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2000国家大地坐标系

 发布时间:2021-08-15 点击量:760

2000国家大地坐标系

 2000国家大地坐标系是我国当前最新的国家大地坐标系,英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000,英文缩写为CGCS2000

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。

国家大地坐标系是测制国家基本比列尺地图的基础。根据《中华人民共和国测绘法》规定,中国建立全国统一的大地坐标系统

建国以来,中国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系,测制了各种比列尺地形图,在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用,限于当时的技术条件,中国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中,没有采用中国的数据,该系统在中国范围内符合得不好,不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略发展的需要。上世纪70年代,中国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力,终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差,采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数,中国建立了1980西安坐标系1980西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。

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统)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。

2008年3月,由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》,并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起,中国将全面启用2000国家大地坐标系,国际测绘局授权组织实施。 

1954年北京坐标系和1980西安坐标系由于其成果受技术条件制约,精度偏低、无法满足新技术的要求。空间技术的发展成熟与广泛应用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。从技术和应用方面来看,现行坐标系具有一定的局限性,已不适应发展的需要。

主要表现在以下几点:

1、二维坐标系统1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用,它的表现形式为平面的二维坐标。用现行坐标系只能提供点位平面坐标,而且表示两点之间的距离精确度也比用现代手段测得的低10倍左右。高精度、三维与低精度、二维之间的矛盾是无法协调的。比如将卫星导航技术获得的高精度的点的三维坐标表示在现有地图上,不仅会造成点位信息的损失(三维空间信息只表示为二维平面位置),同时也将造成精度上的损失。

2、参考椭球参数。随着科学技术的发展,国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善。1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球,其长半轴要比WGS84椭球长半轴的值大3米左右,而这可能引起地表长度误差达10倍左右。

3、随着经济建设的发展和科技的进步,维持非地心坐标系下的实际点位坐标不变的难度加大,维持非地心坐标系的技术也逐步被新技术所取代。

4、椭球短半轴指向。1980西安坐标系采用指向JYD1968.0极原点,与国际上通用的地面坐标系如ITRS,或与GPS定位中采用的WGS84等椭球短轴的指向(BIH1984.0)不同。

天文大地控制网是现行坐标系的具体实现,也是国家大地基准服务于用户最根本最实际的途径。面对空间技术、信息技术及其应用技术的迅猛发展和广泛普及,在创建数字地球、数字中国的过程中,需要一个以全球参考基准框架为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题。单纯采用参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统和相应的基础设施作为我国现行应用的测绘基准,必然会带来愈来愈多不协调问题,产生众多矛盾,制约高新技术的应用。若仍采用现行的二维、非地心的坐标系,不仅制约了地理空间信息的精确表达和各种先进的空间技术的广泛应用,无法全面满足当今气象、地震、水利、交通等部门对高精度测绘地理信息服务的要求,而且也不利于与国际上海图的有效衔接,因此采用地心坐标系已势在必行。

2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现,其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向(BIH国际时间局),X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点,Y轴按右手坐标系确定。

2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下:

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=7.292115×10-5rad s-1

短半轴b=6356752.31414m

极曲率半径=6399593.62586m

第一偏心率e=0.0818191910428 [2]

北京54坐标系参数如下:

椭球坐标参数如下:

长半轴a=6378245m;

短半轴=6356863.0188m;

扁率α=1/298.3;

第一偏心率平方 =0.006693421622。

西安80坐标系参数如下:

长半轴a=6378140±5(m)

短半轴b=6356755.2882(m)

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国家大地坐标系具有科学意义,随着经济发展和社会的进步,我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的科学研究需要一个以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统,来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题,需要采用定义更加科学、原点位于地球质量中心的三维国家大地坐标系。

2、采用2000国家大地坐标系可对国民经济建设、社会发展产生巨大的社会效益。采用2000国家大地坐标系,有利于应用于防灾减灾、公共应急与预警系统的建设和维护。

3、采用2000国家大地坐标系将进一步促进遥感技术在我国的广泛应用,发挥其在资源和生态环境动态监测方面的作用。比如汶川大地震发生后,以国内外遥感卫星等科学手段为抗震救灾分析及救援提供了大量的基础信息,显示出科技抗震救灾的威力,而这些遥感卫星资料都是基于地心坐标系

4、采用2000国家大地坐标系也是保障交通运输、航海等安全的需要。车载、船载实时定位获取的精确的三维坐标,能够准确地反映其精确地理位置,配以导航地图,可以实时确定位置、选择最佳路径、避让障碍,保障交通安全。随着我国航空运营能力的不断提高和港口吞吐量的迅速增加,采用2000国家大地坐标系可保障航空和航海的安全。

5、卫星导航技术与通信、遥感和电子消费产品不断融合,将会创造出更多新产品和新服务,市场前景更为看好。现已有相当一批企业介入到相关制造及运营服务业,并可望在形成较大规模的新兴高技术产业。卫星导航系统GIS的结合使得计算机信息为基础的智能导航技术,如车载GPS导航系统和移动目标定位系统应运而生。移动手持设备如PDA已经有了非常广泛的使用。

6、经济影响。应用现代空间技术进行地形图测绘和定位,可以大幅度提高点位表达的准确性,并且可以快速获取精确的三维地心坐标;可以提高测量精度和工作效率;可广泛地应用于数字农业、数字林业,智能交通(车辆的导航、调度与监控),以及(飞机的导航、调度与监控)、海事(船舶的导航、调度与监控)、水利数字黄河和数字长江)、渔政部门、城市物流(城市精细管理中的基于位置服务)、突发事故预警与快速响应系统、通信供电网络维护系统、旅游、科学考察与探险等。