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2024年1月16日发(作者:)
第22卷第4期202年12月。测绘技术装备Geomatics
Technolony
anU
EquipmevtVoi.
22
No.0Dee.
2420ITRF框架间转换精度分析杨雄1龚川2,高智刚1(1.中国地震局第二监测中心,陕西西安710054;2.中国地震局地震研究所,湖北武汉433071)Accuracy
Analysis
of
Coordinate
Transforming
between
ITRF
FrameworksK4NG
Xiong, GONG
⑴呃几,GAO
Zhinang摘要:坐标框架是进行高精度测量的基础,为了实现不同坐标框架间的高精度快速转换,针对七
参数法推导了程序化设计的转换公式,并自编程序实现程序化快速转换,通过实际算例验证其转换
精度,同时系统地分析影响转换精度的因素。结果表明,采用七参数转换法的转换精度在毫米级,
最大误差不超过厘米级,符合坐标转换精度要求;不同框架间板块运动对转换精度影响较大,对于
不同历元、不同框架之间的转换,历元对转换精度的影响大于框架的影响。关键词:ITRF框架;坐标转换;七参数法;精度分析Keyworcls
:
ITRF
Frameworo
;
Cooroinaiv
Transformation
;
SnBdomPar
MpSoU
;
Acchracc
Analvsii
;中图法分类号:P222.2较成熟,其中主要采用的转换方法为2种:七参数转
换法和约束平差法。七参数转换法的应用主要分为
2个步骤:先统一历元,再统一框架;先统一框架,再
1引言地心四维参考框架[1-5],即国际地球参考框架
(ITRF),是目前应用最广泛、精度最高的参考框架。
统一历元[4-5],2个步骤顺序不分前后。伊伟言等
由于地球形状不断变化,随着各种大地测量技术的
发展,为了更好地契合应用的协议地球参考系并尽
的研究表明,先进行框架转换,再进行历元转换,需
要利用七参数先进行速度的转换,增加了误差积累,
可能与之接近,国际地球自转服务局每隔一定年限
便会推出精度更高的ITRF框架版本[3],所有参考
降低了转换精度5]o本文采用的七参数框架转换方法,对处于不同
框架都包括站点位置和速度。由于不同时期、不同
框架下观测得到的坐标数据采用的坐标框架以及历
历元、不同坐标框架的2个坐标,先进行历元转换,
再进行框架转换,转换公式见文献[5]和文献:8]
o元并不统一,在利用不同参考框架和不同时期的数
据时,需要将其归算到同一框架、同一历元下才能进
行数据处理,即对数据进行ITRF框架和历元间的
文献[5]和文献58]的转换公式是新框架向旧
框架的转换方法,转换参数都固定由新框架向旧框
架转换,旧框架向新框架的转换没有确切的转换参
转换。本文针对七参数法推导了程序化设计的逆转换
公式,实现了程序化快速转换,并通过实际算例,进
数,而旧框架向新框架的转换公式可以通过公式
(1)推导得到。-X1-Y-X;=Y2一-T-T一-D
-Rh
Ra~-X;行
ITRF2014、ITRF2008、ITRF2005、ITRF2200
和
ITRF1297框架间的转换,系统地分析了影响不同框
R
D
-RiY2(1)-Z1--Z2--T-一一R
R
D
--Z2-架间转换精度的因素。考虑到需要利用计算机语言使转换计算程序
2
ITRF坐标转换方法目前,国际通用的ITRF框架间的转换方法比
化,实现高效率计算转换,本文利用了文献[5
]中的
公式(3)进行了逆转换公式的推导,通过整理可以
得收稿日期:2020
- 07 -
06第一作者简介:杨雄,助理工程师,主要从事地震监测与研究方面工作
10测绘技术装备第22卷-X「-D
+
2=-D+2-R.「丫「X「勺)-Ta公式(2)可以提高框架转换计算的转换精度。采用
公式(2)进行旧框架向新框架的转换,可利用原转
换公式的计算参数解算出新框架的坐标数据,既可
以实现任何ITRF框架间的相互转换,也便于实现
ITRF系列框架与我国CGCS2200的相互转换。ITRF2212转换到旧框架系列的转换参数如表
『1-Z1--~RyD+2
一-
Z--
T-丿(2)经实际验算,公式(2)与公式(2)具有相同的转
换计算
,但若是编写成计算机程序进行转换,则
2所示,其中历元为2212.2o表1
ITRF2014框架转换参数及变化率Tab. 1
Trsnsformation
Paremeters
and
Rates
of
ITRF2014
Fremework参数
变化率R/Z框架ITRF2005ITRF2025ITRFZOOOTx/mm1.0Tamm1.91.0Tz/D/ppbR/R/T//(mm(b)T//(mm(b)Tz/(mm/b)D/R//R//R//"
"OH"(ppb/a)(19-3,7a)
(19-3,7b)
(19-3,7b)0.0-2.3-omOS2.103.322-2.
222222222220.20
.
120
.
0nn-2.
2-1.9。心0.
192221.2-22.
2nnITRF19977.4-62.
20
.
1226-n-d0.103实例计算及精度分析本文在ITRF官网上获取了我国5个IGS站点
架下,历元为2212年5月2日。过七参数转换的公式计算,得到这5个IGS
3-2
ITRF框架间转换精度分析(北京、武汉、昆明、拉萨、乌鲁木齐)的坐标和速度
站点在历元2219年5月2日下ITRF2208框架与
ITRF2205框架的坐标数据,以在ITRF官网上获取
得到的ITRF2208和ITRF2205框架下的坐标作为参
考值来比较二者的差异,从而
公式(2)的
I
场数据,编程进行ITRF坐标框架转换,用以探究在框架下,各个点的坐标转换差异,检验框架转换
性和精度的可靠性。方法的
性和精度。这些数据位于ITRF2212框
0.100.080.060.04转换后的坐
如图2所示。g
0.02
酣
0.00
第-002
-0.04-0.06-0.08BJFS
WUHN
KUNM
LHAS
URUM-0.10站点转换后的ITRF2005坐标与已知ITRF2005坐标的差值
BJFS
WUHN
KUNMLHAS
URUM站点转换后的ITRF2008坐标与已知ITRF2008坐标的差值图1转换后的坐标差值Fig.
1
Coordinate
Differences
aftes
Trsnsformation由图2可看出,计算得到的不同框架间的转换值
右图中的X、y、Z方向的最大值分别为0.
044
m、0.075
m、0.032
m,最小值分别为
0.203
m、0.015
m、0.203
mo坐标差都分布在毫米级,最大差值不超过与ITRF官网给出的具体值的差异很小。图2中左图
的X、y、Z方向的最大值分别为0.
040
m、0.04
m、
0.254
m,最小值分别为
0.202
m、0.002
m、0.002
m;
厘米级。总体来看,ITRF2005的转换误差比
第4期杨雄,等:ITRF框架间转换精度分析11ITRF2208的转换误差略大,说明旧坐标框架发布时
由图2可知,同一框架不同历元的坐标转换误
差在3个坐标方向基本
分米级,最大值为52.13
m叫即使最小的误差也为9.73
m叫已接近间离新坐标框架越近,精度越高,转换误差越小。过对比还可以得出,差异较大的2个
别位于拉萨和昆明,而这2个
,分均位于地震频发2个站点块,大陆板块活动比较
坐
,故导致
量较大,但都在坐标转换允许的精度范围基本无内;另3个位于北京、武汉、乌鲁木齐的
3.2
ITRF与CGCS2200转换精度分析地震发生,板块运动体现较小,故坐标差异较小O
目前,我国主要采用的是CGCS2200空间三维
坐标系,由2000国家GPS大地网的点坐标和速度
场具体实现,CGCS2200框架与ITRF1297框架一
致,参考历元为2200.2历元5]o为了最大限度地利
用以前的数据进行研究,常常需要将
坐
的
数据转换到CGCS2200坐标系。本文只进行
ITRF2200与ITRF1297之间转换的研究。同样在
ITRF官网上获取了
ITRF2200(历元2203)坐标框架
下4个IGS站点的坐标,获取的ITRF1297
(历元
2000)作为转换精度的对比数据。由于我国大部分
ITRF1997
in
Epoch
2200从图3可知,在统一历元后进行的不同框架坐
IGS站点在ITRF2000以前的坐标框架下无有效观
标间转换,误
在毫米级,最大误差为6.81mm。测数据,故选取了
4个
IGS站点的数据来验证
转换计算的精度。由于这2个数据处于不同框架、不同历元,首
过对比可知,历元对坐标转换精度的影响比框架
的影响高一个量级,因此,对于
要求比较高的项
进行历元之间的转换,以减小转换精度对测先,需要将ITRF2000框架下的2003历元下的坐标
转换成2200历元下的坐标,统一历元后的前后坐标
的差值如图2所示;其次,再将ITRF2200框架下的
坐标转换成ITRF1297下的坐标,框架转换前后的坐
标差如图3所示,转换到ITRF1297的坐标与官网获Known
Coordinates
O
ITRF1997通过分析图4可得,ITRF2000到CGCS2000的
转换精度基本在
米
,
大
值为
9246mm,
均在
米
Fig.
3
内,平均精度在毫米级的误差范围内,符(下转第27页)Differences
between
Epoch
2003
aniEpoch
2200
O
ITRF2200
Framework合转换精度的计算要求,具有较高的转换精度。
第4期张宁丽,等:地理国情监测基本统计方法探讨275结束语基本统计作为地理国情监测项目中的一项重要
的工作内容,是地理国情监测成果的深化和延伸。
参考文献[]张继贤,翟亮.关于常态化地理国情监测的思考[J]
地理空间信息,2016,14(4)
:1
-
3.[2]
统计信息能直观地反映区域内地理国情相关信息的
孔伟波,周佳.地理国情普查基本统计的探索与实践
[J]测绘与空间地理信息,2015,38(9)
:63
-659情况及变化趋势,通过进一步与经济、社会、资源、环
境等信息相融合,在自然资源监管、生态保护修复等
领域发挥了一定的作用。因此,今后应进一步深化
地理国情监测统计分析工作,保证统计结果的准确
度,为更好地发挥地理国情监测成果的多样化监测
服务提供保障。[3]
刘鹏.地理国情普查基本统计分析的技术与实践
[C]//云南省测绘地理信息学会2019年学术年会论
文集,2016.[4]
GDPJ
02
-
2013地理国情普查基本统计技术规定
[
S]
2(上接第11页)与维持的研究进展[J].测绘科学,2016,41
(2):20
-252[4]
4结束语本文在原有的七参数坐标框架转换方法的基础
彭小强,高井祥,王坚.WGS84和CGCS2000坐标转换
研究[J].大地测量与地球动力学,2015,35(2)
:219
-2212上,推导了旧坐标框架向新坐标框架的转换公式,实
现了新、旧坐标框架之间的相互转换,并推导了程序
[5]
尹伟言,赵鑫.ITRF框架坐标转换问题的研究[J].测
绘技术装备,2012,14(3):3-6.[6]
化设计的逆转换公式。经过实际算例的转换,与直
接从ITRF官网获取的相应ITRF坐标进行对比,结
果表明,转换精度基本在毫米级,最大误差也在厘米
乔斌.ITRF框架与CGCS2000国家大地坐标系的转换
方法研究[J].测绘与空间地理信息,2013,36(12):
215
-917.级,验证了七参数转换方法的精度及可靠性。从转
[7]
刘经南,魏娜,施闯.国际地球参考框架(ITRF)的研究
换结果中还可以看出,板块运动对转换精度的影响
比较大,不同历元之间的坐标差值主要是由板块运
动造成的,所以在选点时应尽量选择稳定的点进行
坐标转换;转换的新旧坐标框架发布时间越近,精度
越高,转换误差越小;在不同框架、不同历元之间转
[9]
[8]
现状及展望[J]自然杂志,2013,35(4)
:243
-250.林晓静,张小红,郭斐.ITRF2005与CGCS2000坐标转
换方法与精度分析[J].大地测量与地球动力学,
2010,30(2)
:117
-119,124.刘立,成英燕.坐标框架转换若干问题的研究[J].全
球定位系统,2010,35(1)
:20
- 249[10]
吴吉贤,杜海燕,张耀文,等9
WGS84与ITRF2000参考
换,历元对转换坐标的精度影响比框架的影响大,对
于高精度工程或研究应用,需要进行历元和框架的
转换,对于低精度的工程应用,只需进行历元转换。框架坐标转换的研究及应用[J
].测绘科学,2008,33(5)
:23
-74,64.[11]
CHUJKOVA
N
A,
MAXIMOVA
T
G,
CHESNOKOVA
T
S,
综上,通过ITRF到CGCS2200框架转换的实例
分析,采用本文推导的程序化设计的转换公式,转换
el
at9
Earth
Crust
Verticai
Movements
According
to
ITRF2000,
ITRF2005,
ITRF2008
and
ITRF2014
CoorUi-
精度符合要求,可实现我国常用框架下的坐标与国
际通用框架的相互转换。nate
Systems
and Their
Comparing
Analysis
[
J
].
Geobesy
and
Geobyamics,2013
,9(2)
:109 -
1149[12]
GIUSEPPE
BDcco,
VINCENZA
LuceU,
ROSA
卩站1)9
参[1]
The
Space
Geobesy
Centro
of
the
Italian
Space
Ayency:
张杰,范玉磊,董海政,等9TRF框架与CGCS2000坐
from
ITRF
to
EUREF
[
J
].
Rendicouli
LinceP
Scienze
FiPche
e
Natural,2013
,22(1)
:23
-
379标转换的研究[J].全球定位系统,2017,42(6)
:27
-
83.[2]
[13]
CHRISTITN
Bizonard,SGbastien
Lambert,
Csar
Gattano,
吕浩,吕志平,崔阳,等.1TRF2014参考框架的实现与
改进[J]测绘工程,2017,22(9)
:
-49el
ai.
The
ITRS
EOP
14C04
Solutiou
for
Earth
Orientatiou
Parameters
Cousistent
with
ITRF
2014
[
J
].
Jonruai
of
[3]
门葆红,董文亮,孙付平,等.国际地球参考框架建立GpUet,2019,93(5)
:621
-6339
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