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(chēng)為China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫(xiě)為CGCS2000。

2000國家大地坐標系的原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心；2000國家大地坐標系的Z軸由原點(diǎn)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(shí)間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時(shí)間演化保證相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉，X軸由原點(diǎn)指向格林尼治參考子午線(xiàn)與地球赤道面（歷元2000.0）的交點(diǎn)，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《中華人民共和國測繪法》規定，中國建立全國統一的大地坐標系統。

建國以來(lái)，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(jīng)濟、社會(huì )發(fā)展和科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用，限于當時(shí)的技術(shù)條件，中國大地坐標系基本上是依賴(lài)于傳統技術(shù)手段實(shí)現的。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(guò)程中，沒(méi)有采用中國的數據，該系統在中國范圍內符合得不好，不能滿(mǎn)足高精度定位以及地球科學(xué)、空間科學(xué)和戰略發(fā)展的需要。上世紀70年代，中國大地測量工作者經(jīng)過(guò)二十多年的艱巨努力，終于完成了全國一、二等天文大地網(wǎng)的布測。經(jīng)過(guò)整體平差，采用1975年IUGG第十六屆大會(huì )推薦的參考橢球參數，中國建立了1980西安坐標系，1980西安坐標系在中國經(jīng)濟建設、國防建設和科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大作用。

隨著(zhù)社會(huì )的進(jìn)步，國民經(jīng)濟建設、國防建設和社會(huì )發(fā)展、科學(xué)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(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的坐標系統（以下簡(jiǎn)稱(chēng)地心坐標系統）作為國家大地坐標系。采用地心坐標系，有利于采用現代空間技術(shù)對坐標系進(jìn)行維護和快速更新，測定高精度大地控制點(diǎn)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(wù)院《關(guān)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(wù)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(shí)施。 

1954年北京坐標系和1980西安坐標系由于其成果受技術(shù)條件制約，精度偏低、無(wú)法滿(mǎn)足新技術(shù)的要求?？臻g技術(shù)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(dòng)態(tài)、實(shí)用、統一的大地坐標系作為各項社會(huì )經(jīng)濟活動(dòng)的基礎性保障。從技術(shù)和應用方面來(lái)看，現行坐標系具有一定的局限性，已不適應發(fā)展的需要。

主要表現在以下幾點(diǎn)：

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

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

3、隨著(zhù)經(jīng)濟建設的發(fā)展和科技的進(jìn)步，維持非地心坐標系下的實(shí)際點(diǎn)位坐標不變的難度加大，維持非地心坐標系的技術(shù)也逐步被新技術(shù)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(diǎn)，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(wǎng)是現行坐標系的具體實(shí)現，也是國家大地基準服務(wù)于用戶(hù)最根本最實(shí)際的途徑。面對空間技術(shù)、信息技術(shù)及其應用技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛普及，在創(chuàng )建數字地球、數字中國的過(guò)程中，需要一個(gè)以全球參考基準框架為背景的、全國統一的、協(xié)調一致的坐標系統來(lái)處理國家、區域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會(huì )和信息等問(wèn)題。單純采用參心、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標系統和相應的基礎設施作為我國現行應用的測繪基準，必然會(huì )帶來(lái)愈來(lái)愈多不協(xié)調問(wèn)題，產(chǎn)生眾多矛盾，制約高新技術(shù)的應用。若仍采用現行的二維、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(jìn)的空間技術(shù)的廣泛應用，無(wú)法全面滿(mǎn)足當今氣象、地震、水利、交通等部門(mén)對高精度測繪地理信息服務(wù)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，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的質(zhì)量中心。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國際時(shí)間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點(diǎn)，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如下：

長(cháng)半軸 a=6378137m

扁率　f=1/298.257222101

地心引力常數　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坐標系參數如下：

橢球坐標參數如下：

長(cháng)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坐標系參數如下：

長(cháng)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(xué)意義，隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )的進(jìn)步，我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設、規劃、地質(zhì)調查、國土資源管理等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要一個(gè)以全球參考基準為背景的、全國統一的、協(xié)調一致的坐標系統，來(lái)處理國家、區域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會(huì )和信息等問(wèn)題，需要采用定義更加科學(xué)、原點(diǎn)位于地球質(zhì)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(jīng)濟建設、社會(huì )發(fā)展產(chǎn)生巨大的社會(huì )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的建設和維護。

3、采用2000國家大地坐標系將進(jìn)一步促進(jìn)遙感技術(shù)在我國的廣泛應用，發(fā)揮其在資源和生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監測方面的作用。比如汶川大地震發(fā)生后，以國內外遙感衛星等科學(xué)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(chē)載、船載實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。隨著(zhù)我國航空運營(yíng)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、衛星導航技術(shù)與通信、遙感和電子消費產(chǎn)品不斷融合，將會(huì )創(chuàng )造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)，市場(chǎng)前景更為看好?，F已有相當一批企業(yè)介入到相關(guān)制造及運營(yíng)服務(wù)業(yè)，并可望在形成較大規模的新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。衛星導航系統與GIS的結合使得計算機信息為基礎的智能導航技術(shù)，如車(chē)載GPS導航系統和移動(dòng)目標定位系統應運而生。移動(dòng)手持設備如PDA已經(jīng)有了非常廣泛的使用。

6、經(jīng)濟影響。應用現代空間技術(shù)進(jìn)行地形圖測繪和定位，可以大幅度提高點(diǎn)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；可廣泛地應用于數字農業(yè)、數字林業(yè)，智能交通（車(chē)輛的導航、調度與監控），以及（飛機的導航、調度與監控）、海事（船舶的導航、調度與監控）、水利（數字黃河和數字長(cháng)江）、漁政部門(mén)、城市物流（城市精細管理中的基于位置服務(wù)）、突發(fā)事故預警與快速響應系統、通信供電網(wǎng)絡(luò )維護系統、旅游、科學(xué)考察與探險等。