2000国家大地坐标系在水利工程中的应用

范秀庆，魏全龙

（济南市水利建筑勘测设计研究院有限公司，山东 济南 250101）

在过去相当长一段时间内，工程测量使用的是1980西安坐标系及地方坐标系等参心坐标系，这些坐标系下的测绘成果已经不能满足当前经济建设的需求。在这种情况下国内自主定义了符合实际国情的2000国家大地坐标系，并于2018年7月1日起开始正式实施。为了更好地推广和使用该坐标系，自然资源部等部门已经不再接受非2000国家大地坐标系上报的项目，也不再向社会提供非2000国家大地坐标系基础测绘成果。但在实际工作中，目前还没有解算出一次测量就能得到2000坐标系平面坐标和85国家高程的参数成果。

本文结合济南市商河县一个新建水闸项目，对小区域水利工程项目获取平面坐标为2000国家大地坐标系和高程值为1985国家高程基准的方法进行探讨。

该项目位于济南市商河县的一个新建水闸，测图范围：东西长约170m，南北长约220m，面积约0.03km2。

1 常用三种坐标系简介

2000国家大地坐标系是简称为CGCS2000，其长半轴为6378137m，扁率为1/298.257222101。该坐标系是通过分布在中国的多个连续运行的GPS基准站、以及之前建立的天文大地网与空间地网联合平差建立的。

WGS-84坐标系也是一种地心坐标系，目前GPS所采用的就是该坐标系统。它的的椭球参数的数值为：长半轴6378137±2m；扁率0.003352810664。

1980西安坐标系只能提供点位平面坐标。如果用西安80坐标系下的平面坐标表示高精度的点的三维坐标，会造成点位精度上的损失。它采用的椭球的长半轴为6378140m。

通过以上对比，80西安坐标系椭球长半轴比WGS84坐标系椭球长半轴的值大3.0m左右，差别较大；2000国家大地坐标系椭球长半轴与WGS84坐标系椭球长半轴差异较小，而且在坐标系原点、定向及定向演变、尺度的定义方面都是相同的。于是可以认为2000国家大地坐标系与WGS84坐标系在坐标系的实现误差范围内，它们的坐标值是一致的。

2 点坐标获取方法

2.1 四参数求解法

在进行项目区测量时（测区两点间的最大距离小于10.0km），可以采用四参数法或七参数法，因为在这种条件下椭球参数的差异对转换精度的影响是很小的，可以忽略这种影响。但当测区两点间的最大距离大于15.0km，须要考虑因两种椭球参数的差异带来的转换精度的影响了，这时就只能采用七参数来完成两种坐标系统的转换了。这是因为四参数与七参数的计算模型是不同的，四参数只能用于两个不同的二维平面直角坐标系之间的转换，而七参数可以用于两个不同的三维空间直角坐标系之间的转换。

目前，外业测量主要使用GPSRTK，在当前的GPS软件中，也有相应的四参数和七参数设置。采用四参数，对于简单的地形测量其实没有必要进行高程拟合，即使你用了高程拟合参数也很难达到四等水准测量的精度，即使采用高程拟合参数后，RTK的高程测量的精度也是不能保证的。众所周知RTK求解的正常高，是用仪器直接获得的大地高减去已经求解出来的高程异常值，但求解出来的高程异常值不一定是精确的，加之不同地方的高程异常值有差异。所以，小范围测区没有必要使用高程拟合参数。

具体操作方法：利用原来已有的七参数，在实地测出三个图根点的西安80坐标系下的平面坐标与1985国家高程坐标系下的高程；然后再利用SDCORS测出这三个图根点的2000国家大地坐标系下的平面坐标。最后通过测量仪器中的四参数求解功能，在界面输入其中两个2000国家大地坐标系下的平面坐标和利用七参数求解出来的1985国家高程基准的高程来解算出四参数。利用求解出来的四参数检验第三个坐标的正确性，经检验无误后，就可以开展该区域内的地形测量工作了。

2.2 坐标转换法

首先，利用原来已有的七参数，在实地进行地形测量工作，获取80西安坐标系下的平面坐标和1985国家高程坐标系下的拟合高程。然后在内业处理时可以利用以下两种方法进行坐标的转换：一是利用南方GPS后处理软件中的坐标转换功能直接进行点坐标的转换。在“参数设置”中设置好源椭球系参数、目标椭球系参数、投影参数及七参数，然后选择好转换前坐标类型和转换后坐标类型及坐标文件的格式，就可以进行坐标转换了。二是图形编辑完成后利用两个公共点的坐标，对图形进行平移和缩放。打开CASS软件，选择地物编辑—坐标转换选项，分别拾取和添加两个公共点转换前和转换后的坐标值，然后点击“计算转换四参数”，最后选择“使用四参数转换”来进行图形的转换。

2.3 点位精度

利用GPS-RTK测量地形点273个。通过四参数法和坐标转换法得到的图形点位精度的比较值见表1和表2。

表1测区高程精度统计

表2测区平面位置精度统计

3 结语

以上两种方法都可以准确地获取2000国家大地坐标，在小区域水利工程测量中应用，其中坐标转换法还可以在大面积测图中使用。但要注意的是在使用七参数进行西安80坐标系到2000国家大地坐标系的点坐标转换时，在软件中七参数设置时输入的七参数和测图时用的七参数符号是相反的。否则，转换出来的坐标就是错误的。

四参数法应用的前提是能利用CORS系统获取到准确的WGS84坐标，从而通过仪器内置软件在不用参数的情况下测出2000国家大地坐标。如果没有CORS或CORS站未进行联测而无法获取准确的WGS84坐标的情况下，这种方法不适用。