2000中国大地坐标系
2009年第54卷第16期:2271~2276 https://www.360docs.net/doc/be3159501.html, https://www.360docs.net/doc/be3159501.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE IN CHINA PRESS
进展
2000中国大地坐标系
杨元喜
西安测绘研究所, 西安 710054
E-mail: yuanxi_yang@https://www.360docs.net/doc/be3159501.html,; yuanxi@https://www.360docs.net/doc/be3159501.html,
2008-12-19收稿, 2009-04-07接受
国家自然科学基金(批准号: 40774001, 40841021)和国家高技术研究发展计划(编号: 2007AA12Z331)资助项目
摘要总结了构建2000中国大地坐标系及坐标框架的基本策略, 包括坐标系的定义, 坐标框架建设层次, 实现2000中国大地坐标框架的函数模型、随机模型以及平差方法的改进. 首先利用国际高精度IGS站与我国连续运行GPS网联合解算, 构成我国2000坐标系的基本骨架, 保证我国2000坐标系与国际高精度地心坐标系统一致; 在高精度IGS站坐标控制下, 将我国已经建成的6个全国范围GPS大地控制网进行优化集成, 建立了具有2500多点的高精度的、统一的“2000国家GPS大地控制网”(历元为2000.0), 形成了2000中国大地坐标系的基本框架; 再将全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网进行联合平差, 进一步加密了我国大地坐标系框架, 加强了我国天文大地网的现势性, 提高了天文大地网的精度, 统一了国家大地测量基准. 通过具有针对性的数据融合方法处理后的中国大地坐标框架, 消除了各类大地网的基准差, 减弱了系统误差和异常误差的影响. 最后对启用2000中国大地坐标系的意义以及现有中国大地坐标框架存在的问题进行了描述. 关键词
坐标系统坐标框架大地控制网GPS控制网基准
1我国大地坐标系现状
地球坐标系统(TRS)的建设包括坐标系定义和地球参考框架建设. 坐标系的定义包括: 坐标系原点、轴向和尺度; 一个地球参考系必须由精确测定其坐标和速度的物理点集实现, 这些点集称为地球参考架(TRF).
由于历史和技术的原因, 我国在不同时期曾建立和使用过多种大地坐标系(1954年北京坐标系、新1954年北京坐标系、西安1980坐标系、地心Ⅰ号(DX-Ⅰ)和地心Ⅱ号(DX-Ⅱ)坐标系、WGS-84, 这些坐标系为国民经济建设、航空、航天、航海及科学研究提供了重要支撑. 但是多种坐标系共存也给实际应用带来了许多实际问题. 一是容易造成地理空间信息的混乱; 二是目前使用最为广泛的新旧1954年北京坐标系和西安1980坐标系属于局部参心坐标系, 精度偏低, 难以满足航空、航天、航海及国防建设的需要; 三是曾经使用过的DX-Ⅰ和DX-Ⅱ坐标系, 只是二套相对新1954年北京坐标系的坐标转换参数, 没有实际的坐标框架, 坐标转换参数的精度较低, 难以满足科学研究的需要[1,2]. 为此, 多位学者提出建立我国新一代地心坐标系的设想[2~4].
(ⅰ) 1954年北京坐标系. 1954年北京坐标系是通过我国东北呼玛、吉拉林、东宁3个基线网与前苏联远东大地控制网相联接, 将前苏联1942年普尔科沃(Pulkovo)坐标系延伸至我国的一个坐标系. 于是, 1954年北京坐标系实际上是前苏联1942年普尔科沃坐标系在我国的扩展和延伸.
1954年北京坐标系建立后, 我国天文大地网采取边布设边平差的方式, 获得了约40千点的坐标, 从而构成了1954年北京坐标系的基本参考框架. 1954年北京坐标系存在以下问题: (1) 采用的克拉索夫斯基椭球与现代椭球相比, 长半轴大了108 m,
扁
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率倒数大了0.04; (2) 椭球定位定向有较大偏差, 与
我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜,
最大倾斜量达65 m; 椭球短轴的定向也不明确; (3) 坐标系原点不在北京, 而在前苏联的普尔科沃, 取名
为“北京坐标系”名不符实; (4) 几何大地测量与物理
大地测量采用的椭球也不统一, 给实际使用带来不便; (5) 坐标精度偏低, 相对精度为5×10-6左右;
(6)由于采用了分区局部平差法, 系统误差累积明显,
导致大地网产生扭曲和变形, 区与区之间产生裂隙; (7) 较低精度的二维大地测量成果与高精度的三维
卫星大地测量成果不相匹配, 引起使用上的麻烦.
(ⅱ) 1980年西安坐标系. 1980年西安坐标系是
经全国天文大地网整体平差而建立的另一个参心坐
标系, 采用的参考椭球比较合适, 坐标轴的指向明确,
参考椭球面与我国大地水准面吻合较好, 椭球定位
比较符合中国的实际. 大地原点位于陕西泾阳县永
乐镇.
1980年西安坐标系建立后, 进行了全国天文大
地网整体平差. 通过平差消除了分区局部平差和逐
级控制造成的影响, 提高了平差结果的精度. 平差后
获得约50千点的坐标, 构成了1980年西安坐标系的
基本参考框架. 但全国天文大地网整体平差时, 采用
了大地原点固定的、以天文方位角与起始边作控制的
单点自由网平差法, 天文方位角与起始边的系统误
差无条件地带入整网平差结果中, 整体平差后的全
国天文大地网存在较大的系统性扭偏.
1980年西安坐标系仍然存在以下问题: 一是只
能提供二维坐标, 不能提供高精度三维坐标; 二是采
用了国际大地测量协会(IAG)1975年推荐的椭球, 该
椭球与IERS推荐的椭球相比, 长半轴大了3 m, 这可
能引起约5×10-7量级的长度误差; 三是椭球短轴指
向JYD1968.0极原点, 与国际上通用的椭球短轴指向
不一致; 四是椭球定位没有顾及到占中国全部国土
面积近三分之一的海域范围. 尽管1980年西安坐标
系比1954年北京坐标系有所改善, 但并没有发生实
质性的变化.
同时, 考虑到不影响已有海量基本比例尺地形
图的使用, 通过对1980年西安坐标系进行平移转换,
又建立了新1954年北京坐标系(整体平差转换值).
该坐标系采用了与1954年北京坐标系一样的克拉索
夫斯基椭球, 精度与1980年西安坐标系基本一致.
(ⅲ) DX-Ⅰ和DX-Ⅱ坐标系. 为了适合航天技术的发展, 20世纪70年代和80年代, 我国先后建立了两套地心坐标系统, “DX-Ⅰ”和“DX-Ⅱ”. 这两套地心坐标系实际上只求解了两套坐标转换参数. “DX-”
Ⅰ只有3个平移参数而不包含旋转参数和尺度变化参数, 仅表示1954年北京坐标系椭球中心相对于地球质量中心的位置, 忽略了坐标轴向的不平行, 所用的椭球大小也不一样. 此外, DX-Ⅰ所使用的资料也有限、原始数据不精确、处理方法也不够完善. 因此, 由“DX-Ⅰ”转换参数转换的坐标精度仅在15 m 左右. 20世纪80年代, 我国布设了全国多普勒网(37个点), 1982年又布测了卫星动力测地网(7个点), 1985年完成了定位解算, 获得了全国范围相应点的地心坐标. 同时, 完成了全国天文大地网整体平差, 确定了约50千点的大地坐标, 并求得了新的地心坐标转换参数, 取名为“DX-Ⅱ”. “DX-Ⅱ”由3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数组成, 各坐标分量转换精度约在5 m左右.
2国际主要国家大地坐标系统建设概况
2.1 北美坐标系发展概况
(ⅰ) NAD83坐标系. 1986年北美大陆(美国、加拿大、墨西哥)通过地面控制网和空间测量网(多普勒数据、VLBI数据)联合平差, 建立了NAD83地心坐标系. 联合平差的大地控制网由250千点组成. 多普勒数据和VLBI数据用来确定NAD83参考框架的定向, 最初的定义要求NAD83参考框架与WGS-84的轴向一致、原点重合. 但与WGS-84不同的是, NAD83采用GRS80参考椭球, 参考椭球的原点与地球质心重合.
北美NAD83第2版NAD83增加了GPS, VLBI 和SLR观测信息. 统一处理后NAD83地心坐标系与地球质心的重合度大约为 2 m, 空间坐标轴定向为0.03″, 网的尺度达到0.0871×10-6, 大地高的精度提高到0.6 m. 1994年出台了第3版NAD83, 它考虑到了1989年国际地球参考框架(ITRF89)的观测成果.
(ⅱ) WGS-84坐标系. GPS使用的世界大地坐标系是WGS-84, 它的定义与国际地球参考系(ITRS)一致[5,6]. WGS-84由12个地面跟踪站和卫星星历共同维持. 经过1994年和1996年两次精化, WGS-84与ITRF符合精度(RMS)在5 cm以内; 经过2001年的再次精化, WGS-84坐标系与ITRF2000每一坐标分量的符合精度已达1 cm.
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进展
2.2中、南美洲坐标系发展概况
1995年南美洲11个国家开展了近58个点的GPS 会战(即SIRGAS计划), 建立了与ITRS相一致的地心参考系SIRGAS. SIRGAS与ITRF94在历元1995.4一致. 坐标外部符合精度(RMS)为3 cm; 坐标分量的内部精度(中误差)为4 mm. 南美许多国家在SIRGAS 的基础上, 也建立了各自的地心参考框架, 地心坐标内部精度约为2 cm.
2.3欧洲坐标系发展概况
欧洲参考系(ETRS)固联于欧洲板块的稳定部分. 相应的欧洲参考框架(EUREF)分为3级[7]: A级相对于ITRF89框架的精度达1 cm, B级在给定历元的坐标精度达1 cm, C级相对于ITRF89的精度达5 cm. 欧洲参考框架是ITRF在欧洲的加密, 不仅坐标精度高, 而且坐标维持手段完善. 现在欧洲已有90多个GPS永久跟踪站维持EUREF.
2.4俄罗斯坐标系发展概况
从20世纪70年代起前苏联决定改用全球地心坐标系. 1988年俄国斯军方开始实施新的统一地心坐标系CK-90, 并规定CK-90与CK-42并用. 在民用方面, 俄国斯从1995年起改用CK-95新系统. 之后俄国斯国防部又推出了更精确的地心坐标系PZ-90, 精度为1~2 m, 控制点的相对精度为0.2~0.3 m[8]. 2007年统一采用国家地心坐标系PZ-90.
2.5 邻近国家坐标系发展概况
邻近国家大地测量控制网和坐标系统的建设近来也都取得了长足进展[6]. 日本大地基准JGD2000采用ITRS的定义, 历元为1997.0, 由1200个GPS连续运行站(GEONET)协同64000个一等、二等、三等经典大地点维持. 蒙古建立了新的国家大地坐标框架MON-REF97, 该框架和WGS-84保持一致. 新西兰于1998年建立了新的三维地心坐标系NZGD2000, 基准与ITRS一致, 参考历元为2000.01.01. 澳大利亚地心基准GDA1994.0, 依赖于78个GPS点组成的澳大利亚国家控制网ANN和永久GPS跟踪网ARGN维持, 对应于ITRF92坐标(历元1994.0), 坐标精度约几个厘米. 韩国和马来西亚分别推出国家三维地心坐标系统KGD2000和NGRF2000. 这两个坐标系均以ITRF97为参照, 历元同为2000.0. 3 2000中国大地坐标系建设现状
2000中国大地坐标系(简写为CGCS2000)的定义
与ITRS的协议一致, 即坐标系原点为包括海洋和大
气的整个地球地质量中心; 定向的初始值由1984.0
时BIH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[4]; 长度单位为引力相对论意义
下的局部地球框架中的米. CGCS2000的参考历元为
2000.0.
我国地心坐标系所采用的参考椭球的定义常数
为a(赤道半径)、f(椭球扁率)、GM(地心引力常数)
和ω (地球自转速度). 上述4个参数值中, a, f, ω值与
1980参考椭球(GRS1980)一致, GM值与WGS-84的椭
球参数值一致[4]. 应该指出, 由于GPS实时定位采用
的是WGS-84坐标系, 该坐标系与CGCS2000的椭球
扁率f值有微小差异, 在赤道上只引起1 mm误差, 可
以认为GPS实时定位结果也属于CGCS2000坐标系成
果.
2000中国大地坐标系的实现分3个层次(见图1).
图1 2000国家大地坐标框架层次
第一层次为CGCS2000连续运行GPS网. 我国
维持CGCS2000主要依靠连续运行GPS观测站, 它
们是GPS2000的骨架, 其坐标精度为毫米级, 速度精
度为1 mm/a.
第二层次为“2000国家GPS大地控制网”[9~11], 包
括中国全部领土和领海的高精度GPS网点, 即全国
GPS一、二级网[12]、国家GPS A, B级网[13]、地壳运动
监测网和地壳运动观测网络工程网[14],共约
2500多点, 它是在国际IGS站以及中国地壳运动观
测网络工程网点的控制下经联合平差组成. 其三维
地心坐标精度约为3 cm.
第三层次为全国天文大地控制网(约有50千点).
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它是CGCS2000的加密框架. 它由全国天文大地网与 2000GPS 控制网联合平差后的网点坐标体现, 三维点位误差约为0.3 m [15], 大地高误差不超过0.5 m.
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4 2000中国大地坐标框架建设主要策略
4.1 第一层次坐标框架——连续运行参考站网
为使我国2000坐标系与ITRS 尽量一致, 我们选择了国际IGS 核心站控制我国GPS 连续运行参考站的数据处理. 先对IGS 核心站进行初选和统计检验, 初选原则是: ① IGS 站的站址尽量全球均匀分布;
② 具有可靠的、高精度的ITRF97的坐标和速度; ③ 我国地壳运动观测网络工程网运行期间这些IGS 站具有良好的观测质量. 如此, 我们选定了47个IGS 站作为控制框架, 对网络工程基准网的单日解进行松弛约束平差, 利用已求得的速度进行历元归算, 得到一个无基准的整体解; 然后利用IERS 公布的各ITRF 相对于ITRF97的7个转换参数(3个平移、3个旋转、1个尺度), 将连续运行参考站坐标转换为ITRF97坐标, 平差后站坐标精度约为3 mm. 4.2 第二层次坐标框架——2000国家GPS 大地控 制网
2000国家GPS 大地网是多个GPS 网的集成, 覆盖了我国整个大陆及部分沿海岛屿. 2000国家GPS 网(简称2000网)所采用的观测数据跨度为12 a, 即从1988年到2000年. 由于测区地理环境和气候条件差异悬殊, 野外作业单位不同、采用的仪器类型不同, 实测方案、网形结构等都不尽相同, 所以各子网存在明显的局部系统误差和异常误差, 而且精度分布不均. 为了获得高精度统一的框架点坐标, 采用了如下技术设施:
(ⅰ) 平差基准的统一. 为了减弱整体数据处理时的精度损失, 2000网整体平差时, 选择ITRF97坐标框架为基准, 参考历元为2000.0, 以全球高精度IGS 站坐标作为控制. 将各历元GPS 观测量归算到同一参考框架、同一参考历元[9].
(ⅱ) 子网之间的系统误差补偿. 为了减弱各子网存在的系统误差(包括基准系统差、观测系统差、仪器系统差、轨道和星历系统差、地壳形变系统差等), 在全网整体平差中, 以IGS 站和连续运行GPS 点为框架, 对各子网基线向量分别引入尺度参数和旋转参数(ωx , ωy , ωz ). 应用具有系统误差参数的平差模型, 一方面保证了各子网平差基准的一致性, 同时也削弱了
各子网间的系统误差及地壳形变的影响m [9,10,16].
(ⅲ) 异常误差影响控制. 2000GPS 网整体平差前, 每个同步观测区均进行了异常误差探测. 若标准化残差大于3, 则该观测为可疑异常观测, 相应的同步观测区暂时不参加平差计算, 以便为后续抗差估计迭代计算提供较可靠的参数初值. 此后, 应用双因子相关观测抗差估计理论进行参数估计[17~19], 如此, 既能控制相关异常误差影响, 又能保证观测向量的等价权矩阵的对称性和原有内在相关性不变, 且计算相对简单, 该方案等价于基于方差膨胀模型的抗
差估计法[20], 但计算相对简单. (ⅳ) 同步观测区及各子网随机模型误差补偿. 各子网标称精度往往过于乐观, 存在随机模型误差. 为了控制随机模型误差对整体GPS 网平差结果的影响, 在处理各同步区子网平差和最后的整体网平差中, 均应用方差分量估计重新估计各子网观测量的精度和权. 为了控制个别异常误差对方差分量及参数估计值的影响, 采用了新的抗差方差分量估计法[21]
.
2000国家GPS 大地控制网的建成, 统一了我国大地测量坐标框架, 统一后的GPS 网的精度有了明显提高, 平均点位坐标精度优于3 cm. 4.3 第三层次坐标框架——全国天文大地网
经过我国大地测量工作者70多年努力而建成的全国天文大地网具有较高的相对精度和密度, 是国家大地测量的宝贵财富. 为了加密我国大地坐标框架, 我国从1991年起开始启动“全国天文大地网与空间大地控制网的联合平差工程”(简称联合平差工程). 参加联合平差的点近50千个, 平差观测量440千余条, 未知数约为180千个.
(ⅰ) 天文大地网平差的基准. 为使新的联合平差点位坐标统一到CGCS2000, 联合平差时将空间大地控制网平差结果施加1σ 约束. 理论上, 对参考点坐标施加1 σ 约束, 等价于天文大地网与2000网观测数据进行了整体平差, 因而原有的坐标框架不变. 如此, 不仅保证了平差结果的基准与IGS 站坐标基准一致, 而且控制了联合平差的误差转移[22].
(ⅱ) 数据归算. 为了数据归算的严密性, 天文成果进行了极移改正、综合时号改正和人仪差改正[23]; 其他地面观测成果进行了垂线偏差改正和高程异常改正[24,25].
由于地面观测数据只是相对量, 且站间距离仅
进展
图2 新的联合平差与1980和1998年联合平差相对精度比较
为10 km左右, 在GPS网的强制控制下, 地面网不再加地壳形变改正.
(ⅲ) 模型改进和质量控制. 在函数模型方面, 对地面各类测边网分别引入9个尺度参数, 以顾及尺度系统误差的影响; 在随机模型方面, 分别对垂直角观测和水平方向观测进行了粗差探测和剔除[26,27], 采用方差分量估计重新标定了各类观测量的方差和权, 采用抗差估计控制了各类异常观测误差的影响, 从整体上加强了全国大地控制网的质量.
(ⅳ) 法方程解算方案. 由于联合平差法方程矩阵为稀疏矩阵, 利用Helmert分块法将全国范围的大地网按南北纵线将天文大地网分成16块, 平均每块约3千点, 将未知参数分为“内部”和“联系”两类参数, 使各块内部参数的解算变成相对独立过程且能并行计算[28]. 为减少联系未知数, 块与块之间的分界按边连接, 除分界线上的点外, 各块之间没有观测量相联系. 实际解算时, 每区单独解算, 消去区内未知数, 求出仅含联系未知数的约化方程. 全部分区解算完成后, 把所有的分区约化方程及空间网点坐标权矩阵相加, 建立全网的总约化法方程, 解出联系未知数, 然后回代求解各区内未知数, 计算各点位坐标, 并进行平差检核. 区内解算采用了迭代约化代替求逆约化, 利用联系未知数的逆矩阵和区内未知数的初步逆矩阵, 计算出准确的区内法矩阵的逆矩阵, 实现对区内点的精度估计. 总约化方程采用求逆解算, 并估计了所有联系点的坐标精度.
经过外部检核, 联合平差后的三维点位坐标外部符合精度(RMS)优于0.4 m; 内部精度(中误差)优于0.15 m; 新的联合平差结果的相对中误差仅为1998年联合平差结果的二分之一, 为1980年平差结果的三分之一(见图2). 显然联合平差工程的完成显著改善了国家天文大地控制网的精度.
5 2000国家大地坐标框架存在的主要问题
(1) 2000坐标框架虽然满足国民经济建设和国防建设急需, 但该坐标框架的密度仍然不够, 尤其是西部困难地区, 不仅控制点少, 而且观测精度也相对较差, 很难满足国民经济建设和西部开发的需要.
(2) 2000坐标框架广度不够, 广大海洋和岛礁几乎没有控制, 很难满足航海安全、海洋开发和国防建设的需要.
(3) 2000坐标框架总体精度仍然偏低, 尚不能提供点位的三维变化信息, 显然不能满足减灾防灾和地球动力学研究的需要.
(4) 点位归算十分困难. 我国2000框架采用的是ITRF97框架, 2000.0历元, 这对于目前广泛采用的GPS精确定位(ITRF2005框架和当前历元)带来不便, 若要进行转换, 必须有高分辨率的速度场资料, 以便实施已知点从2000年至当前历元的点位归算. 显然目前的条件尚不具备. 因此2000中国坐标框架仍应该实时进行更新, 尤其是历元的更新.
致谢本论文是在多项大型大地测量工程基础上完成的, 包括“2000国家GPS大地网数据处理工程”、“全国天文大地
网与空间网联合平差工程”、“全国GPS一、二级网测量工程”、“国家GPS A, B级网观测工程”、“地壳运动监测
网”和“地壳运动观测网络工程”等, 没有丰富的高精度观测数据的支持, 建立全国高精度地心坐标框架是不可能
的.
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参考文献
1顾旦生, 张莉, 程鹏飞, 等. 我国大地坐标系发展目标. 测绘通报, 2003, 3: 1—4
2魏子卿. 关于建立新一代地心坐标系的意见. 见: 地面网与空间网联合平差论文集[三]. 北京: 解放军出版社, 1999. 85—90 3陈俊勇. 改善和更新我国大地坐标系统的思考. 见: 陈俊勇, 主编. 大地测量论文集——祝贺陈永龄院士90寿辰. 北京: 测绘出版社, 1999
4魏子卿. 我国大地坐标系的换代问题. 武汉大学学报(信息科学版), 2003, 28: 138—143
5陈俊勇. 关于中国采用地心3维坐标系统的探讨. 测绘学报, 2003, 32: 283—288
6陈俊勇. 邻近国家大地基准的现代化. 测绘通报, 2003, 10: 1—3
7Adam J, Augath W, Boucher C, et al. The European Reference System coming to age, International Association of Geodesy Symposia, Vol. 121. In: Schwarz, ed. Geodesy Beyond 2000——The Challenges of the First Decade. Berlin Heidelberg: Springer, 2000. 47—54
8白鸥, 朱筱虹. 现代地心坐标系的发展与展望. 测绘科技信息交流论文集. 成都: 成都地图出版社, 2007. 494—497
9Yang Y, Tang Y, Chen C, et al. National 2000’ GPS control network of China. Prog Nat Sci, 2007, 17: 983—987
10唐颖哲, 杨元喜, 宋小勇. 2000国家GPS大地控制网数据处理方法与结果. 大地测量与地球动力学, 2003, 23: 77—82
11杨元喜. 中国大地坐标系建设主要进展. 测绘通报, 2005, 52: 6—9
12段五杏, 王刚, 袁学伟, 等. GPS二级网的数据处理. 见: 地面网与空间网联合平差论文集[三]. 北京: 解放军出版社, 1999.
137—148
13李毓麟, 刘经南, 葛茂荣, 等. 中国国家A级GPS网的数据处理和精度评估. 测绘学报, 1996, 25: 81—86
14王敏, 沈正康, 牛之俊, 等. 现今中国大地地壳运动与活动块体模型. 中国科学D辑: 地球科学, 2003, 33(增刊): 21—32
15Yang Y, Zha M, Song L, et al. Combined adjustment project of national astronomical geodetic networks and 2000’ national GPS con-trol network. Prog Nat Sci, 2005, 15: 435—441[DOI]
16施闯, 刘经南, 姚宜斌. 高精度GPS网数据处理中的系统误差分析. 武汉大学学报(信息科学版), 2002, 27: 148—152
17Yang Y X. Robust estimation for dependent observations. Manuscript Geod, 1994, 19: 10—17
18Yang Y X, Song L J, Xu T H. Robust estimator for correlated observations based on bifactor equivalent weights. J Geod, 2002, 76: 353—358[DOI]
19Yang Y X, Song L J, Xu T H. Robust parameter estimation for correlated geodetic observations. Acta Geod Cartogr Sin, 2002, 31: 18—24
20Liu J N, Yao Y B, Shi C. Theory research on robustified least squares estimator based on equivalent variance-covariance. Sci Surv Map, 2000, 25: 1—5
21Yang Y X, Xu T H, Song L J. Robust estimation of variance components with application in Global Positioning System network ad-justment. J Surv Eng, 2005, 131: 107—112[DOI]
22杨元喜. 全国天文大地网与空间大地网联合平差二期工程总体方案. 见: 地面网与空间网联合平差论文集[四]. 北京: 解放军出版社, 2003. 66—71
23张红英, 谈国良, 张新兵, 等. 地面网与空间网联合平差中天文成果的改算. 地面网与空间网联合平差论文集[四]. 北京: 解放军出版社, 2003. 211—220
24孙凤华, 陈春旺, 孔维兵, 等. 我国陆海1′×1′平均重力异常数字模型的建立及可靠性检验. 地面网与空间网联合平差论文集[四]. 北京: 解放军出版社, 2003. 190—196
25张传定, 吴晓平, 孙凤华, 等. 中国1′×1′数字大地水准面和垂线偏差模型的建立. 地面网与空间网联合平差论文集[四]. 北京: 解放军出版社, 2003. 155—158
26欧吉坤. 粗差的拟准检定法(QUAD法). 测绘学报, 1999, 28: 15—20
27宋力杰, 杨元喜. 论粗差修正与粗差剔除. 测绘通报, 1999, 38: 5—6
28宋力杰, 欧阳桂崇. 超大规模大地网分区平差快速解算方法. 测绘学报, 2003, 32: 204—207
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2000国家大地坐标系技术指南.
附件： 现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系 技术指南 一、2000国家大地坐标系的定义 国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为： 长半轴a＝6378137m 扁率f=1/298.257222101 地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1 －12－
其它参数见下表： －13－
采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。 二、点位坐标转换方法 （一）模型选择 全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型。对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型。坐标转换模型详见本指南第六部分。 （二）重合点选取 坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个。 （三）模型参数计算 用所确定的重合点坐标，根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。 （四）精度评估与检核 用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标，具体精度评估指标及评估方法见附件中相关内容。选择部分重合点作为外部检核点，不参与转换参数计算，用转换参数计算这 －14－
2000国家大地坐标系
空间基准：2000国家大地坐标系（CGCS2000） 一、2000国家大地坐标系 2000坐标系采用的地球椭球参数： 长半轴 a＝6378137m 扁率f=1/298.257222101 地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1 采用地心坐标系，有利于采用现代空间技术 对坐标系进行维护和快速更新，测定高精度大地 控制点三维坐标，并提高测图工作效率。 优点： 与对地观测数据结合紧密，使用方便，提供 高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系。 2000系：CGCS2000，6378137.0，1/298.257222101 2000国家大地坐标系 国务院批准，2008年7月1日起正式实施 地心坐标系，原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向 X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点 Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。该历元的指向由国际时间局给定的 历元1984.0 2000国家大地坐标系采用的地球椭球的参数为： 长半轴a=6378137m，扁率f=1/298.257222101 2000国家大地控制网 ?2000国家大地控制网点是2000国家大地坐标系的框架点，是2000国家大地坐标系的具体实现。 2000国家大地控制网构成： ?2000国家GPS大地控制网 ?2000国家GPS大地控制网的基础上完成的天文大地网联合平差获得的在ITRF97框架下的近5万个一、二等天文大地网点 ?ITRF97框架下平差后获得的近10万个三、四等天文大地网点。 按精度不同可划分为三个层次： ?（1）2000国家GPS大地控制网中的连续运行基准站，其坐标精度为毫米
国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求-
附件 国土资源数据2000国家大地 坐标系转换技术要求 国土资源部 国家测绘地理信息局 2017年2月
目录 一、坐标转换的数据内容 (2) 二、坐标转换基本要求 (2) 三、矢量数据的转换 (3) （一）转换工作流程 (4) （二）转换方法 (4) 1.管理单元（以县或者单图幅）转换方法 (5) 2.空间数据库转换方法 (6) 四、栅格数据转换 (7) （一）分幅转换流程 (7) （二）分景数据转换流程 (8) （三）转换方法 (8) 1.文件形式栅格数据转换方法 (8) 2.标准分幅栅格数据转换方法 (9) 五、相对独立的平面坐标系与2000国家大地坐标系建立联系的方法 (9) （一）相对独立的平面坐标系统控制点建立联系的方法 (9) （二）相对独立的平面坐标系统下空间图形转换 (11) 附录A：点位坐标转换方法 (12) 附录B：坐标转换改正量计算 (16) 附录C：双线性内插方法 (18) 附录D：常用坐标转换模型 (19) 附录E：高斯投影正反算公式 (22) 附录F：子午线弧长和底点纬度计算公式 (23)
本技术要求规定了国土资源数据内容、转换基本要求、国土资源存量数据及增量数据由1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的技术流程、转换方法及转换步骤，相对独立的平面坐标系与2000国家大地坐标系建立的联系方法等内容。 一、坐标转换的数据内容 全面梳理、合理评估国土资源各项调查、勘界、评价、资源管理等空间数据，根据实际需要，按照“应转尽转”的原则，转换为2000国家大地坐标系。国土资源数据应涵盖实际应用需要的各级各类国土资源空间数据，主要包括遥感影像、土地利用现状、土地利用总体规划、矿产资源总体规划、土地整治规划、农用地分等、基本农田、土地资源批、供、用、补、矿产资源勘查、开发、基础地质、区域地质、地球物理、地球化学等各级各类相关数据。 二、坐标转换基本要求 坐标转换应遵循以下基本要求： 1. 1:5万及以小比例尺数据库转换可利用国家测绘地理信息局提供的1:5万1980西安坐标系到2000国家大地坐标系图幅改正量，点位坐标按双线性内插方法（见附录C）进行逐点转换，点位数据及矢量数据也可利用两个坐标系下的重合点作为控制点计算转换参数，使用此参数实现数据转换
浅谈2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转换
浅谈2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转换 发表时间：2018-12-18T09:48:53.327Z 来源：《基层建设》2018年第33期作者：李炤青 [导读] 摘要：大约在十年前，我国的国家级和省级的基础地理信息数据已经初步通过2000国家大地坐标系，然而通过国家坐标系统，在一些离中央子午线较远或者海拔较高的地区无法达到相关要求，这就需要将地方独立坐标系建立起来。 云南迅测科技有限公司云南昆明 650051 摘要：大约在十年前，我国的国家级和省级的基础地理信息数据已经初步通过2000国家大地坐标系，然而通过国家坐标系统，在一些离中央子午线较远或者海拔较高的地区无法达到相关要求，这就需要将地方独立坐标系建立起来。本文对2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转化进行分析和研究，以供参考。 关键词：2000国家大地坐标系；地方独立坐标系；转换 1 2000国家大地坐标系与地方独立坐标系的建立 1.1 2000国家大地坐标系的建立 2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国进行实践的具体体现，其原点主要是大地和海洋的质量中心，z轴是根据相关规定协议地级方向，x轴表示的是相关规定当中定义的协议赤道和子午面的交点，y轴是依照右手坐标系而建立起来的，通过2000国家大地坐标系能够加强定位系统的精确性，广泛应用于各个领域。 1.2地方独立坐标系的建立 在工程测量及城市测绘过程中如果通过国家坐标系来进行控制网的建设，往往会出现地面长度投影变形量较大等问题，无法达到工程的实际操作需求，所以一定要建立起与实际情况相适应的地方独立坐标系。地方独立坐标系的建立，主要是为了让高程归化和投影形变的情况造成的误差缩小，通过地方独立坐标系的建设可以保证达到所需要的精度，不会由于精度无法达到要求，而对工程建设产生影响。 2 2000国家大地坐标系与地方独立坐标系转换的理论基础 某市在建设的过程中选取四参数转换模型，对坐标转换参数进行控制，把2000国家大地坐标系的成果向地方独立坐标系的成果进行转化。 2.1重合点选取 在坐标系选用的过程中，两个坐标系都有坐标成果控制点，在选择的过程中，主要原则是覆盖整个转换区域，要求精度较高，而且具有较高的等级，分布均匀。 2.2转换参数计算 首先通过转换模型和重合点的选择，对转换参数进行计算，将残差大于三倍的误差重合点剔除，对坐标转换参数进行重新计算，直到符合精度要求为止，通过最小二乘法来对参数进行计算。 2.3精度评定 坐标转换精度一般通过外符合精度来进行评定，根据计算参数转换参数的重合点残差中误差来对坐标转换精度进行评估，如果残差小于三倍，那么其定位精度符合要求，在计算的过程中，外部的检核点的误差公式为 3转换方法 坐标转换模型需要与地方控制点和城市数字地图的转化相结合，通常条件下通过平面四参数模型进行转换，如果重合点比较多，可以通过多元回归模型来进行控制，如果数字地图和相对独立的平面坐标系统控制点都是三维地心坐标的时候，可以通过Bursa七参数转换模型进行转换。在转换的过程中，需要控制误差不超过0.05米，并且需要对重合点的选取原则进行明确，首先需要对地方控制点的高精度控制点和计算点进行择优选择，在一般情况下，在大中城市至少需要保证使用五个重合点，这些重合点需要均匀的分布，包含在城市的各个区域当中，并且在城市内部需要选择不少于六个重合点，这些重合点要均匀分布，并且需要校核其坐标转换精度。 采取联测的方法，能够进一步加强2000国家大地坐标系的高等级点测量的准确性，另外通过约束平差的手段对低等级GPS网进行转换，如果GPS控制网附近出现一些达到数量要求的2000国家大地坐标系坐标的控制点的时候，我们能够利用把低等级的GPS网和相关高等级点联测或者通过原有联测数据的方法进行转换，通过高等级的控制点作为约束过程中的基本条件，利用WGS84椭球计算3维约束平差，这些平差的结果就是2000国家大地坐标转换的基础。通常条件下这些GPS网数据都需要上交并且保存，这些都是原始的观测资料，如果联测GPS网以及附近的高等级2000国家大地坐标的点，获得的3维平差就属于2000国家大地坐标系。 4 2000国家大地坐标系向地方独立坐标系的转换 通过以上这些方法，转换某市的2000国家大地坐标系以及地方的独立坐标系。在转换的过程中，在这个市的范围中一共设置了8个控制点，表1指的主要是这些控制点的2000国家大地坐标以及某市地方独立坐标。具体如下图所示
2000国家大地坐标系与现行坐标系关系
2018-04-16 国家局测绘学报 《测绘学报》 1.采用2000国家大地坐标系对现有地图的影响 大地坐标系是测制地形图的基础，大地坐标系的改变必将引起地形图要素产生位置变化。一般来说，局部坐标系的原点偏离地心较大(最大的接近200m)，无论是1954年北京坐标系，还是1980西安坐标系的地形图，在采用地心坐标系后都需要进行适当改正。 计算结果表明，1954年北京坐标系改变为2000国家大地坐标系。在56°N～16°N和72°E～135°E范围内若不考虑椭球的差异，1954年北京坐标系下的地图转换到2000系下图幅平移量为：X平移量为-29～-62m，Y方向的平移量为-56～+84m。1980西安坐标系下的X平移量为-9～+43m，Y方向的平移量为+76～+119m。因此，坐标系的更换在1:25万以大比例尺地形图中点(含图廓点)的地理位置的改变值已超过制图精度，必须重新给予标记。 对于1:25万以小地形图，由坐标系更换引起图廓点坐标的变化以及图廓线长度和方位的变动在制图精度内，可以忽略其影响,对于1:25万比例尺地形图，考虑到实际成图精度，实际转换时也无需考虑转换。根据实际计算表明，由于坐标系的转换引起的各种比例尺地形图任意两点的长度(包括图廓线的长度)和方位变动在制图精度以内，可以忽略不计。也就是说，采用地心坐标系时，只移动图幅的图廓点，而图廓线与原来的图廓线平行即可，且坐标系变更不改变图幅内任意两地物之间的位置关系。 2.WGS84坐标系与2000国家大地坐标系的关系 在定义上，2000国家大地坐标系与WGS84是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。两个坐标系使用的参考椭球也非常相近，唯有扁率有微小差异。而在实际点位表示时，仅考虑椭球的差异，两者的结果是一致的，但因2000国家大地坐标系的坐标定义在2000年那一时刻，而大多数应用实际上是不同时间进行定位，因地球上的板体是在不断运动的，不同时刻位于地球不同板块上站点的实际位置是在变化的，已经偏离了2000年的位置。 因此不同时间定位的得到的WGS84坐标不是严格意义下的2000国家大地坐标系。如基于当前框架当前历元(如2009年)坐标值与2000国家大地坐标系的相比，最大差0.6m。但对于1:1万以小比例尺的应用，可简单近似地认为是同一坐标系。 3.GNSS后处理定位结果与2000国家大地坐标系关系 用高精度GNSS定位软件处理后得到的各站点坐标是与观测时刻卫星 星历定义的基准是一样的，卫星在不同时间段采用的是不同的ITRF框架，但不同框架最大的差异在cm量级，差异主要体现在板块运动引起的点位变化，站点位于不同的板块上，随板块一起运动，若按我国平均点运动速率为2-3cm/年，以10年计，点位相距定义时点坐标已变化了20-30cm。
国家2000大地坐标系等坐标系统相关知识介绍
2000国家大地坐标系 相关知识 国家测绘局测绘标准化研究所
主要内容 ?坐标系统基本知识?相关政策法规 ?实用文献
地球坐标系 地固坐标系 参心坐标系 地心坐标系大地地理坐标系 空间直角坐标系 平面直角坐标系大地坐标系 空间直角坐标系 平面直角坐标系天文地理坐标系 1.坐标系统基本知识 高程系统 大地原点
地球自然形体：是一个不规则的几何体。地球自然表面很不规则， 有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达8848.13m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。但是这 样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。再顾及 到海洋约占整个地球表面的71%，因此，人们把海水面所包围的 地球形体视为地球的形状。 水准面：静止的水面，受地球重力影响而形成，是一个处处与重 力方向垂直的连续曲面，是一个重力场的等位面。 大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸 所形成的闭合曲面。是地球的物理表面，是测量外业的基准面。 大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。 地球椭球体:一个非常接近大地体，用数学 式表示几何形体，作为地球的参考形状和大 小。它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形 体，故又称旋转椭球体。 地球椭球面:地球椭球体外表面，是地球的 数学表面，是球面坐标系/测量内业的基准面。
测量外业工作的基准线—铅垂线(重力方向线)。测量外业工作的基准面—大地水准面。 测量内业计算的基准线—法线。 测量内业计算的基准面—参考椭球面。
地心坐标系与参心坐标系的区别 P P' P P'a b a b M 铅 垂线法线 (大地原点） 大地水准面 总地球椭球体面 参考椭球体面 地面 总地球椭球体 参考椭球体 赤道赤 道 （北极） （南极） 总地球椭球定位方法：椭球中心与地球中心重合， 椭球短轴与地球自转轴重合等条件。参考椭球定位方法：椭球中心与地球中心不要求重合，要求椭球短轴与地球自转轴平行，使大地起始子午面与天 文起始子午面平行，使椭球面与本国大地水准面充分接近。上述两种椭球大小相同：长半径a=6378140m ，短半径b=6356755.3m ，扁率α=1:298.257 用途：全球测图用途：国家测图原点定义以地球质心（总地球椭球体中心）为原点的坐标系以参考椭球体中心为原点的坐标系椭球定位总地球椭球体中心与地球质心重合总地球椭球面与全球大地水准面差距的平方和最小参考椭球体中心与地球质心不重合 参考椭球面与区域大地水准面差距的平方和最小椭球定向椭球短轴与地球自转轴重合椭球短轴与地球自转轴平行适用范围全球测图 区域（国家）测图 实例 WGS84坐标系、2000国家大地坐标系 1954年北京坐标系、1980西安坐标系
2000大地坐标系转换技术指南
CGCS2000 –China Geodetic Coordinate System 2000 附件： 现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系 技术指南 一、2000国家大地坐标系的定义 国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为： 长半轴a＝6378137m 扁率f=1/298.257222101 地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2
自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1其它参数见下表：
采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。 二、点位坐标转换方法 （一）模型选择 全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型。对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型。坐标转换模型详见本指南第六部分。 （二）重合点选取 坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个。 （三）模型参数计算 用所确定的重合点坐标，根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。 （四）精度评估与检核 用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标，具体精度评估指标及评估方法见附件中相关内容。选择部分重合
中国7月1日起启用2000国家大地坐标系
１ 二久国务院批准，根据《中华人民；工共和国测绘法》，中国自 ２００８年７月１日起启用２０００国家大地坐标 系。 关于２０００国家大地坐标系的说明． 背景 国家大地坐标系是测制国家基本比 例尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定，中国建立全国统一的大地坐标系统。 建国以来，中国于上世纪５０年代和 ８０年代分别建立了１９５４年北京坐标系和１９８０西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，中国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。１９５４北京坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪７０年代，中国大地测量工作者经过２０多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用１９７５年ＩＵＧＧ第十六届大会推荐的参考椭球参数，中国建立了１９８０西安坐标系，１９８０西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 上世纪八九十年代以来，国际上通行以地球质量中心作为坐标系原点，采用以地球质心为大地坐标系的原点，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象，特别是空间物体的运动。现在利用空间技术所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐标系为参照系。采用地心坐标系可以充分利用现代最新科技成 ４８国土资源２００８年７月号果，为国家信息现代化服务。 上世纪８０年代以来，以伞球卫星导 航定位系统为辛的现代空间定位技术快 速发展，导致国际上获得位置的测量技 术和方法迅速变革。目前中国导航定位 也普遍采用了卫星导航定位技术。随着 改革开放不断深入，中国航天、民航、 海事、海洋、交通、地震、水利、建 设、规划、地质调查、国土资源管理等 部门的应用也提出了直接采用地心坐标 系的需求。因此，国家测绘局会同有关 部门，在充分调研十几个国务院部委的 基础上，对中国采用地心坐标系必要 性、科学性、可行性进行了深入研究， 认为目前技术条件、实施条件已经具 备，实施方案科学可行。 ２００８年３月，由国土资源部正式上 报国务院《关于中国采用２０００国家大地 坐标系的请示》，‘并于２００８年４月获得 国务院批准。自２００８年７月１日起，中国 随着经济发展和社会的进步，中国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的科学研究需要一个以全球参考基 准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统，来处理国家、区域、海洋与 全球化的资源、环境、社会和信息等问题，需要采用定义更加科学、原点位于 地球质量中心的三维国家大地坐标系。 万方数据
2000国家大地坐标系简介
2000国家大地坐标系简介 1、关于2000国家大地坐标系的说明 国家大地坐标系是测制国家基本比例尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定，中国建立全国统一的大地坐标系统。 建国以来，中国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和19 80西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，中国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪70年代，中国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数，中国建立了1980西安坐标系，1 980西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 随着社会的进步，国民经济建设、国防建设和社会发展、科学研究等对国家大地坐标系提出了新的要求，迫切需要采用原点位于地球质量中心的坐标系统（以下简称地心坐标系）作为国家大地坐标系。采用地心坐标系，有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，测定高精度大地控制点三维坐标，并提高测图工作效率。 2、2000国家大地坐标系的定义 国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴a＝6378137m 扁率f=1/298.257222101 地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1 其它参数见下表：
北京54坐标系向国家2000大地坐标系的转换
北京54坐标系向国家2000大地坐标系的转 换 令狐采学 摘要：2000国家坐标系统提高了测量的绝对精度，并且可以快速获取精确的三维地心坐标，能够提供高精度、地心、实用、统一的大地坐标系，自此以后的测量成果要求坐标系统采用2000国家大地坐标系，本文就北京54坐标系和2000国家大地坐标系原理和转换方法进行简单的分析。 1引言大地坐标系是地球空间框架的重要基础，是表征地球空间实体位置的三维参考基准，科学地定义和采用国家大地坐标系将会对航空航天、对地观测、导航定位、地震监测、地球物理勘探、地学研究等许多领域产生重大影响。建立大地坐标框架，是测量科技的精华，与空间导航乃至与经济、社会和军事活动均有密切关系，它是适应一定社会、经济和科技发展需要和发展水平的历史产物。过去受科技水平的限制，人们不得不使用经典大地测量技术建立局部大地坐标系，它的基本特点是非地心的、二维使用的。采用地心坐标系，即以地球质量中心为原点的坐标系统，是国际测量界的总趋势，世界上许多发达和中等发达国家和地区多年前就开始采用地心坐标系，如美国、加拿大、欧洲、墨西哥、澳大利亚、新西兰、日本、韩国等。我国也于2008年7月开始启用新的国家大地坐标系—
2000国家大地坐标系。 2北京54系我国北京54坐标系是采用前苏联的克拉索夫斯基椭球参数（长轴6378245ra，短轴635686m，扁率1/298．3），并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。其坐标的原点不在北京，而是在前苏联的普尔科沃。 3国家2000坐标系（CGCS2000）经国务院批准我国自2008年7月1日启用2000国家大地坐标系，2000国家坐标系统提高了测量的绝对精度，并且可以快速获取精确的三维地心坐标，能够提供高精度、地心、实用、统一的大地坐标系，为各项社会经济活动提供基础性保障；更好地阐明地球空间物体的运动，满足各部门高精度定位的需求。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000．0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984．0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转， X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000．0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴，a=6378137m；扁率，f=1/298．257222101；地心引力常数，GM=3．986004418×1014m3s-2；自转角速度，ω=7．292l15×10－5 rads-1 。2000国家大地坐标系
中国2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系
中国7月1日起启用2000国家大地坐标系 中新网6月27日电据中国测绘局网站消息，经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，中国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。为此，国家测绘局6月18日发布公告。 国家测绘局在公告中提供了新坐标系的技术参数。公告同时对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000国家大地坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000国家大地坐标系。 关于2000国家大地坐标系的说明背景 国家大地坐标系是测制国家基本比例尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定，中国建立全国统一的大地坐标系统。 建国以来，中国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，中国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪70年代，中国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数，中国建立了1980西安坐标系，1980西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 上世纪八九十年代以来，国际上通行以地球质量中心作为坐标系原点，采用以地球质心为大地坐标系的原点，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象, 特别是空间物体的运动。现在利用空间技术所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐标系为参照系。采用地心坐标系可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务。 上世纪80年代以来，以全球卫星导航定位系统为主的现代空间定位技术快速发展，导致国际上获得位臵的测量技术和方法迅速变革。目前中国导航定位也普遍采用了卫星导航定位技术。随着改革开放不断深入，中国航天、民航、海事、海洋、交通、地震、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等部门的应用也提出了直接采用地心坐标系的需求。因此，国家测绘局会同有关部门，在充分调研十几个国务院部委的基础上，对中国采用地心坐标系必要性、科学性、可行性进行了深入研究，认为目前技术条件、实施条件已经具备，实施方案科学可行。 2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局受权组织实施。 采用2000国家大地坐标系的必要性 现行的大地坐标系历经50年，对国民经济建设作出了重大的贡献，效益显著。但其成果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。
2000国家大地坐标系
2000国家大地坐标系 一、起止时间 2008年4月，国务院批准自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系。 二、大地坐标系 CGCS2000是（中国）2000国家大地坐标系的缩写，该坐标系是通过中国GPS 连续运行基准站、空间大地控制网以及天文大地网与空间地网联合平差建立的地心大地坐标系统。2000（中国）国家大地坐标系以ITRF 97 参考框架为基准, 参考框架历元为2000.0，仍采用无潮汐系统。 表示方法：大地坐标系， 是将地球模拟成一个规则的 椭球，以大地经度（L）、大 地纬度（B）、大地高（H） 来表示地球表面物体的位置。 大地经度（L）是通过该点的 大地子午面与起始大地子午 面（通过格林尼治天文台的 子午面）之间的夹角，规定以 起始子午面起算，向东由0° 至180°称为东经，向西由 0°至180°称为西经。大地 纬度（B）是通过该点的法线与赤道面的夹角，规定由赤道面起算，由赤道面向北从0°至90°称为北纬，向南从0°到90°称为南纬。其中著名的纬线“北回归线”是太阳光线能够直射在地球上最北的界线，横穿于绿水青山的增城境内，其大地纬度值约为北纬23度26分。大地高（H）则是物体到椭球表面的高度。（纬度，经度，高）=（B,L,H）=空间立体坐标（X,Y,Z）
分带划分：在经纬度绘制图面时，不方便直接测量面积和长度，各类证书、图纸上更常见的是平面坐标值。于是便有了地图投影，即将物体位置从不可展平的地球表面投影到一个平面，并保证地物空间信息在区域上的联系与完整。“等角横切椭圆柱投影”，为我国常用的地图投影方式。该方法由大家熟知的德国数学天才高斯于19世纪20年代提出，并在90年后由科学家克吕格补充完善，故又名“高斯-克吕格投影”。为了便于理解，我们可以把地球看做一个大西瓜，然后等分切开，再一瓣瓣展开，便可以得到平面的地图。为了保证展开后变形不致太大，一般切为60份或120份，一份又称为一分带，又叫6度分带和3度分带。武陟常用的正是3度分带，又由于其刚好在第38带，故有些图纸上的坐标值前头会加上38二字（8位的Y值）。 高斯-克吕格投影 1、分带投影 6°带N：我国6°带中央子午线的经度为69°—135°，共12带（12—23），带号为N，中央子午线的经度L0=6N-3。
国家大地坐标系
国家大地坐标系 TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-
空间基准：2000国家大地坐标系（CGCS2000） 一、2000国家大地坐标系 2000坐标系采用的地球椭球参数： 长半轴 a＝6378137m 扁率f ×1014m3s-2 自转角速度ω＝×10-5rad s-1 采用地心坐标系，有利于采用现代空间技术 对坐标系进行维护和快速更新，测定高精度大地 控制点三维坐标，并提高测图工作效率。 优点： 与对地观测数据结合紧密，使用方便，提供 1954年北京坐 标系 1980西安坐标系2000国家坐标系 参考椭球体Krassovsky 1940 IAG 75 旋转椭球，几何中 心与坐标系原点重合 坐标系类型参心大地坐标 系 参心大地坐标 系 地心坐标系 坐标原点原苏联的普尔 科沃 陕西省泾阳县 包括海洋和大气的 整个地球的质量中心 长半轴6378245m 6378140m 6378137m 扁率1/ 1/ 2000国家大地坐标系 国务院批准，2008年7月1日起正式实施 地心坐标系，原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心 Z轴由原点指向历元的地球参考极的方向 X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元）的交点 Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。该历元的指向由国际时间局给 定的历元 2000国家大地坐标系采用的地球椭球的参数为： 长半轴a=6378137m，扁率 2000国家大地控制网 2000国家大地控制网点是2000国家大地坐标系的框架点，是2000国家大地坐标系的具体实现。 2000国家大地控制网构成： 2000国家GPS大地控制网 2000国家GPS大地控制网的基础上完成的天文大地网联合平差获得的在ITRF97框架下的近5万个一、二等天文大地网点 ITRF97框架下平差后获得的近10万个三、四等天文大地网点。
我国自2008年7月1日起将启用2000国家大地坐标系
我国自2008年7月1日起将启用2000国家大地坐标系 2009-11-14 21:14:19| 分类：GIS|举报|字号订阅 经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。为此，国家测绘局6月18日发布公告。 国家测绘局在公告中提供了新坐标系的技术参数。公告同时对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000国家大地坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000国家大地坐标系。 关于2000国家大地坐标系的说明 背景 国家大地坐标系是测制国家基本比例尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定，我国建立全国统一的大地坐标系统。 建国以来，我国于上世纪50年代和80年代分别建立
了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，我国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在我国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪70年代，我国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数，我国建立了1980西安坐标系，1980西安坐标系在我国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 上世纪八九十年代以来，国际上通行以地球质量中心作为坐标系原点，采用以地球质心为大地坐标系的原点，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象, 特别是空间物体的运动。现在利用空间技术所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐标系为参照系。采用地心坐标系可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务。 上世纪80年代以来，以全球卫星导航定位系统为主的现代空间定位技术快速发展，导致国际上获得位置的测量技术和方法迅速变革。目前我国导航定位也普遍采用了卫星导航定位技术。随着改革开放不断深入，我国航天、民航、海
2000国家大地坐标系简介
2000国家大地坐标系简介 经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。为此，国家测绘局6月18日发布公告。国家测绘局在公告中提供了新坐标系的技术参数。公告同时对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2 008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000国家大地坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用2000国家大地坐标系。 2000坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000坐标系采用的地球椭球参数如下： 长半轴 a＝6378137m 扁率 f＝1/298.257222101 地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2 自转角速度ω＝7.292115×10-5rad s-1 国家测绘局在2008年6月18日的公告中，对新旧坐标系的转换和使用作出说明：2000坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8至10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系；2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000坐标系。现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到2000坐标系；2008年7月1日后新建设的地理信息系统应采用20 00坐标系。 我国于20世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系（简称“54坐标系”）和198 0西安坐标系（简称“80坐标系”）。限于当时的技术条件，我国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体，该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在我国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。20世纪80年代，我国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参
2000国家大地坐标系与现行坐标系关系
详解| 2000国家大地坐标系与现行坐标系关系 2018-04-16 国家局测绘学报 《测绘学报》 1.采用2000国家大地坐标系对现有地图的影响 大地坐标系是测制地形图的基础，大地坐标系的改变必将引起地形图要素产生位置变化。一般来说，局部坐标系的原点偏离地心较大(最大的接近200m)，无论是1954年北京坐标系，还是1980西安坐标系的地形图，在采用地心坐标系后都需要进行适当改正。 计算结果表明，1954年北京坐标系改变为2000国家大地坐标系。在56°N～16°N和72°E～135°E范围内若不考虑椭球的差异，1954年北京坐标系下的地图转换到2000系下图幅平移量为：X平移量为-29～-62m，Y方向的平移量为-56～+84m。1980西安坐标系下的X 平移量为-9～+43m，Y方向的平移量为+76～+119m。因此，坐标系的更换在1:25万以大比例尺地形图中点(含图廓点)的地理位置的改变值已超过制图精度，必须重新给予标记。 对于1:25万以小地形图，由坐标系更换引起图廓点坐标的变化以及图廓线长度和方位的变动在制图精度内，可以忽略其影响,对于1:25万比例尺地形图，考虑到实际成图精度，实际转换时也无需考虑转换。 根据实际计算表明，由于坐标系的转换引起的各种比例尺地形图任意两点的长度(包括图廓线的长度)和方位变动在制图精度以内，可以忽略不计。也就是说，采用地心坐标系时，只移动图幅的图廓点，而图廓线与原来的图廓线平行即可，且坐标系变更不改变图幅内任意两地物之间的位置关系。 2.WGS84坐标系与2000国家大地坐标系的关系 在定义上，2000国家大地坐标系与WGS84是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。两个坐标系使用的参考椭球也非常相近，唯有扁率有微小差异。而在实际点位表示时，仅考虑椭球的差异，两者的结果是一致的，但因2000国家大地坐标系的坐标定义在2000年那一时刻，而大多数应用实际上是不同时间进行定位，因地球上的板体是在不断运动的，不同时刻位于地球不同板块上站点的实际位置是在变化的，已经偏离了2000年的位置。 页脚内容1
关于国家2000坐标系的说明
关于2000国家大地坐标系的说明 背景 国家大地坐标系是测制国家基本比例尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定，中国建立全国统一的大地坐标系统。 建国以来，中国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，中国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪70年代，中国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数，中国建立了1980西安坐标系，1980西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 上世纪八九十年代以来，国际上通行以地球质量中心作为坐标系原点，采用以地球质心为大地坐标系的原点，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象, 特别是空间物体的运动。现在利用空间技术所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐标系为参照系。采用地心坐标系可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务。 上世纪80年代以来，以全球卫星导航定位系统为主的现代空间定位技术快速发展，导致国际上获得位置的测量技术和方法迅速变革。目前中国导航定位也普遍采用了卫星导航定位技术。随着改革开放不断深入，中国航天、民航、海事、海洋、交通、地震、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等部门的应用也提出了直接采用地心坐标系的需求。因此，国家测绘局会同有关部门，在充分调研十几个国务院部委的基础上，对中国采用地心坐标系必要性、科学性、可行性进行了深入研究，认为目前技术条件、实施条件已经具备，实施方案科学可行。 2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局受权组织实施。 采用2000国家大地坐标系的必要性 现行的大地坐标系历经50年，对国民经济建设作出了重大的贡献，效益显著。但其成果受技术条件制约，精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用迫切要求国家提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系作为各项社会经济活动的基础性保障。 但从目前技术和应用方面来看，现行坐标系具有一定的局限性，已不适应发展的需要。主要表现在以下几点。