2000国家大地坐标系与WGS84坐标系的关系.doc

1、2000 国家大地坐标系与 WGS84 坐标系的关系摘要：论述了 2000 国家大地坐标系与 WGS84 坐标系定义、实现方法及区别，2000 国家大地坐标系采用 ITRF97 框架，历元为2000.0，WGS84 坐标系被认同为 ITRF2000 框架，采用的是历元为2001.0，以及在实际工作中两坐标系相互使用、转换需要注意的问题。 关键词：2000 国家大地坐标系；WGS84 坐标系；框架；历元；扁率 中图分类号：TH72 文献标识码：A 文章编号： 1、前言：2008 年 7 月 1 日我国 2000 国家大地坐标系的正式启用，其优越性也经逐步得到体现，各级测绘成果也逐步的向其过渡，2

2、000 国家大地坐标系与 WGS84 坐标系同属地心坐标系，表现形式以及坐标数值差异不大，使得很多人对这 2 种坐标系的概念产生混淆，本文对这 2 种坐标系的定义、实现方法及区别做了较详细的介绍，并指出使用及转换时应注意的问题。 2、2000 国家大地坐标系定义和实现 2000 国家大地坐标系（china geodetic coordinate system 2000）,缩写为 CGCS2000，它的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的 4 个基本参数的定义，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心，Z 轴由原点指向历元 2000 的地球参考极的方向，X 轴由原点指向格

3、林尼治参考子午线与地球赤道面（历元 2000.0）的交点，Y 轴与 Z 轴、X 轴构成右手正交坐标系，其实现分为 3 个层次，第一层次为 CGCS 连续运行 GPS 网，是由全球均匀分布的 47 个 IGS 站作为控制框架，平差后站坐标精度约为 3 mm，速度精度为 1mm/a.第二层次为 2000国家 GPS 控制网，包括全国 GPS 一、二级网，国家 GPS A、B 级网，地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网，共约 2500 多个点，是在国际IGS 站以及中国地壳运动观测网络工程网点联合平差组成，三维地心坐标精度为 3cm,第三层次为全国天文大地控制网，大约 5 万点，是由全国天文大地控

4、制网与 2000 GPS 控制网联合平差后得来，其三维点位误差为0.3m,平均平面点位精度达到 0.11m,大地高误差不超过 0.5m，2000 中国大地坐标系采用 ITRF97 框架，历元为 2000.0。 3、WGS-84 坐标系定义和实现 WGS-84 坐标系（World Geodetic System 一 1984 Coordinate System）是美国国防部制图局建立起的坐标系，也被称为 1984 年世界大地坐标系统，坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的 Z 轴指向BIH （国际时间）1984.0 定义的协议地球极（CTP)方向，X 轴指向 BIH 1984.0 的零子午面

5、和 CTP 赤道的交点，Y 轴与 Z 轴、X 轴垂直构成右手坐标系，WGS-84 坐标系经过 3 次精化，分别为 WGS84（G730） 、WGS84（G873） 、WGS84（G1150） ，目前使用的就是 WGS84（G1150） ，长半径为 6378137 米，扁率为 1/298.257223563，采用的是历元为 2001.0，框架被认同为 ITRF2000，目前美国 GNSS 系统采用的广播星历是以 WGS-84 坐标系为根据的 4、2000 国家大地坐标系与 WGS84 坐标系差异对比从CGCS2000 坐标系与 WGS84 坐标系定义可以看出，其原点、尺度、定向及定向演变的定义都

6、是相同的，参考椭球也非常相近，主要参数如下表： CSCS2000 坐标系与 WGS84（G1150）坐标系主要参数对照表 上表可以看出，在 4 个椭球常数中，唯有扁率 f 有微小差异: fWGS84=1/298.257222101, fCSCS2000=1/298.257223563 , 参考椭球的扁率差异将导致同一点在两个坐标系内的大地坐标产生差异，也将导致正常重力产生差异，df 引起大地纬度 B、大地精度 L、大地高 H 的变化用下式表示 dB=M2-(2f-f2 )df/(1-f) dL=0 dH=M1-(2f-f2 )d df/(1-f) 式中，M 为子午圈曲率半径;df 为引起椭球面

7、上正常重力 r0 的变化，用 d r0=r0*df/ f 计算，其中，r0 可以表示为 r0=/ 式中，re 为赤道重力；rp 为极重力 扁率的变化引起的椭球面上大地纬度、大地高的变化表 从上式和表中所列数据可以得出，两种坐标系参考椭球的扁差异引起同一点在 CGCS2000 与 WGS84 坐标系内的坐标变化和重力变化可以在当前测量精度水平上忽略不计。可以说在相同历元下，CGCS2000 与WGS84（G1150)是相容的；在坐标系的实现精度范围内（赤道上引起 1 毫米误差） ，两者坐标是一致的。 5、使用及转换时需注意的问题 我们在进行使用和转换 2 种坐标系时，需考虑两方面问题： 第一就是

8、使用的 WGS84 坐标到底是哪年的 WGS84 坐标系，因为现行的 WGS84（G1150）坐标是于 2002 年 1 月 20 日采用的，而 WGS84（G730） 、WGS84（G873）则分别于 1994 年 6 月 29 日及 1997 年 1 月 29 日被用作GPS 广播星历的，而同一 GPS 点的位置在不同时期的 WGS84 框架中也会有几个厘米的差异，使用时需特别注意。 第二就是尽管在上文提到在相同历元下 CGCS2000 与 WGS84（G1150)在坐标系的实现精度范围内两者坐标是一致的，但在测量精度要求较高的项目中，这 2 种坐标系的历元差异还是需考虑的，因为地球表面上

9、任意一点的坐标受板块运动和潮汐影响在时间和空间上是变化的，我国的大陆速度场中点的运动速度一般为 3-5cm/a、运动方向呈顺时针旋转趋势，而且时间间隔越大，其坐标差异也就越大，其变化模型是： (t)= (t0)+ (t0)(t-t0) 式中， (t)是任意历元 t 时的坐标 x、y、z； (t0)为参考历元，t0(t0=2000.0)时的坐标 x、y、z； (t0)为参考历元 t0 时的速度, CGCS2000 与 WGS84（G1150)之间使用和转换时，可用这一模型首先进行历元统一归算，这样才会达到较高的坐标转换精度。 参考文献： 党亚民、成英燕、薛树强， 大地坐标系统及其应用 ，测绘出版社 魏子卿 .2000 中国大地坐标系及其 WGS84 的比较. 大地测量与地球动力学.2008 年 10 月 程鹏飞、文汉江、成英燕、王华 .2000 国家大地坐标系椭球参数与GRS80 和 WGS84 的比较.测绘学报 .2009 年 6 月