最新地质工作中常用的坐标系

地质工作中常用的坐

标系

地质工作中常用的坐标系

坐标是表达地面位置的重要参数，从事地质勘查工作的人时时刻刻都在与坐标打交道，一切地质工作都建立在坐标定位之上，是地质工作的基础。

地球是一个球体，球面上的位置，是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系统”或“地理坐标系统”。在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上的物体画到纸上，就必须展平，这种将球面转化为平面的过程，称为“投影”。经由投影的过程，把球面坐标换算为平面直角坐标。

§ 1.1地理坐标系统

地质工作常用的地理坐标系统有北京54坐标系、西安80坐标系、美国WGS84坐标，目前在全国第二次土地调查中使用的2000国家大地坐标系，在地勘行业中不常用。

一个完整的坐标系统是由坐标系和基准2个方面要素所构成的。下面主要介绍

WGS-84大地坐标系、1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系、2000国家大地坐标系4种坐标系统及其参考椭球的基本常数(基准) 及手持GPS接收机WGS-84、1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系转换参数计算。

一、WGS-84大地坐标系

WGS－84（World Geodetic System，1984年）是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：原点在地球质心，z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极(CTP)方向，x轴指向BIHl984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与x轴和z轴构成右手坐标系。该椭球的参数为：

长半轴：a=6378137m；

第一偏心率：e2=0.00669437999013；

第二偏心率：e”=0.006739496742227；

扁率：F=1/298.25223563。

二、1954年北京坐标系(BJ一54)

建国前，我国没有统一的大地坐标系统，建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系以格拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：长半轴：a=6378245 m；

第一偏心率：e2=0.00669342162297：

第二偏心率：e”=0.00673852541468：

扁率：F=1/298.2。

高程采用1956黄海高程，系以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72.289米。

该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此存在着一定的缺陷。

三、1980年国家大地坐标系(C一80)

1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统，其大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇。该坐标系是参心坐标系，椭球的短轴z轴平行于地球的自转轴(由地球质心指向1968.0JYD地极原点方向)，起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，x轴在大地起始子午面内与z轴垂直

指向经度零方向；Y轴与z、x轴成右手坐标系。该坐标系统所采用的地球椭球参数的4个几何和物理参数采用了IAGl975年的推荐值，其椭球的参数为：

长半轴：a=6378140 m；

第一偏心率：e2=0.006694384999588：

第二偏心率：e”=0.006739501819473：

扁率：F=1／298.257223563。

高程采用1985国家高程基准。

由于1956黄海高程系计算基面所依据的青岛验潮站的资料系列观测时间较短等原因（1950年～1956年），中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。

1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。

四、2000国家大地坐标系

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

第一偏心率：e2=0.00669438002290

第二偏心率：e”=0.00673949677548

扁率：f=1/298.257222101

高程仍采用无潮汐系统。

该坐标系目前尚未在地质勘查工作中使用。

§ 1.2 平面直角坐标系统

平面直角坐标系是由地理坐标系统投影而得的，目前国际间普遍采用的一种投影，是横轴墨卡托投影（Transverse Mecator Projection），又称为高斯-克吕格投影（Gauss-Kruger Projection），是地球通过外切“中央经线”橫躺的圆柱体进行投影，在中央经线上，投影面与地球完全密合，因此图形没有变形；由中央经线往東西两侧延伸，地表图形会被逐渐放大，变形也会越来越严重(图1-1)。

为了保持投影精度在可接受范围内，每次只能取中央经线两侧附近地区来投影，因此必须切割为许多投影带，将地球沿南北子午线方向，如切西瓜一般，以6度或3度分带切割为若干带状，再展成平面，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴（纵轴，纬度方向），赤道投影后为Y轴（横轴，经度方向），为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移500公里，即东伪偏移值为500公里，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如

(5003560,14519660)其中14即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如14带的东伪偏移值为14500000米。