【技术】WGS一84(G1674)与 CGCS2000坐标转换研究
摘 要：简要介绍了 WGS一84(G1674)与 2000国家大地 坐标系(CGCS2000)的背景，说明两者之间进行坐标转换的必要性，举例说明了坐标转换模型及可行的模型参数求解策略，最后评定了可达到的转换精度。
不同的坐标系因为实现方式不同，导致同一地点的坐标存在差异。目前，广泛使用的 WGS一84坐标系在2012年精化后，与我国 CGCS2000坐标系之间的差异已经不能忽视，有必要对其坐标转换方法、精度进行探讨。
WGS一84是由美国国防制图局建立的。该部门后并入新成立的美国国家影像与制图局 (NIMA——NationalImageryandMappingAgency)，在美国9·11事件后，更名为美国国家地理空间情报局(NGA——NationalGeospatial InteligenceAgency)。
目前，WGS一84主要由 NGA负责维护。WGS一84系统由全球地心参考框架、地球重力场模型、WGS一84水准面等组成。
WGS一84先后经历了4次精化，前 3次分别为 WGS一84(G730)、WGS一84(G873)、WGS 84(G1150)，其中“G”表示完全采用 GPS方法确定，后面数字表示 GPS周数 。
最新一次精化在 2012年 2月 8日，标号 WGS一84(G1674)。此次精化后，WGS一84(G1674)与ITRF08在历元2005.0处一致。
目前 GPS测量定位中，若采用广播星历，则定位结果(单点定位或相对定位 )属于 WGS一84(G1674)坐标系下当前历元。
2000国家大地坐标系(CGCS2000)是我国目前正在推广并使用的新一代大地坐标系，属于 ITRF97框 架、2000.0历元、三维地心坐标系统 。
它所采用的参考椭球赤道半径 α、地球自转速度ω、地心引力常数GM均与WGS一84一致，椭球扁率，存在的微小差异，仅在赤道上导致 1毫米误差，可以认为 GCGC2000坐标和 WGS一84 (G1150)坐标是一致的。
在实现方法上CGCS2000采用三个层次，首先，依靠连续运行GPS观测站来维持，精度为毫米级；其次，是地壳运动观测网络工程网等高精度GPS网点 ，三维点位误差约为 3cm；最后，是全国天文大地控制网点，三维点位误差约为 0.3m。
从上面的介绍可以看出，WGS一84(G1674)与CGCS2000虽然参考椭球基本一致，但参照的 IRTF框架、历元不同，导致目前实践中获得的 WGS一84坐标在测量精度上已经不能认为是 CGCS2000框架下的坐标。
目前常用的坐标转换模型有布尔沙模型、二维四参数模型等，每种模型均有特定的适用范围，例如二维四参数模型通常用在小范围的平面坐标转换，布尔沙模型用在大范围的空间直角坐标转换。下面以布尔沙模型为例，说明坐标转换模型原理。
利用陆态网络6座GPS站，分布情况如下图所示，所选GPS测站均位于同一地壳运动板块内。同时，联测固定周边IGS站，分别是CHAN，BJFS，ULAB，YAKT，YSSK，其起算数据来自http://itrf.ensg.ign.fr和http://sopac.uscd.edu/cgi-bin/sector.cgi网站，在厘米级精度内，认为ITRF97框架2000历元成果是WGS - 84（G1674）当前坐标。
原始数据经过基线解算与平差后，具有两套坐标的成果见下表，用“*”替代表中具体数字。
在利用表 l中坐标进行坐标转换参数求解时，E333未参与计算，而用来检核转换模型的外部精度。依据公式 (3)求得的 WGS一84(G1674)坐标到CGCS2000坐标的转换参数如表 2所示，由公式 (4)计算的值为 0．18cm，说明转换参数求解可靠 。利用表 2中转换参数，计算出的 E333点 CGCS2000坐标与平差解算出 CGCS2000坐标对比见表 3。
本文从原始观测数据人手，计算出具有 2套坐标的重合点，获得的坐标转换模型内符合精度 0.18em，外符合精度 2.7 cm，满足一般控制测量中对于坐标精度的要求。这种方法对于缺少已知坐标或转换参数难以获得的情况下，值得借鉴。
同时，我们看到 WGS一84(G1674)与 CGCS2000两者的参考椭球已经趋于一致，其主要差别是历元和参考框架的不一致，而这里又以历元导致的差别明显，由当前历元转换至 2000.0历元，就 E333而言 ，根据速度场推算有32em的空间位移 ，从表 2中也可以看出，平移参数矢量达到了33 em，两 者之间数量上基本一致，说明WGS一84(G1674)与 CGCS2000之间主要因板块运动导致测站位置变化。
WGS一84(G1674)坐标与 CGCS2000坐标存在分米级的差别，利用重合点进行 WGS一84(G1674)与CGCS2000坐标转换模型参数求解，可以获得厘米级或者更高的精度，在精度要求不高的情况下，可以利用速度场模型直接进行改正。
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来源：RTK之家
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