2000國家大地坐標系

2000國家大地坐標系

 2000國家大地坐標系是我國當前最新的國家大地坐標系，英文名稱為China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫為CGCS2000。

2000國家大地坐標系的原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心；2000國家大地坐標系的Z軸由原點指向歷元2000.0的地球參考極的方向，該歷元的指向由國際時間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時間演化保證相對于地殼不產生殘余的全球旋轉，X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點，Y軸與Z軸、X軸構成右手正交坐標系。采用廣義相對論意義下的尺度。

國家大地坐標系是測制國家基本比列尺地圖的基礎。根據(jù)《中華人民共和國測繪法》規(guī)定，中國建立全國統(tǒng)一的大地坐標系統(tǒng)。

建國以來，中國于上世紀50年代和80年代分別建立了1954年北京坐標系和1980西安坐標系，測制了各種比列尺地形圖，在國民經濟、社會發(fā)展和科學研究中發(fā)揮了重要作用，限于當時的技術條件，中國大地坐標系基本上是依賴于傳統(tǒng)技術手段實現(xiàn)的。54坐標系采用的是克拉索夫斯基橢球體。該橢球在計算和定位的過程中，沒有采用中國的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)在中國范圍內符合得不好，不能滿足高精度定位以及地球科學、空間科學和戰(zhàn)略發(fā)展的需要。上世紀70年代，中國大地測量工作者經過二十多年的艱巨努力，終于完成了全國一、二等天文大地網的布測。經過整體平差，采用1975年IUGG第十六屆大會推薦的參考橢球參數(shù)，中國建立了1980西安坐標系，1980西安坐標系在中國經濟建設、國防建設和科學研究中發(fā)揮了巨大作用。

隨著社會的進步，國民經濟建設、國防建設和社會發(fā)展、科學研究等對國家大地坐標系提出了新的要求，迫切需要采用原點位于地球質量中心的坐標系統(tǒng)（以下簡稱地心坐標系統(tǒng)）作為國家大地坐標系。采用地心坐標系，有利于采用現(xiàn)代空間技術對坐標系進行維護和快速更新，測定高精度大地控制點三維坐標，并提高測圖工作效率。

2008年3月，由國土資源部正式上報國務院《關于中國采用2000國家大地坐標系的請示》，并于2008年4月獲得國務院批準。自2008年7月1日起，中國將全面啟用2000國家大地坐標系，國際測繪局授權組織實施。 

1954年北京坐標系和1980西安坐標系由于其成果受技術條件制約，精度偏低、無法滿足新技術的要求。空間技術的發(fā)展成熟與廣泛應用迫切要求國家提供高精度、地心、動態(tài)、實用、統(tǒng)一的大地坐標系作為各項社會經濟活動的基礎性保障。從技術和應用方面來看，現(xiàn)行坐標系具有一定的局限性，已不適應發(fā)展的需要。

主要表現(xiàn)在以下幾點：

1、二維坐標系統(tǒng)。1980西安坐標系是經典大地測量成果的歸算及其應用，它的表現(xiàn)形式為平面的二維坐標。用現(xiàn)行坐標系只能提供點位平面坐標，而且表示兩點之間的距離精確度也比用現(xiàn)代手段測得的低10倍左右。高精度、三維與低精度、二維之間的矛盾是無法協(xié)調的。比如將衛(wèi)星導航技術獲得的高精度的點的三維坐標表示在現(xiàn)有地圖上，不僅會造成點位信息的損失（三維空間信息只表示為二維平面位置），同時也將造成精度上的損失。

2、參考橢球參數(shù)。隨著科學技術的發(fā)展，國際上對參考橢球的參數(shù)已進行了多次更新和改善。1980西安坐標系所采用的IAG1975橢球，其長半軸要比WGS84橢球長半軸的值大3米左右，而這可能引起地表長度誤差達10倍左右。

3、隨著經濟建設的發(fā)展和科技的進步，維持非地心坐標系下的實際點位坐標不變的難度加大，維持非地心坐標系的技術也逐步被新技術所取代。

4、橢球短半軸指向。1980西安坐標系采用指向JYD1968.0極原點，與國際上通用的地面坐標系如ITRS，或與GPS定位中采用的WGS84等橢球短軸的指向（BIH1984.0）不同。

天文大地控制網是現(xiàn)行坐標系的具體實現(xiàn)，也是國家大地基準服務于用戶最根本最實際的途徑。面對空間技術、信息技術及其應用技術的迅猛發(fā)展和廣泛普及，在創(chuàng)建數(shù)字地球、數(shù)字中國的過程中，需要一個以全球參考基準框架為背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調一致的坐標系統(tǒng)來處理國家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會和信息等問題。單純采用參心、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標系統(tǒng)和相應的基礎設施作為我國現(xiàn)行應用的測繪基準，必然會帶來愈來愈多不協(xié)調問題，產生眾多矛盾，制約高新技術的應用。若仍采用現(xiàn)行的二維、非地心的坐標系，不僅制約了地理空間信息的精確表達和各種先進的空間技術的廣泛應用，無法全面滿足當今氣象、地震、水利、交通等部門對高精度測繪地理信息服務的要求，而且也不利于與國際上海圖的有效銜接，因此采用地心坐標系已勢在必行。

2000國家大地坐標系是全球地心坐標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量中心。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國際時間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點，Y軸按右手坐標系確定。

2000國家大地坐標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=3.986004418×1014m3s-2

自轉角速度　ω=7.292115×10-5rad s-1

短半軸b=6356752.31414m

極曲率半徑=6399593.62586m

第一偏心率e=0.0818191910428 [2]

北京54坐標系參數(shù)如下：

橢球坐標參數(shù)如下：

長半軸a=6378245m；

短半軸=6356863.0188m；

扁率α=1/298.3；

第一偏心率平方 =0.006693421622。

西安80坐標系參數(shù)如下：

長半軸a=6378140±5（m）

短半軸b=6356755.2882（m）

扁 率α=1/298.257

第一偏心率平方 =0.00669438499959

第二偏心率平方=0.00673950181947

1、采用2000國家大地坐標系具有科學意義，隨著經濟發(fā)展和社會的進步，我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設、規(guī)劃、地質調查、國土資源管理等領域的科學研究需要一個以全球參考基準為背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調一致的坐標系統(tǒng)，來處理國家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會和信息等問題，需要采用定義更加科學、原點位于地球質量中心的三維國家大地坐標系。

2、采用2000國家大地坐標系可對國民經濟建設、社會發(fā)展產生巨大的社會效益。采用2000國家大地坐標系，有利于應用于防災減災、公共應急與預警系統(tǒng)的建設和維護。

3、采用2000國家大地坐標系將進一步促進遙感技術在我國的廣泛應用，發(fā)揮其在資源和生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測方面的作用。比如汶川大地震發(fā)生后，以國內外遙感衛(wèi)星等科學手段為抗震救災分析及救援提供了大量的基礎信息，顯示出科技抗震救災的威力，而這些遙感衛(wèi)星資料都是基于地心坐標系。

4、采用2000國家大地坐標系也是保障交通運輸、航海等安全的需要。車載、船載實時定位獲取的精確的三維坐標，能夠準確地反映其精確地理位置，配以導航地圖，可以實時確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。隨著我國航空運營能力的不斷提高和港口吞吐量的迅速增加，采用2000國家大地坐標系可保障航空和航海的安全。

5、衛(wèi)星導航技術與通信、遙感和電子消費產品不斷融合，將會創(chuàng)造出更多新產品和新服務，市場前景更為看好。現(xiàn)已有相當一批企業(yè)介入到相關制造及運營服務業(yè)，并可望在形成較大規(guī)模的新興高技術產業(yè)。衛(wèi)星導航系統(tǒng)與GIS的結合使得計算機信息為基礎的智能導航技術，如車載GPS導航系統(tǒng)和移動目標定位系統(tǒng)應運而生。移動手持設備如PDA已經有了非常廣泛的使用。

6、經濟影響。應用現(xiàn)代空間技術進行地形圖測繪和定位，可以大幅度提高點位表達的準確性，并且可以快速獲取精確的三維地心坐標；可以提高測量精度和工作效率；可廣泛地應用于數(shù)字農業(yè)、數(shù)字林業(yè)，智能交通（車輛的導航、調度與監(jiān)控），以及（飛機的導航、調度與監(jiān)控）、海事（船舶的導航、調度與監(jiān)控）、水利（數(shù)字黃河和數(shù)字長江）、漁政部門、城市物流（城市精細管理中的基于位置服務）、突發(fā)事故預警與快速響應系統(tǒng)、通信供電網絡維護系統(tǒng)、旅游、科學考察與探險等。