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有关几种常用的地理坐标系统与投影坐标系统的理解

2016-01-26 17:26阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1835915954

从事地质工作已经将近4个年头，期间多次遇到有关坐标系统的问题，每次都是用坐标转换软件草草解决，对于各个坐标系统之间的关系并没有深入思考过，以至于后来对于坐标系统的困惑越来越多，在网上查阅了一些常用坐标系统的资料，归纳整理，将自己的一点心得体会记录下来。
坐标系统
一、WGS84坐标系统
WGS84:全称为World Geodetic System 1984，是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统。通常是指我们用手持GPS所读出来的经纬度。

二、北京54坐标系统
BJZ54：全称为北京54坐标系。北京54坐标系为参心大地坐标系，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
北京54坐标系的特征：
a．属参心大地坐标系；
b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；
c. 大地原点在原苏联的普尔科沃；
d．采用多点定位法进行椭球定位；
e．高程基准为 1954年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；
f． 高程异常以原苏联 1955年大地水准面重新平差结果为起算数据
椭球坐标参数：
长半轴a=6378245m；
短半轴=6356863.0188m；
扁率α=1/298.3。
随着测绘新理论、新技术的不断发展，人们发现该坐标系存在如下缺点：
1、 椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。
2、 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+60m。这使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，同时也对观测量元素的归算提出了严格的要求。
3、 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900～1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。
4、 定向不明确。椭球短半轴的指向既不是国际普遍采用的国际协议（原点）CIO（Conventional International Origin），也不是我国地极原点JYD1968.0；起始大地子午面也不是国际时间局BIH（Bureau International de I Heure）所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。
为此，我国在1978年在西安召开了“全国天文大地网整体平差会议”，提出了建立属于我国自己的大地坐标系，即后来的1980西安坐标系。但时至今日，北京54坐标系仍然是在我国使用较为广泛的坐标系。
三、西安80坐标系统
1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立西安80坐标系时有以下先决条件：
（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省泾阳县永乐镇；
（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向；Y轴与 Z、X轴成右手坐标系；
（3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为：
长半轴a=6378140±5（m）
短半轴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
椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。
（4）多点定位；
（5）基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
四、2000坐标系统
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=7.292l15×10-5rad s-1
现行的大地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。

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