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CGCS2000/WGS84/ITRF关系

WGS84背景

WGS-84 是由美国国防制图局建立的。该部门后并入新成立的美国国家影像与制图局( NIMA-National Imagery and Mapping Agency) ，在美国 9·11 事件后，更名为美国国家地理空间情报局(NGA-National Geospatial-Intelligence Agency) 。

坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间服务机构）1984.0定义的协议地球极（CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，先后经历了四次精化，如下图

使用WGS84时存在的问题

由于日常GPS测量定位中，很少指定WGS84坐标系是在某个历元的坐标，在公司国际项目中普遍采用联测IGS全球跟踪站来获得精确的WGS84坐标。

但是在国内各油田项目中大部分使用的WGS84不是真正意义上的84坐标，而是ITRF某个参考框架和历元的坐标，且各油田并不一致。

这一点需要在工作当中引起足够的重视，拿到一套WGS84或者其他坐标系的坐标，首先想办法搞清楚它们采用的框架和对准的历元。

举个例子：sopac网站不同历元BJFS跟踪站与WGS84坐标对比
sopac网站获得了BJFS全球跟踪站在2010年、2018年和2019年5月31日的空间坐标。我们进行对比发现：时间相差一年，X方向的坐标差达到了3cm；时间相差9年，X方向的坐标差达到了28cm。可见由于缺少历元的约束，使用WGS84坐标系会带来几十公分的误差，所以使用上一定要谨慎，WGS84坐标应该是指某个历元的坐标。目前GPS测量定位中，若采用广播星历，则所得到的定位结果都是WGS84（G1674）坐标下当前历元，它与ITRF2008框架在历元2005.0处的坐标一致。

$当前WGS84(G1674)：\boxed{ITRF2008\; /\; EPOCH2005.0}$

CGCS2000背景

$CGCS2000：\boxed{ITRF1997\; /\; EPOCH2000.0}$

CGCS2000发展和实现过程经历了以下几个阶段：
第一阶段，首先是由全球均匀发布的47个IGS站作为控制框架发展而来，这通常称为第一层次即CGCS连续运行GPS网，平差后站坐标精度约为3mm，速度精度为1mm/a。

第二阶段通过IGS站组成的控制框架联合全国GPS一、二等等级网、国家GPSA、B级网以及地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网，共约2518个点，联合平差组成，平差数据截止至2001年底。

获取CGCS2000坐标的方法
使用地方CORS站直接引入，方便快捷；

使用IGS站联测，连续观测至少18h，利用东方地球物理公司GNSS控制网数据处理软件GBC或者其他商业软件或开源软件，下载IGS站同步观测数据、精密星历，进行基线解算，然后框架转换。该方法也是国家测绘地理信息局推荐的一种转换方法。按已公布的ITRF框架之间的转换方式进行置换，根据CGCS2000的定义结合各坐标框架及历元经过一系列转换实现的。需要满足以下条件：当前历元下测区内控制点的坐标、当前坐标框架和目标框架之间的转换参数、当前测区的速度场。

ITRF框架背景

在地球公转和自转过程中，地球的形状在不断变化。为了便于观察地球旋转引起的地壳运动，我们利用地球表面点的坐标来测量板块构造、区域沉降或荷载。地球在空间中的旋转是根据系在恒星物体上的一个框架来测量的，称为天体参考框架。成立于1988年的国际地球自转和参考系统服务局（IER）建立和维持天体参考框架ICRF，地球参考框架ITRF和地球方向参数（EOP）。目前，四种主要的大地测量技术（GPS、VLBI、SLR和DORIS）被用来计算精确的坐标。

$\boxed{这些框架为比较不同地点的观测和结果提供了一个共同的参考。}$

由于装备了这些技术工具的跟踪网络在不断发展，可用数据周期也随着时间的推移而增加，因此ITRF不断更新。最新的地球参考框架是ITRF2014，所有这些包括站点位置和速度。他们模拟了长期的地壳变化，用来比较不同时期的观测结果。

三个测站不同框架不同历元坐标对比

WGS84（G1674）与CGCS2000两者的参考椭球虽然已经趋于一致。但参照的IRTF框架、历元不同，导致两者坐标之差高达分米级，如上图表中所示。这个精度是不能满足实际生产需求的，需要我们进行历元归算和框架转换来进行精度改正。

ITRF框架与2000国家大地坐标系框架间换算

参考：
1、https://new.qq.com/rain/a/20210919A0B3IC00
2、CH∕T 2014-2016 大地测量控制点坐标转换技术规范.pdf