2000國家大地坐標(biāo)系

 2000國家大地坐標(biāo)系是我國當(dāng)前最新的國家大地坐標(biāo)系，英文名稱為China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫為CGCS2000。

2000國家大地坐標(biāo)系的原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心；2000國家大地坐標(biāo)系的Z軸由原點指向歷元2000.0的地球參考極的方向，該歷元的指向由國際時間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時間演化保證相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉(zhuǎn)，X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點，Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。采用廣義相對論意義下的尺度。

國家大地坐標(biāo)系是測制國家基本比列尺地圖的基礎(chǔ)。根據(jù)《中華人民共和國測繪法》規(guī)定，中國建立全國統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系統(tǒng)。

建國以來，中國于上世紀(jì)50年代和80年代分別建立了1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系，測制了各種比列尺地形圖，在國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用，限于當(dāng)時的技術(shù)條件，中國大地坐標(biāo)系基本上是依賴于傳統(tǒng)技術(shù)手段實現(xiàn)的。54坐標(biāo)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程中，沒有采用中國的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)在中國范圍內(nèi)符合得不好，不能滿足高精度定位以及地球科學(xué)、空間科學(xué)和戰(zhàn)略發(fā)展的需要。上世紀(jì)70年代，中國大地測量工作者經(jīng)過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)過整體平差，采用1975年IUGG第十六屆大會推薦的參考橢球參數(shù)，中國建立了1980西安坐標(biāo)系，1980西安坐標(biāo)系在中國經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大作用。

隨著社會的進步，國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展、科學(xué)研究等對國家大地坐標(biāo)系提出了新的要求，迫切需要采用原點位于地球質(zhì)量中心的坐標(biāo)系統(tǒng)（以下簡稱地心坐標(biāo)系統(tǒng)）作為國家大地坐標(biāo)系。采用地心坐標(biāo)系，有利于采用現(xiàn)代空間技術(shù)對坐標(biāo)系進行維護和快速更新，測定高精度大地控制點三維坐標(biāo)，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(biāo)系的請示》，并于2008年4月獲得國務(wù)院批準(zhǔn)。自2008年7月1日起，中國將全面啟用2000國家大地坐標(biāo)系，國際測繪局授權(quán)組織實施。 

1954年北京坐標(biāo)系和1980西安坐標(biāo)系由于其成果受技術(shù)條件制約，精度偏低、無法滿足新技術(shù)的要求?？臻g技術(shù)的發(fā)展成熟與廣泛應(yīng)用迫切要求國家提供高精度、地心、動態(tài)、實用、統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系作為各項社會經(jīng)濟活動的基礎(chǔ)性保障。從技術(shù)和應(yīng)用方面來看，現(xiàn)行坐標(biāo)系具有一定的局限性，已不適應(yīng)發(fā)展的需要。

主要表現(xiàn)在以下幾點：

1、二維坐標(biāo)系統(tǒng)。1980西安坐標(biāo)系是經(jīng)典大地測量成果的歸算及其應(yīng)用，它的表現(xiàn)形式為平面的二維坐標(biāo)。用現(xiàn)行坐標(biāo)系只能提供點位平面坐標(biāo)，而且表示兩點之間的距離精確度也比用現(xiàn)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法協(xié)調(diào)的。比如將衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)獲得的高精度的點的三維坐標(biāo)表示在現(xiàn)有地圖上，不僅會造成點位信息的損失（三維空間信息只表示為二維平面位置），同時也將造成精度上的損失。

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

3、隨著經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和科技的進步，維持非地心坐標(biāo)系下的實際點位坐標(biāo)不變的難度加大，維持非地心坐標(biāo)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(biāo)系采用指向JYD1968.0極原點，與國際上通用的地面坐標(biāo)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(xiàn)行坐標(biāo)系的具體實現(xiàn)，也是國家大地基準(zhǔn)服務(wù)于用戶最根本最實際的途徑。面對空間技術(shù)、信息技術(shù)及其應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛普及，在創(chuàng)建數(shù)字地球、數(shù)字中國的過程中，需要一個以全球參考基準(zhǔn)框架為背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)來處理國家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會和信息等問題。單純采用參心、二維、低精度、靜態(tài)的大地坐標(biāo)系統(tǒng)和相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施作為我國現(xiàn)行應(yīng)用的測繪基準(zhǔn)，必然會帶來愈來愈多不協(xié)調(diào)問題，產(chǎn)生眾多矛盾，制約高新技術(shù)的應(yīng)用。若仍采用現(xiàn)行的二維、非地心的坐標(biāo)系，不僅制約了地理空間信息的精確表達和各種先進的空間技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無法全面滿足當(dāng)今氣象、地震、水利、交通等部門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(biāo)系已勢在必行。

2000國家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國的具體體現(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心。Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國際時間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點，Y軸按右手坐標(biāo)系確定。

2000國家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：

長半軸 a=6378137m

扁率　f=1/298.257222101

地心引力常數(shù)　GM=3.986004418×1014m3s-2

自轉(zhuǎn)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(biāo)系參數(shù)如下：

橢球坐標(biāo)參數(shù)如下：

長半軸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(biāo)系參數(shù)如下：

長半軸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(biāo)系具有科學(xué)意義，隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會的進步，我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設(shè)、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國土資源管理等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要一個以全球參考基準(zhǔn)為背景的、全國統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)，來處理國家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會和信息等問題，需要采用定義更加科學(xué)、原點位于地球質(zhì)量中心的三維國家大地坐標(biāo)系。

2、采用2000國家大地坐標(biāo)系可對國民經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展產(chǎn)生巨大的社會效益。采用2000國家大地坐標(biāo)系，有利于應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、公共應(yīng)急與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)和維護。

3、采用2000國家大地坐標(biāo)系將進一步促進遙感技術(shù)在我國的廣泛應(yīng)用，發(fā)揮其在資源和生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測方面的作用。比如汶川大地震發(fā)生后，以國內(nèi)外遙感衛(wèi)星等科學(xué)手段為抗震救災(zāi)分析及救援提供了大量的基礎(chǔ)信息，顯示出科技抗震救災(zāi)的威力，而這些遙感衛(wèi)星資料都是基于地心坐標(biāo)系。

4、采用2000國家大地坐標(biāo)系也是保障交通運輸、航海等安全的需要。車載、船載實時定位獲取的精確的三維坐標(biāo)，能夠準(zhǔn)確地反映其精確地理位置，配以導(dǎo)航地圖，可以實時確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。隨著我國航空運營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(biāo)系可保障航空和航海的安全。

5、衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與通信、遙感和電子消費產(chǎn)品不斷融合，將會創(chuàng)造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)，市場前景更為看好?，F(xiàn)已有相當(dāng)一批企業(yè)介入到相關(guān)制造及運營服務(wù)業(yè)，并可望在形成較大規(guī)模的新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GIS的結(jié)合使得計算機信息為基礎(chǔ)的智能導(dǎo)航技術(shù)，如車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和移動目標(biāo)定位系統(tǒng)應(yīng)運而生。移動手持設(shè)備如PDA已經(jīng)有了非常廣泛的使用。

6、經(jīng)濟影響。應(yīng)用現(xiàn)代空間技術(shù)進行地形圖測繪和定位，可以大幅度提高點位表達的準(zhǔn)確性，并且可以快速獲取精確的三維地心坐標(biāo)；可以提高測量精度和工作效率；可廣泛地應(yīng)用于數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字林業(yè)，智能交通（車輛的導(dǎo)航、調(diào)度與監(jiān)控），以及（飛機的導(dǎo)航、調(diào)度與監(jiān)控）、海事（船舶的導(dǎo)航、調(diào)度與監(jiān)控）、水利（數(shù)字黃河和數(shù)字長江）、漁政部門、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(yù)警與快速響應(yīng)系統(tǒng)、通信供電網(wǎng)絡(luò)維護系統(tǒng)、旅游、科學(xué)考察與探險等。