2000国家大地坐标系转换指南

414248732 · 发表于 2021-12-27 10:19

近日，北京北京市规划和自然资源委员会宣传2000坐标系。今天，我们学一学2000国家大地坐标系，同时文末付带分享下两款常用的坐标转换工具，供大家参考学习。

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2000国家大地坐标系定义

2000国家大地坐标系定义原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心；Z轴：由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向；X轴：由原点指向格林尼治参考子午线与赤道面(历元2000.0)的交点；Y轴：与Z轴、X轴构成右手正交坐标系；
2000国家大地坐标系采用椭球简称CGCS2000椭球。

CGCS2000椭球参数

长半轴 α=6378137m

扁率 ƒ=1/298.257222101地心引力常数 GM=3.986004418x1014m3s-2地球自转角速度 ω=7.292115x10-5rads-1

CGCS2000参考椭球a）CGCS2000参考椭球是一旋转椭球，其几何中心与CGCS2000的原点重合，旋转轴与CGCS2000的Z轴一致，其表面代表地球的数学表面。b）CGCS2000参考椭球又是其表面为正常重力场的等位面的正常椭球。c）CGCS2000参考椭球由四个常数（a,GM,J2,ω）定义。 一般规定a）“2000中国大地坐标系”，又称“2000 国家大地坐标系”；英译为 China Geodetic Coordinate System 2000，缩写为CGCS2000；b）CGCS2000由原点、尺度、坐标轴的定向及其时间演变定义，由地面点集合的坐标和速度实现；c) 采用CGCS2000参考椭球参数进行三维坐标变换；d) 大地经纬度变换为地图平面坐标，采用高斯－克吕格投影或墨卡托投影2大地测量控制点坐标转换技术规范
范围本标准规定了大地测量控制点坐标转换到2000国家大地坐标系的技术要求，包括重合点选取、坐标转换模型、转换方法、精度评价等。本标准适用于地方独立坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系、WGS-84坐标系以及ITRF框架下的大地测量控制点向2000国家大地坐标系的坐标转换。
控制点精度2000国家大地坐标系控制点实现精度及省、市级卫星大地控制网C级点、D级点转换后的精度要求见表1。

表1 2000国家大地坐标系控制点点位中误差

2000国家大地坐标系坐标框架2000国家大地坐标系的框架由2000国家大地控制网点组成,其参考框架是ITRF97，参考历元为2000.0。
（1）2000国家大地控制网构成
① 2000国家GPS大地控制网，及其控制下完成的省（市）GPS基础控制网；② 在2000系下完成天文大地网联合平差获得的近5万个一、二等天文大地网点；③ 在2000系下平差后获得的近8万个三、四等天文大地网点。 （2）2000国家大地控制网按精度不同可划分为三个层次网第一层次为CGCS2000连续运行GPS网（国家CORS系统）。CGCS2000的维持主要依靠连续运行GPS观测站, 它们是CGCS2000的骨架, 其坐标精度为mm级, 速度精度为1mm/a。第二层次为2000国家GPS大地控制网。由全国GPS一、二级网、国家GPS A、 B级网，地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网组成, 共计2600多点, 其三维地心坐标精度约为3cm。在2000国家GPS大地控制网下建立的省（市）GPS 基础控制网。第三层次为2000系下获得的全国天文大地控制网(约有5万点)与全国三、四等三角网（约有8万点）。它是CGCS2000的加密框架。全国天文大地网平均点位精度达到±0.11m（整体平差结果），大地高误差不超过0.5m，全国三、四等三角网平均点位精度为±0.07m（相对国家一二等三角点分区平差结果）。2000国家大地坐标系坐标框架特点
01时间长空间大地网——2000国家GPS大地控制网（20年）；地面大地网——国家天文大地控制网（70多年）。 02数据量大2000GPS网2500多点、4600多条基线；当前4508点。天文大地网近5万点、未知参数20多万个；30多万条观测信息。 03覆盖广天文大地网覆盖全国内陆地区；2000GPS控制网覆盖全国内陆和部分沿海岛屿。3

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控制点使用原则

高精度控制点可用于低精度控制网的外部控制。
控制点使用原则为：a)国家级卫星导航定位基准站点：可作为省级及以下卫星导航定位基准站网建设的控制点。b)2000国家GPS大地控制网点：可作为天文大地点控制点及相对独立的平面坐标系建立控制点。c)省级卫星导航定位基准站点：点位坐标归算到2000国家大地坐标系后，可作为C、D控制点及相对独立的平面坐标系建立控制点。d)省、市卫星大地控制网C级点、D级点：点位坐标归算到 2000国家大地坐标系后，可作为建立相对独立的平面坐标系的控制点。44模型选用和适用范围

控制点转换到2000国家大地坐标系的转换模型及适用范围

模型选用转换模型包括以下6种形式：a)空间直角坐标转换模型：包括布尔莎模型和莫洛金斯基模型，用于不同参考椭球间空间直角坐标转换，重合点坐标为X、Y和 Z；b）三维七参数大地坐标转换模型：用于不同参考椭球间的大地坐标转换，重合点坐标为B、L和H；c）二维七参数大地坐标转换模型：用于不同参考椭球间的椭球面上大地坐标转换，重合点坐标为B和L；d）三维四参数空间直角坐标转换模型：用于不同参考椭球间的空间直角坐标系间的坐标转换，重合点坐标为X、Y和Z；e）二维四参数平面坐标转换模型：用于不同高斯投影平面坐标转换，重合点坐标为x和y；f）多项式拟合模型：有椭球面和平面两种形式。 不同坐标系之间的坐标转换模式不同坐标系之间的坐标转换通常有两类转换模式：二维转换模式、三维转换模式。

各种转换模型各有其特点和适用性，因此，在坐标转换时，对各种坐标转换模型的适用特点、影响因素及转换精度进行分析，为不同区域坐标系之间的坐标转换选择合适的坐标转换模型提供依据是十分必要的。

几种常用坐标转换模型

各坐标转换模型的特点① 布尔莎Bursa七参数为三维空间直角坐标转换模型，不存在模型误差和投影变形误差，可适用于任何区域的高精度坐标转换。② 二维四参数为高斯平面坐标转换模型，由于受投影变形误差的影响，离中央子午线越远其转换精度越差，因此，它一般适用于较小区域的转换。③ 二维七参数为椭球面上的二维转换模型，不存在投影变形误差，因此基本不受范围的限制，且转换精度较高。但是它计算复杂。④ 三维多项式与二维多项式均是一种多项式逼近（拟合）的转换模型。当重合点分布均匀、数量足够，且目标坐标系的精度比源坐标系的精度高时，可以得到较高的转换精度。但当重合点数量较少且分布不均匀时，转换精度降低，尤其不适用于转换外推。