11、我国大地坐标系的发展及趋势解析
测绘技术中的大地坐标系统解读
测绘技术中的大地坐标系统解读测绘技术在现代化建设中扮演着重要的角色，它为我们提供了精准的地图和空间数据，帮助我们了解和利用地球表面的各种资源。
大地坐标系统作为测绘技术的基础，是测量和定位的重要手段。
本文将对大地坐标系统进行解读，介绍其原理、应用以及未来的发展趋势。
一、大地坐标系统的原理大地坐标系统是通过对地球进行测量和建模，确定地面上各点的位置、方向和距离。
它的基本原理是以地球为基准，将地球表面看作一个球体，在球体上建立起一套坐标系。
这个坐标系由经度、纬度和高程三个要素组成，分别用于表示地点的东西方向、北南方向和高度。
经度是指地球上一个点与本初子午线之间的夹角，以东经和西经来表示。
纬度是指地球上一个点与赤道之间的夹角，以北纬和南纬来表示。
高程是指一个点与海平面之间的垂直距离。
经纬度和高程的组合，可以精确地定位地球上的任意一个点。
二、大地坐标系统的应用大地坐标系统在实际应用中具有广泛的应用价值。
首先，它是建立地图的基础。
通过对地球表面各点进行测量和定位，可以绘制出精确的地图，为人们的生活和工作提供方便。
其次，它在导航和定位领域有着重要的应用。
无论是GPS导航还是手机定位，都离不开大地坐标系统的支持。
此外，在资源勘探、城市规划、国土管理等领域，大地坐标系统也发挥着重要作用。
三、大地坐标系统的发展趋势随着科技的进步和应用需求的不断增加，大地坐标系统也在不断发展和演进。
未来，大地坐标系统的发展趋势有以下几个方面：1. 高精度定位技术的发展。
目前的大地坐标系统已经实现了米级的定位精度，但随着需求的增加，对更高精度的定位要求也在不断提升。
未来的发展方向是实现亚米级甚至厘米级的定位精度，为更多应用场景提供支持。
2. 多元化数据融合。
大地坐标系统需要获取各种地球表面数据，包括地形、地貌、气象等信息。
未来的发展将更加注重数据的融合和整合，实现更全面、精确的地球表面模型，为各种应用场景提供更详细的数据支持。
3. 跨领域合作推进。
我国大地坐标系的发展目标
文章编号:049420911(2003)0320001204中图分类号:P22 文献标识码:B我国大地坐标系发展目标顾旦生,张 莉,程鹏飞,王 权,李夕银,成英燕,秘金钟(中国测绘科学研究院,北京100039)Objectives of the G eodetic Datum in ChinaGU Dan 2sheng ,ZHAN G Li ,CHEN G Peng 2fei ,WAN G Quan ,L I Xi 2yin ,CHEN G Y ing 2yan ,BI Jin 2zhong摘要:详细论述我国大地坐标系的发展过程及目前存在的问题,提出现阶段我国大地坐标系应满足的条件和建立新的坐标系的必要性,最后对改善和更新我国现有大地坐标系提出具体措施。
关键词:大地坐标系;联合平差 收稿日期:2002209210;修回日期:2002211207基金项目:国家测绘局测绘科技基金资助项目(98029)作者简介:顾旦生(19352),男,江苏海门人,研究员,从事大地测量数据处理研究工作。
一、引 言大地坐标系一直是大地测量中最基本的问题。
我国大地坐标系从建立至今,经历了从参心坐标系到地心坐标系的发展过程,为国民经济建设和国防建设提供了有效保证。
随着国家空间数据基础设施建设的不断完善和数字地球战略的提出,我国大地坐标系必将发生新的变化。
我国大地坐标系的建立始于20世纪50年代从前苏联引入的1954年北京坐标系(简称54坐标系)。
20世纪80年代初,通过天文大地网平差,建立了1980西安大地坐标系(简称80坐标系)和新54坐标系。
20世纪80年代末,随着空间技术的发展,我国实现了多种高精度地心坐标框架,同时对大地坐标系提出了新的要求,如何在维持坐标系的连续性和相对稳定性的基础上,保持坐标系的先进性、科学性和实用性,是我国大地测量工作者面临的任务,成为我们必须解决的问题。
二、我国大地坐标系现状及存在的问题我国目前主要存在以下4类坐标系。
坐标系的探讨
七参数布尔莎模型
一种椭球参数的转换需要使用七个参数，即X平 移，Y平移，Z平移，X旋转（WX），Y旋转（WY ），Z旋转（WZ），尺度变化（DM）。要求得七 参数就需要在一个地区有3个以上的已知点。如 果区域范围不大，可以用三参数，即X平移，Y 平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺 度变化面DM视为0。
CGCS2000
国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标 系—2000国家大地坐标系。 原 点：包括海洋和大气在内的整个地球的质心； 长度单位：米（SI），与局部地心框架下的地ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 坐标时的时间坐标一致，通过建立适当的相对论 模型获得； 定向：初始定向由1984.0时的BIH（国际时间局） 定向给定； 定向的时间演化：定向的时间演化不产生相对于 地壳的残余全球旋转。
3个旋转参数
然后对相似变换后的重合点残差V X ,VY ,VZ 式拟合 K i
i =0 j =0
采用多项
i j V X 或VY 或VZ = ∑∑ aij BS j LS
a 式中：B，L单位：弧度；K为拟合阶数； ij为系数，通过最 小二乘求解。
三维七参数坐标转换模型
sin L cos L ρ" ρ" 0 X ( N + H ) cos B L ( N + H ) cos B B = sin B sin L cos B sin B cos L Y + ρ" ρ" ρ " (M + H ) (M + H ) (M + H ) H Z sin B sin L sin B cos B cos L N (1 e 2 ) + H tgB cos L N+H ( N + H ) Ne 2 sin 2 B sin L M +H 2 Ne sin B cos B sin L 0 N e 2 sin B cos B ρ " m + M ( N + H ) Ne 2 sin 2 B N (1 e 2 ) + H tgB sin L 1 ε N +H x 2 2 ( N + H ) Ne sin B ε cos L 0 y ε M +H 0 z 2 Ne sin B cos B cos L
我国大地坐标系的变迁史
我国大地坐标系的变迁史英文回答：The geodetic coordinate system of China has undergone several changes throughout history to improve the accuracy and precision of geodetic surveying and mapping. Here is an overview of the major changes:1. Beijing 1954 Coordinate System (BJ54)。
Adopted in 1954 as the first unified national geodetic coordinate system in China.Based on the Krasovsky ellipsoid, which is centered approximately 200 meters south and 30 meters west of the Beijing Astronomical Observatory.Used for mapping and surveying purposes until the 1980s.2. Xi'an 1980 Coordinate System (西安1980)。
Adopted in 1980 to replace the BJ54 system.Based on the Beijing 1954 ellipsoid, which is the same ellipsoid used for the BJ54 system.Adjusted the origin to be at the Xi'an Satellite Tracking Station.Improved the accuracy of geodetic surveying and mapping in China.3. China Geodetic Coordinate System 2000 (CGCS2000)。
我国的大地坐标系
L2 ＝ 215° 59′ 04.338″ 正解 B2 ＝ -30° 29′ 20.9642″
A2 ＝ 290° 32′ 53.388″
S ＝ 14999999.91(m) 反解 A1 ＝ 100° 00′ 00.329″
A2 ＝ 290° 32′ 53.395″
计算实习安排
主要内容：
③ 大地坐标系与高斯平面直角坐标系的换算 （高斯投影正反算公式）(p.234与p.249）
3 、1980国家大地坐标系（1980西安坐标系）
1980国家大地坐标系大陆部分的大地水准面图
4、新1954北京坐标系
新1954北京坐标系是将1980国家大地坐标系采用的 IUGG1975椭球参数换成克拉索夫斯基椭球参数后，在 空间平移后的一种参心大地坐标系，其平移量为1980国 家大地坐标系按（7.35）式解得的定位参数 ΔX0、 ΔY0、 ΔZ0的值反号：
X 新1954 X 1980 Y新1954 Y1980
X Yo
o
Z 新1954 Z1980 Z o
5 、1978地心坐标系
1978（年）地心坐标系是将1954北京坐标系通过地心一 号（《DX－1》）坐标转换参数转换得到的地心坐标系
《DX－1》只有三个平移参数，与1954北京坐标系的关
2 、1954北京坐标系
④ 特点：
1）属参心大地坐标系 2）采用克拉索夫斯基椭球 a=6378245m =1:298.3 3）多点定位 4）εX=εY=εZ=0 5）大地原点在前苏联的普尔科沃 6）高程异常以苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算 值，按我国天文水准路线推算。 7）1954北京坐标系建立后，提供的大地点成果是局部平差结果
a＝6378137m GM＝3.986004418×10-14m3s-2 f＝1/298.257222101 ω＝7.292115×10-5rad s-1 正常椭球与参考椭球一致。
我国三大坐标系讲解
我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）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。
1954年北京坐标系的历史：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IAG 75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（World Geodetic 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。
【精品】浅谈我国的大地坐标系统
浅谈我国大地坐标系统靳璐岩,山西省科学技术情报研究所，，张琳雁，德州市水利局，摘要：本文首先介绍我国目前使用的各种坐标系统:1954北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系、WGS-84坐标系以及地方独立坐标系；对CGCS2000与WGS—84坐标系进行了比较；然后详细阐述了WGS—84坐标到1954北京坐标,再到地方独立坐标的转换过程。
最后得出结论。
关键字:坐标系;坐标转化20世纪50年代和80年代,我国分别建立了国家大地坐标系统，称为“1954北京坐标系”和“1980西安坐标系”，并以此为基础,进行各项测绘工作，测制了各种比例尺地形图，形成了种类较多的测绘成果，为国民经济和社会发展提供了基础的测绘保障。
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。
经国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系—2000国家大地坐标系，即CGCS2000.20世纪80年代，GPS卫星定位在我国在测量中得到应用，WGS—84世界大地坐标系开始在测量中应用。
1我国目前使用的坐标系统1。
11954北京坐标系解放初期，我国测绘技术水平相当落后，新中国建设又急切需要一个稳定的大地坐标系。
北京54坐标系正是在这样的环境下产生，它可以看成是前苏联1942坐标系在我国的延伸。
54北京坐标系首先是从我国东北地区联测传入我国，随后扩展、加密而遍及全国。
其坐标原点不在我国境域内,参考椭球选择与定位也是不最优于我国疆域。
1954北京坐标系的特点：1.参心大地坐标系.坐标系的原点在所选参考椭球的中心，它只是局部与某区域地球表面相似。
2.大地原点在原苏联的普尔科沃。
北京54是利用前苏联的坐标框架,所以它的大地原点在前苏联境内.3。
我国国家坐标系的发展研究
我国国家坐标系的发展研究国家坐标系是一种地理空间参考框架，用于确定和描述地球上的位置信息。
我国国家坐标系的发展经历了多个阶段，包括地方坐标系统的建立、国家坐标系的制定以及发展至今的精细化调整和应用。
本文将对我国国家坐标系的发展进行详细研究。
首先，我国国家坐标系的发展可以追溯到20世纪50年代和60年代。
在那个时候，我国的地理测量工作还处于起步阶段，主要是基于国外资料和方法进行的。
根据国外技术的发展和应用需要，我国相继采用了位于北京的北京坐标以及位于西安的西安坐标。
然而，这些地方坐标系的应用面临着一些问题，主要是由于大地测量技术的限制，导致了大地坐标系的不统一，不连续和精度不高。
为此，我国决定制定国家坐标系，以提高我国地理信息的质量和应用水平。
1974年，我国制定并发布了第一次国家坐标系，称为1974年国家1970标准大地坐标系统。
该坐标系采用了西安附近一个大地测量基准点作为原点，并基于大地测量数据建立了数学地理模型，精度得到了显著提高。
然而，随着测量技术和计算机技术的进步，国家坐标系的精度还有待提高。
1980年，我国正式制定了1980年国家1980坐标系统，采用了更加精确的大地测量参数和解算方法，提高了坐标系统的精度和一致性。
尽管1980年的国家坐标系已经具备了较高的精度和一致性，但随着我国地理信息和测绘需求的不断增长，还是存在一些问题，如高程一致性和区域性差异。
为此，我国在20世纪90年代启动了现代国家坐标系的研究。
2000年，我国正式制定并发布了2000年国家坐标系。
该坐标系是一种集全球导航卫星系统和大地测量技术为一体的坐标系统，能够满足现代地理信息和测绘的需求。
此后，我国陆续对2000年国家坐标系进行了多次的改进和调整，以保持坐标系统的精度和一致性。
当前，我国正致力于建设现代化的国家坐标系。
在技术方面，我国将采用全球导航卫星系统、大地测量技术以及数字地球等新兴技术，进一步提高坐标系统的精度和应用水平。
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• （1）我国目前使用的三个参心坐标系、 地方独立坐标系和两个地心坐标系都是 依据80年代中期以前的测量资料建立的， 它们在坐标维数、精度和框架方面已经 不能满足用户的需求，也不能适应现代 的三维定位技术。
• （2）空间技术和信息技术的发展，需要 一个地心均匀的大地基准，一个“无缝” 的大地基准，而不是现在使用的局部定 义的大地基准。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3 地方独立坐标系
• 地方独立坐标系是各个地方根据自己的实际需求建 立的O-XYZ坐标系。原点O有些是实际中的点，有 些是假设的。三轴方向根据地方实际情况确定。 在50年代初旧中国遗留的旧坐标和残缺不全的地图 资料在城市中基本被废除，为了恢复工业建设和城 市建设、编制城市发展规划，在国家坐标系未完成 之前，在我国大、中城市建立了完全互不相干的城 市独立坐标系，满足恢复建设的需要，在“1954年 北京坐标系”建立后，各城市“独立坐标系”与 “北京坐标系”进行了连测，但基于当时的政治局 势，也有意将城市坐标系进行平移和旋转，形成了 上百个一直沿用至今的城市“独立坐标系”。
• 我 国已进入现代化社会，各种跨行业行政区域的工 程越来越多，如连接城市之间的各种道路工程、供 电、通讯线工程、水利工程、灾害预防工程等，这 些跨行政区域的 工程全部使用国家坐标系来进行工
程设计、施工和管理的，但是现在的状况是这些工 程一旦进入城市区域，因使用的坐标系与城市独立 坐标系不同，资料不能拼接， 给工程建设部门和城
• 地心坐标系是为了满足远程武器和航天 技术发展需要而建立的一种大地坐标系 统。从70年代起，我国先后在1978年 和1988年综合利用国内外天文、重力和 人卫观测资料，分别推算出《DX-1》和 《DX-2》转换参数，利用这组转换参数， 可以将1954年北京坐标系坐标、1980 年西安坐标和1982年北京坐标系化算为 地心坐标系坐标。
大地坐标系建立
地球
椭球定义的差异， 直接导致坐标系的 差异，但其间数学 关系明确。
地心
在全球范围内 椭球面与大地 水准面有最佳 的符合，椭球 中心与地心一 致或最为接近。
如
WGS84/ITRF
• 参心坐标系是我国基本测图和常规大地测 量的基础。自新中国建立后，国家就着手 建立新的统一的国家坐标系，由于技术条 件和交通条件的限制，要在全国建立统一 的坐标系其工作量是相当艰辛和巨大，经 过测绘系统近四年的努力，我国扩展和延 伸了前苏联坐标的1942年坐标系，于 1954年首次建立了我国统一的国家大地 坐标系“1954年北京坐标系”。
• 60年代初，北京系首级网也基本覆 盖了我国的大部分地区。1980年 “北京坐标系”改算为“1980西安
坐标系”，“西安坐标系”首级坐 标网和加密已覆盖全国。
• 经过天文大地网整体平差后，我国目前形成了 三种参心坐标系，即1954年北京坐标系（局 部平差成果），1980年西安坐标系和1954
年北京坐标系（整体平差转换值）。这三种参 心坐标系目前均在使用，2008年6月国家公 布了2000国家大地坐标系，于2008年7月1 日起实行， 2000国家大地坐标系是地心坐标 系，其参数与WSG84完全一致。
2 参心坐标系
• 参心坐标系是在参考椭球内建立的OXYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何 中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重 合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重 合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成 右手系。
地球参考椭球， 在一定范围内 椭球面与大地 水准面有最佳 的符合。如： 1954/1980系
• 随着技术的发展，独立坐标系的区域性 割据已严重影响到先进技术的发展和应 用，在不远的将来，它将退出历史舞台。
4 地心坐标系
• 地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ 坐标系。原点O设在大地体的质量中心， 用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示， X轴与首子午面与赤道面的交线重合，向 东为正。Z轴与地球旋转轴重合，向北为 正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。
• （3）由于坐标系统较多，因而在实际的 测绘生产中，存在着坐标系统使用不当 的情况。例如，在不同测区的大地测量 数据处理中使用不同的坐标系等。
我国大地坐标系的发展探讨
刘育红
1 引言
• 据不完全统计，全世界的坐标系统有140 多 个。目前在我国存在着三类常用的大地 坐标系统，即参心坐标系统、地方独立坐 标系统和地心坐标系统。这些大地坐标系 满足了我国各行各业在各自发展阶段的不 同 需求，但在实际使用中，程度不同的存 在一些问题。特别是随着高精度卫星定位 技术的广泛应用，目前的大地坐标系统已 不能满足当前和今后发展的需要，改善和 更 新国家大地坐标系统的任务已摆在了测 绘工作者面前。
• 80年代中期，GPS定位技术在全国范围内得 到了广泛应用，它采用了1984年世界大地坐 标（WGS-84）或国际地球参考系（ITRS）， 它们的地心坐标精度分别达到了米级和厘米级。
《DX-1》和《DX-2》两种地心坐标系统当前 只在少数部门使用，而世界大地坐标（WGS84）或国际地球参考系（ITRS）两种地心坐 标系已广泛用于卫星导航系统中。
• 由于卫星导航系统的全球性，它的点位 坐标易于获得，加之定位的高精度，空 间数据格式统一，为“3S”技术的广泛应 用提供了良好的基础。因此现在人们倾 向于用地心坐标系来代替参心坐标系和 地方独立坐标系。
5 建立新一代地心坐标系
• 三类坐标系统各有特定的服务对象和使 用范围，它们在国家的经济建设和国防 建设中均发挥了重要作用。但是随着大 地测量技术的日益发展，它们与社会经 济发展和全球化趋势也日益不相适应， 在实际使用中存在着一些问题，主要表 现在：
市规划部门带来许多困难，往往在选线、设计时要 花很多的人力、物力、财力和时间去协调、整理两 个不同坐标系资料，在后期的管理中也是分 别用两
个坐标系进行管理，暴露出资料不全、重合点处理 不当、网形结构太差等诸多矛盾和弊病。如果要建 立城市地理信息系统，数据根本就没有办法统一， 地理信 息系统怎样建成，谈何应用？