CGCS2000、WGS84以及ITRF問題的闡述

經過查閱資料以及請教專家，站長得出以下結論：

1、  WGS84經過了幾次修正，WGS84(G1150)與ITRF2000對應，當前W G S -84 (G 1674 )與 IT R F08 在歷元 2005.0 處一致；

2、WGS84不是一個嚴密的坐標系統，它缺少歷元的約束，因此，說WGS84坐標應該是指某個歷元的坐標，G1674以后觀測所得到的WGS84坐標都是ITRF2008下的84坐標（觀測時間）；

3、CGCS2000是一個嚴密的坐標系統，ITRF97框架，2000.0歷元。因此，當前WGS84坐標與CGCS2000在歷元引起坐標上的差別不能忽略，差別在分米級；

4、ITRF00以后的框架差別較小，達mm級。

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5、如何獲取CGCS2000坐標（cm級精度）：

1）使用地方CORS站，方便快捷；

2）使用IGS站聯測，連續觀測至少18小時，利用商業軟件或者開源軟件，下載IGS站同步觀測數據、精密星歷，進行基線解算；

3）通過坐標轉換，利用公共點進行坐標轉換或者利用ITRF公布的轉換參數進行框架和歷元

的轉換，后者重點是歷元轉換，如何確定觀測地的速度場是關鍵。

BJFS、WUHN，SHAO的CGCS2000坐標見下面的表。

數據獲取網站：

當前WGS84（G1674）的坐標獲取：

http://sopac.ucsd.edu/sector.shtml

ITRF框架的站點坐標獲取，比例ITRF2008（2005.0）下的IGS坐標

http://itrf.ensg.ign.fr/ITRF_solutions/2008/more_ITRF2008.php

依據：

摘自趙忠海，蔣志楠，朱李忠等《W G S 一84 (G 1674 ) 與 C G C S2000 坐標轉換研究》

WGS84（G1674）：

目前 ，W G S 一84 主要由 N G A 負責維護。 W G S 一84 系統 由全球地心參考框架、地球重力場模型 、W G S 一84 水準面等組成，先后經歷 了 4 次精化… ，前 3 次分別為 W G S 一84 (G 730 ) 、W G S 一84 (G873 ) 、W G S一 84 (G 1150 ) ，其 中“ G ”表示完全采用 G PS *** 確定，后面數字表示 G PS 周數 ，最新一次精化在 20 12 年 2 月 8 日，標號 W G S 一84 (G 1674 ) 。 此次精化后 ，W G S 一84 (G 1674 )與 IT R F08 在歷元 2005.0 處一致。 目前 G PS 測量定位中，若采用廣播星歷 ，則定位結果(單點定位或相對定位 ) 屬于 W G S 一84 (G 1674 ) 坐標系 下 當前歷元。

CGCS2000：

2000 國家大地坐標 系(C G C S2000 ) 是我 國 目前正在推廣并使 用 的新一代 大地 坐標 系， 屬 于 ITR F97 框 架 、2000 .0 歷元 、三維地心坐標 系統。它所采用的參考橢球赤道半徑 、地球 自轉速度ɑ、地心引力常數 G M 均與W G S-84-致 ，橢球扁率， 存在的微小差異，僅在赤道上導致 1 毫米誤差 ，可以認 為 G C G C2000 坐標和 W G S-84(G 1150 ) 坐標是一致的.

結論：

    我們看到 W G S-84 (G 1674 ) 與 C G CS2000 兩者的參考橢球已經趨于一致，其 主要差別是歷元和參考框架的不一致 ，而這里又以歷元導致的差別明顯， 由當前歷元轉換至 2000 .0 歷元，就 E333 而言 ，根據速度場推算有32 em 的空間位移 ，從表 2 中也可 以看出，平移參數矢量達 到 了 33cm ， 兩 者 之 間數 量 上 基 本- 致 ， 說 明

W G S-84 (G 1674 ) 與 C G CS2000 之間主要 因板塊運動導致測 站位 置變化 。

W G S-84 (G 1674 ) 坐標與 CG C S2000 坐標存在分 米級 的 差 別 ， 利 用 重 合 點 進 行 W G S-84 (G 1674 ) 與C G C S2000 坐標轉換模型參數求解 ，可 以獲得厘米級或者更高的精度，在精度要求不高的情況下 ，可以利用速度場模型直接進行改正。

魏子卿《2000中國大地坐標系及其與WGS84的比較》：

扁率變化及WGS84(G1150)

1)df不引起大地經度變化;

2)df引起大地緯度的變化范圍為0(赤道和兩

極至0.105mm(B= 45°);

3)df引起大地高的變化范圍為0(赤道)到0.105mm(兩極);

4)df引起橢球面上正常重力的變化范圍為0(兩極)到0.016× 10- 8ms- 2(赤道)。

顯見,在當前的測量精度水平(坐標測量精度1mm,重力測量精度1× 10- 8ms- 2),由兩個坐標系的

參考橢球的扁率差異引起同一點在WGS84和CGCS2000坐標系內的坐標變化和重力變化是可以忽略的。

   與CGCS2000通過空間網點的坐標和速度實現相仿,WGS84通過GPS監測站坐標實現,監測站坐標用來計算GPS的精密星歷。 1987年建立的初始WGS84參考框架是通過NNSS或TRANSIT(Doppler)站坐標實現的[5],站坐標相對 *** S(BIH地球系)存在1～ 2m的不確定度,后來還發現橢球高度存在系統偏差。為了維持框架的精確性和穩定性,1994、1996和2002年WGS84又先后進行3次實現[5,8],即對GPS監測站的坐標進行3次更新,以使框架對準ITRF。使用的基本 *** 是,通過聯合處理GPS監測站和IGS站的測量數據,解算GPS監測站的坐標,在處理中對IGS站的ITRF坐標施以強約束。以最近(2002)一次實現為例,參與處理的數據包括17個GPS監測站(其中6個USAF(美國空軍)站,11個NGA(國家地球空間情報局)站)和49個IGS站在2001年2月14— 28日期間的GPS數據(和氣象數據),處理中將IGS站的ITRF2000坐標

(用站速度將坐標從參考歷元1997.0歸算至觀測期間)加以固定[8]。

WGS84的3次實現得到的框架,依次叫做WGS84(G 730)、WGS84(G 873)和WGS84(G 1150),

這里“G”指示GPS測量數據被用來得到站坐標,在“G”后面的號碼指示新的站坐標開始用于計算精密星歷的GPS星期號。最新框架WGS84(G 1150)由17個GPS監測站在歷元2001.0的坐標和速度來體現。WGS84(G 1150)的估計精度是:每個監測站的每一坐標分量的精度為1cm量級(1倍標準差)[8](作為比較,WGS84(G 730)和WGS84(G 873)的精度分別為10cm和5cm[8])。與ITRF的符合情況是:在7參數調整和考慮歷元差異之后,WGS84

(G 1150)與ITRF2000的RMS差為每分量1cm;參考于WGS84(G 1150)的NGA GPS精密星歷與參考于ITRF2000的IGSGPS精密星歷的隨后比較,證實兩個參考系是一致的。

鑒于在坐標系定義和實現上的比較,我們可以認為,CGCS2000和WGS84(G 1150)是相容的;在坐標系的實現精度范圍內,CGCS2000坐標和WGS84(G 1150)坐標是一致的。

程鵬飛等《2000國家大地坐標系橢球參數與GRS80和WGS84的比較》：

CGCS2000、ITRF和WGS84的參考橢球：

摘自成英燕等《基于現框架下的省市級CORS站到CGCS2000的轉換》

BJFS的CGCS2000坐標及速度場模型的選?。?/span>

  CGCS2000 表示 IGS 站在 CSCS2000 下的已知坐標，ITRF2005 表示由 ITRF2005 框架 2009 年 5 月11 日 歷 元 下 IGS 站 坐 標 用 上 述 方 法 轉 換 到CGCS2000 下的坐標。從兩者比較看，烏魯木齊位于板塊劃分中所確定的變形區域，由于這個區域我國提供給 IGS 用于確定速度場的數據嚴重不足，因此模型的精度不高，轉換后的精度比較差，接近于分米，位于這個區域的昆明站的速度場也較差，因此后續進行轉換還需建設高精度的板塊運動模型。

為實際應用的方便，在此還討論需轉換的地方CORS 站在多大范圍內可用附近的 IGS 站的速度場代替實施轉換。測站的速度與測站所處的位置有關。這就相當于，如果測站的坐標在 IGS 測站周圍 ±3°范圍內所計算的測站位移速度與 IGS 站的基本上相同，若在不知道測站速度場的情況下，且測站與 IGS 測站在同一個板塊內且此板塊屬于嚴格的板塊，則測站的速度可以取 IGS 的速度，進行測站坐標的轉換。

結論:

我國目前還沒有建立足夠密度的國家級 CORS站，現框架現歷元下的 CORS 站的轉換主要依賴于板塊運動模型及我國已有的 IGS 站的速度場信息。國外各板塊運動模型構造時均未包括中國 CORS 的觀測數據，未考慮中國西部區域的運動特性，建立的模型在上述變形區域所計算的速度場是不準確的，尤其在變形區域差異較大。實用中常采用 IGS 站的速度場信息，但在我國目前除 BJFS、SHAO、WUHN 的速度場可以直接應用外，其他的 IGS 站均在板塊的變形區域，速度場信息不可靠，而對于變形區域可采用坐標轉換或基線網平差的 *** 進行轉換。

國家測繪地理信息局現代測繪基準基礎體系基礎設施建設一期工程項目將建成 360 個連續運行站，可建立高精度的速度場模型及板塊運動模型，解決已建及新建 CORS 及我國區域內任 何 地方GNSS 定位結果的嚴密轉換問題。

以下內容摘自劉立等《坐標框架轉換若干問題的研究》：

ITRF間的差別：

從以上各表和圖中可以看出 : 在 ITRF96 和ITRF97 中 x 坐標分量相差 (1 cm～3 cm) , y 坐標分量相差 (1 cm～2 cm) , z 坐標分量相差在 1 cm之內 ;在 ITRF97 和 ITRF00 中 x 坐標分量相差 (1cm～2 cm) , y 坐標分量相差 (1 cm～2 cm) , z 坐標分量相差在 1. 5 cm 之內。 在 ITRF00 和 ITRF05中 x 、y 、z 坐標分量相差毫米級。 ITRF96 、ITRF00和 ITRF05 的中誤差幾乎相同 , ITRF97 的中誤差相對比較大些 ,所以 ITRF96 、ITRF00 和 ITRF05的精度基本相同 ,而且 ITRF05 解算的結果已達到毫米級的精度。

尹業彪《基于連續觀測站的 2000 國家大地坐標獲取 *** 研究》：

獲取CGCS2000的 *** ：

（1）通過平差 *** 將 GPS 網納入到 2000 國家大地坐標系統；

（2）通過公共點求解轉換參數進行置換；

（3）按已公布的 ITRF 框架之間的轉換方式進行置換。

上述 *** （1）是我國 GPS 控制網，由 WGS84 坐標系向工程坐標系或北京 1954 年坐標系和 1980西安坐標系轉換的一種通用 *** 。但該 *** 要求施工者至少有兩個控制點的目標坐標系的坐標，而且要保證一定的精度才能實現整個控制網的精度。在這種情況下，控制網施工單位或個人往往是通過向國家測繪成果主管部門申請、購買，并且要與測繪主管部門簽屬相關的保密協議。這種方式，不僅耗時而且會對增加施工成本。以一個 D 級控制網為例，控制網施工者往往會購買測區周邊 3 個國家 C 級控制點成果，按陜西省測繪局成果價格計算，C 級 GPS 國家控制點平面位置 600 元/個，高程控制點200 元/個，一個 C 級三維點為 800 元，3 個點要 2400 元。這對小型生產活動，是一筆較大的生產投入。

     *** （2）使用的前提是源坐標系統和目標坐標系都要有保持一定高的精度，這樣求算的參數才具有一定的精度，此外，還需要被轉換的原始坐標點在源坐標系內具有較高的精度。在執行起來，較大難度?？刹僮餍圆粡?。

     *** （3）是根據 CGCS2000 的定義，結合各坐標框架及歷元經過一系列轉換實現的。使用該 *** 必須解決如下幾個核心問題即當前歷元下測區內控制點的坐標、當前坐標框架和目標框架之間的轉換參數、當前測區的速度場。只要滿足上述條件，個人完全有能力實現 CGCS2000 坐標。該 *** 也是國家測繪地理信息局推薦的一種轉換 *** 。當前從 IGS 站所能獲得的精密星歷一般是 IGS05 或 IGS08 星歷，其對應的參考框架分別是 ITRF05 和 ITRF08。衛星星歷決定了定位成果所處的參考框架，當前參考框架下的測繪成果向 CGCS2000 轉換時，其實質是當前參考框架向 ITRF97 轉換。

結論：

（1）通過將測區內 GPS 控制點與 IGS 站聯測，使用 GAMIT 軟件對觀測數據組網解算，能夠得到滿足國家 GPS 大地控制網點精度的坐標。測繪單位可以以很小的投入，獲得施工區域內各控制點的 CGCS2000 大地坐標。

（2）測繪成果的精度與觀測時長和 Logistic 曲線關系，當觀測時長超過 14 個小時時，精度會有一個明顯的提高。若要獲得滿足國家 GPS 大地控制網點精度的 CGCS2000坐標，觀測時長應不低于 18 小時。

（3）對流層對 GPS 信號有干擾作用，當衛星截止高度角設置過低時，不僅不能提高觀測精度，反而會降低觀測精度。當衛星截止高達到或超過 15 度時，可以有效的減弱對流層對 GPS 信號的干擾，當衛星截止高度達過大時，會間接影響 GPS 觀測精度。因此，GPS 接收機的衛星截止高度既不宜過低也不宜過過，15 度是一個較為適宜的角度。