论2000国家大地坐标系及其转换方法
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摘要：2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000,简称CGCS2000）是我国新一代地心坐标系，介绍了2000国家大地坐标系（CGCS2000）的定义、实现及其特点，分析了地方独立坐标系的建立情况，阐述了建立地方独立坐标系与2000国家大地坐标系的转换方法，对建立地方坐标系与2000国家大地坐标系的联系有一定的指导意义。
关键词：2000国家大地坐标系；地方独立坐标系；坐标转换
Abstract: the earth Coordinate System 2000 countries (China Geodetic Coordinate System 2000, hereinafter referred to as CGCS2000) is a new generation of the Coordinate System in our country, this paper introduces the earth Coordinate System 2000 countries (CGCS2000) of the definition, realize and its characteristics, analyzed the place of establishing independent Coordinate System, the article elaborates establish the local independent Coordinate System and the 2000 national Coordinate transition method, to establish the local Coordinate System and the earth Coordinate System 2000 countries of the contact has some significance.
Keywords: 2000 countries the earth coordinate system; Local independent coordinate system; Coordinate transformation
中图分类号：P286 文献标识码：A 文章编号
0 引言
随着空间测量技术的普及和精度的进一步提高，使传统大地测量工作发生了质的变化，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。我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系。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8～10年。针对地方坐标系存在着多样性和复杂性，现有各类测绘成果，在过渡期内，将地方坐标系统一转换为2000国家大地坐标系，使地理信息系统得到统一，并依法建有地方独立坐标系的应建立与2000国家大地坐标系的转换关系。
在2000国家大地坐标系全面启用的同时，完成现行国家大地坐标系、各地及相关行业建立的地方独立坐标系向2000国家大地坐标系转换则成为启用与推广2000国家大地坐标系的一项重要工作。2000国家大地坐标系的推行，将促进现在最新科技成果的更好利用，有利于我国大地基准的维护，保持我国大地坐标系的先进性、科学性和适用性，能充分提高数据采集、加工处理的作业效率，为国民经济建设提供更好的测绘保障。
1 2000国家大地坐标系简介
1.1定义及实现
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。在国家测绘局发布的“现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南”中，对2000国家大地坐标系有完整的定义：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=7.292115×10-5rads-1
根据上述4个参数可以导出测量计算中所需要的其它参数。
2000国家大地坐标系通过2000国家GPS大地控制网的点在历元2000.0的坐标和速度具体体现。2000国家GPS大地控制网是由国家测绘局布设的GPSA、B级网、总参测绘局布设的GPS一、二级网以及由中国地震局、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监测网等组成，通过联合数据处理将框架点坐标统一归算到一个坐标参考框架（参考框架为ITRF97,参考历元为J2000.0）下，从而得到2000国家GPS大地网的坐标。这样2000国家大地坐标系的实现精度是：在参考历元2000.0，水平坐标与高程坐标的精度分别好于1cm和3cm，水平速度的精度约3mm/a。
1.2 2000国家大地坐标系的特点
从2000国家大地坐标系的定义可以看出，2000国家大地坐标系是一个地心坐标系，与我国已有的1954北京坐标系、1980西安坐标系等参心坐标系有很大的不同，主要体现在以下5方面：
1.2.1椭球定位方式不同
参心坐标系是为了研究局部球面形状，在使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小的原则下，选择和局部区域的大地水准面最为吻合的椭球所建立的坐标系。由于参心坐标系未与地心发生联系，不利于研究全球形状和板块运动等，也无法建立全球统一的大地坐标系。2000国家大地坐标系为地心坐标系，它所定义的椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密和。
1.2.2实现技术不同
我国现行参心坐标系是采用传统的大地测量手段，即测量标志点之间哦距离、方向，通过平差的方法得到各点相对于起始点的位置，由此确定各点在参心系下的坐标。2000国家大地坐标系框架是通过空间大地测量观测技术、获取各测站在ITRF框架下的地心坐标。
1.2.3维数不同
现行参心坐标系为二维坐标系，2000国家大地坐标系为三维坐标系。
1.2.4原点不同
现行参心坐标系原点与地球质量中心有较大偏差，2000国家大地坐标系原点位于地球质量中心。
1.2.5精度不同
参心坐标系由于当时客观条件的限制，缺乏高精度的外部控制，长距离精度较低，在空间技术广泛应用的今天，难以满足用户的需求。2000国家大地坐标系精度比现行参心坐标系精度要提高10倍，相对精度可达10-7～10-8。
2000国家大地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，有利于测定高精度大地控制点三维坐标，提高测图工作效率等。采用地心坐标系，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。可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务，采用地心坐标系已经是国际测量界的总趋势。
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