2000國(guó)家大地坐標(biāo)系

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

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

建國(guó)以來(lái)，中國(guó)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(cè)制了各種比列尺地形圖，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和科學(xué)研究中發(fā)揮了重要作用，限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，中國(guó)大地坐標(biāo)系基本上是依賴于傳統(tǒng)技術(shù)手段實(shí)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(jì)算和定位的過(guò)程中，沒(méi)有采用中國(guó)的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)在中國(guó)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(guó)大地測(cè)量工作者經(jīng)過(guò)二十多年的艱巨努力，終于完成了全國(guó)一、二等天文大地網(wǎng)的布測(cè)。經(jīng)過(guò)整體平差，采用1975年IUGG第十六屆大會(huì)推薦的參考橢球參數(shù)，中國(guó)建立了1980西安坐標(biāo)系，1980西安坐標(biāo)系在中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)研究中發(fā)揮了巨大作用。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展、科學(xué)研究等對(duì)國(guó)家大地坐標(biāo)系提出了新的要求，迫切需要采用原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的坐標(biāo)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱地心坐標(biāo)系統(tǒng)）作為國(guó)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(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行維護(hù)和快速更新，測(cè)定高精度大地控制點(diǎn)三維坐標(biāo)，并提高測(cè)圖工作效率。

2008年3月，由國(guó)土資源部正式上報(bào)國(guó)務(wù)院《關(guān)于中國(guó)采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系的請(qǐng)示》，并于2008年4月獲得國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)。自2008年7月1日起，中國(guó)將全面啟用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，國(guó)際測(cè)繪局授權(quán)組織實(shí)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(wú)法滿足新技術(shù)的要求。空間技術(shù)的發(fā)展成熟與廣泛應(yīng)用迫切要求國(guó)家提供高精度、地心、動(dòng)態(tài)、實(shí)用、統(tǒng)一的大地坐標(biāo)系作為各項(xiàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基礎(chǔ)性保障。從技術(shù)和應(yīng)用方面來(lái)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(diǎn)：

1、二維坐標(biāo)系統(tǒng)。1980西安坐標(biāo)系是經(jīng)典大地測(cè)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(diǎn)位平面坐標(biāo)，而且表示兩點(diǎn)之間的距離精確度也比用現(xiàn)代手段測(cè)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(wú)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(diǎn)的三維坐標(biāo)表示在現(xiàn)有地圖上，不僅會(huì)造成點(diǎn)位信息的損失（三維空間信息只表示為二維平面位置），同時(shí)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(guó)際上對(duì)參考橢球的參數(shù)已進(jìn)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(zhǎng)半軸要比WGS84橢球長(zhǎng)半軸的值大3米左右，而這可能引起地表長(zhǎng)度誤差達(dá)10倍左右。

3、隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，維持非地心坐標(biāo)系下的實(shí)際點(diǎn)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(diǎn)，與國(guó)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(shí)現(xiàn)，也是國(guó)家大地基準(zhǔn)服務(wù)于用戶最根本最實(shí)際的途徑。面對(duì)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(guó)的過(guò)程中，需要一個(gè)以全球參考基準(zhǔn)框架為背景的、全國(guó)統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)處理國(guó)家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會(huì)和信息等問(wèn)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(guó)現(xiàn)行應(yīng)用的測(cè)繪基準(zhǔn)，必然會(huì)帶來(lái)愈來(lái)愈多不協(xié)調(diào)問(wèn)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(dá)和各種先進(jìn)的空間技術(shù)的廣泛應(yīng)用，無(wú)法全面滿足當(dāng)今氣象、地震、水利、交通等部門對(duì)高精度測(cè)繪地理信息服務(wù)的要求，而且也不利于與國(guó)際上海圖的有效銜接，因此采用地心坐標(biāo)系已勢(shì)在必行。

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)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(guó)際時(shí)間局），X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點(diǎn)，Y軸按右手坐標(biāo)系確定。

2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：

長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)家大地坐標(biāo)系具有科學(xué)意義，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)航天、海洋、地震、氣象、水利、建設(shè)、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國(guó)土資源管理等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要一個(gè)以全球參考基準(zhǔn)為背景的、全國(guó)統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)，來(lái)處理國(guó)家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會(huì)和信息等問(wèn)題，需要采用定義更加科學(xué)、原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的三維國(guó)家大地坐標(biāo)系。

2、采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系可對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。采用2000國(guó)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(hù)。

3、采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系將進(jìn)一步促進(jìn)遙感技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，發(fā)揮其在資源和生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面的作用。比如汶川大地震發(fā)生后，以國(guó)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(guó)家大地坐標(biāo)系也是保障交通運(yùn)輸、航海等安全的需要。車載、船載實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。隨著我國(guó)航空運(yùn)營(yíng)能力的不斷提高和港口吞吐量的迅速增加，采用2000國(guó)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(fèi)產(chǎn)品不斷融合，將會(huì)創(chuàng)造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)，市場(chǎng)前景更為看好。現(xiàn)已有相當(dāng)一批企業(yè)介入到相關(guān)制造及運(yùn)營(yíng)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(jì)算機(jī)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(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。移動(dòng)手持設(shè)備如PDA已經(jīng)有了非常廣泛的使用。

6、經(jīng)濟(jì)影響。應(yīng)用現(xiàn)代空間技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪和定位，可以大幅度提高點(diǎn)位表達(dá)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(cè)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(jī)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(zhǎng)江）、漁政部門、城市物流（城市精細(xì)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(hù)系統(tǒng)、旅游、科學(xué)考察與探險(xiǎn)等。