白杰

【摘 要】近些年來，經濟建設、國防建設以及社會科學的發(fā)展對大地坐標系統(tǒng)提出了新的要求。我國現(xiàn)存大地坐標系統(tǒng)種類多，為方便科研工作，不同坐標系統(tǒng)之間往往需要進行轉換。針對此，本文介紹了我國常用大地坐標系，進行了不同算法和轉換模型下的坐標系統(tǒng)轉換，并以傳統(tǒng)坐標系——1954年北京坐標系、1980西安坐標系到最新2000國家大地坐標系的變換為例進行了研究。

【關鍵詞】坐標系；大地坐標系統(tǒng)；算法；轉換模型

【Abstract】In recent years， the development of economic construction， national defense construction and social sciences have put forward new requirements to the geodetic coordinate system. There are so many types of China's geodetic coordinate system， and in order to facilitate scientific research work， different coordinate systems often need to be converted to others. In this paper， the commonly used geodetic coordinate systems are introduced， and the coordinate system transformation under different algorithms and conversion models is carried out. Taking the traditional coordinate systems - 1954 Beijing coordinate system， 1980 Xi'an coordinate system converted to the latest CGCS2000 as an example to have a research.

【Key words】Coordinate system；Geodetic coordinate system；Algorithm；Transformation model

0 引言

在不同的測量環(huán)境和應用場合，為了描述不同地物點的空間位置及其幾何關系，通常需要建立不同坐標系。在科學研究中，經常面臨各種坐標系的轉換問題，概括起來可以分為三類：（1）同一坐標系統(tǒng)下不同坐標形式的轉換，如地心坐標系下的空間直角坐標系和大地坐標系統(tǒng)之間的轉換；（2）同一類坐標系統(tǒng)不同實現(xiàn)之間的轉換，如參心坐標系下的1954年北京坐標系和1980西安坐標系之間的轉換；（3）不同坐標系統(tǒng)之間的轉換，如參心坐標系下的1980西安坐標系和地心坐標系下的2000國家大地坐標系之間的轉換。

全國天文大地網整體平差以后，我國形成了三種坐標系[1]：北京54坐標系，西安80坐標系以及后來的2000國家大地坐標系。經國務院批準，自2008年7月1日起我國啟用新的地心坐標系——2000國家大地坐標系（CGCS2000），要求2008年7月1日后新生產的各類測繪成果和建立的地理信息系統(tǒng)應采用2000國家大地坐標系，并用10年時間，完成現(xiàn)有的各類基礎測繪成果和基礎地理信息數(shù)據庫的坐標系向2000國家大地坐標系的過渡和轉換[2]。大量數(shù)據整理工作涉及到坐標系變換的問題，不同的專家學者提出了不同的方法，甚至進行了簡單初步的系統(tǒng)開發(fā)[3-5]。

本文簡單介紹了我國常用大地坐標系，給出了不同算法和轉換模型下的坐標系統(tǒng)轉換方法，并以傳統(tǒng)坐標系——1954北京坐標系、1980西安坐標系以及最新2000國家大地坐標系之間的轉換為例進行了研究。

1 坐標系定義及分類

坐標系是衡量地面點位置的一套數(shù)學和物理模型，其包括定義原點、坐標軸指向、基本平面等。根據原點位置，可以分為參心坐標系、地心坐標系和站心坐標系，本文研究涉及地心坐標系和參心坐標系。

1.1 地心坐標系

地心坐標系是以地球質心為原點的坐標系，其橢球中心與地球中心重合，且橢球面與全球大地水準面最為密合。通常，地心坐標系分為兩類，即地心空間直角坐標系和地心大地坐標系。

地心空間直角坐標系的定義為：原點O與地心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向本初子午面與地球赤道的交點E，Y軸垂直于XOZ面，構成右手直角坐標系。地心大地坐標系的定義為：地球橢球的中心與地球質心重合，橢球短軸與地球自轉軸重合，大地緯度B為地面點橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經度L為地面點子午面與本初子午面的夾角，大地高H為橢球法線上自橢球面至地面點的距離。

1.2 參心坐標系

參心坐標系統(tǒng)的坐標原點位于參考橢球中心，Z軸與地球自轉軸平行，X軸位于參考橢球的赤道面，平行于天文起始子午面，Y軸垂直于XOZ平面，構成右手直角坐標系。建立參心坐標系統(tǒng)需要確定8個參數(shù)，其中2個參數(shù)用于確定參考橢球的大小和扁率，6個參數(shù)用于橢球的定位與定向，并在大地原點測定天文經緯度，確定大地水準面差距和垂線偏差。

參心坐標系統(tǒng)分為兩類，即參心大地坐標系和參心空間直角坐標系。在參心大地坐標系中，地面點的位置也用大地緯度B、大地經度L和大地高H表示。

1.3 國家大地坐標系

1.3.1 1954年北京坐標系

20世紀50年代，在我國天文大地網建立初期，鑒于當時的歷史條件，采用了克拉索夫斯基橢球元素，參考橢球a=6378245m，扁率α=1/298.3，并與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系進行聯(lián)測，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系，屬于參心坐標系。

1.3.2 1980西安坐標系

4 結語

2000國家大地坐標系提出啟用之后，既有測繪地理成果要經歷長時間序列的坐標轉換過程，因此，如何選擇一個較好的算法模型進行轉換，減少誤差，高精度地解決問題是需要不斷探索發(fā)現(xiàn)的。同時，基于不同直角坐標系和大地坐標系的多種數(shù)據源應用也成為一個趨勢，正確理解并掌握本研究算法模型，掌握我國大地坐標系構成，根據實際精度要求和現(xiàn)有條件解算，那么再復雜的問題也能迎刃而解，再紛雜的數(shù)據也萬變不離其宗！

【參考文獻】

[1]陳士銀，孫文福.多種坐標系統(tǒng)轉換方法的研制與精度分析[J].測繪科技通訊，1997（01）：20-24.

[2]程鵬飛，成英燕.2000國家大地坐標系實用寶典[M].北京：測繪出版社.2008.

[3]高新國.基于MLS的大地坐標轉換算法及實現(xiàn)[J].艦船電子對抗，2015（03）：59-61+69.

[4]謝艷玲，夏正清.基于ArcGIS的1980西安坐標系到2000國家坐標系的轉換研究[J].測繪與空間地理信息，2014（12）：220-224.

[5]蔡習文，劉誼，王曉慶.大地測量坐標轉換算法研究及系統(tǒng)開發(fā)[J].礦山測量，2009（03）：73-75.

[6]李朝陽，邵國防.傳統(tǒng)坐標系到2000國家大地坐標系的轉換[J].中國西部科技，2011（10）：9-10.

[責任編輯：朱麗娜]