你是我心上人
范文一：我国2000大地坐标系
我国于上世纪50年代和80年代，分别建立了国家大地坐标系统—1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，为国民经济和社会发展提供了基础的测绘保障, 目前市面已出版地图多以北京54坐标系和西安80坐标系。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）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。
国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系—2000国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。
2000国家大地控制网是国家大地测量的重大科学工程项目。它主要包括建立2000国家GPS 大地控制网，2000国家重力基本网，以及前者与国家天文大地网的联合平差等，以实现国家3维地心坐标系统的坐标框架。这个项目的主要特点有：
1, 涉及多个学科，如经典和空间大地测量学、天文测量学、重力测量学、近代数据处理理论和技术等。2, 处理的数据量大、种类多，如2000国家GPS 大地控制网有2600多个测点，46000多条独立基线，天文大地网与2000国家GPS 大地控制网联合平差所需解算的未知数多达15万个；处理的数据几乎包含了三角测量、导线测量、天文测量、重力测量和CPS 测量等各类测量的成果。
3, 所处理数据的施测时间跨度长，如2000国家GPS 大地控制网中三个子网的施测时间各不相同，前后从1988年到2000年历时12年，而天文大地网的施测时间是在上一世纪的50至70年代。
4, 处理数据所覆盖的国土面积大，2000国家GPS 大地控制网及天文大地网覆盖了我国整个大陆及部分沿海岛屿，而2000国家重力基本网则扩展到香港、澳门以及南沙等地区。
5, 处理数据需顾及的因素多，如需分析近70年来我国大陆板块运动、板内运动、局部地壳运动和新旧大地测量基准、新旧天文系统、和不同历元对上述这些大地测量观测数据的影响及其统一归算。
2000国家大地坐标系的主要技术创新点有以下四个方面：
1, 首次将我国不同部门、不同时期施测的多个平面二维）和高程分离的大地控制网通过空间大地测量和数据处理技术，科学的整合为全国统一的整体的国家三维大地控制网，将原来大地测量中所采用分离的几何与物理参数，进行了科学的统一的整合。
2，首次将我国非地心大地坐标框架整体的科学的转换为地心大地坐标框架。
3，首次将我国大地坐标框架的地心坐标精度由±5m 提高15倍，达到了±0.3m ；将我国重力基本点的精度由±25×10^8ms^(-2)提高近4倍，达到了±7×10^(-8) ms^(-2)。
4，首次将海量数据由原来采用的最小二乘平差经典数据处理技术提高为最小二乘平差，抗差估计和方差分量估计相结合的现代数据处理技术，提高了成果的精度和可靠性。
为向经济建设、社会发展、国防建设和科学研究提供高精度、地心、动态、实用、统一的大地坐标系，经国务院批准，根据《中华人民共和国测绘法》，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系。日前，国家测绘局向国务院各部委、各直属机构，各有关中央企业和各省、自治区、直辖市测绘行政主管部门以及新疆生产建设兵团测绘主管部门印发了《启用2000国家大地坐标系实施方案》（以下简称《实施方案》），对2000国家大地坐标系实施工作作出部署安排，并提出了《现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南》（以下简称《技术指南》）。 《实施方案》明确了国家测绘局、地方测绘行政主管部门和国务院有关部门的主要工作任务，提出了转换工作的基本要求和主要方法，并要求各级测绘行政主管部门和国务院有关部门按照组织分工加强实施过程中的质量管理、保密管理和监督检查。《技术指南》提出了2000国家大地坐标系的定义，对点位坐标转换方法、1:2.5万—1:25万数据库转换方案、1:1万及1:5千地理信息数据库转换方案、相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系建立联系的方法作了详细规定，对启用2000国家大地坐标系给予了技术指导。
范文二：我国大地坐标系的换代问题
第 28 卷 第 2 期武 汉 大 学 学 报 〃信 息 科 学 版Vol . 28 No . 2
Geo matics and Informatio n Science of Wuhan U niversity Ap r . 2003 2003 年 4 月
() 文章编号 :1671- 8860 200302- 0138- 06 文献标识码 :A
我国大地坐标系的换代问题
1魏子卿
( )1 西安测绘研究所 ,西安市雁塔路中段 1 号 ,710054
摘 要 :首先指出了我国现有大地坐标系在先进性和实用性方面存在的问题 ,提出了我们面临的选择与采用地
心坐标系的建议 ,然后就地心坐标系的定义和实现 、参考椭球常数 、正常重力公式等问题提出了初步意见 ,并就
坐标系改变对旧地形图的影响问题进行了研究 。我国大地坐标系应由局部坐标系更新为地心坐标系 。我国大
) ( 地坐标系的定义应与 IERS国际地球自转服务协议相一致 ,采用国际常用的参考椭球和正常重力公式 。本文
提出的参考椭球和正常重力公式符合这些原则 ,提出的地形图坐标系变化改正方案应是基本可行的 。
关键词 :局部坐标系 ;地心坐标系 ;1954 年北京坐标系 ; 1980 年西安坐标系 ;参考椭球 ; 正常重力公式 ; 地形图
坐标系变化改正
中图法分类号 : P226 . 3
大地坐标系又称大地基准 ,是大地测量的基,使我国大地坐标系能更好地关的问题加以探讨
础 。按其原点相对地球质心的位臵 ,大地坐标系 适应新的情况和需求 。
分为局部坐标系和地心坐标系 。局部坐标系的原
点偏离地心可能达几十到几百米 ,而地心坐标系 1 我国现有大地坐标系存在的问题
( 的原点理论上与地心重合 实际上与地心难免有
) 1 . 1 先进性些偏离。局部坐标系一般是以经典测量技术为
基础建立的 ,而地心坐标系则是以卫星大地测量 过去建立坐标系主要着眼于测图目的 。对于 为基础建立的 。在卫星大地测量出现之前 ,局部 测图目的 ,局部坐标系是合适的 ,因为参考椭球与
( ) 坐标系是国家 或地区大地坐标系的惟一选择 , 地区大地水准面拟合最佳 ,从而使地图变形最小 。 因而世界上当时出现了许多独立的局部坐标系 。 随着大地测量的发展 ,大地坐标系应用的深度和 随着空间技术的兴起和发展 ,地心坐标系应运而 广度已今非昔比 ,建立坐标系已不再仅着眼于测 生 ,并日益流行 。现在采用地心坐标系的国家有 图 ,而更多地着眼于工程控制 、地球物理勘探 、地 美国 、加拿大 、墨西哥 、澳大利亚 、新西兰 、日本 、韩 震形变监测 、地学研究 、对地观测 、陆海空导航以 国 、菲律宾 、印尼以及欧洲和南美等 。 及航天等多种应用 。为了满足这些应用的不同要
自 20 世纪 70 年代以来 ,我国对地心坐标系 求 ,作为国家大地坐标系 ,人们宁愿选择地心坐标 的研究已取得不少成果 ,然而至今并未正式采用 系 ,而不选择局部坐标系 ,因为地心坐标系用途更 地心坐标系 ,仍在使用局部坐标系 。目前 ,我国实 加广泛 ,适用于上面提到的各种应用 ,而局部坐标
( ) 际上在并用 1954 年北京坐标系和 1980 年西安坐 系的一些应用受到限制 ,有些应用 如航天则完
( 标系两个大地坐标系 。不可否认 ,历史上它们都 全失去了意义 。对精度 这里仅指点之间的相对
) 曾代表先进性的坐标系 ,在经济建设 、国防建设和 精度而言 ,不论是在短距离 ,还是在长距离上 ,目 社会发展中曾发挥了巨大的作用 。在过去的半个 前由地面网体现的局部 坐 标 系 的 精 度 比 由 GPS 世纪 ,大地坐标系的理论和实践取得了重大进展 , 网体现的地心坐标系大约低 3 个数量级 。局部坐 经济建设和国防建设对大地坐标系的需求也发生 标系已难以满足许多科学问题和工程应用的精度 了很大变化 。现在有必要对我国大地坐标系的情 要求 。此外 ,就坐标系的轴向 、尺度与参考椭球形
况加以评估 ,对我国是否采用地心坐标系以及相状大小而言 ,相对现代大地基准 ,1954年北京坐标
收稿日期 : 2002- 12- 28 。
系和 1980 年西安坐标系都存在一定偏差 。但是它们均以同一个天文大地网为基础 ,存在局
一个先进的大地坐标系至少应具有以下 4 个 部坐标系共同的固有缺陷 。这里所说的先进性和 特点 : ?地心系 ; ?三维性 ; ?定义符合 I ERS 协 实用性问题 ,对两者都适用 ,只是在程度上有差异
而已 。 议 ; ?高精度 。此外 ,一个先进的大地坐标系还应
当兼顾尽可能多的科学目的和实际应用的要求 。
显然 , 1954 年北京坐标系与 1980 年西安坐标系 2 我们的选择
已难以称得上现代大地基准了 。
2 . 1 基本考虑1 . 2 实用性
1954 年北京坐标系和 1980 西安坐标系是由 在我们面前摆着两种选择 : ?继续沿用局部 大批天文大地点的坐标具体体现的 。天文大地网 坐标系 ; ?启用地心坐标系 。沿用局部坐标系的
的完整性和完好性决定了大地坐标系的可用性 。 好处主要是现有地形图可以照常使用 ,地形图的
变形较小 ,其代价是牺牲地心坐标系的诸多优势 。在过去的半个世纪中 ,由于自然和人为的原因 ,天 文大地网遭到了严重破坏 ,其完整性仅表现在纸 采用地心坐标系的优势将在下面专门论述 ,其缺 面上 ,在物理上已是支离破碎了 。这样 ,国家大地 点与利用旧地形图有关 。实际上 ,就我国的具体 坐标系 的 实 际 可 用 性 已 经 大 打 折 扣 。在 不 少 地 情况而言 ,相对使用局部坐标系 ,使用地心坐标系 区 ,近年不得不用 GPS 重新布设大地网 , 以满足 引起的地形图的附加变形很小 ,并不影响实际应 工程建设的急需 。 用 。研究还表明 ,旧地形图加以适当改正 ,并不妨
当今已进入空间大地测量时代 ,空间大地网 碍其继续使用 。
正在成为大地网的主要形式 , GPS 已成为主要的 笔者认为 ,地形图因素不应当再成为当今考
虑采用何种坐标系的主要因素 ; 决定采用何种坐 定位和测量手段 。布设空间大地网通常是以高等
() 级 GPS 点 如 I GS 站为基础 ,而不可能以原来的 标系应依对于今后较长一段时期内的经济建设 、 地面网为基础 ,因为 GPS 相对定位的起始点坐标 国防建设 、社会进步 、科技发展是否更为有利而 必须是地心坐标 ,而不是局部坐标 。这意味着 ,今 定 。正是基于这种观点 ,笔者主张我国的国家坐 后在局部坐标系内扩展大地控制网已经没有必要 标系应由局部坐标系改为地心坐标系 。
了 。 除以上两种选择外 ,还存在第三种选择 ,那就
随着 空 间 技 术 的 发 展 , 当 今 基 于 GPS 的 车 是局部坐标系与地心坐标系并用 。依笔者之见 , 辆 、舰船和飞机导航已广泛流行 。显而易见 ,这些 这种选择只能看作是一种权宜之计 ,或者是一种 卫星导航系统的有效性在很大程度上取决于作为 过渡 ,这是因为考虑到完全执行一个新坐标系可
( 系统组成部分的地图或地形图 通常是电子地图 能需要一个较长过程 ,在此过程中 ,不妨允许局部
) 形式使用的坐标系 。GPS 使用地心坐标系 , GPS 坐标系与地心坐标系并用 。一旦规定的过渡期结 导航理应使用地心坐标系的地图 ,如使用局部坐 束 ,应完全执行新的坐标系 。一个国家应该统一
( 标系 如 1954 年北京坐标系或 1980 年西安坐标 使用一个坐标系 ,若同时使用两个或多个坐标系 , ) 系的地图则很可能引发一些问题 ,如汽车偏离街 难免造成意想不到的混乱和麻烦 。
道 、舰船偏离航道 、飞机偏离航路或目的地 。在卫 2 . 2 采用地心坐标系的优势
) 星导航领域 ,使用局部坐标系是不合理的 ,甚至有 1在当今空间大地测量时代 ,空间技术的应 危险 。随着卫星导航的日益普及 用越来越广 。空间技术通常使用地心坐标系 ,坐标系问题将 ,这 显得越来越突出 ,使用地心坐标系的要求必将越 有助于充分享用空间技术的成果 。比如 ,进行卫 来越迫 切 。国 际 民 航 组 织 要 求 国 际 机 场 使 用 星定位时 ,容易得到精确的起始坐标 ;而进行卫星 W GS84 坐 标 系 , 国 际 海 事 组 织 也 要 求 海 图 使 用 导航时 ,会有地心坐标系的地形图与之匹配 ,避免 W GS84 坐标系 。而在航天领域 ,没有局部坐标系 因坐标系不一致而导致的问题 。
() ) 的位臵 。航天器 卫星 、飞船 、空间站围绕地球质 2航天器的发射 、轨道计算 、轨道测控应在心在轨运行 ,航天器的发射 、轨道计算和轨道测控 地心坐标系内进行 。同样 ,远程武器发射 、制导 、 等操作都需要在地心坐标系中进行 。 弹道测量也要求在地心坐标系内操作 。使用地心
我国现有的国家坐标系已经失去了先进性 , 坐标系有助于航天技术与武器应用的发展 。
) 并正在失去实用性 。1954 年北京坐标系和 1980 3地心坐标系是大地测量发展的结果 。大 年西安坐标系 ,尽管在其定义和实现上有所区别 , 地坐标系是大地测量的基础 ,采用地心坐标系必
140 武 汉 大 学 学 报 〃信 息 科 学 版2003 年
将反过来又推动大地测量乃至整个测绘科技的发1998 , 2000 年 的 中 国 地 壳 运 动 观 测 网 络据 、
() ( 展 。1 099 点数 据 , 以 及 全 球 分 布 的 I GS 站 大 约
) ) 4高精度的地心坐标系是构建国家地理空 110 个的文件数据 ,得到了国内 1 681 个 GPS 站
( ) 间数据基础设施 、在不同尺度监测地壳运动 、监测 的 I TR F97 坐 标 参 考 历 元 为 2000 . 0 , 其 精 度
(σ) 海平面变化的参考框架 。采用地心坐标系有利于 1优于 5 mm 。具体精度统计如表 1 所示 。地球空间信息产业及地球动力学 、地球物理学和
地震学的研究 。 3 建立地心坐标系的 3 个方面
) 5地心坐标系是卫星导航的基本坐标系 ,使
3 . 1 地心坐标系的定义和实现用地心坐标系将推动卫星导航产业 ,进而推动陆 地 、海洋和空中交通运输业的发展 。 所谓建立大地坐标系 ,至少应包括定义坐标系
) 6使用地心坐标系有利于统一世界大地坐 和实现坐标系两层意思 。定义坐标系是指定义坐
标系 ,有利于我国大地坐标系与国际接轨 ,进而有 标系的原点 、坐标轴的指向和尺度 ,实现坐标系是
() 利于我国参与经济全球化及国际竞争 。 指确定一组控制点的坐标 和速度来体现所定义
() 的坐标系 。由这些控制点的坐标 和速度所具体 2 . 3 采用地心坐标系的可行性
近 10 年来 ,在国家测绘局 、总参测绘局 、中国 体现的坐标系 ,通常叫作参考框架 。实际上 ,建立 地震局与中国科学院等单位的共同努力下 ,我国 坐标系通常还包括第三层意思 ,即维持坐标系 ,它
() 是指控制点的坐标 和速度的不断精化或控制点 建成了全国规模的 GPS A 、B 级网 、GPS 一 、二级
() 加密 。通过定期维持 ,使坐标系的性能得以不断改 网以及中国地壳运动观测网络 一期工程。这些
网络包括各种类型的高精度 GPS 点 2 000 多个 , 进和提升 。
它们构成了地心坐标系的基本框架 ,是建立地心 我国建立地心坐标系应遵从以上通用原则 。
(坐标系的基础 。近十年来 。我国学者卓有成效地 我国地心坐标系的定义应与 ITRS 协议 地球参考
) 开展了利用空间 数 据 建 立 大 地 坐 标 系 的 研 究 工 系的定义一致 ,即坐标系的原点为包括海洋和大 作 ,已具有利用空间大地网与 I TR F 框架建立高 气的整个地球的质心 ;尺度为在引力相对论意义下 精度 地 心 坐 标 系 的 成 功 经 验 。例 如 , 笔 者 利 用 局部地球框架的尺度 ;定向的初始值由 1984. 0 时
( ) ) (B IH 国际时间局定向给定 ,而定向的时间演化应 1990,1997 年的全国 GPS 一 、二级网 553 点数
表 1 平差坐标的精度统计
Tab. 1 Precisio n Statistics of Adjusted Coordinates
纬度 经度 高度 位臵 x y z
1 . 8 3 . 6 2 . 5 0 . 8 1 . 3 4 . 5 4 . 8 坐标平均误差/ mm
54 . 2 63 . 9 37 . 1 10 . 8 51 . 5 85 . 1 91 . 7 坐标最大误差/ mm
[ 2 ] IU GG推荐采 用 4 个 常 数 定 义 等 位 旋 转 椭 球, 保证相对地壳不产生残余的全球旋转 。
即赤道半径 a , 地心引力常数 GM , 动力形状因子我国地心坐标系的实现可能有不同做法 。笔
ω : ?将国内 GPS 网与 者认为应按照以下两步进行 J , 旋转速度 。根据这 4 个常数 , 可以得到一系2
γ列导出常数 , 如椭球的扁率 f 、正常重力 等 。目 国内外 I GS 站的数据在 I TR F 框架内一并进行联
前 ,国 际 上 常 用 两 个 参 考 椭 球 : 1980 参 考 椭 球 合平差 ,得到空间网的一致坐标 ,以此构成地心坐 ( ) GRS1980和 GPS 参考椭球 。GRS1980 椭球 的 标系的骨架 。 ?将天文大地网数据在所得到的地ω定义常数采用 a 、GM 、J 、, 而原来的 W GS84 椭 2 心坐标系骨架内再次进行整体平差 ,使数万个天 ω球采用 a 、GM 、C?、。其中 C?为 J 被正则化 20 20 2 文大地点纳入地心坐标系 ,以此使天文大地网继 的二阶 带 谐 系 数 。当 精 化 W GS84 时 , 出 于 实 际 [ 3 ] ω续发挥作用 。如此实现的地心坐标系将包括所有 考虑 , 定 义 常 数 又 改 为 a 、f 、GM 、。两 个 椭
ω 球的 a 和值相同 , GM 值不同 , 而 f 值略有差 的空间点和地面点 ,其任意地面点的地心坐标水
异 。 平分量精度预计将优于 0 . 3 m 。
对于我国的地心坐标系 , 建议参考椭球定义 3 . 2 参考椭球
ω常数 采 用 a 、f 、GM 、。 a = 6 378 137m ; f = 在现代大地测量中 , 椭球常数定义是以等位
1?298 . 257 222 101 ; GM = 3 986 004 . 418 ×椭球理论为基础的 。规定参考椭球是一个等位椭
球或 水 准 椭 球 , 即 参 考 椭 球 与 正 常 椭 球 一 致 。
8 3 - 2 - 1 - 1 ω 3 . 3 正常重力公式10ms ;= 7 292 115 ×10 rad〃s 。
ω 笔者建议的 a 、f 、值与 GRS1980 一致 , 而 在现代大地测量中 ,等位椭球不仅用作大地
GM 值则与 W GS84 值一致 。忽略扁率的微小的 坐标的参考面 ,而且用作地球正常重力的参考面 。
2 差异 ,可以认为参考 椭 球 与 精 化 的 W GS84 椭 球 椭球面的正常重力用如下闭合公式计算:
2 φ 1 + k si n 是一致的 。选择这样的常数值的原因有 : ?它们 γ γ = e 2 2φ1 - esin 比较精确 ,其中 GM 值是近年 I ERS 的推荐值 ; ?
2 γφ 式中 ,代表赤道重力 ;代表大地纬度 ; e代表 它们与国际上广为采用的 GRS1980 椭球比较接 e
γγ第一偏心率平方 ; k = b/ a- 1 , a 、b 代表椭球 近 ,有利于我国大地坐标系与国际接轨 ,也便于利 p e
γ的长 、短半轴 ,代表极重力 ; 对于笔者建议的椭 用 GPS 。根据以上 4 个定义常数 ,笔者得到参考 p
球 , k = 0 . 001 931 852 619 。 椭球的导出常数 ,如表 2 所示 。
表 2 建议参考椭球的导出常数
Derived Co nstant s for t he Proposed Reference Ellip soid Tab. 2
几何常数 物理常数
2- 26 356 752 . 314 1 m 椭球的正常位 U 短半径 b 62 636 851 . 714 9 m〃s 0
球谐系数 J 521 854 . 009 7 m 0 . 108 262 983 226 线偏心率 E2
球谐系数 J 6 399 593 . 625 9 m - 0 . 237 091 125 614 极曲率半径 c4
0 . 081 819 191 042 82 0 . 608 346 525 889 球谐系数 J 第一偏心率 e62 第一偏心率平方 e 0 . 006 694 380 022 90 球谐系数 J - 0 . 142 681 100 980 8第二偏心率 e 第二0 . 082 094 438 151 92 球谐系数 J 赤0 . 121 439 338 334 10 2偏心率平方 e - 2γ道正常重力 极0 . 006 739 496 775 48 e 9 . 780 325 336 1 m〃s 1/ 4 子午圈的长度 Q- 2γ正常重力 10 001 965 . 729 3 m p9 . 832 184 937 9 m〃s ( ) 椭球平均半径 R = a + a + b/ 3 1 - 26 371 008 . 771 4 m γ平均正常重力 9 . 797 643 222 4 m〃s ?相同表面积的球的半径 R 相同体2 (γγ) γ6 371 007 . 180 9 m 重力扁率 f = - / 0 . 005 302 441 382 59 p ee积的球的半径 R 32 2 0 . 003 449 786 506 78 6 371 000 . 790 0 m ωm = ab/ GN
对于笔者建议的椭球 , 上式的级数展开形式考虑旧地形图的改正 。一般来说 ,由于局部坐标
( ) :为 系的 原 点 偏 离 地 心 较 大 接 近 200 m , 无 论 是
2γγ( φ = 1 + 0 . 005 279 042 631sin+ 1954 年北京坐标系 , 还是 1980 年西安坐标系的 e
4φ 地形图 ,在采用地心坐标系后都需要进行适当改 0 . 000 023 271 799sin+
6 φ 正 。这里以 1954 年北京坐标系地形图为例 ,研究0 . 000 000 126 218sin+
8 φ 采用地心坐标系对旧地形图的影响 。0 . 000 000 000 730sin+
10φ) 0 . 000 000 000 004sin 4 . 1 研究方法概要
- 11 - 2 - 3μ 首先 该式的相对误差为 10 m〃s = 10 Gal,假定已知一点的大地经纬度 ,计算其在。
- 6 - 2 1954 年北京坐标系内的高斯平面坐标 ; 其次 , 借 精度为 10 m〃s = 0 . 1m Gal 。常用的正常
重力公式是 :助地心坐标系与 1954 年北京坐标系之间的转换
2γ( φ = 9 . 780 325 336 1 1 + 0 . 005 302 44sin- 参数和椭球长半轴与扁率变化 ,计算大地经纬度
2- 2φ) 的变化与在地心坐标系内的大地经纬度 ;然后 ,根 0 . 000 005 82sinm〃s
从 1980 重力公式的重力异常改化为建议系 据得到的大地经纬度计算该点在地心坐标系内的
统的公式是 : 高斯平面坐标 。最后 ,根据同一点在地心坐标系
γγ- 和 1954 年北京坐标系内高斯平面坐标的变化 ,研 = 建议系统 1980
2究图上要素坐标 、图廓角坐标 、子午线收敛角 、图 ( φ) - 0 . 143 55 + 0 . 000 48sinm Gal
廓线长 、图廓对角线长 、图幅面积的变化 ,因此 ,大
地坐标系也会改变对地形图的影响 。限于篇幅 ,4 大地坐标系更新对地形图的影响
本文仅讨论地图要素坐标变化与图廓线的变化 。
4 . 2 地图要素坐标的变化大地坐标系是测制地形图的基础 ,大地坐标
计算结果表明 ,由 1954 年北京坐标系改变为 系的改变必将引起地形图要素产生位臵变化 ,因
地心坐标系 ,在 56?N,16?N 和 72?E,135?E 范围 此有必要研究大 地 坐 标 系 的 改 变 对 地 形 图 的 影
响 。若图上的变化量大于人眼的分辨率 ,则必须 内 ,将引起纬度变化为 - 1. 5″,3. 0″,其变化的绝对
142 武 汉 大 学 学 报 〃信 息 科 学 版2003 年
值平均为 1. 3″;经度变化为 - 4. 0″,6. 0″,其变化的0. 1mm ,根据表列数据可以得图的最小分辨率为 绝对值平均为 2. 1″。相应地 ,高斯平面 x 坐标的 出 ,在平均意义上 ,在 1?50 万甚至 1?100 万比例尺 变化为 - 77m, - 18m ,平均变化为 - 47. 8m ; y 坐 的地形图上 , x 和 y 坐标都有可能发生变化 。这意 标变化为 - 63m,111m ,其变化的绝对值平均为 味着 ,对于所有系列比例尺的地形图 ,由坐标系更
新引起的图廓点 、方里网以及图上要素的高斯坐标 50. 1m 。 x 、y 坐标变化的绝对值平均及其在不同
和经纬度的变化 ,都需要加以考虑 。比例尺地形图上的大小列在表 3 和表 4 。假定地
表 3 在 56N?,16N? 和 72E?,135E? 范围平行圈上 x 坐标差的绝对值均值及地形图上相应坐标差
Tab. 3 Average Absolute Differences in x- coordinate for Point s o n t he Parallels and Correspo nding
Point s o n t he Topograp hical Map for t he Area Bet ween 56?N,16N? and 72E?,135?E
)(纬度/ ? 绝对值均值/ m 1?100 万/ mm 1?50 万/ mm 1?25 万/ mm 1?10 万/ mm 1?5 万/ mm 1?2 . 5 万/ mm
56 25 . 8 0 . 03 0 . 05 0 . 10 0 . 26 0 . 52 1 . 03
52 29 . 6 0 . 03 0 . 06 0 . 12 0 . 30 0 . 59 1 . 18
48 33 . 8 0 . 03 0 . 07 0 . 14 0 . 34 0 . 68 1 . 35
44 38 . 2 0 . 04 0 . 08 0 . 15 0 . 38 0 . 76 1 . 53
40 42 . 8 0 . 04 0 . 09 0 . 17 0 . 43 0 . 86 1 . 71
36 47 . 5 0 . 05 0 . 10 0 . 19 0 . 48 0 . 95 1 . 90
32 52 . 2 0 . 05 0 . 10 0 . 21 0 . 52 1 . 04 2 . 09
28 57 . 0 0 . 06 0 . 11 0 . 23 0 . 57 1 . 14 2 . 28
24 61 . 8 0 . 06 0 . 12 0 . 25 0 . 62 1 . 24 2 . 47
20 66 . 4 0 . 07 0 . 13 0 . 27 0 . 66 1 . 33 2 . 66 16 70 . 8 0 . 07 0 . 14 0 . 28 0 . 71 1 . 42 2 . 83
表 4 在 56?N,16N? 和 72E?,135E? 范围平行圈上 y 坐标差的绝对值均值及地形图上相应坐标差
Tab. 4 Average Absolute Differences in y- coordinate for Point s o n t he Parallels and Correspo nding
Point s o n t he Topograp hical Map for t he Area Bet ween 56?N,16N? and 72E?,135?E
)(纬度/ ? 绝对值均值/ m 1?100 万/ mm 1?50 万/ mm 1?25 万/ mm 1?10 万/ mm 1?5 万/ mm 1?2 . 5 万/ mm
56 49 . 5 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 0 . 99 1 . 98
52 49 . 7 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 0 . 99 1 . 99
48 49 . 8 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 00 1 . 99
44 49 . 9 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 00 2 . 00
40 50 . 0 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 00 2 . 00
36 50 . 2 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 00 2 . 01
32 50 . 3 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 01 2 . 01
28 50 . 4 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 01 2 . 02
24 50 . 5 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 01 2 . 02
20 50 . 6 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 51 1 . 01 2 . 02 16 50 . 7 0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 51 1 . 01 2 . 02 4 . 3 图廓线的变动,图廓线的平均位移量对于不同比例尺的地形图
研究结果表明 ,坐标系更新引起东西图廓的 见表 5 。
() 关于图廓线平移的陈述 ,同样适用于方里网 。方位变化 绝对值平均为 0 . 4″,南北图廓线的变 () 化 绝对值平均为 1 . 2″。一般说来 ,人眼对如此 这里顺便指出 ,由于在可分辨的精度内 ,图廓线的 小的方位差是难以分辨的 。因此 ,在两种坐标系 变动仅是位臵平移 ,而看不出方位变化 ,因此相邻 相应图廓线是平行的 。研究还表明 ,对于任何系 图幅接边问题也很容易解决 。
列比例尺地形图 ,图廓线长度变化都远小于人眼 4 . 4 旧图的改正方案
原则上说 ,为了适应坐标系的更新 ,现有的系 的长度分辨率 ,可以不必顾及 。因此可以认为 ,坐
标系改变对图廓线的影响 ,仅表现在它们的平行 列比例 尺 的 纸 质 地 形 图 都 需 加 以 适 当 改 正 。但 位移 : 南北图廓线南移 , 南移量由南而北逐渐变 是 ,考虑到不同比例尺的地形图受坐标系改变的
影响不同 ,以及它们各自的特殊用途 ,地图的改正 小 ;东西图廓线在我国西部地区西移 ,西移量由西
而东逐渐减小至 0 ,而在东部地区东移 ,东移量由 可因比 例 尺 而 区 别 对 待 。不 妨 首 先 改 正 常 用 的
西而东逐渐增大 。东西部分界在 94?E 经线附近 。 1?5 万和 1?10 万比例尺地形图 , 中 、小比例尺图
) 可暂不改正 。具体改正方案如下 。1每一图幅的要素坐标 ,统一施加一个经纬
ΔλΔφ Δ 坐标按图幅改正 。依据地形图比例尺 ,可采 度改 正 常 数 、和 平 面 坐 标 改 正 常 数 x 、
Δ用下面两种改正方案 。 y 。
表 5 不同比例尺地图的图廓线的平均平行位移量
Tab. 5 Average Translatio ns of Limit s of Sheet for Map s of Different Scales
比例尺 1?100 万 1?50 万 1?25 万 1?10 万 1?5 万 1?2 . 5 万
0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 0 . 99 1 . 98 南北图廓位移量/ mm
0 . 05 0 . 10 0 . 20 0 . 50 1 . 01 2 . 01 东西图廓位移量/ mm
) 设 、国防建设与空间技术发展的需要 。地心坐标2每一图幅的要素坐标依位臵加不同的改
正数 ,改正数用一次函数形式表示 :系可以满足大地测量 、航天科技 、地学研究 、陆海 Δφ Δφ(φ φ) (λ λ) 空导航和武器应用等多种科学目的和实际应用的 = + a - + b - 0 0 0
,我国大地坐标系应由局部坐标系更 要求 。因此 Δλ Δλφ φ) (λ λ) (= + c - + d - 0 0 0
新为地心坐标系 。 或者
本文仅涉及大地坐标系的几个方面 ,与坐标 ) ( )Δ ( Δ x = x + a x - x + b y - y 0 0 0 系有关的重力场 、大地水准面等根本没有涉及 ,行 ΔΔ( y = y+ c x) ( )- x + d y - y 0 0 0
政和法规方面也没有涉及 。这些方面的问题都应 ΔφΔλΔ Δ式中 ,、和x 、y 分别为西南图廓点的 0 0 0 0 当专门研究 。当然 ,有些问题的研究只有在确定 φλ纬度 、经度和平面坐标改正数 ;、和 x 、y 为 西0 0 0 0 更新坐标系的大前提 、大思路的指导下才好开展 。 φλ南图廓点的坐标 ;、和 x 、y 为被考虑的流动 点的
坐标 ; a 、b 、c 、d 和 a 、b 、c 、d 为常系数 。 参 考 文 献
) 一般来说 ,方案 1适用于大比例尺图 , 方案1 McCart hy D D. I ERS Co nventio ns. I ERS Technical ) 2适用于中 、小比例尺图 。纬度 、经度和平面坐标 Notes 21 ,1996 改正数或改正公式及其系数可以注记形式印在南 Moritz H. Geodetic Reference System 1980 . Journal of 2 图廓下方 ,以方便使用 。() Geodesy ,2000 ,74 1:128,133关于图廓线和方里网改正 : 图廓线和方里线 Malys S ,Slater J A ,Smit h R W ,et al . Refinement s to t he 3
发生平行位移 ,平移方向和距离亦可采用注记形 World Geodetic System 1984 . ION GPS- 97 ,1997 陈俊
式印于南图廓下方 。 勇 . 我国建立现代大地基准的思考 . 武汉大学学 4
() 报〃信息科学版 ,2002 ,27 5:441,444
5 宁津生 . 现代大地测量参考 系 统 . 测 绘 学 报 , 2002 , 315 结语 () 增刊:7,11
6 魏子卿 . 关于我国大地测量任务的几点思考 . 见 : 西部 大地坐标系是大地测量乃至整个测绘工作的 大开发与数字中国基础框架建设 ———2000 中国西部 基础 ,国家大地坐标系对测绘科学及相关学科至 地区测绘学术与科技信息交流会议论文 集 . 西 安 : 西 关重要 。我国大地坐标系换代问题提出于 20 世 安地图出版社 ,2000 纪 90 年 代 中 期 , 近 年 引 起 越 来 越 广 泛 的 关
4 ,5。我国现有国家大地坐标系已经失去其先注 第一作者简介 : 魏子卿 , 研究员 , 博士生导师 , 中国工程院院士 。
进性 , 正在失去实用性 , 已不能适应国民经济建 研究方向是 GPS 定位 、大地坐标系 、地球动力学 。
Nat ional Geodet ic Coordinate System :To Next Generat ion
1W EI Zi qi n g
( ) 1 Xi’an Research Instit ute of Surveying and Mapping ,1 Middle Yanta Road , Xi’an ,China ,710054Abstract :In t his paper t he p ro blems of t he natio nal geo detic coo rdinate system are pointed o ut in ter ms of advanced character and p racticabilit y , t he choices of t he coo rdinate systems are p ut fo r2
()ward and t he adop tio n of a geocent ric coo rdinate system are p ropo sed. Then 下转第 148 页
148 武 汉 大 学 学 报 〃信 息 科 学 版2003 年
of indispensable o bservatio ns and redundant o bservatio ns. And t he info r matio n of o bservatio ns t hat
is offered to estimate t he parameters is measured and analyzed wit h Euclidean no r m ‖〃‖and ‖ 2
〃‖Fro benius no r m t hey are used as measure tools ,st udied t he effectiveness of o bservatio ns and F
t he reliabilit y of parameter estimatio n . The co nt ributio ns are t hese : It st udied t he basic co ncep2
tio ns and co rrespo nding analysis met ho ds abo ut indispensable o bservatio n and redundant o bserva2
tio n . Offered t he co ncep tio ns and co rrespo nding measure met ho ds abo ut t he info r matio n of o bser2
vatio ns and t he effectiveness of o bservatio ns. Analyzed t he reliabilit y of t he system of parameter
estimatio n o n t he space f abric of o bservatio ns and expanded and enriched t he t heo ry of reliabilit y
f ro m o ne side in surveying subject . And enriched analysis met ho ds to st udy so me basic p ro blems in
surveying and offered an analysis way fo r data digging p ro blem in info r matics.
Key words :parameter estimatio n ; Hilbert space ; no r m ; redundant o bservatio ns ; reliability ; effec2
tiveness ; measure
About the f irst a uthor :LU Xiushan ,p rof e sso r , Ph. D. He i s co ncentrat e d o n the re se arch and e ducatio n in the theo ry of dat a p ro ce ssing of sur2
( ) ve ying and mapping with it s applicatio n ,the t e chnolo gy a bo ut the applicatio n of glo bal po sitio ning syst e m GPS. Hi s p ubli she d p ap er s are mo re than 30 and boo ks 2 . The rep re sent ative p ap er s are the se : Me a sure of sp a ce relatio nship s a mo ng ba sic and a dditio nal p ara met er s . Or2 tho go nal re solutio n of value field sp a ce and metho d of p ara met er gro up e d e stimat e .
E- mail : xiushanl @vip . sina . co m
()上接第 143 页
t he opinio ns are given o n t he definitio n and realizatio n of geocent ric coo rdinate system , t he co n2
stant s of reference ellip soid and t he no r mal gravit y fo r mulas. Finally t he influence of t he change of
coo rdinate system upo n t he old topograp hic map s is st udied. The main co nclusio ns are draw n as
follow s :t he existing natio nal coo rdinate systems have f ailure of t heir advanced character ;t hey have
i ncreasingly f ailed to fit in wit h t he needs of natio nal eco no mic co nst ructio n and natio nal defence
co nst ructio n and wit h t he develop ment of space technology ; t he geocent ric coo rdinate system can
f ulfill t he scientific and p ractical demands of t he geo desy ,aero space science and technology , geo2
science st udy , navigatio n etc. ; t he natio nal coo rdinate system sho uld be up dated to t he geocent ric
f ro m t he local system ; t he definitio n of t he natio nal geo detic coo rdinate system sho uld be co nsis2
tent wit h I ERS co nventio ns ;t he adop ted ellip soid and no r mal gravit y fo r mulas sho uld be in co m2
mo n use inter natio nally. The p ropo sed ellip soid and t he fo r mulas co nfo r m to t hese p rinciples. Fur2
t her mo re t he p ropo sed scheme of t he old topograp hical map co rrectio n fo r t he change of coo rdinate
system sho uld be basically feasible and p ractical .
Key words :local geo detic coo rdinate system ; geocent ric geo detic coo rdinate system ;Beijing coo rdi2
nate system 1954 ; Xi’an coo rdinate system 1980 ; reference ellip soid ; no r mal gravit y fo r mulas ;co r2
rectio n of topograp hical map fo r t he change of coo rdinate system
About the f irst a uthor :WEI Ziqing ,re archer , Ph. D sup ervi so r ,me mber of Chine se Aca de my of Engine ering . He i s co ncentrat e d o n the field of GPS po sitio ning ,geo detic coo rdinat e syst e m and geo dyna mic s .
范文三：我国大地坐标系的发展目标
2003年 第3期 测 绘 通 报 1
文章编号:049420911(2003) 0320001204中图分类号:P22 文献标识码:B
我国大地坐标系发展目标
顾旦生, 张 莉, 程鹏飞, 王 权, 李夕银, 成英燕, 秘金钟
(中国测绘科学研究院, 北京100039)
Objectives of the G eodetic Datum in China
GU Dan 2sheng ,ZHAN G Li , CHEN G Peng 2fei ,WAN G Quan ,L I Xi 2yin ,CHEN G Y ing 2yan ,BI Jin 2zhong
摘要:详细论述我国大地坐标系的发展过程及目前存在的问题, 提出现阶段我国大地坐标系应满足的条件和建立新的坐标系的必
要性, 最后对改善和更新我国现有大地坐标系提出具体措施。
关键词:大地坐标系; 联合平差
一、引 言
大地坐标系一直是大地测量中最基本的问题。我国大地坐标系从建立至今, 经历了从参心坐标系到地心坐标系的发展过程, 为国民经济建设和国防建设提供了有效保证。随着国家空间数据基础设施建设的不断完善和数字地球战略的提出, 我国大地坐标系必将发生新的变化。
我国大地坐标系的建立始于20世纪50年代从前苏联引入的1954年北京坐标系(简称54坐标系) 。20世纪80年代初, 通过天文大地网平差, 建立了1980西安大地坐标系(简称80坐标系) 和新54坐标系。20世纪80年代末, 随着空间技术的发
例尺地形图, 在国家经济建设和国防建设的各个领域发挥了巨大的作用。但由于当时的条件所限,54坐标系存在明显的不足:
1. 椭球长半径比现代精确值大了100多米。2. 椭球定位有较大偏斜, 在东部地区大地水准
面差距达68m , 它给距离造成的影响约为1/10万, 对较大比例尺地形图测绘会产生一定的影响。
3. 误差积累较大。
4. 由于采用逐级控制, 使得结构很强、精度很
高的二等全面网得不到充分发挥。
为适应国民经济、国防建设和地球科学研究的需要, 充分发挥我国天文大地网的潜在精度, 国家测绘局和总参测绘局共同组织建立我国新的大地坐标系, 即进行我国天文大地网整体平差方法研究和工程实施, 并于20世纪80年代建立了我国80坐标系和新54坐标系。与54坐标系相比,80坐标系在以下方面得到了改善:①精度大大提高, 最大点位误差在1m 以内, 边长相对误差约为1/20万; ②在全国范围内, 参考椭球面和大地水准面符合很好, 高程异常为零的两条等值线穿过我国东部和西部, 大部分地区高程异常在20m 以内, 它对距离的影响小于1/30万。
展, 我国实现了多种高精度地心坐标框架, 同时对大地坐标系提出了新的要求, 如何在维持坐标系的连续性和相对稳定性的基础上, 保持坐标系的先进性、科学性和实用性, 是我国大地测量工作者面临的任务, 成为我们必须解决的问题。
二、我国大地坐标系现状及存在的问题
我国目前主要存在以下4类坐标系。1. 全国统一的法定的国家大地坐标系
我国国家大地坐标系始建于20世纪50年代, 为适应经济建设的急需, 初步确定了一个大地坐标系, 即1954年北京坐标系。当时由于缺乏椭球定位的必要资料, 引用了前苏联的坐标系。从20世纪50年代到20世纪70年代, 我国以54坐标系为基
可以说, 我国天文大地网无论从内部精度潜力, 还是直接服务能力, 均达到了常规方法应有的水准, 基本满足了大比例尺测图和一般工程测量的控制要求。但目前来说80坐标系仍存在两个主要缺陷:①当80坐标转换为地心坐标时, 受坐标转换误差影响较大; ②长距离点位和边长的误差积累较大。
总的来说,54坐标系与80坐标系均属参心坐
础完成了大量的测绘工作, 并依据这个坐标系, 采用分区平差法建立了我国天文大地网, 测制了各种比
收稿日期:2002209210; 修回日期:2002211207
基金项目:国家测绘局测绘科技基金资助项目(98029)
作者简介:顾旦生(19352) , 男, 江苏海门人, 研究员, 从事大地测量数据处理研究工作。
测 绘 通 报 2003年 第3期2
标系, 它们的最大特点是短距离精度较高, 密度大, 使用时间长。在国民经济和社会发展中正发挥着重要作用。其应用范围也十分广泛, 主要包括:①全国范围内已有的和今后将施测的各种比例尺地形图; ②为中央和各省政府部门建立的地理信息系统; ③国家测绘局4D 系列产品等; ④国家基础地理信息系统(1∶100万、1∶25万) 及目前正在建立的国家空间基础地理信息1∶5万数据库。
因此, 参心坐标系在相当一段时期内还将继续作为国家级的法定基本坐标系。但由于当时客观条件的限制, 参心坐标系未与地心发生联系, 加上缺乏高精度的外部控制, 长距离精度较低, 在空间技术广泛应用的今天, 难以满足用户的需求, 更不能满足中国数字地球基准框架的需要。同时世界各国纷纷建立各自独立的坐标系, 不利于研究地球形状和全球板块运动等, 也无法建立世界统一的大地坐标系。
2. 高精度地心坐标参考框架
我国在空间大地测量方面也已取得了一批重要成果, 建立了多种地心坐标系。自1975年开展卫星多普勒定位研究,1976年8～10月由总参研究所和西安二十所合作, 在西安、乌鲁木齐、北京、哈尔滨、榆林、湛江、广州、昆明等地进行了多普勒定位, 得到了这些点的W GS72地心坐标, 并计算了54坐标系与W GS 272坐标系间的转换参数。1980年, 我国首次开展大规模的多普勒联测, 布测了由37个点组成的全国卫星多普勒网。精度达到1×10-6D 。1980年9月又建立了利用7个天文台站子午卫星观测资料, 用动力学方法联合解算卫星轨道和站坐标的动力测地网, 获取了7个台站的地心坐标。在卫星激光测距方面, 我国从1972年开始研究工作, 至今已建成包括上海、武汉、长春、北京、昆明、乌鲁木齐等拥有第三代SL R 仪器的测站。各站地心坐标的精度在20cm 左右。20世纪90年代初期, 我国又建成上海VLB I 观测站, 至今已形成包括乌鲁木齐、昆明的VLB I 观测网, 装备有25m 天线, 多次与日本、联邦德国、美国联测, 开展测地和地球动力学项目的研究。随着全球定位系统的建成, 国家测绘局和总参测绘局从1985年起开展GPS 方面的研究工作, 目前已分别建成了总点数700余点的A ,B 级网和500余点的Ⅰ、Ⅱ级网。近两年, 中国地震局又建成了包括56个基本站、25个基准站、1000个区域站的中国地壳运动观测网络。这些网的GPS 总点数达2000余个, 他们互相独立, 彼此所依据的历元和坐标框架等都不一致。其中以地壳运动观测网络精度最高, 但其主要目的是为监测地壳运动和地震, 因
此分布不如GPS A ,B 级网和1, Ⅱ级网均匀, 而GPS A ,B 级网和Ⅰ, Ⅱ级网的分布密度远不如天文大地网。
这类坐标系的共同特点是精度高, 直接与世界坐标系发生联系, 并将随着科学技术的发展和服务目标的需求而不断发展变化。但其密度还远远满足不了国民经济建设的需要。由于这些网的布设目的不同, 造成我国在相当长的时期内, 根据不同需求, 有3种坐标系并存的现状, 即54坐标系、80坐标系和地心坐标系,54坐标系和80坐标系是2维系统, 具有局部性, 精度也只能达到10-5～10-6, 地心坐标系是3维空间坐标框架, 目前具有10-7的精度, 不同坐标系统的坐标通过一定数学模型的转换参数, 在一定精度范围内可互相转换。
3. 地方坐标系我国各大中城市和地区为当地规划和建设的需要, 建立的城市坐标系和地区坐标系, 他们的特点是相互独立、使用方便, 但与地心坐标系不发生联系, 与国家坐标系的关系也不精确。随着国民经济的发展, 各城市和地区间的联系愈加密切, 各种跨城市和地区的建设项目越来越多, 而且随着空间技术的应用, 这种坐标系的缺点逐渐暴露出来, 必将影响城市建设的需要。其发展方向也必趋向全国统一。
4. 独立坐标系包括各种矿山、城建等小范围独立坐标系, 具有使用灵活的特点, 但一般与国家坐标系和地区坐标系不发生联系, 为地区总体规划带来极大不便。
三、国内外发展趋势
20世纪80年代以来, 由于空间技术的发展, 世
界各国相继建立了多种地心坐标系, 与此同时, 各国还纷纷进行空间网与地面网的联合数据处理。欧洲和北美相继建立了ED79和NAD83基准, 目前俄罗斯也在进行地面网与空间网的联合平差。国内总参测绘局几年前就开始进行我国地面网和空间网的联合平差, 目前第一期工程已经结束。
随着GPS 定位精度的不断提高, 全球高精度动态基准的建立也在国际地球自转服务局(IERS ) 的协调下展开。从1988年开始, 利用VLB I , SL R 和GPS 等多种空间定位资料, 提供全球地心坐标参考框架ITRFxx 系列, 构成了全球高精度动态地心参考框架。目前构成ITRF 框架的全球跟踪站约200多个, 其中核心站约100个, 其地心坐标精度约1～2cm , 在全球坐标框架中的速度场值的精度达几个毫米/年。为各种高精度动态监测提供了基础。
2003年 第3期 测 绘 通 报 3
与此同时, 各国均没有放弃原有的地面网, 欧洲大地网于1945～1950年完成了第一次仅有地面数据的平差, 建立了ED50基准,1954年又对欧洲大地网进行了重新平差, 建立了ED79欧洲大地基准, 最后, 为了进一步提高欧洲大地网的平差结果精度, 削弱尺度和定向偏差, 进行了地面数据与空间数据的联合处理, 包括多普勒数据、人卫激光数据及GPS 数据, 建立了1987欧洲大地基准, 即ED87。据报道,ED87能满足1∶1000比例尺测图的精度。著名的北美大地坐标系NAD83系统的建立, 也是经过了从单纯地面网发展到地面网与空间网的联合处理的过程。1969年由美国大地测量局(N GS ) 和加拿大大地测量局对各自的政府提出了地面网和空间网联合平差的正式建议。美国官方于1974年正式开始此项工程, 至1986年工程正式结束, 对遍布美国、加拿大、墨西哥以及中美地区的26万余个大地点进行了整体平差, 获得了26万余个大地点的地心坐标。这是1974～1986年间N GS 最大的一项工程, 耗资3700万美元, 大量工作花在数据库建立、数据检核及数据向NAD 83的转换当中, 充分说明这一工程的重要程度及其对今后工作的影响。据介绍, 目前俄罗斯也正在进行空间网与地面网数据的联合处理。
壳运动监测和高精度定位方面, 目前较多使用高精度的空间技术和与之配适的地心坐标系, 在基础测绘和一般测量工程中, 仍大多使用的80坐标系和地方坐标系, 因此, 像我国这样幅员辽阔的大国, 由于各种不同的用途, 不可能也不需要完全采用一种统一的坐标系, 更不要求一致的精度, 可以根据各自的需要建立不同的坐标系, 但各种坐标系之间必须能够方便地、基本无精度损失地相互转换。
3. 与世界坐标系发生联系。世界信息产业的发展和国家空间数据基础设施建设以及最近提出的数字地球、全球测图计划, 为整个地球信息的综合利用提供了广阔的应用前景, 这就要求各种地球信息的数字化产品均应纳入全球性坐标框架, 实现与全球数据的拼接与共享。从大地测量的角度来看, 在全球板块运动监测等地球动力学研究领域, 也要求使用全球统一的坐标框架, 因此, 我国建立的坐标系必须与世界坐标系发生联系。
4. 使用方便。我国现行各种坐标系已使用多年, 在国民经济各领域发挥了重要作用, 目前我国的各种比例尺地形图和大部分大地测量控制成果都是基于54坐标系和80坐标系的, 因此在建立新的坐标系时, 应考虑到如何与原有坐标系发生联系, 在新的坐标系建立后, 不可能摈弃原有坐标系, 它们还将在需要的领域继续发挥作用, 应在新的坐标系下建立各种坐标系的转换关系, 以方便各方面的应用。
5. 便于与测量技术相结合。随着空间技术的
四、我国大地坐标系应满足的基本要求
和条件
1. 具有一定密度的地面点。大地坐标系是一切测绘工作的基础, 它的体现形式是一系列点的坐标。我国通过天文大地网平差, 建立了由48433个控制点体现的80坐标系, 使得测绘工作可在这些点的控制下进行, 基本满足了各种比例尺测图和测量工程的需要, 随着空间技术的发展, 我国已成为世界上最大的GPS 用户国之一, GPS 的应用已十分广泛, 但我国还未形成一个完善的具有一定密度的基准点组成的地心坐标系, 目前的2000余点远远满足不了国民经济建设的基础控制的需要。在应用空间技术时, 只能完全依赖美国的全球卫星定位系统, 而美国发展GPS 主要是出于其全球军事战略的需要, 这在很大程度上制约了我国空间技术的应用, 因此必须建立我国自己的具有一定密度的地心坐标系, 才能最大限度的发挥空间技术的优势。
2. 多种坐标系并存。我国目前的全国性坐标系主要有3种, 即54坐标系、80坐标系和地心坐标系, 此外还有地方坐标系和独立坐标系, 它们在各自的领域内发挥着不可替代的作用, 比如在大区域地
发展, GPS 成为目前广泛采用的测量手段, 但由于我国目前大部分控制均属80坐标系, 在数据处理过程中必然涉及80坐标与地心坐标间的转换, 这种转换的误差往往会超过80坐标本身的误差, 因此新的坐标系必须便于与新的测量技术相结合, 以避免各种误差的影响。即着手目前技术, 着眼于长远发展技术。
6. 全国海、陆、空统一。
7. 静态和动态相结合, 便于监测地壳和地面运动。
五、我国大地坐标系的完善与更新
随着空间大地测量及信息产业的发展, 国家基础地理信息从采集、存储到应用都发生了深刻的变化。最近提出的数字地球和全球测图计划, 为地球信息的综合利用提供了广阔的应用前景。同时也为国家测绘局正在从事的基础测绘及空间数据基础设施建设中的基础框架———大地坐标系提出了新的要求。随着测绘技术手段的不断更新及地理信息产业
测 绘 通 报 2003年 第3期4
的需求不断增加, 我国原有的大地坐标系已难以适应新的要求, 必须进行相应的改善和更新。最终建立新的统一的大地坐标系。
1. 发展目标
建立我国海陆空统一的、高精度的、具有一定密度的、与世界坐标系接轨的大地坐标系, 最终将成为我国数字地球坐标框架的基础。
2. 实现步骤
在实施我国大地坐标系改造时, 必须顾及两个重要情况。第一, 我国现有各种卫星网的坐标框架都不统一; 第二, 目前基础测绘等基本建设以及我国的大量成果仍在使用80坐标系和新54坐标系, 因此必须保持坐标系的相对稳定性和连续性, 基于以上原因, 坐标系的改造应分两阶段进行。
1. 第一阶段是对我国现有大地坐标系进行改善。对我国现有的多种GPS 网进行联合平差, 统一历元和框架, 建立我国统一的新的大地坐标系的基本框架(该项工程目前正在进行) 。
将上述卫星网联合平差结果再与天文大地网进行联合数据处理, 又称地面网与空间网联合平差(国家基础测绘项目, 正在实施) , 由此充分发挥空间网的精度和地面网的密度优势, 建立新的地心坐标系, 获得天文大地网48433点的地心坐标。然后将成果归算到80椭球上, 获得我国天文大地网近5万点的新80坐标, 新80坐标属80椭球, 坐标值与80坐标相差不大, 对于各种资料、成果的使用不会产生影响, 但精度估计将比原来提高一倍, 而且由于它与地心坐标系存在严密转换关系, 有利于新技术的应用, 在过渡时期使用, 为实现第二阶段目标打下良好技术基础。
2. 第二阶段是对我国大地坐标系进行全面更
新。在我国各种测绘成果逐步实现数字化之后, 坐标系的转换可以在计算机内进行, 即可以开始对我国大地坐标系进行全面更新, 使用新的地心坐标系, 实现我国陆海空统一的、高精度的、具有一定密度的、与世界坐标系接轨的新的大地坐标系。
参考文献:
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启 事
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《测绘通报》编辑部
范文四：我国几种常用大地坐标系简介
我国几种常用大地坐标系简介
摘要:在我国的测绘工作中，目前主要存在着三类常用大地坐标系统，即参心坐标系统、地心坐标系和地方独立坐标系统。这三类坐标系统各有特定的服务对象和使用范围，它们在国家的经济建设和国防建设中均发挥了巨大作用。而GPS及其相关技术的广泛应用，使地心坐标系也将更为普及。
关键词:大地坐标系;参心坐标系;地心坐标系;1954北京坐标系;西安80坐标系;WGS-84坐标系;CGCS2000大地坐标系
P2 A
参心坐标系是我国基本测图和常规大地测量的基础。天文大地网整体平差后，我国形成了三种参心系统，即:1954年北京系(局部平差结果)，1980西安坐标系和新1954年北京系(整体平差换算值)。这三种参心坐标系都在应用，预计今后还将并存一段时间。而1954年北京坐标系的应用也将继续存在一段时间。
地心坐标系是为满足远程武器和航天技术的发展需要而建立的一种大地坐标系统。从七十年代起，我国先后建立和引进了四种地心坐标系统，分别是:1978年地心坐标系(DX-1)、1988年地心坐标系(DX-2)，1984年世界大地坐标系(WGS-84)和国际地球参考系(ITRS)。前两种地心坐标系只在少数部门使用，而后两种地心坐标系已广泛用于GPS测量。
地方独立坐标系主要是为满足某一小区域范围内的工程测量需要而设定的一种比较灵活的坐标系。
关于1954年北京坐标系的由来:建国前，我国没有统一的大地坐标系，建国初期，在苏联专家的建议下，我国根
据当时的具体情况建立起了全国统一的1954年北京坐标系。1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系，但也还不能说它们完全相同，曾与前苏联1942年坐标系进行联测，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体，属于参心大地坐标系。它的原点并不在前苏联的普尔科沃而是在北京。
该坐标系椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位。而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国东北地区传算过来的，可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。
1954年北京坐标系严格来说有1954年北京坐标系和新1954年北京坐标系两种。这两种坐标系有两个明显的区别:其一是坐标系统坐标轴的定向明确;其二是整体平差转换值结果。对于高斯平面坐标来说，两者坐标值在全国约80%地区在5米以内，超过5米的主要集中在东北地区，其中大于10米又仅在少数边沿地区，最大达12.9m。这个差值一般并没有超过以往资用坐标与平差坐标之差的范围。因此，反映在1:5万及更小比例尺的地形图上，绝大部分不超过0.1mm。
1954年北京坐标系(整体平差转换值)的主要椭球参数及要点，采用克拉索夫斯基椭球参数:
其长半轴 a=6378245m，
扁率 f=1/298.3
可进一步求出:
短半轴b=6356863.018m
第一偏心率 =0.006693421622966
第一偏心率 =0.006738525414684
该坐标系曾发挥了巨大作用，但也有不可避免的缺点，例如:
?:椭球参数有较大误差;
?:参考椭球面与我国大地水准面差距较大，存在着自西向东的明显的系统性的倾斜;
?:定向不明确;
?:几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一;
?:椭球只有两个几何参数，缺乏物理意义;
?:该坐标系是按分区进行平差的的，在分区的结合部误差较大。
西安80坐标系是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。1980年西安坐标系为椭球定向基准, 其椭球定向明确，短轴指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面，采用多点定位所建立的大地坐标系，椭球面同大地水准面在我国境内最为拟合，大地高程基准面采用1956青岛验潮站的黄海高程系统。采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们全面的描述了椭球的性质，分别为:
GM= 3.986005 ×/
= 1.08263 ×
ω= 7.292115 × rad / s
地心引力常数GM,
地球重力场二阶带谐系数,
地球自转角速度ω，
地球椭球长半径a=6378140m
扁率f=1/298.257。
由1980西安坐标系转换得来的新北京1954坐标系，是在采用1980西安坐标系的基础上，仍选用克拉索夫斯基椭球为基准椭球，并将椭球中心平移，使其坐标轴与1980西安
坐标系的坐标轴平行。新1954北京坐标系采用多点定位，但椭球面同大地水准面在我国境内并不最佳拟合，其大地原点与1980西安坐标系相同，但起算数据不同。
参心坐标系就整个地球空间而言，存在一定的缺点，由以上介绍可以得出，参心坐标系不适合建立全球统一的坐标系统，不便于研究全球重力场，且水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间三维坐标的完整性。
WGS-84坐标系是美国国防部研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。WGS-84坐标系是一种能解决参心坐标系缺点问题的地心坐标系,是修正美国海军导航星系统参考系NSWC9Z-2的原点和尺度变化，并旋转其零度子午面与国际时间局定义的零度子午面相一致而得到的。
WGS-84坐标系的定义是:原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH(1984.0)定义的地极(CTP)方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数表格:
WGS-84的基本大地参数如表:
(表1)
为地球重力场正常化二阶带谐系数，等于-/。
WGS-84坐标系由于原点定位在地球质心，所以定位全球统一，水平控制网和高程控制网统一，在国际通用性方面存在着很大的优势。
随着情况的变化和时间的推移，以上经典的测量技术为基础的局部大地坐标系，目前已经不能适应科学技术特别是空间技术发展，不能适应我国经济建设和国防建设需要。我国大地坐标系的更新换代，是经济建设、国防建设、社会发展和科技发展的客观需要。
多年以来，我国测绘、地震部门和科学院有关单位为建立我国新一代大地坐标系作了大量基础性工作，近年又先后建成全国GPS一、二级网，国家GPS A、B级网，中国地壳运动观测网络和许多地壳形变网，为地心大地坐标系的实现奠定了较好的基础。我国大地坐标系更新换代条件业已具备。
我国新一代大地坐标系建立的基本原则有三点:
?坐标系应尽可能对准ITRF(国际地球参考架);
?坐标系应由空间大地网在某参考历元的坐标和速度体现;
?参考椭球的定义参数选用长半周、扁率、地球地心引力常数和地球角速度，其参数值采用IUGG(国际大地测量与地球物理联合会)或IERS(国际地球旋转与参考系服务员)的采用值或推荐值。
由以上原则制定出的我国新一代大地坐标系称为2000中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System
2000，CGCS2000),又称之为2000国家大地坐标系，是我国新一代大地坐标系，目前已在我国一定范围内正式实施。新的坐标系统依然采用了地心坐标系统，其原因简单来说是以传统大地测量为基础的局部二维大地坐标系已不能适应空间技术的发展，唯有以空间技术为基础的地心三维大地坐标系，才能适应大地测量的发展，才能适应空间技术应用的需要，才能适应经济社会发展的需要。地心三维德高精度大地坐标系的采用为我国空间技术的发展提供了条件。
2000中国大地坐标系的定义为:
?原点在包括海洋和大气的整个地球的质量中心;
?长度单位为米(SI)。这一尺度同地心局部框架的TCG(地心坐标时)时间坐标一致;
?定向随时间的演变由整个地球的水平构造运动无净旋转条件保证。
以上定义对应一个直角坐标系，它的原点和轴定义如下:
?原点:地球的质量中心;
?Z轴:指向IERS参考极方向;
?X轴:IERS参考子午面与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线;
?Y轴:完成右手地心地固直角坐标系。
如图1所示:
(图1)
而CGCS2000参考椭球的定义常数是:
长半轴 a=6378137.0m;
扁率 f=1/298.257222101;
地球的地心引力常数GM=3986004.418×10 ms
地球自转角速度ω=7292115.0×rad s
由以上简介可以看出，CGCS2000与WGS84在很多方面都是一致的，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，具体地说，在4个椭球常数a、f、GM、ω中，唯有扁率f有微小差异:WGS84扁率 f=1/298.257223563，CGCS2000扁率 f=1/298.257222101。其实，WGS84的初始版本，也是采用GRS80椭球，后来几经微小改进，才导致WGS84椭球的扁率相对GRS80椭球的扁率产生微小的差异。
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范文五：我国大地坐标系发展目标
() : :中编分编号 文献编编编 文章编号 :049420911 2003
P22B0320001204
我大地坐标系标展目国标
标旦生 标莉 程标标 王标 李夕标 成英燕 秘金标,,,,,,
()中标标科究院国学研 ,北京 100039
Object ives of the Geodet ic Datum in
China
摘要 :标标标述我大地坐标系的标展标程及目前存在的标国标 ,提出标标段我大地坐标系标标足的件和建立新的坐标系的国条必
,要性 最后标改善和更新我标有大地坐标系提出具措国体施 。
:;编编编 大地坐标系 标合平差
在,国国个家标标建标和防建标的各标例尺地形标 一 、言域标标了巨大的作用 。但由于标的件所当条限 ,54引大地坐标系一直是大地标量中最基本的标标 。坐标系存在明标的不足 :
我大地坐标国系建立至从今 ,标标了心坐标从参系 到1 . 100 。标球标半比标代精标大了径确多米地心坐标系的标展标程 ,标民标标建标和国国防2 . 标球定位有标大偏斜 ,在标部地大地水区准
面差距达 建标提供了有效保标 。着家空标据基标标施随国数68 m ,它离标距造成的影标响标 1/ 10 万 ,建标的不完断善和字地球标略的提数出 ,我大国地 标标大比例尺地形标标标标生一定的影会响 。坐标系必标生新的标化将 。3 . 。标差标累标大
我大地坐标系的建立始于国 20 50 4 . 由于采用逐标控制 ,使得标构很强 、精度很 世标年代从
( 前标 标 引 入 的 1954 年 北 京 坐 标 系 标 称 高的二等全面得不到充分标标网 。
) 54 坐 标 系。20 世标 80 年代初 ,通标天文大地网标适标民标国标 、防建标和地球科究国学研的 需平差 , 建要 ,充分标标我天文大地的在精度国网潜 ,国家标
( ) 标局和标标标局共同标标建立我新的大地坐标 系 参国,即标立了 1980 地 坐 标 系 称 80 标 系西安大标坐
新和行我国天文大地整平差方法究和网体研工 程标施 ,54 坐标系 。20 世标 80 年代末 ,随着空标技标的标 展 ,并于 20 世标 80 年代建立了我 国80 坐标系 和新 54 我标标了多标高精度地心坐标架国框 ,同标标大 地坐标系提坐标系 。与 54 坐标系相比 ,80 坐标系在以 下方面出了新的要求 ,如何在标持坐标系的标 标性和相标标定性得到了改善 : ? 精度大大提高 ,最大点位标的基标上 ,保持坐标系的先标性 、 科性和标用性学 ,是差在 在全1 m ,1/ 20 ; 以内标标相标标差标标万?我大地标量工作者面标的国任国内范标 ,参很考标球面和大地水准面符合好 ,高程 二 、我国大地坐编系编状及存在异常标零的两条国等标标穿标我标部和西部 ,大部的编编标坐标系4 。我目前主要存在以下国 分地高程常在区异 20 m , 以内它离响标距的影小于
1 . 全标一的法定的家大地坐标系 国国我家国国1/ 30 。万
可以标 ,我天文大地无标部精度力 国网从内潜, 标大地坐标系始建于 20 世标 50 年代 ,
是直接服标能力 ,均到了常标方法标有的水准 达, 基本标适标标标建标的急需 ,初步定了一大地坐确个标 系 ,
标足了大比例尺标标和一般工程标量的控制要即 1954 年北京坐标系 。标由于缺乏标球定位当
的必要标料 求 。但目前标来 80 : 系 。从 标, 20 坐标系仍存在主要缺陷两个?引用了前标标的坐标世
当 50 年代到 20 世标 70 年代 , 我国以 54 坐标系标基 80 坐标标标标地心坐标标 ,受坐标标标标差影 标大响 ; ? 标标完成了大量的标标工作 ,并个依据标坐标系 ,采用距点位和标标的标差标累标大离 。分平差法建区立了我天文大地国网 标的标来 ,54 80 比与 坐,坐标系坐标系均心属参标制了各标
收稿日期 : 2002209210 ; 修回日期 :( )基金编目 :国家标标局标标科技基金标助标目 980292002211207( ) 作者编介 标旦生 男 江标海标人 研究标 从数研事大地标量据标理究工作 。:19352,,,,
它标的密度标系 ,最大特点是短距精度标离高 ,大 ,标?GPS A , B 1 , 网 和 标 网 均 此分 布 不 如
而, 匀 使用标标标 。在民标标和社标展中正标标着重 国会要作用
GPS A ,B 标和 网?, ?标的分网布密度标不如天文 。其标用范标也十分广泛 ,主要包括 : ? 全 国范标
大地网 。内将已有的和今后施标 的 各 标 比 例 尺 地 形 标
标标坐标系的共同特点是精度高 ,直接世与界 坐; ? 标 中 央 和 各 省 政 府 部 标 建 立 的 地
标系标生标系 ,并将随学着科技标的标展和服标理 信 息 系
目标的需求而不标展标化断 。但其密度标标标标足 不了标 ; ? 家国标标局 4D 系列标品等 ; ? 家基标国地
国民标标建标的需要 。由于标些的网布标目的 不同 ,造() 理信息系标 1?100 万 、1?25 万及目前正在建立
成我在相标的标期国当内 ,根据不同需求 , 有 3 标坐的 家空标基标地理信息国 1?5 万据标数 。
标系存的并标状 ,即 54 坐标系 、80 坐标系 和地心坐标因此 ,参当内将心坐标系在相一段标期标标标标 作标
系 ,54 坐标系和 80 坐标系是 2 标系标 ,国家标的法定基本坐标系 。但由于标客标当条- 5 - 6 具有局部性 ,精度也只能达到 10 , 10 , 地心件的限制 ,参与心坐标系未地心标生标系 ,加上缺乏 - 7 坐 标系是 3 标空标坐标框架 ,目前具有 10 的精度 高精度的外部控制 ,标距精度标低 离,在空标技标 泛广
不同坐标系标的坐标通标一定 数 学 模 型 的 标 标 标用的今天 ,标以标足用标的需求 ,更不能标足中 国数
参数 ,在一定精度范标可内互相标标 。字地球基准架的需要框 。同标世界各标标建 国立各
3 . 地方坐标系自立的独坐标系 ,不利于究地球形和全研状球
我各大中国区当城市和地标地标标和建标的需划 板标标等运 。,也无法建立世界标一的大地坐标系
要 ,建立的城市坐标系和地坐标系 区,他标的特点是 2 . 高精度地心坐标考架 我在空标大地标参框国
相互独立 、使用方便 ,但地心坐标系不标生标与系 , 量方面也已取得了一批重要
与国确家坐标系的标系也不精 。着民标标的标 展随国 ,成果 ,建立了多标地心坐标系 。自 1975 年标展标星
各城市和地标的标系区愈加密切 ,各标跨城市和多普勒定位究研 ,1976 年 8,10 月由标究所参研和
地的建标标区目越越来多 ,而且随着空标技标的标 用 ,西安二十所合作 ,在西安 、标标木标 、北京 、哈标标 、
标标坐标系的缺点逐标暴露出 来,必影将响城市 建标的 标林 、湛江 、州广 、昆明等地标行了多普勒定位 ,
需要 。其标展方向也必标向全标一国 。得到 了标些点的 W GS72 地心坐标 ,并标算了 54 坐标
4 . 独立坐标系系 与 W GS272 坐标系标的标标参数 。1980 年 ,我国首
包括各标标山 、城建等小范标立坐标系独 ,具有 次标展大标模的多普勒标标 ,布标了由 37 个点标成
- 6 使用灵活的特点 ,但一般家坐标系和地坐与国区标的全标星多普勒国网 。精度到达 1 ×10 D 。
系不标生标系 , 。标地标标标标标标标大不区体划来极便1980 年 9 月又建立了利用 7 个天文台站子午标星标标三 、国内外编展编编标 料 ,用标力方学法标合解算标星标道和站坐标的标 力标
20 世标 80 年代以 来,由于空标技标的标展 ,世 界地 网,标取了 7 个台站的地心坐标 。在标星激 光标各相标建立了多标地心坐标系 国,与此同标 ,各 标标标标国距方面 ,我国从 1972 年标始究工研作 ,至今已行空标地面的标合据标理网与网数 。欧洲 和北美相标
建立了 ED79 和 NAD83 基准 ,目前俄标 斯也在标行建成包括上海 、武标 、标春 、北京 、昆明 、标标木地面空标的标合平差网与网 。标 标标局标年前国内参几标等 标有第三代 SL R 标器的标站 。各站地心坐标的精 就标始标行我地面和空标的标 合平差国网网 ,目前第一
期工程已标标束 。度在 20 cm 左右 。20 世标 90 年代初期 , 我国又建
随着 GPS 定位精度的不提断高 ,全球高精度标 成上海 VLB I 标标站 ,至今已形成包括标标木标 、昆 明
( ) 标基准的建立也在标地球自标服标国局 I ERS的 标标的 VLB I 标标网 ,装标有 25 m 天标 ,多次与日本 、
下展标 。从 1988 年标始 , 利用 VLB I , SL R 和 标邦德国 、美国标标 ,标展标地和地球标力标目的 学研究 。
GPS 等多标空标定位标料 ,提供全球地心坐标参考随着全球定位系标的建成 ,国家标标局和标 标参标局从
框架 I TR Fxx 系列 ,构参成了全球高精度标标地心 1985 年起标展 GPS 方面的究工研作 , 目前已分标
考架框 。目前成构 I TR F 框架的全球跟踪站标 建成了标点数 700 余点的 A ,B 标网和
200 多个 ,其中核心站标 100 个 ,其地心坐标精度标 1 ?、?标网 。近两年 500 ,余点的中地国震局又建
,成
标框架中的速度标标的精度达几个2 cm ,在全球坐了包括 56 个基本站 、25 个基准站 、1 000 个区
域站 的中地标标标标国壳运网标 。标些网的 GPS 标
点 数达2 000余个 ,他标互相独立 ,彼此所依据的标
各均有国没弃网放原有的地面欧洲目前标多使用高,,, 精与此同标 壳运标标标和高精度定位方面
大地网于 1945,1950 年完成了第一次标有地面数 度的空标技标和与之配适的地心坐标系 ,在基标标 标和据的平差 , 建立了 ED50 基准 , 1954 年 又 标 欧 一般标量工程中 ,仍大多使用的 80 坐标系和地 方坐洲 大 地标行了重新平差 网,建立了 ED79 欧洲大标系 ,因此 ,像我标标国国幅标标标的大 ,由于 各标不同地基准 , 最后 ,标了标一步提高欧网洲大地的平差标果的用途 ,不可能也不需要完全采用一标标精度 ,一的坐标系 ,更不要求一致的精度 ,可以根据各自的 削弱尺度和定向偏差 ,标行了地面据空标数与数据 的需要建立不同的坐标系 ,但各标坐标系之标必标能 标方标 合 标 理 , 包 括 多 普 勒 数 据 、人 标 激 光 便地 、基本无精度标失地相互标标 。数 据 及 GPS 数 据 , 建 立 了 1987 欧 洲 大 地 3 . 与世界坐标系标生标系 。世界信息标标的 标展基 准 , 即 ED87 。 据标道 , ED87 能标足 1 ?1 000 和家空标据基标标施建标以及最国数近提出的比例尺标标的精度 。 著名的北美大地坐 标 系 数字地球 、全球标标标划 ,标整地球信息的标合利 个用NAD83 系 标 的 建 立 , 也 是提供了标广的标用前景 ,标就要求各标地球信息 的字数标标了标标地面标展到地面空标的标合 从网网与网标理的标化标品均标标入全球性坐标框架 ,标标与全 球据的数拼
( ) 程 。1969 年由美国大地标量局 N GS和 加拿大接共与享 。大地标量的从来角度看 ,在 全球板标标运大地标量局标各自的政府提出了地面和空 网标标合网标标等地球标力究标学研域 ,也要求
平差的正式建标 。美官国方于 1974 年正 式标始此使用全球标一的坐标架 框,因此 ,我建立的坐标系国 标工程 ,至 1986 年工程正式标束 ,标遍布必标世界坐标系标生标系与 。
美国 、加拿大 、墨西哥以及中美地区的 26 万余4 . 使用方便 。我标行各标坐标国系已使用多 个大 地点标行了整平差体 年 ,标得了 26 万余个大地点,在民标标各标域标标了重要作用 国,目前我的 各标国的地 心坐标 。标是 比例尺地形标和大部分大地标量控制成果都是1974,1986 年标 N GS 最大的一标
工 程 ,耗标 3 700 万美元 ,大量工作花在据标建数立 基于 54 坐标系和 80 坐标系的 ,因此在建立新的坐 、 数据标核及据数向 NAD 83 的标标当中 ,充分标明标系标 ,标考标到如何与原有坐标系标生标系 ,在新 的坐标标一工程的重要程度及其标今后工作的影响 。据介 系建立后 ,不可能标弃原有坐标系 ,它将标标标 在需要
的标域标标标标作用 标 ,目前俄标斯也正在标行空标地面据网与网数的 标合,标在新的坐标系下建 立各标坐标系的四 、我国大地坐编系编编足的基本标标标系 ,以方便各方面的标用 。要求
5 . 便于标量技标相标与合 。着随空标技标的 标展 和条件, GPS 成标目前泛广采 用 的 标 量 手 段 , 但 由
1 . 具有一定密度的地面点 。大地坐标系是一 于 我目前大部分控制均 国属80 坐标系 ,在据标理数切标标工作的基标 ,它体的标形式是一系列点的坐 标
我通标国天文大地平网差 ,建立了由 48433 个 控标 程中必然涉及 80 坐标地心坐标标的标标 与,标标标 标的标制点标的 体80 坐标系 ,使得标标工作可在标些点 的控差往往超会标 80 坐标本身的标差 ,因此新的制下标行 ,基本标足了各标比例尺标标和标量 工程的需
要 ,随着空标技标的标展 ,我已成标世界 国上最大的 坐标系必标便于新的标量技标相标与合 ,以避免各 标标差GPS 用 标 国 之 一 , GPS 的 标 用 已 十 分 广 的影响 。着即手目前技标 ,着眼于标标标展 技标 。泛 ,但我标未国形成一完善的具有一定密度的个基
准点标成的地心坐标系 ,目前的 2 000 余点标标标 足6 . 、标 、空标一 。全海国不了民标标建标的基标控制的需要国 。在标用空 标技标标 7 . 静标和标标相标合 ,便于标标地和地面壳运 标 。,只能完全依标美国的全球标星定位系标 , 而美国标展
GPS 主要是出于其全球标事标略的需 要 ,标在大程很
度上制标了我空标技标的标用 国,因 此必标建立我自国
己的具有一 定 密 度 的 地 心 坐 标 系 ,才能最
大限度的标标空标技标的标标 。五 、我国大地坐编系的完善与2 . 多标坐标系并存 。我目前的国全性坐国标 更新系主要有 3 标 ,即 54 坐标系 、80 坐标系和地心坐标 国家随着空标大地标量及信息标标的标展 ,基系 ,此外标有地方坐标系和立坐标系 独,它标在各自 的标地理信息从采集 、存标到标用都标生了深刻的标 化 标域标标内着不可替代的作用 ,比如在大域区地。最近提出的字地球和全球标标标数划 ,标地球
信息的标合利用提供了标的标用前广景 。同标也标
国从数家标标局正在事的基标标标及空标据基标标 施建标中
的基标架 框———大地坐标系提出了新的要 求 。着标随
标技标手段的不更新及地理信息标标断
我国原有的大地坐标系已标以坐,,的需求不断增加 适新 。在我各国标标标成果逐步标标字化数之后 标新的要求 ,必标标行相标的改善和更新 。最标建 立标系的标标可以在标算机内标行 ,即可以标始标我 大地国新的标一的大地坐标系 。坐标系标行全面更新 ,使用新的地心坐标系 , 标标我标国
海空 标 一 的 、高 精 度 的 、具 有 一 定 密 1 . 标展目标
建立我海标空标一的国 、高精度的 、具有一定度 的 、世界坐标系接标的新的大地坐标系与 。密 度的 、世界坐标系接标的大地坐标系与 ,最标成标将参考文献 我字地球坐标架的基标国数框 。:12 . 标标步标
MCCAR T H Y D D. I ERS Technical Note 212I ERS 在标施我大地坐标系改造国标 ,必标标及两个 重要Co n22情况 。第一 ,我标有各标标星的坐标国网框架vertio nsR . Paris :Obervatoire de Paris ,1996 .都不标一 ;第二 ,目前基标标标等基本建标以及我 国的
BOU CHER C ,AL TAM IM I Z , F EISSEL M , et al . 大量成果仍在使用 80 坐标系和新 54 坐标系 ,因 此3Re2必标保持坐标系的相标标定性和标标性 ,基于以 上原因 sult s and Analysis of t he I TR F94 . I ERS Technical 坐标系的改造标分标段标行两 。Note
20 R . Paris :Obeervatoire de Paris ,1996 改1 . 第一标段是标我标有大地坐标系标行国4.善 。标我标有的多国标 GPS 网标行标合平差 ,标一 标元HO FMANN2W ELL EN HO F B , L ICH T EN E GGER 5和架 框,建立我标一的新的大地坐标系的国基 本框H , COLL IN S J . GPS2Theory and Practice M . New () 架 标标工程目前正在标行。Yor k :6将网与网上述标星标合平差标果再天文大地标 行标Sp ringer ,2001 .(合据标理数 ,又称网与网地面空标标合平差 国, 7标 俊 勇 标 于 改 善 和 更 新 国 家 大 地 标 量 ) ,家基标标标标目 ,正在标施由此充分标标空标 的精度网基 准 的 思 考和地面的密度标标网 ,建立新的地心坐标系 , 标得天文() J . ,1999 , 3.标标工程 大地网 48 433 点的地心坐标 。然后将成 果标算到 8,,J .标俊勇 面向数国字中 建标中的标代标标基国准 80 标球上 ,标得我天文大地国网近 5 万点 的新 80 () ,2001 , 3.标标通标
坐标 ,新 80 坐标属 80 标球 ,坐标标与 80 坐. J . 标 旦 生 我 国 天 文 大 地 网 平 差 介 标 标 标相差不大 ,标于各标标料 、成果的使用不标生影 会响 9,标 学 标
() 1981 ,10 1.,但精度标比估将来原标提高一倍 ,而且由于地它与
刘彩璋 ,黄杰安 ,戴四标 . 新天文常数 、系标标天文标标 心坐标系存在标密标标标系 ,有利于新技标的标用 , 在标渡标
10度和方位角的影响 J . 武标标标科技大学学标 ,1988 ,期使用 ,标标标第二标段目标打下良好技 标基标 。
() 13 3.更2 . 第二标段是标我大地坐标系标行全面国() 魏子卿 . 标于建立北京大地坐标系 B GS的标标体标 A .
启事
( ) 标适标我信息化建标需要国 ,标大作者标学交流渠道 ,本刊已加入《中标期国学刊 光标版》和 “万方据数 ———数字化期刊群”,提供标信息网服标 。作者著作标使用标本与刊稿酬一次性标付 。如 作者不同意将数文章标入标据标 ,标在来声稿标明 ,本刊做将当适标理 。
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