测量的时候选择2000坐标系统,不需要任何参数,直接测出来的2000坐标和真值的2000坐标相差在厘米级。所以直接用RTK连接省CORS网络测是可行的。


3,用千寻网络测量。

千寻网络和山西省CORS网络原理一样,RTK连接千寻网络测量可以选择2000坐标的接入点,直接测量的坐标为2000坐标。


最后再补充一点,网络直接测量得出的2000坐标,测得的高程都是大地椭球高程。但是我们现在大部分使用的是85国家高程,所以测量高程的时候可以继续沿用以前的高程参数来测量,如果没有参数的话只能找水准点来求取高程参数。



本文摘自:测绘先锋者

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标签: 坐标系
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