为什么要从北京54和西安80统一到CGCS2000?测绘人必知!

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概述

北京54坐标系和西安1980坐标系的建立极大的促进了新中国测绘的发展,然而随着空间大地测量技术的兴起,这两种经典的局部大地坐标系已不能满足中国经济建设和国防建设的要求,建立以地球质量中心为原点的地心大地坐标系势在必行。此时,建在ITRF基础上的2000中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS200)应运而生,并在21世纪初正式开始实施。
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应用背景

建国以来,我国于上世纪50年代和80年代分别建立了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,在国民经济、社会发展和科学研究中发挥了重要作用,限于当时的技术条件,我国大地坐标系基本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中,没有采用中国的数据,该系统在我国范围内符合得不好,不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器发展的需要。上世纪70年代,我国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力,终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差,采用1975年IUGG第十六届大会推荐的参考椭球参数,我国建立了1980西安坐标系,1980西安坐标系在我国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。
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上世纪80年代以来,以全球卫星导航定位系统为主的现代空间定位技术快速发展,导致国际上获得位置的测量技术和方法迅速变革。目前我国导航定位也普遍采用了卫星导航定位技术。随着改革开放不断深入,我国航天、民航、海事、海洋、交通、地震、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等部门的应用也提出了直接采用地心坐标系的需求。因此,国家测绘局会同有关部门,在充分调研十几个国务院部委的基础上,对我国采用地心坐标系必要性、科学性、可行性进行了深入研究,认为目前技术条件、实施条件已经具备,实施方案科学可行。
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北京54坐标系缺陷

中华人民共和国成立以后,大地测量进入了全面发展时期,测量人员所进行的大地测量和测图工作迫切需要建立一个坐标系。由于当时的历史条件,暂时采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球,并与前苏联1942年坐标系进行联测,通过计算建立了我国大地坐标系,即北京54坐标系。由于受历史条件的局限,1954北京坐标系存在明显的缺陷:
(1)椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比,长半轴约大109m;
(2)现代地球椭球应具有4个参数,既有几何参数又有物理参数。克拉索夫斯基椭球仅有2个几何参数,不能满足现代大地测量的需要;
(3)椭球定位所确定的椭球面与我国似大地水准面符合较差,由西向东存在着明显的系统倾斜,其数值最大达60余米;
(4)椭球短半轴指向不明确,与现在通用的地球极不一致;
(5)坐标精度较差。
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西安80坐标系缺陷

与54年的北京坐标系相比,1980西安坐标系整合了国际坐标系参数标准、消除了54北京坐标系建立时的换算误差、进行了高斯平面整体平差修正量的工作。但随着时代发展,西安80坐标系的问题也暴露了出来:
(1)1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用,但它的表现形式为平面的二维坐标;
(2)随着科学技术的发展,国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善;
(3)维持非地心坐标系下的实际点位坐标不变的难度加大,技术也逐步被新技术所取;
(4)1980西安坐标系采用的椭球短半轴指向(JYD1968.0极原点)与国际上通用的地面坐标系椭球短轴的指向(BIH1984.0)不同。
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CGCS2000坐标系启用

无论是1954年北京坐标系,还是1980西安坐标系,提供的都是二维坐标, 无法提供高精度三维坐标。并且,对于占我国全部国土面积近三分之一的海域领土也是不适用的,更难以满足科研、航空、航天、航海以及国防建设的多种需求。鉴于此,2018年12月14日,自然资源部宣布自2019年1月1日起,全面停止向社会提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系基础测绘成果。
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CGCS2000坐标系意义

2000国家大地坐标系的科学性、先进性和实用性是显而易见的。我国采用2000国家大地坐标系,对满足国民经济建设、社会发展、国防建设和科学研究的需求,有着十分重要的意义。
(1)采用2000国家大地坐标系具有科学意义,随着经济发展和社会的进步,我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的科学研究需要一个以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统,来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题,需要采用定义更加科学、原点位于地球质量中心的三维国家大地坐标系。
(2)采用2000国家大地坐标系可对国民经济建设、社会发展产生巨大的社会效益。采用2000国家大地坐标系,有利于应用于防灾减灾、公共应急与预警系统的建设和维护。
(3)采用2000国家大地坐标系将进一步促进遥感技术在我国的广泛应用,发挥其在资源和生态环境动态监测方面的作用。比如汶川大地震发生后,以国内外遥感卫星等科学手段为抗震救灾分析及救援提供了大量的基础信息,显示出科技抗震救灾的威力,而这些遥感卫星资料都是基于地心坐标系。
(4)采用2000国家大地坐标系也是保障交通运输、航海等安全的需要。车载、船载实时定位获取的精确的三维坐标,能够准确地反映其精确地理位置,配以导航地图,可以实时确定位置、选择最佳路径、避让障碍,保障交通安全。随着我国航空运营能力的不断提高和港口吞吐量的迅速增加,采用2000国家大地坐标系可保障航空和航海的安全。
(5)卫星导航技术与通信、遥感和电子消费产品不断融合,将会创造出更多新产品和新服务,市场前景更为看好。现已有相当一批企业介入到相关制造及运营服务业,并可望在近期形成较大规模的新兴高技术产业。卫星导航系统与GIS的结合使得计算机信息为基础的智能导航技术,如车载GPS导航系统和移动目标定位系统应运而生。移动手持设备如移动电话和PDA已经有了非常广泛的使用。
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结语

一代一代坐标系的更迭,反映了我国测绘地理信息事业快速发展的步伐。毫无疑问,2000国家大地坐标系更能满足航天、海洋、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的多种需求。
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