摘要：我国现行的1954年北京坐标系和1980年西安坐标系均为参心坐标系，由于当时科技水平的限制，坐标系下的大地控制点的相对精度仅为10-6。随着空间技术的发展，利用空间技术所得到的定位和影像等成果，都是以地心坐标系为参照系，现行的参心坐标系已不适应发展要求，且地心坐标系下的大地控制点的相对精度为10-7-10-8，比现行的参心坐标系下的精度提高10倍左右。介于上述原因，我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系，过渡期为8-10年。本文对2000国家大地坐标系与现行坐标系的关系进行浅析。
关键词：2000国家大地坐标系；1954年北京坐标系；1980年西安坐标系
1采用2000国家大地坐标系对现有地图的影响
大地坐标系是测制地形图的基础，大地坐标系的改变必将引起地形图要素产生位置变化。一般来说，局部坐标系的原点偏离地心较大（最大的接近200m），无论是1954年北京坐标系，还是1980西安坐标系的地形图，在采用地心坐标系后都需要进行适当改正。计算结果表明，1954年北京坐标系改变为2000国家大地坐标系。在56°N—16°N和72°E—135°E范围内若不考虑椭球的差异，1954年北京坐标系下的地图转换到2000系下图幅平移量为：X平移量为-29—-62m，Y方向的平移量为-56—+84m。1980西安坐标系下的X平移量为-9—+43m，Y方向的平移量为+76—+119m。因此，坐标系的更换在1：25万以大比例尺地形图中点（含图廓点）的地理位置的改变值已超过制图精度，必须重新给予标记。对于1：25万以小地形图，由坐标系更换引起图廓点坐标的变化以及图廓线长度和方位的变动在制图精度内，可以忽略其影响，对于1：25万比例尺地形图，考虑到实际成图精度，实际转换时也无需考虑转换。根据实际计算表明，由于坐标系的转换引起的各种比例尺地形图任意两点的长度（包括图廓线的长度）和方位变动在制图精度以内，可以忽略不计。也就是说，采用地心坐标系时，只移动图幅的图廓点，而图廓线与原来的图廓线平行即可，且坐标系变更不改变图幅内任意两地物之间的位置关系。
2WGS84坐标系与2000国家大地坐标系的关系
在定义上，2000国家大地坐标系与WGS84是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。两个坐标系使用的参考椭球也非常相近，唯有扁率有微小差异。而在实际点位表示时，仅考虑椭球的差异，两者的结果是一致的，但因2000国家大地坐标系的坐标定义在2000年那一时刻，而大多数应用实际上是不同时间进行定位，因地球上的板体是在不断运动的，不同时刻位于地球不同板块上站点的实际位置是在变化的，已经偏离了2000年的位置。因此不同时间定位的得到的WGS84坐标不是严格意义下的2000国家大地坐标系。如基于当前框架当前历元（如2019年）坐标值与2000国家大地坐标系的相比，最大差1.2m。但对于1：1万以小比例尺的应用，可简单近似地认为是同一坐标系。
3GNSS后处理定位结果与2000国家大地坐标系关系
用高精度GNSS定位软件处理后得到的各站点坐标是与观测时刻卫星星历定义的基准是一样的，卫星在不同时间段采用的是不同的ITRF框架，但不同框架最大的差异在cm量级，差异主要体现在板块运动引起的点位变化，站点位于不同的板块上，随板块一起运动，若按我国平均点运动速率为2-3cm/年，以10年计，点位相距定义时点坐标已变化了20-30cm。
因此GNSS后处理得到的站点坐标需顾及点位移动速率才能得到2000国家大地坐标系的坐标。
4坐标系变化对图幅点间距离的影响
不同坐标系间椭球体的变更在不同区域、不同图幅、同一图幅的不同位置上其产生的点位坐标变化量是不均匀，但鉴于其不均衡性相差很小，故对于1：5万以至1：1万地形图数据精度而言，其图廓边长、图幅内不同点间的相对距离在数据转换后仍保持不变。
5不同椭球变化对图幅表示的影响
1954年北京坐标系到1980西安坐标系或2000国家大地坐标系的数据转换在考虑坐标平移参数时，还必须进行椭球体间的变换；而1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的转换，其椭球体带来的坐标位移很小，考虑到空间数据库的实际精度、转换误差与数据后处理等因素，其椭球体变换过程可忽略；空间上相同经纬度坐标点在1954年北京坐标系、1980西安坐标系及2000国家大地坐标系下具有不同的大地平面坐标（统一采用高斯投影6度分带）。各坐标系下的地图分幅对于空间同一实体而言位置不同，因此原标准图廓分幅线不再具有原图廓线性质，如1：5万分幅数据转换后对于其2000国家大地坐标系下的标准分幅而言，其图幅四边会存在两测数据冗余、两测数据未到边的情况。1954年北京坐标系下的地图转换到2000系下图幅平移量为：X平移量为-29—-62m，Y方向的平移量为-56—+84m。对应1：5万图幅图廓平移量X方向约1.2mm、Y方向约1.7mm，1980西安坐标系下的X平移量为-9—+43m，Y方向的平移量为+76—+119m。对应1：5万图幅图廓平移量X方向约0.8mm、Y方向约2.4mm。可见不同坐标系下转换后数据接边与重合不容忽略。
6CGCS2000图更新周期
2000国家大地坐标系基本比例尺地形图更新，主要考虑点位变化速率对点表示到图上的影响精度是否超出了允许范围。我国点位变化速率平均为3-4cm/年，距离2000.0历元时间跨度不同时，对点位影响量级见下表：
表1不同时间跨度对点位变化量的影响（距离2000历元时间）
10年后1：500、1：1000地图而言点位的变化已超过了制图精度，对于注重绝对位置变化需要更新，但1：500及1：1000工程与城市建设用图，只关心地物的相对位置而不是绝对位置，可以不更新。1：5000比例尺50年后需要更新。1：10000则90年后才需要更新。
5结束语
启用2000国家大地坐标系已经正式启用，本文主要对采用2000国家大地坐标系对现有地图的影响，WGS84坐标系与2000国家大地坐标系的关系，GNSS后处理定位结果与2000国家大地坐标系关系，坐标系变化对图幅点间距离的影响，不同椭球变化对图幅表示的影响，CGCS2000图更新周期进行了简单介绍。
参考文献：
[1]程鹏飞.2000国家大地坐标系实用宝典[M].北京：测绘出版社，2008.
[2]程鹏飞，成英燕等.2000国家大地坐标系建立的理论与文法[M].北京：测绘出版社，2014.
论文作者:晏冲为1,戴海波2,刘苏洲3
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/12
标签：坐标系论文; 大地论文; 国家论文; 椭球论文; 地形图论文; 精度论文; 坐标论文; 《基层建设》2019年第25期论文;