我國(guó)常用坐標(biāo)系統(tǒng)和其轉(zhuǎn)換

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1、我國(guó)常用坐標(biāo)系統(tǒng)和其轉(zhuǎn)換　　摘要：隨著坐標(biāo)系的更新以及坐標(biāo)基準(zhǔn)的變化，我國(guó)曾先后使用過(guò)北京54坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系，并于2008年7月開始啟用新的國(guó)家大地坐標(biāo)系——2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，如何將各個(gè)坐標(biāo)系的大地控制點(diǎn)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換是我們必須解決的問(wèn)題，本文對(duì)我國(guó)常用坐標(biāo)系及其坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換的理論基礎(chǔ)和方法進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：坐標(biāo)系；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；參數(shù)中圖分類號(hào)：{P286+.1}文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：一、引言820世紀(jì)50年代，為了滿足測(cè)繪工作的迫切需要，我國(guó)采用了北京54坐標(biāo)系，后來(lái)隨著天文大地網(wǎng)布設(shè)任務(wù)的完成，通過(guò)天文大地

2、網(wǎng)整體平差，于80年代初我國(guó)又建立了1980西安坐標(biāo)系。1954北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮著巨大的作用。同時(shí)也應(yīng)該看到，隨著時(shí)間的推移，這兩個(gè)以經(jīng)典測(cè)量技術(shù)為基礎(chǔ)的局部大地坐標(biāo)系，目前已經(jīng)不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)特別是空間技術(shù)的發(fā)展，不能適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)需要。同時(shí)，全球衛(wèi)星定位技術(shù)的廣泛推廣和應(yīng)用，使各行業(yè)和部門對(duì)采用地心坐標(biāo)系統(tǒng)提出了迫切的需求，為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，世界上許多發(fā)達(dá)和中等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)多年前就開始采用地心坐標(biāo)系，我國(guó)也于2008年7月開始啟用新的國(guó)家大地坐標(biāo)

3、系——2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。一個(gè)完整的地球坐標(biāo)參考系統(tǒng)是由大地基準(zhǔn)（面）與坐標(biāo)系兩部分構(gòu)成。坐標(biāo)系指描述空間位置的表達(dá)形式（如空間直角坐標(biāo)系或大地坐標(biāo)系等），而基準(zhǔn)指的是為描述空間位置而定義的一系列點(diǎn)、線和面。在大地測(cè)量中的大地基準(zhǔn)面一般指為確定點(diǎn)在空間中的位置，而采用的總地球橢球或參考橢球的幾何參數(shù)和物理參數(shù)。我國(guó)目前用以測(cè)圖及工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及其他用途的大地控制點(diǎn)一般基于北京54坐標(biāo)系或西安80坐標(biāo)系，如何將這些控制點(diǎn)統(tǒng)一到地心坐標(biāo)系是十分重要的問(wèn)題，本文主要介紹我國(guó)常用坐標(biāo)系統(tǒng)及其相互轉(zhuǎn)換方法。二、我國(guó)常用坐標(biāo)系簡(jiǎn)介1

4、、北京54坐標(biāo)系8北京54坐標(biāo)系是我國(guó)目前廣泛采用的大地測(cè)量坐標(biāo)系，它是依照1953年我國(guó)東北邊境內(nèi)若干三角點(diǎn)與前蘇聯(lián)天文網(wǎng)相連測(cè)的成果，由1954年?yáng)|北地區(qū)的一部分一等三角鎖局部平差確定，隨后擴(kuò)展加密遍及全國(guó)，該坐標(biāo)系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球。該坐標(biāo)系統(tǒng)采用多點(diǎn)定位，且高程基準(zhǔn)為1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面，高程異常以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算而得。北京54坐標(biāo)系存在如下的問(wèn)題：（1）北京54坐標(biāo)系所對(duì)應(yīng)的國(guó)家參考橢球并未采用我國(guó)自己的天文測(cè)量資料來(lái)進(jìn)行定位和

5、定向，對(duì)橢球的定向含義不明確，從現(xiàn)代觀點(diǎn)來(lái)看克拉索夫斯基橢球元素也顯得不夠精確，而且只有兩個(gè)幾何參數(shù)，并不具有反映橢球幾何、物理特性的四個(gè)基本參數(shù)。（2）北京54坐標(biāo)系橢球參數(shù)長(zhǎng)半軸與現(xiàn)在的精確值有108m的差距。（3）北京54坐標(biāo)系參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面之間存在自西向東的系統(tǒng)性傾斜，東部差距達(dá)68m。（4）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。重力數(shù)據(jù)處理采用的是赫爾默特正常重力公式，與其相應(yīng)的橢球?yàn)楹諣柲貦E球，這與克拉索夫斯基橢球不一致。（5）定向不明確?？死鞣蛩够鶛E球短半軸既不指向CIO也不指向我國(guó)地極原

6、點(diǎn)JYD1968.0；同時(shí)其起始子午面也不是國(guó)際時(shí)間局所定義的格林尼治平均天文臺(tái)子午面，這給坐標(biāo)換算帶來(lái)了很多麻煩。（6）北京54坐標(biāo)系按局部平差逐步提供大地點(diǎn)成果的，因此不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些矛盾和不夠合理的地方。2、1980年西安坐標(biāo)系81980年國(guó)家大地坐標(biāo)系因其大地坐標(biāo)原點(diǎn)在陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)境內(nèi)。通常又被稱為西安80坐標(biāo)系。由于北京54坐標(biāo)系自身存在的很大缺陷而不能滿足現(xiàn)代大地測(cè)量和有關(guān)科學(xué)發(fā)展的需要，為了消除局部平差和逐級(jí)控制產(chǎn)生的不合理影響，提高大地網(wǎng)的精度，1982年我國(guó)完成了全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差，建立了新坐標(biāo)

7、系即1980西安坐標(biāo)系。西安80坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)在我國(guó)中部，是參心坐標(biāo)系，橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)符合的最好；橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)子午面；X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向0經(jīng)度方向；Y軸與Z,X軸成右手坐標(biāo)系；橢球采用IUGG1975年大會(huì)推薦的參數(shù)；多點(diǎn)定位：橢球定位時(shí)按我國(guó)范圍內(nèi)高程異常值平方和最小原則求解參數(shù)；大地高程以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均水面為基準(zhǔn)。從技術(shù)和應(yīng)用方面考慮，西安80系主要存在下面幾個(gè)問(wèn)題：（1）二維坐標(biāo)系統(tǒng)，即任何所考慮

8、對(duì)象的三維坐標(biāo)在西安80系中只表現(xiàn)為平面的2維坐標(biāo)；（2）橢球定位，西安80系是由中國(guó)大陸局部高程異常最佳符合方法定位，因此它不僅不是地心定位，而且當(dāng)時(shí)確定定位也沒有顧及占中國(guó)全部國(guó)土面積近1/3的海域國(guó)土8（3）隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原來(lái)在20世紀(jì)70年代用于定義我國(guó)大地坐標(biāo)