统一青岛市测量坐标系.doc
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1、统一青岛市测量坐标系统技术方案青岛市国土资源和房屋管理局国家测绘局大地测量数据处理中心2007.086目 录1.概况11.1测区范围及行政隶属11.2地理位置22.青岛市新坐标系统22.1 青岛市新坐标系统的定义222青岛市新坐标系统的建立2221空间坐标建立和精度统计3222坐标转换和精度统计43.青岛市控制网现状分析531青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网5311空间坐标精度统计5312平面坐标精度统计63.2青岛市GPS控制网73.2.1青岛市城市二等GPS控制网的建立73.2.2青岛市区城市三四等GPS控制网83.2.3青岛市各辖市GPS城市控制网83.3青岛市城市控制网及坐标系
2、统934青岛地区采用的坐标系1035青岛地区控制网和资料情况1036青岛市控制网分析10361青岛市控制网分类10362青岛市GPS控制网存在问题114.统一青岛市测量坐标系统的技术流程图115. 统一青岛市测量坐标系统方案1251执行技术标准:1252 控制点成果的转换方法12522方法二具体实现1853各种资料图件的坐标转换方法18531电子图件的转换18532纸质图件的转换19533 ARCINFO软件E00图形数据坐标转换方法205.3.4 AUTO CAD软件的DXF(或DWG)图形数据坐标转换方法236新旧坐标系统控制成果和图件的精度分析2361新旧坐标系统控制成果分析23611
3、2004青岛土地调查控制网1980西安坐标系与新系统坐标的比较分析与转换24(1)两种坐标比较分析24612 青岛80坐标与新系统坐标的比较分析与转换25(1)两种坐标比较分析25613 1954年北京坐标系统与新系统坐标的比较27614 1980西安坐标系统与新系统坐标的比较2862新旧坐标系统图件分析286.2.1 2004青岛土地调查控制网1980西安坐标系图件转换为新坐标系统296.2.2 青岛96坐标系图件转换2963新旧坐标系统对长度影响29631 2004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标边长之差29632青岛80坐标与新系统坐标边长之差3064新旧坐
4、标系统对面积的影响30(1)、2004青岛市土地调查大地基础控制测量网的1980西安坐标与新系统坐标面积之差307控制网具体转换方案3171主要控制网坐标成果的转换31711青岛市GPS城市控制网31712青岛市城区控制网改造网(三、四等)3272局域控制网坐标的转换方法32721原控制网保留平面坐标转换具体处理方法:338各种信息系统的坐标系更新358.1房产交易中心系统的更新35附表一:“青岛市基础控制测量网”地心坐标转换1980西安坐标采用的重合点36附表二 2006与2004 青岛市测量基础控制网 1980西安坐标系坐标之差38附录一:2附录二: 各种坐标转换参数6统一青岛市测量坐标系
5、统技术方案1.概况随着青岛市经济建设的飞速发展,原有的测量基准网已不能满足城市建设发展的需要。1995年青岛市规划局组织有关部门对青岛市原有基础控制网进行了分析研究,开展了青岛市GPS城市控制网建设;2004年青岛市国土局为了开展青岛市国土资源调查,分析了基础控制网的现状,结合国土资源调查的需要,开展了青岛市土地调查大地基础控制测量项目建设;20052006年国家测绘局为满足新技术条件下国民经济建设、国防建设及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求,组织实施了“华东、华中区域大地水准面精化”项目,其中包括山东省GPS A 、B 、C级网建设及大地水准面精化,在青岛市有1个GPS A级点、
6、6个GPS B级点和102个GPS C级网点,这些点基本与青岛市土地调查大地基础控制测量项目的点位重合。以上这些控制网的建成在很大程度上满足了青岛市城市建设的需要。与此同时还存在着不足,目前青岛市有多套测量坐标成果,规划部门有自己的坐标系统和控制网,土地部门也有自己的坐标系统,两者之间相差很大,各种图件无法融合,无法统一,这不利于测绘依法行政、统一管理和使用,给测量成果的使用和管理带来了很大的困难,严重制约了测绘成果的共享与服务,不利于青岛市城市建设的需要。按照现代测绘理论,在一个城市,测量基准及其成果应该是严格统一的、唯一的,因此,统一以上坐标系统及其成果势在必行。青岛市坐标系统的统一,将为
7、各类测绘成果资料的信息共享、成果的管理和使用打下了良好的基础,为青岛市国民经济建设提供基础测绘保障与服务,必将会在青岛市经济建设中发挥重要作用。如何统一青岛市测量坐标系统,原控制成果和图件如何在统一的系统下使用,以及原地理信息系统如何使用,成为各行各业关注的焦点,该设计方案就是解决这些问题。1.1测区范围及行政隶属青岛市地处山东半岛东南部,东西宽约140公里,南北长约180公里,全市总面积10654平方公里,其中市区(含市南、市北、四方、李沧、崂山、城阳、黄岛七区)1102平方公里,所辖胶州、胶南、即墨、平度、莱西五市9552平方公里。全市海岸线(含所属海岛岸线)总长为862.64公里,其中大
8、陆岸线730.64公里,占山东省岸线的1/4。全市有海岛69个。1.2地理位置 青岛市位于东经1193012100,北纬35353709。东、南濒临黄海,东北与烟台市毗邻,西与潍坊市相连,西南与日照市接壤。2.青岛市新坐标系统2.1 青岛市新坐标系统的定义建立的青岛市新坐标系统, 是以2004“青岛市土地调查大地基础控制测量项目”控制网作为青岛是基础控制网,重新命名为“青岛市测量基础控制网”,采用1980西安坐标系统。为了区别称为“青岛市测量基础控制网”(2006) 1980西安坐标系统。n 参考椭球:IAG75椭球n 椭球长半径:n 地球引力场二阶带谐系数:n 地心引力常数:n 地球自转角速
9、度:n 高程异常:采用1980西安坐标系高程异常n 投影面:1985国家高程基准相应的黄海平均海平面n 平面坐标:中央子午线120,3投影带22青岛市新坐标系统的建立“青岛市测量基础控制网”(2006)成果构成由华东、华中区域大地水准面精化项目(青岛市)的GPS A B C级网和青岛市土地调查大地基础控制测量项目的GPS 框架网、C D级网共同构成,共有GPS点382点,其中GPS A级网点1个,B级网点6个, C级网点117个,D级网点258个。“青岛市测量基础控制网”(2006)成果计算,一方面确保现有资源的合理利用,另一方面,要与山东省GPS C级保持一致,确保资料成果统一性和现势性。参
10、考基准:地心坐标系 ITRF97,参考框架,2000.0历元。221空间坐标建立和精度统计采用目前国际上公认的高精度定位软件之一美国麻省理工学院的GPS数据处理软件GAMIT/GLOBK,进行青岛市测量基础控制网数据处理。华东、华中区域大地水准面精化项目是在全国及国际GPS连续运行站控制下,进行整体平差得到地心坐标成果,与2000国家GPS控制网保持了一致。山东省GPS ABC级网是华东、华中区域大地水准面精化项目的重要组成部分,它是目前山东省最新、现势性最好的基础控制成果。青岛市GPS C级网(2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目)是山东省GPS C级网的组成部分,在山东省GPS AB
11、C级网的控制下,进行青岛市GPS D级网平差,从而得到了青岛市目前最新、现势性最好、与山东省基础控制基准一致的成果。华东、华中大地水准面精华项目(青岛)(GPS A B C级网)2005-2006青岛市土地调查大地基础控制测量项目(GPS 框架网、C D级网)2004“青岛市测量基础控制网”(2006)成果 图2-2 青岛市测量基础控制成果(2006)构成GPS A、B级网点南北方向的平均精度为0.4 mm,东西方向为0.4 mm,高程方向为1.7 mm,基线相对中误差平均值为。GPS C级网点南北方向的平均精度为0.8 mm,东西方向为0.8 mm,高程方向为2.1mm,基线相对中误差平均值
12、为。GPS D级网点南北方向的平均精度为1.3 mm,东西方向为1.4 mm,高程方向为2.9mm,基线相对中误差平均值为。222坐标转换和精度统计在青岛市测量基础控制网点地心坐标系(WGS-84坐标系)转换为参心坐标系(1980西安坐标系)中,为了与华东、华中大地水准面精化项目中山东省GPS控制网点的坐标保持一致,我们利用精化项目中山东省地心坐标系与参心坐标系坐标转换参数作为本次坐标转换参数,采用144个重合点求取WGS-84坐标系与1980西安坐标系坐标转换参数,重合点详细情况见附表一。重合点分布图:图2-3 WGS-84坐标系与1980西安坐标系转换重合点分布图坐标转换采用Bursa七参
13、数模型,坐标转换精度是通过求取转换参数重合点的残差中误差体现的。青岛市地心坐标系与1980西安坐标系坐标转换精度:表2-1 80坐标转换坐标残差表精度统计残差(米)点号转换用重合点数平面坐标X 最大点0.1485 PA38144平面坐标Y 最大点0.1363 PB74最大点位0.1509 P574 平面 X 残差中误差0.0588(米)平面 Y 残差中误差0.0606(米) 平面坐标残差中误差0.0844(米)3.青岛市控制网现状分析青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网和青岛市GPS二等控制网作为前期青岛地区骨干控制网,由于精度较高,分布均匀,覆盖五市七区,青岛大部分局部控制网都是以此为基
14、础建立的,只有少量局部控制网是在国家控制网基础上发展。31青岛市土地调查大地基础控制测量项目控制网2004青岛市土地调查大地基础控制测量项目,布设青岛市GPS C、D级网,在GPS C级网的控制下,进行青岛市GPS D级网平差,从而得到了青岛市目前最新、现势性最好的成果。 GPS 网平差采用逐级控制。首先在ITRF97框架下,参考历元为2000.0,以国内及周边地区GPS连续运行站为框架点,做三维约束平差,求出GPS A、B级网点坐标;其次在ITRF97框架下,参考历元为2000.0,以国内及周边地区GPS连续运行站和临时基准站为框架点,其中GPS A、B级网和临时基准站点给予2的约束,求出G
15、PS C级网点坐标。在GPS C级网的控制下,进行青岛市GPS D级网平差。然后,采用Bursa七参数坐标转换模型和重合点14个坐标,将地心坐标转换为 1980西安坐标。311空间坐标精度统计表3-1 GPS C级网空间直角坐标与基线精度统计表 统计项 最值XrmsYrmsZrms基线相对中误差最小值0.6 mm0.8 mm0.6 mm最大值4.8 mm7.9 mm5.2 mm平均值1.3 mm1.8 mm1.4 mm由上表可知,坐标精度优于8mm,基线相对中误差最大值为,平均值为。表3-2 GPS C级网站心直角坐标精度统计表 统计项 最值NrmsErmsUrms最小值0.4 mm0.5 m
16、m1.0 mm最大值3.8 mm3.8 mm9.2 mm平均值1.0 mm0.9 mm2.2 mm由上表可知,水平方向的精度优于4mm,高程方向的精度优于10mm,水平方向最弱点为C088,高程方向最弱点为C088。表3-3 GPS D级网空间直角坐标与基线精度统计表 统计项 最值XrmsYrmsZrms基线相对中误差最小值0.6 mm0.9 mm0.7 mm最大值24.0 mm16.8 mm8.5 mm平均值1.6 mm2.1 mm1.7 mm由上表可知,坐标精度均优于2.4cm,基线相对中误差最大值为,平均值为。以上统计不含D151点,因该点数据质量太差,D151点精度Xrms为59.3m
17、m,Yrms为35.8mm,Zrms为33.8mm。表3-4 GPS D级网站心直角坐标精度统计表 统计项 最值NrmsErmsUrms最小值0.5 mm0.5 mm1.1 mm最大值7.7 mm20.8 mm15.7 mm平均值1.3 mm1.3 mm2.8 mm由上表可知,水平方向的精度优于2.1cm,高程方向的精度优于1.6cm,水平方向最弱点为D253,高程方向最弱点为D253。以上统计不含D151点,因该点数据质量太差,D151点精度Nrms为21.4mm,Erms为38.9mm,Urms为63.0mm。312平面坐标精度统计采用Bursa七参数坐标转换模型,采用重合点为GD04、C
18、001、C015、C019、C034、C046、C052、C058、C074、C078、C082、C084、C085、C099。1980西安坐标采用3带高斯正形投影,中央子午线为东经120。表3-5 坐标转换残差表精度统计残差(米)点号转换用重合点数平面X 最大点0.1624 C08214平面Y 最大点0.1325 C015最大点位0.1914 C058平面 X 残差中误差0.0925 (米)平面 Y 残差中误差0.0764 (米)平面坐标残差中误差0.1199 (米)3.2青岛市GPS控制网 青岛市GPS控制网为青岛市城市二等GPS控制网和青岛市区城市及周边三四等GPS控制网。3.2.1青岛
19、市城市二等GPS控制网的建立青岛市城市二等GPS控制网于1996年建成。全网由65点组成,由多兵涧(等)、后儿堡(等)、常山(等)、水清沟(等)四个重合国家高精度常规控制网的点构成GPS骨架网。65点中,重合国家等三角点8个,重合国家等基本锁18点,与国家、等补充网重合34点,另有20点与各市城控首级网点重合。新设点位5个。网中有24点联测了三等水准。3.2.1.1坐标系统及精度3.2.1.1.1青岛城市80坐标系首先对骨架网在常山、多兵涧两点固定的约束下(即以此两点1980西安坐标系坐标为起算)进行平差求出其余两个骨架网点的80系坐标,然后以骨架网4个点作起算,对65点全网进行80坐标系下的
20、约束平差,求得称为“青岛市城市80坐标系”的坐标。平差后的最弱点点位中误差为1.33cm;最弱边(石崖法家园)的相对误差为1/213万。3.2.1.1.2青岛96城市坐标系将青岛市城市二等GPS网的青岛城市80坐标系坐标平移至原青岛城市坐标系统的起算点:水清沟(锁)的坐标上,定名为“青岛96城市坐标系”,简称青岛96系统。利用原市区范围内6个二等GPS网重合点的成果和1972年复测的地面观测(三角、导线)资料,依次对二、三、四等三角网和以后建立的小三角网、一、二级导线网进行全面系统的改算,形成了市区原控制范围内完整的青岛96系统新成果。3.2.1.1.3青岛市城市54坐标系与青岛城市80坐标系
21、平差方法基本相同,只是将固定点坐标换成1954年北京坐标系坐标起算。3.2.2青岛市区城市三四等GPS控制网青岛市勘察测绘研究院于20012003年在青岛市二等GPS网的基础上加密,布设了覆盖市内七区及周边邻接地区的城市三四等GPS网。情况详见表3-6。表3-6 青岛市区三四等GPS网情况表网名等级点数建成年代控制范围精度坐标系统点位误差cm边长误差市区三等网1022003年市内七区及周边邻接1.0青岛城市54系统;青岛城市80系统;青岛市96系统黄岛四等网652003年黄岛地区1.56市内地区四等网1122003年市内四区1.36高科园四等网高科园区2.22全市三等网531997年全市辖区(
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