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摘 要

由于实际应用需要，大量的城市坐标系下的坐标需要转换成国家统一坐标系坐标，城市不同坐标系与CGCS2000的转换就成为非常重要的课题。因不同坐标系采用的椭球基准差异较大，转换坐标点位残差通常较大，转换精度较低。本文详细阐述了城市测量采用的坐标系与CGCS2000的转换过程，针对转换后的坐标点位中误差较大的问题，分析了重合点选取对坐标转换精度的影响。采用分组研究的方法计算转换模型参数，将WGS-84坐标和西安-80坐标转换为CGCS2000坐标，计算坐标转换残差，并给出重合点选取的最佳方案。实验结果表明，采用本文给出的重合点选取方案计算转换参数并进行坐标转换，坐标转换的精度较高，可以很好地解决转换坐标点位残差较大的问题。

关键词：坐标转换 重合点选取 CGCS2000 精度分析

Research on Conversion of Different Coordinate Systems of City and CGCS2000

ABSTRACT

Due to the practical application requirements, the coordinates of a large number of urban coordinate systems need to be converted into national unified coordinate system coordinates, and the conversion of different coordinate systems of the city and CGCS2000 becomes a very important topic. Due to the large difference in the ellipsoid reference adopted by different coordinate systems, the residuals of the converted coordinate points are usually larger and the conversion accuracy is lower. In this paper, the coordinate system used in urban measurement and the conversion process of CGCS2000 are elaborated. The influence of coincidence point selection on coordinate conversion accuracy is analyzed for the problem of large error in the converted coordinate points. The grouping method is used to calculate the transformation model parameters, and the WGS-84 coordinates and the Xi'an-80 coordinates are converted into CGCS2000 coordinates, the coordinate transformation residuals are calculated, and the best solution for the coincidence point selection is given. The experimental results show that the conversion point parameters are calculated and the coordinate transformation is carried out by using the coincidence point selection scheme given in this paper. The accuracy of coordinate transformation is high, which can solve the problem of large residual error of the converted coordinate points.

Key words: coordinate transformation; coincidence point selection; CGCS2000 ; precision analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 研究内容 3

第二章 参心坐标系与CGCS2000的转换方法研究 4

2.1 参心坐标系的基础理论 4

2.1.1 城市测量采用的参心坐标系 4

2.1.2 高斯投影与高斯平面坐标系 4

2.2 参心坐标系与CGCS2000的转换方法研究 5

2.2.1布尔莎模型转换方法 5

2.2.2 平面四参数模型转换方法 8

第三章 地心坐标系与CGCS2000的转换方法研究 9

3.1 地心坐标系的基础理论 9

3.1.1 地心坐标系的定义 9

3.1.2 WGS-84坐标系与CGCS2000坐标系 10

3.2 地心坐标系与CGCS2000坐标系的转换方法研究 11

3.2.1 ITRF框架转换方法 11

3.2.2 三维七参数模型转换方法 12

第四章 基于重合点选取的坐标转换研究 13

4.1 WGS-84坐标系与CGCS2000坐标系重合点选取及坐标转换参数计算 13

4.1.1 重合点的选取 13

4.1.2 坐标转换参数的计算 14

4.2 WGS-84坐标与CGCS2000坐标转换结果与精度分析 15

4.2.1 坐标转换结果与转换残差分析 15

4.2.2 坐标转换精度分析与重合点选择方案 23

4.3 西安-80坐标系与CGCS2000坐标系重合点选取及坐标转换参数计算 23

4.3.1 重合点的选取 23

4.3.2 坐标转换参数的计算 24

4.4 西安-80坐标与CGCS2000坐标转换与精度分析 25

4.4.1 坐标转换与转换残差分析 25

4.4.2 坐标转换精度分析与重合点选取方案 29

第五章 总结与展望 31

5.1 总结 31

5.2 展望 31

参考文献 32

致谢 34

附录 35

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着国民经济的快速发展，国家建设的各个领域需要大量的测绘成果。由于各方面条件的限制，已有的坐标成果精度较低。CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000, CGCS2000）是我国建立的新一代地心坐标系，精度较高，具有很强的现势性。2018年7月，有关部门规定测绘工作必须使用CGCS2000坐标系，这就需要完成大量的坐标系转换工作。

城市测量采用的坐标系一般是参心坐标系和地心坐标系，参心坐标系是采用某种参考椭球并考虑当地的中央子午线、补偿高程面建立的坐标系^[1]。国内使用的地心坐标系主要是WGS-84坐标系，是1984世界大地坐标系的简称。另一方面，CGCS2000坐标系的精度也高于城市测量采用的坐标系。所以需要采用合适的转换模型，完成城市测量采用的坐标系的成果向CGCS2000坐标的转换。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

CGCS2000控制网是采用GPS方法测量建立的，控制点的点位精度较高。独立坐标系一般是采用传统的大地测量方法建立的，控制点的点位精度较低。李东等针对独立坐标系与CGCS2000坐标系的转换，讨论了如何选择合适的转换模型提高坐标转换精度的问题，通过研究CGCS2000坐标系与独立坐标系边长和方位角的变化，分析转换模型的特征，对常用转换模型进行验证并归纳出模型的适用性^[1]。研究表明，当CGCS2000坐标向地方坐标系转换时，基于平面四参数和布尔沙模型进行坐标转换精度较高。当独立坐标系成果向CGCS2000坐标系转换，基于多项式模型进行坐标转换精度较高。王文利等讨论了原城市独立坐标系与CGCS2000坐标系转换过程中计算复杂的问题，提出了基于CGCS2000建立城市独立坐标系的方法^[2]。张海涛，纪敏根据已有的测绘成果，基于平面四参数模型对独立坐标系向CGCS2000转换方法进行研究，分析重合点密度对坐标转换精度的影响，并讨论了重合点选取的最佳方案，研究表明，转换中的点位误差随重合点平均间距的增加而增加^[3]。

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