CGCS2000 坐標(biāo)系的推廣與應(yīng)用

史俊莉SHI Jun-li；牛鵬濤NIU Peng-tao

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南陽 473009）

（Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473009，China）

1 國家坐標(biāo)系

1.1 1954 年北京坐標(biāo)系 新中國成立以后，我國測量進(jìn)入了一個全面加速的發(fā)展時期，在全國范圍內(nèi)開始了正規(guī)全面的大地測量工作，這時我國亟需建立一個參心大地坐標(biāo)系，我國采用了前蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942 年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標(biāo)系，定名為1954 年北京坐標(biāo)系，因此，1954 年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942 年坐標(biāo)系的延伸。它的原點不在北京而是在前蘇聯(lián)的普爾科沃。北京54 坐標(biāo)系存在著弊端，在計算和定位該橢球時，并沒用采用中國的數(shù)據(jù)，所以在中國范圍內(nèi)符合的不是很好，存在著系統(tǒng)誤差，自西向東的傾斜。由于此缺陷不能滿足高精度定位以及地球科學(xué)、空間科學(xué)和戰(zhàn)略武器發(fā)展的需要。

1.2 1980 年西安坐標(biāo)系 由于北京54 坐標(biāo)系的弊端，我國在80 年代建立了1980 年西安坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系采用國際地理聯(lián)合會（IGU）第十六屆大會推薦的橢球參數(shù)，大地坐標(biāo)原點在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)的大地坐標(biāo)系，又稱西安坐標(biāo)系。

1.3 新1954 年北京坐標(biāo)系 為了繼承北京54 坐標(biāo)，避免北京54 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換西安80 坐標(biāo)的復(fù)雜性，建立了新北京54 坐標(biāo)系，此坐標(biāo)系是北京54 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換西安80 坐標(biāo)的過度坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系提供的成果是在1980 年國家大地坐標(biāo)系基礎(chǔ)上，把IUGG1975 年橢球改為原來的克拉索夫斯基橢球、通過在空間三個坐標(biāo)軸上進(jìn)行平移轉(zhuǎn)換而來的。

1954 年北京坐標(biāo)系和1980 年西安坐標(biāo)系在中國經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大作用。但是隨著社會的發(fā)展二維坐標(biāo)的弊端慢慢的顯露出來?？萍嫉陌l(fā)展，社會的需求決定了地心坐標(biāo)系的必要性。

2 CGCS2000

CGCS2000 是（中國）2000 國家大地坐標(biāo)系的縮寫，該坐標(biāo)系是通過中國GPS 連續(xù)運行基準(zhǔn)站、空間大地控制網(wǎng)以及天文大地網(wǎng)與空間地網(wǎng)聯(lián)合平差建立的地心大地坐標(biāo)系統(tǒng)。它由兩部分組成，第一部分是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）國家級連續(xù)運行站網(wǎng)（以下簡稱國家CORS 系統(tǒng)），第二部分是國家高精度大地控制網(wǎng)。

2.1 產(chǎn)生的背景 隨著空間及信息技術(shù)的迅速發(fā)展，需要建立全國統(tǒng)一的，協(xié)調(diào)一致的大地坐標(biāo)系統(tǒng)和大地坐標(biāo)框架，我國在建國后采用過北京54、西安80 以及新北京54，這些坐標(biāo)系是二維的、非地心坐標(biāo)系，存在著諸多弱點，例如精度低，難統(tǒng)一等缺點，而且在我國今后發(fā)展過程中這類坐標(biāo)系存在的弊端會越來越多。

大地坐標(biāo)系由于受到科技水平的制約和實際的需求，一般不采用3 維坐標(biāo)系統(tǒng)，而且人類生產(chǎn)的地圖都是二維的平面圖紙，所以，常常將3 維空間的目標(biāo)投影至2 維平面介質(zhì)上再進(jìn)行考察研究，這種將3 維轉(zhuǎn)化為2 維的做法會使精度損失，而且高程信息往往只作為空間目標(biāo)的屬性信息，這將使準(zhǔn)確描述空間目標(biāo)特征時很困難。隨著技術(shù)的發(fā)展，3 維坐標(biāo)已成為必然趨勢。

在這種必然趨勢下我國自2008 年7 月1 日起啟用2000 國家大地坐標(biāo)系。我國國家測繪局6 月18 日發(fā)布公告，并提供了新坐標(biāo)系的技術(shù)參數(shù)。

2000 坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國的具體體現(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心。2000坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：

長半軸a=6378137m 扁率f=1/298.257222101

地心引力常數(shù)GM=3.986004418×1014m3/s2

自轉(zhuǎn)角速度w=7.292115×10-5rad/s

我國現(xiàn)行的坐標(biāo)系和2000 國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8 至10 年?，F(xiàn)有的各類測繪成果在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行的國家大地坐標(biāo)系，2008 年7 月1 日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應(yīng)采用2000 國家大地坐標(biāo)系。

2.2 意義 2000 國家大地坐標(biāo)系采用以地球質(zhì)心為原點，可以更好地闡明地球上各種地理和物理現(xiàn)象，特別是空間物體的運動。目前利用空間技術(shù)所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐標(biāo)系為參照系。采用地心坐標(biāo)系就可以充分利用現(xiàn)代最新科技成果，應(yīng)用現(xiàn)代空間技術(shù)進(jìn)行測繪和定位，可以快速獲取目標(biāo)精確的三維地心坐標(biāo)，有效提高測量精度和工作效率，從而為我國航天、民航、海事、交通、地震、水利、農(nóng)業(yè)、能源、建設(shè)、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國土資源管理等部門提供有力的技術(shù)支撐。

采用2000 國家大地坐標(biāo)系不但對各個領(lǐng)域有影響，而且最重要的是采用新的坐標(biāo)系統(tǒng)必將對中國境內(nèi)地面點原來標(biāo)注的大地經(jīng)緯度和高斯平面坐標(biāo)值產(chǎn)生相應(yīng)變動，從而使中國境內(nèi)原有地圖（包括地形圖）上點和線（包括圖廓點和圖廓線）的位移，以及它們之間的長度和方位的變化。

所以采用2000 國家坐標(biāo)系對我國有重要的意義。

3 1980 年西安坐標(biāo)系和2000 國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

在轉(zhuǎn)換模型中，Bursa 模型公式簡單，參數(shù)意義明確,在實踐中廣泛應(yīng)用。Bursa 模型為：

上述Bursa 模型是七參數(shù)模型，利用公共點求出模型中的七參數(shù)，這時至少需要三個公共點，求出七參數(shù)后就可以實現(xiàn)兩個坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。

4 推廣與應(yīng)用

基于2000 國家大地坐標(biāo)系的優(yōu)勢，基礎(chǔ)測繪成果向2000 國家大地坐標(biāo)系的過渡，力爭在2014 年完成市縣基礎(chǔ)測繪成果2000 國家大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換工作，實現(xiàn)全省“一張圖、一個網(wǎng)、一個平臺”，其中成果轉(zhuǎn)換的內(nèi)容為：

①控制點成果。2000 國家GPS 大地控制網(wǎng)坐標(biāo)成果（2524 點），全國一、二等天文大地點在CGCS2000 下的大地坐標(biāo)成果和高斯平面坐標(biāo)成果（48583 點），全國三、四等天文大地點在CGCS2000 下的大地坐標(biāo)成果和高斯平面坐標(biāo)成果（74723 點）。②速度場成果。CGCS2000 板塊運動模型（China Plate Model－CGCS2000，CPM－CGCS2000）、CGCS2000 格網(wǎng)速度場。③數(shù)據(jù)庫成果。基于CGCS2000 的國家1:25 萬、1:5 萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫成果。④圖幅轉(zhuǎn)換量成果。1:5 萬、1:1 萬地形圖1980 西安坐標(biāo)系向CGCS2000 轉(zhuǎn)換的圖幅轉(zhuǎn)換量。⑤轉(zhuǎn)換軟件。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件、控制點轉(zhuǎn)換軟件等。

各個省市都在推廣2000 國家大地坐標(biāo)的系的應(yīng)用，相信不久的將來2000 國家大地坐標(biāo)系的應(yīng)用會越來越廣泛。

5 小結(jié)

為了迎接21 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，為信息化社會發(fā)展提供一個基礎(chǔ)地理平臺，為了更科學(xué)地描述動態(tài)的地球，特別是隨著全球定位系統(tǒng)等空間大地測量技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，我國建立了2000 國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)，新的坐標(biāo)系統(tǒng)會帶在我國各個領(lǐng)域產(chǎn)生影響，只有盡快的適應(yīng)帶來的變化，才能讓2000 國家大地坐標(biāo)系發(fā)揮最大的優(yōu)勢。

[1]郭春喜，李東.基于CGCS2000 建立城市相對獨立坐標(biāo)系統(tǒng)的方法[J].測繪通報，2012（10）.

[2]李世安，劉經(jīng)南，施闖.應(yīng)用GPS 建立區(qū)域獨立坐標(biāo)系中橢球變換的研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2005（10）.

[3]孟泱，戴明松，馮發(fā)杰，王新安，朱進(jìn).CGCS2000 坐標(biāo)系對現(xiàn)有測繪成果的影響及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法的探討[J].工程勘察，2010（S1）.