2000中国大地坐标系(CGCS2000)参数

大地测量学是以研究地球形状与大小为基本目的的地学领域中的基础性学科， 是为人类的活动提供地球空间信息的学科。大地测量学与地球科学多个分支互相交叉渗透， 为探索地球深层结构、动力学过程和力学机制提供技术支持。近几年， 我国大地测量工作有了可喜的进展， 在以下几个方面取得了重要成果: 坐标系统的建立、维护和更新; 卫星定位技术的发展应用; 地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展;( 似) 大地水准面精化研--------------------------------------------------------------------
我国大地测量几卫星导航定位技术的新发展
程鹏飞1 ， 杨元喜2 ， 李建成3 ， 孙汉荣4 ， 秘金钟1
( 1 . 中国测绘科学研究院， 北京100039 ; 2 . 西安测绘研究所， 陕西西安710054 ;
二、卫星定位的发展应用
1. Galileo 系统进展在中国政府与欧盟签署了中- 欧伽利略计划合作协议之后，2005 年3 月9 日， 国家遥感中心与中国伽利略卫星导航有限公司( CGI) 在北京签署了关于执行“合作协议”的总承包协议。目前中国的有关机构已经启动了欧盟的伽利略计划的有关研发项目共14 项， 内容涉及空间段、地面段和用户接收机等。为体现中国在伽利略计划中的合作地位， 旨在加强欧盟国与国之间的科研合作而专门制订的欧盟的第六框架计划( FP6) 也已向中国的科研机构、大学和高技术企业开放。欧盟在2005 年12 月发射了第一颗伽利略在轨测试导航星之后， 将在 2007 年继续实施发射计划。
目前CGCS2000 的维持主要依靠连续运行GPS参考站， 它们是GPS2000 的骨架， 其坐标精度为毫米级， 速度精度为±1 mm/ a 。 CGCS2000 框架由2000 国家GPS 大地控制网点构成， 共有约2 600 个3 维大地控制点， 其点位精度约为±3 cm。而由国务院测绘行政主管部门和军事测绘行政主管部门分别实施完成的全国天文大地网与2000 国家GPS 大地控制网联合平差形成的近5 万点构成了 CGCS 2000Q 框架的加密网点，3 维点位误差约为±0 .3 m[ 10 ，11] 。
一、我国新一代地心坐标系统的建立和维护大地坐标系是一种固定在地球上， 随地球一起转动的非惯性坐标系。大地坐标系依其坐标系原点的位置不同而分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质心( 包括海洋、大气) 重合， 参心坐标系的原点与某一地区或某一国家采用的参考椭球的中心重合。由于航天、航空、航海事业的发
参考椭球采用2000参考椭球，其定义常数是：
长半轴：a = 6378137ｍ
地球（包括大气）引力常数：GM = 3.986004418×1014m3s-2
地球动力形状因子：J2 = 0.001082629832258
地球旋转速度：ω = 7.292115×10-5rads-1
正常椭球与参考椭球一致。
2000中国大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000）。参考历元为2000.0，其定义为：
原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心；
定向：初始定向由1984.0时BIH（国际时间局）定向给定；是右手地固直角坐标系。原点在地心；Z轴为国际地球旋转局（IERS）参考极（IRP）方向，X轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线， Y轴与Z轴和X轴构成右手正交坐标系。
2. 网络RTK 技术进展目前的网络RTK 技术主要包括VRS，FKP 和CBI 三种。不管采用什么方法， 其实质都是利用基准站网的数据尽可能准确地模拟或消除用户站处的定位误差， 从而提高用户的实时定位精度。由于网络RTK 技术使用户不必为作业而独立设置参考站即可实时获得厘米级定位结果， 因而该技术迅速在我国得到较广泛的推广。北京、上海、天津、广东等省( 直辖市) ， 以及深圳、昆明、东莞、广州等城市纷纷建立网络RTK 服务系统， 浙江、江苏等省的类似系统也正在建设中。
3. 卫星导航系统在各行业应用的进展在交通运输中， 主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高速公路的迅速发展， 对勘测技术提出了更高的要求， 目前国内已逐步采用GPS 技术建立线路首级高精度控制网; 差分动态GPS 在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密， 中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS 航测等方面; 国家测绘局、总参测绘局和交通部共同利用动态差分GPS 技术对我国160 多万千米的各等级公路进行了高精度数据采集和数据库建设[ 12 ～14] ; 在汽车导航和交通管理中的应用主要表现在汽车自动导航方面， 汽车导航系统由GPS 导航、自律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD- ROM 驱动器、LCD 显示器组成。GPS 导航系统与电子地图、无线电通讯网络及计算机车辆管理信息系统相结合， 实现了车辆跟踪和交通管理等许多功能， 诸如车辆跟踪———在汽车的电子地图上实时显示车辆的位置， 对重要的车辆
四、( 似) 大地水准面精化研究进展( 似) 大地水准面的精化一直是大地测量学中的热点问题， 不仅具有理论价值， 尤其是在高精度卫星导航定位系统广泛应用的今天， 更具巨大的使用价值， 它将使全球卫星定位系统的3 维定位性质在实际应用中充分发挥作用， 并在高程测定上用卫星定位逐渐替代低等级的水准作业。新一代中国似大地水准面CQG2000 是在利用420 055 的重力数据和671 个国家A/ B 级GPS 水准资料计算得出的。重力归算和5′×5′格网空间重力异常是采用地形均衡归算完成和计算的。计算格网布格改正、地形改正和均衡改正时采用了中国百万数据库DTM 资料，其分辨率为18 .75″×28 .125″; 在我国境外的大陆部分采用了美国USGS 的分辨率为30″×30″的全球数字高程模型; 利用双线性内插为 18 .75″×28 .125″高程模型; 在中国海及邻海海底地形模型采用将美国国防制图局( DMA) 和美国宇航局( NASA) 哥达德飞行中心( GSFC) 1995 年研制的5′×5′联合全球高程数据( JPG95E) ， 通过双线性方法内插为18 .75″×28 .125″海底地形模型。将上述两种数据源的地形数据合并， 首先采用了1 维FFT 技术计算了18 .75″×28 .125″地形改正( 包括Taylor 级数展开的一阶和二阶项) ， 积分半径取80 km。均衡改正同样利用1维FFT 技术计算， 积分半径为166 .7 km。考虑到数据量较大的因素， 所有计算均按百万图幅分块处理。CQG2000 在36°以北108°以西似大地水准面的精度为±0 . 5 m; 在36°以北108°以东精度为±0 .3 m; 在36°以南 108°以西精度为±0 .6 m; 在为36°以南108°以东精度为±0 .3 m。在区域大地水准面求定的理论和实践方面均取得了重大进展， 突破了若干关键技术， 使得我国局部似大地水准面确定精度实现了跨时代的发展， 逐渐形成应用高分辨率数值地面模型( 例如美国奋进号航天飞机雷达地形测绘使命( SRTM) 高分辨率3″×3″数值地面模型) 进行地形改正、采用严密的1 维FFT 技术计算地形改正、均衡改正、采用严密的陆
关键词: 大地测量; 卫星导航定位; 地壳运动监测;( 似) 大地水准面
收稿日期: 2007-01-04
作者简介: 程鹏飞( 1964- ) ， 男， 黑龙江鹤岗人， 研究员， 博士， 博士生导师， 中国测绘学会常务理事， 大地测量专业委员会主任委员， 主要从事大地测量专业的理论与应用研究。
展， 以及现代测绘技术的普遍应用， 传统的参心坐标系已不能满足需要。国际上几乎所有发达国家都已采用地心坐标系， 我国周边国家大多也采用地心坐标系， 我国大地坐标系同样也面临着由参心坐标系向地心坐标系的更新[ 1 ～11] 。由笔者组织起草的《我国采用2000 国家大地坐标系( CGCS2000) 的方案》已经通过了国务院测绘行政主管部门和军事测绘主管部门共同组织的专家验收。目前该方案已经征求十多个部委意见， 待国务院批准。我国建国以来分别建立了1954 年北京坐标系和1980 西安坐标系[ 6] 。近十年来， 我国测绘工作者利用空间观测技术， 卓有成效地开展了我国地心坐标系的研究与实践工作。建成了2000 国家GPS 大地控制网， 完成了全国天文大地网与2000 国家 GPS大地控制网的联合平差工作， 使2000 国家大地坐标不仅有明确的定义， 而且有高精度的坐标框架具体
和货物进行跟踪运输; 提供出行线路规划和导航———主要包括自动线路规划和人工线路设计， 软件自动计算最佳路线并显示， 告知用户汽车运行路径和运行方法; 信息查询功能———为用户提供主要目标的数据库; 话务指挥———指挥中心通过通话对跟踪目标车辆实现管理; 紧急援助———根据求助信息和报警目标， 规划最佳援助方案， 启动应急预案， 对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。在气象应用上， 我国逐步开展了地基GPS 观测在气象学中应用的研究和业务试验工作。通过基于地面GPS 遥感技术， 可以获得具有很高时空分辨率、达到毫米精度的水汽资料， 以补充常规探空资料在时间分辨率上的不足， 提供快速变化的信息。气象部门结合 GPS 技术可更早、更准确地预报未来天气状况; 在GPS/ LEO 空基气象学研究中也取得了进展， 采用通约LEO/ GPS 轨道方法， 实现了掩星地面观测点控制的新思路; 在GPS 测风方面， 地面站接收GPS 信号后会选出所需数据， 再加入有关卫星轨道的数据， 计算无线电探空仪的位置， 从而计算出高空风向、风速以及气压、气温和湿度。与传统无线电探空仪相比， GPS 测风系统的准确度更高， 可探测到探空仪所在大气中准确的气象数据， 且不易受闪电及雷暴等恶劣天气影响， 因此正成为下一代高空气象探测系统中新的重要的成员。此外， 在建筑工程、土地资源调查、监测与保护、建筑物变形监测、电力和移动通讯网络系统的时间维护、物流配送等方面， 卫星导航定位正在发挥越来
越重要的作用。
三、地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展基于中国地壳运动观测网络1998 ～2004 年27个基准站GPS 连续观测数据、 55 个基本站7 期观测数据和近1 000 个区域站3 期观测数据， 给出了中国大陆现今地壳运动速度场的最新观测结果[ 15] ; 按照中国大陆地质构造情况， 将中国大陆划分成不规则的曲线网格， 利用高精度GPS 网平差得到的GPS速度、地震矩张量和活断层滑动速率， 研究分析了天文大地网与GPS2000 网联合平差中是否需要对天文大地网地面观测值进行形变改正问题[ 16] ; 利用中国大陆以及蒙古、缅甸、印度、尼泊尔和喜马拉雅等周边地区多年的GPS 观测资料， 基于连续介质假设， 采用双三次样条函数模拟方法， 给出中国大陆整体水平位移速度， 拟合精度优于±3 mm/ a ， 获得了中国大陆的水平应变率场， 并分析了中国大陆现今构造变形、水平应变率场的空间分布特征[ 17] ; 利用2001 年和2003 年两期GPS 观测数据， 结合绝对重力测量结果分析了中国沿海海岸在欧亚框架下的水平运动及在全球框架ITRF2000 下的垂直运动特征， 并讨论GPS 定期观测与连续观测的区别[ 18] 。此外， 综合利用GPS 及VLBI 技术， 还可对地学板块运动模型进行验证[ 19] 。而通过解算北美、欧亚、太平洋等12 板块之间的相对运动欧拉矢量， 得到了实测的板块运动模型GVM1 ， 与 NUVEL-1A 的比较指出: GVM1 大体上与地学模型一致; EURANOAM的极位置与NUVEL-1A 的相应极比较接近， 旋转速率略微偏大; 澳大利亚板块在最近几年内是稳定的; 太平洋板块与其他板块对的极位置与地学模型较为接近， 这表明多种技术的组合数据提高了板块运动模型建立的精确性和可靠性[ 20] 。
体现。2000 中国大地坐标系( 简写为CGCS2000) 其定义与ITRS 协议的定义一致， 即坐标系原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心; 尺度为在引力相对论意义下的局部地球框架的尺度; 定向的初始值由1984 .0 时BI H 定向给定， 而定向的时间演化保证相对地壳不产生残余的全球旋转[ 6] ; 长度单位为引力相对意义下局部地球框架中的米。CGCS2000 的参考历元为2000 .0 。CGCS2000 所采用的参考椭球以a( 赤道半径) 、J 2( 动力形状因子) 、GM( 地心引力常数) 和ω( 地球自转角速度) 等四个基本参数定义。
3 . 武汉大学， 湖北武汉430079 ; 4 . 中国地震局地震预报中心， 北京100036)
摘要: 综述我国大地测量及卫星导航定位技术的新进展， 介绍近几年我国大地测量工作取得的重要成果: 坐标系统的建立、维护和更新; 卫星定位技术的发展应用; 地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展;( 似) 大地水准面精化研究进展。