中国平面坐标系统与基准
我国四大常用坐标系及高程坐标系
我国四大常用坐标系及高程坐标系1、北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，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。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；2、西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。
该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.257221013、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（WorldGe odetic System）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
坐标系统、基准、投影
1954年北京坐标系建立后，全国天文大地网尚未布测完毕，因此，在全国分期布设该网的同时，相应地进行了分区的天文大地网局部平差，以满足经济和国防建设的需要。局部平差是按逐级控制的原则，先分区平差一等锁系，然后以一等锁环为起算值，平差环内的二等三角锁，平差时网区的连接部仅作了近似处理，如有的仅取两区的平差值，当某些一等锁环内的二等网太大，在当时的计算条件下无法处理时，也进行了分区平差，连接部仍采用近似处理的方法。
(2-10)
(2-11)
(2-12)
其中：
(2-13)
(2-14)
空间坐标系与平面直角坐标系间的转换采用的是投影变换的方法。在我国一般采用的是高斯投影。关于高斯投影，请参见有关文献。
高斯正算公式如下：
(2-15)
(2-16)
其中：
为子午线弧长；
为卯酉圈半径；
为经差；
为中央子午线经度。
为从赤道到投影点的椭球面弧长，可用下式计算：
WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。
WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。
1985高程基准和2000坐标系
1985高程基准和2000坐标系随着科学技术的不断发展，地理信息系统、测绘等领域对高程基准和坐标系的需求越来越高。
本文将对1985高程基准和2000坐标系进行简要介绍，并探讨它们在我国的应用和关系。
一、1985高程基准简介1985高程基准是我国上世纪80年代确定的一种高程基准，其主要目的是为了满足国家经济建设、国防建设和科学技术发展的需要。
1985高程基准是以青岛验潮站1952年至1979年的平均海平面为基准面，通过全国各地一等水准网点的高程数据计算而得。
该高程基准在我国范围内具有较高的精度和适用性。
二、2000坐标系概述2000坐标系，又称2000国家大地坐标系，是我国于2000年建立的一种坐标系。
该坐标系以全球卫星导航系统（GPS）卫星观测数据为基础，确定了一系列基准点和控制点，从而为我国测绘、地质、气象等领域提供了统一的空间参考系统。
2000坐标系是我国目前应用最为广泛的一种坐标系。
三、1985高程基准与2000坐标系的关系与转换尽管1985高程基准和2000坐标系分别属于高程基准和坐标系两个不同范畴，但它们之间存在密切的联系。
在进行地理信息数据处理、分析与应用时，往往需要将1985高程基准转换为2000坐标系。
转换方法主要包括以下几个步骤：1.确定转换参数：通过国家测绘地理信息局公布的转换参数，或通过实地测量获得转换参数。
2.数据预处理：对1985高程基准数据进行预处理，包括去除粗差、填补缺失、调整精度等。
3.转换计算：利用转换参数和数据预处理结果，采用合适的高程转换模型进行计算。
4.结果检验：对转换结果进行检验，确保其满足应用要求。
四、我国高程基准和坐标系的应用我国高程基准和坐标系在国土规划、城市建设、交通运输、水利工程、环境保护等领域具有广泛的应用。
通过高程基准和坐标系的应用，可以更好地为政府部门、企事业单位和公众提供准确、及时、可靠的空间数据服务。
五、总结1985高程基准和2000坐标系是我国重要的地理空间参考系统，它们在国民经济发展和科学技术进步中发挥着重要作用。
四大常用坐标系及高程坐标系
四大常用坐标系及高程坐标系Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT我国四大常用坐标系及高程坐标系1、北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，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。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/；2、西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。
该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.3、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（WorldGeodeticSystem）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
中国使用的测量坐标系
中国使用的测量坐标系
我国使用的测量坐标系有以下四种：
1、北京54坐标系
2、西安80坐标系：该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。
3、2000国家大地坐标系：简称为CGCS2000，英文全称为China Geodetic Coordinate System 2000。
Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。
该坐标系的大地坐标和美国WGS84坐标系的大地坐标基本一致，可直接采用，只是平面坐标需要用系数调整。
4、1985国家高程标准：我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，叫"1956年黄海高程系统"，为中国第一个国家高程系统。
黄海高程是1956年9月4日，国务院批准试行《中华人民共和国大地测量法式(草案)》，首次建立国家高程基准，称“1956年黄海高程系”，简称“黄海基面”。
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。
后经复查，发现该高程系验潮资料过短，准确性较差，改用青岛验潮站1950-1979年的观测资料重新推算，并命名为“1985国家高程基准”。
国家水准点设于青岛市观象山，其高程为72.260米，作为我国高程测量的依据。
它的高程是以“1985国家高程基准”所定的平均海水面为零点测算而得，“1956年黄海高程系”已废止。
国家大地测量基本技术规定
1954 年北京坐标系存在问题
• (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；
HNCORS网图
三、国家大地测量基本技术规定 基本内容
• • • • • • •
1、适用范围 2、术语和定义 3、总则 4、大地基准与大地控制网 5、高程基准和高程控制网 6、重力基准与重力测量控制网 7、深度基准
1、国家大地测量基本技术规定 适用范围
本标准规定了建立与维持国家大地控制 网、高程控制网和重力控制网，确定似大 地水准面的基本技术指标和技术要求，以 实现全国陆海统一的大地基准、高程基准 以及与其相应的深度基准、重力基准。在 中华人民共和国领域和管辖的其他海域从 事的大地测量活动必须遵守本标准。
• (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 是国际地球参考架（ITRF）97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。
CGCS2000 与WGS-84 坐标系
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地心引力常数×1014m3s-2自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-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：CGCS2000，6378137.0，2000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1984.02000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f2000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，其坐标精度为毫米级。
☐（2）2000国家GPS大地控制网除了CORS站以外的所有站。
2000国家GPS大地控制网提供的地心坐标的精度平均优于±3 cm。
☐（3）2000国家大地坐标系下天文大地网成果,地心坐标的精度平均为±10cm。
2000国家GPS大地控制网共2542个点,包括:☐国家测绘局GPSA、B级网,☐总参测绘局GPS一、二级网☐中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网☐还有其他地壳形变GPS监测网等☐由国内2542个GPS点（其中CORS站25个）参加了2000国家GPS大地控制网的数据处理☐参考框架为ITRF97，参考历元为2000.0☐处理后网点相对精度优于10-7☐地心坐标的精度平均优于±3cm。
上海平面坐标转换参数
上海平面坐标转换参数上海市的平面坐标系统一采用国家统一的大地坐标系作为基准，具体参数如下：1. 大地坐标系：CGCS2000CGCS2000（China Geodetic Coordinate System 2000）是中国地理坐标系统采用的基准，也是国际上通用的地理坐标基准之一。
在大地坐标系下，点的位置由经度、纬度和大地高组成。
2. 投影方式：高斯-克吕格投影在上海市，通常采用的是高斯-克吕格投影，这种投影方式是一种圆锥投影，可以将地球表面的经纬度坐标转换为平面坐标。
高斯-克吕格投影是一种局部投影方式，适合于小范围的测量和制图。
3. 坐标系原点：上海地标东方明珠广播电视塔上海市的平面坐标系原点位于东方明珠广播电视塔，因此上海市各个区县的坐标都是以东方明珠为基准的。
4. 投影中央经线：121度在高斯-克吕格投影中，投影中央经线是一条垂直于纬度线的经线，用于将经纬度坐标转换为平面坐标。
在上海市的平面坐标系中，投影中央经线位于121度东经线。
5. 投影带宽度：3度投影带宽度是指在高斯-克吕格投影中，每个投影带所包含的经度范围。
在上海市，投影带的宽度为3度，也就是说，每一个投影带的中央经线到相邻的两条中央经线之间的距离为3度。
6. False Easting：500000米False Easting（也称“假东度数”）是投影坐标中的一个常数项，用于解决平面坐标中出现的负数问题。
在上海市的平面坐标系中，False Easting的取值为500000米。
总结：上海市平面坐标系采用的是国家统一的大地坐标系CGCS2000和高斯-克吕格投影方式，原点位于东方明珠广播电视塔，投影中央经线位于121度。
投影带宽度为3度，False Easting取值为500000米，False Northing取值为0米。
这些参数的设置，使得在上海市范围内的测量和制图都得以高效地进行。
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中国平面坐标系统与基准
54国家坐标系
建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。
因此，P54可归结为：
a．属参心大地坐标系；
b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；
c.大地原点在原苏联的普尔科沃；
d．采用多点定位法进行椭球定位；
e．高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；
f．高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。
按我国天文水准路线推算而得。
自P54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。
80国家坐标系
C80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。
根据椭球定位的基本原理，在建立C80坐标系时有以下先决条件：
（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；
（2）C80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；
（3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数
因而可得C80椭球两个最常用的几何参数为：
长轴：6378140±5（m）；
扁率：1：298.257
椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。
（4）多点定位；
（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。
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BIH 1984．0定义的协议地球极(CTP）方向，X 轴指向BIH 1984.0 的零子午面和CTP赤道的交点。
Y轴与Z、X轴构成右手坐标系（如图所示）。
WGs-84椭球及有关常数：
对应于WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。
下面给出WGS-84椭球两个最常用的几何常数：
长半轴：6378137±2（m）
扁率：1：298.257223563
重力基准
重力基准是指绝对重力值已知的重力点，作为相对重力测量（两点间重力差的重力测量）的起始点。
世界公认的起始重力点称为国际重力基准。
各国进行重力测量时都尽量与国际重
力基准相联系，以检验其重力测量的精度并保证测量成果的统一。
国际通用的重力基准有1909年波茨坦重力测量基准和1971年的国际重力基准网（IGSN——71）。
中国于1956～1957年建立了全国范围的第一个国家重力基准，称为1957年国家重力基本网，该网由21个基本点和82个一等点组成。
1985年，中国重新建立了国家重力基准。
它由6个基准重力点，46个基本重力点和5个因点组成，称为1985年国家重力基本网。
高程基准
国家第二期一等水准网高程起算点为水准原点。
高程系统为“1985国家高程系统”，共有292条线路、19931个水准点，总长度为93341公里，形成了覆盖全国的高程基础控制网（台湾资料暂缺）。
是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准基面和一个永久性水准原点。
水准基面，通常理论上采用大地水准面，它是一个延伸到全球的静止海水面，也是一个地球重力等位面，实际上确定水准基面则是取验潮站长期观测结果计算出来的平均海面。
中国以青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为中国的水准基面，即零高程面。
中国水准原点建立在青岛验潮站附近，并构成原点网。
用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。
大地水准面
大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。
它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。
大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。
大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距——大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。
大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。
大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。
它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。
大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。
大地基准
大地基准是指绝对重力值已知的重力点，作为相对重力测量（两点间重力差的重力测量）的起始点。
世界公认的起始重力点称为国际重力基准。
各国进行重力测量时都尽量与国际重力基准相联系，以检验其重力测量的精度并保证测量成果的统一。
国际通用的重力基准有1909年波茨坦重力测量基准和1971年的国际重力基准网（IGSN——71）。
中国于1956～1957年建立了全国范围的第一个国家重力基准，称为1957年国家重力基本网，该网由21个基本点和82个一等点组成。
1985年，中国重新建立了国家重力基准。
它由6个基准重力点，46个基本重力点和5个因点组成，称为1985年国家重力基本网。