為什么要從北京54和西安80統一到CGCS2000?測繪人必知!

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概述

北京54坐標系和西安1980坐標系的建立極大的促進了新中國測繪的發展,然而隨著空間大地測量技術的興起,這兩種經典的局部大地坐標系已不能滿足中國經濟建設和國防建設的要求,建立以地球質量中心為原點的地心大地坐標系勢在必行。此時,建在ITRF基礎上的2000中國大地坐標系(China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS200)應運而生,并在21世紀初正式開始實施。
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應用背景

建國以來,我國于上世紀50年代和80年代分別建立了1954年北京坐標系和1980西安坐標系,測制了各種比例尺地形圖,在國民經濟、社會發展和科學研究中發揮了重要作用,限于當時的技術條件,我國大地坐標系基本上是依賴于傳統技術手段實現的。54坐標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,沒有采用中國的數據,該系統在我國范圍內符合得不好,不能滿足高精度定位以及地球科學、空間科學和戰略武器發展的需要。上世紀70年代,我國大地測量工作者經過二十多年的艱巨努力,終于完成了全國一、二等天文大地網的布測。經過整體平差,采用1975年IUGG第十六屆大會推薦的參考橢球參數,我國建立了1980西安坐標系,1980西安坐標系在我國經濟建設、國防建設和科學研究中發揮了巨大作用。
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上世紀80年代以來,以全球衛星導航定位系統為主的現代空間定位技術快速發展,導致國際上獲得位置的測量技術和方法迅速變革。目前我國導航定位也普遍采用了衛星導航定位技術。隨著改革開放不斷深入,我國航天、民航、海事、海洋、交通、地震、水利、建設、規劃、地質調查、國土資源管理等部門的應用也提出了直接采用地心坐標系的需求。因此,國家測繪局會同有關部門,在充分調研十幾個國務院部委的基礎上,對我國采用地心坐標系必要性、科學性、可行性進行了深入研究,認為目前技術條件、實施條件已經具備,實施方案科學可行。
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北京54坐標系缺陷

中華人民共和國成立以后,大地測量進入了全面發展時期,測量人員所進行的大地測量和測圖工作迫切需要建立一個坐標系。由于當時的歷史條件,暫時采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球,并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測,通過計算建立了我國大地坐標系,即北京54坐標系。由于受歷史條件的局限,1954北京坐標系存在明顯的缺陷:
(1)橢球參數有較大誤差??死鞣蛩够鶛E球差數與現代精確的橢球參數相比,長半軸約大109m;
(2)現代地球橢球應具有4個參數,既有幾何參數又有物理參數??死鞣蛩够鶛E球僅有2個幾何參數,不能滿足現代大地測量的需要;
(3)橢球定位所確定的橢球面與我國似大地水準面符合較差,由西向東存在著明顯的系統傾斜,其數值最大達60余米;
(4)橢球短半軸指向不明確,與現在通用的地球極不一致;
(5)坐標精度較差。
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西安80坐標系缺陷

與54年的北京坐標系相比,1980西安坐標系整合了國際坐標系參數標準、消除了54北京坐標系建立時的換算誤差、進行了高斯平面整體平差修正量的工作。但隨著時代發展,西安80坐標系的問題也暴露了出來:
(1)1980西安坐標系是經典大地測量成果的歸算及其應用,但它的表現形式為平面的二維坐標;
(2)隨著科學技術的發展,國際上對參考橢球的參數已進行了多次更新和改善;
(3)維持非地心坐標系下的實際點位坐標不變的難度加大,技術也逐步被新技術所??;
(4)1980西安坐標系采用的橢球短半軸指向(JYD1968.0極原點)與國際上通用的地面坐標系橢球短軸的指向(BIH1984.0)不同。
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CGCS2000坐標系啟用

無論是1954年北京坐標系,還是1980西安坐標系,提供的都是二維坐標, 無法提供高精度三維坐標。并且,對于占我國全部國土面積近三分之一的海域領土也是不適用的,更難以滿足科研、航空、航天、航海以及國防建設的多種需求。鑒于此,2018年12月14日,自然資源部宣布自2019年1月1日起,全面停止向社會提供1954年北京坐標系和1980西安坐標系基礎測繪成果。
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CGCS2000坐標系意義

2000國家大地坐標系的科學性、先進性和實用性是顯而易見的。我國采用2000國家大地坐標系,對滿足國民經濟建設、社會發展、國防建設和科學研究的需求,有著十分重要的意義。
(1)采用2000國家大地坐標系具有科學意義,隨著經濟發展和社會的進步,我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設、規劃、地質調查、國土資源管理等領域的科學研究需要一個以全球參考基準為背景的、全國統一的、協調一致的坐標系統,來處理國家、區域、海洋與全球化的資源、環境、社會和信息等問題,需要采用定義更加科學、原點位于地球質量中心的三維國家大地坐標系。
(2)采用2000國家大地坐標系可對國民經濟建設、社會發展產生巨大的社會效益。采用2000國家大地坐標系,有利于應用于防災減災、公共應急與預警系統的建設和維護。
(3)采用2000國家大地坐標系將進一步促進遙感技術在我國的廣泛應用,發揮其在資源和生態環境動態監測方面的作用。比如汶川大地震發生后,以國內外遙感衛星等科學手段為抗震救災分析及救援提供了大量的基礎信息,顯示出科技抗震救災的威力,而這些遙感衛星資料都是基于地心坐標系。
(4)采用2000國家大地坐標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,能夠準確地反映其精確地理位置,配以導航地圖,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國家大地坐標系可保障航空和航海的安全。
(5)衛星導航技術與通信、遙感和電子消費產品不斷融合,將會創造出更多新產品和新服務,市場前景更為看好?,F已有相當一批企業介入到相關制造及運營服務業,并可望在近期形成較大規模的新興高技術產業。衛星導航系統與GIS的結合使得計算機信息為基礎的智能導航技術,如車載GPS導航系統和移動目標定位系統應運而生。移動手持設備如移動電話和PDA已經有了非常廣泛的使用。
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結語

一代一代坐標系的更迭,反映了我國測繪地理信息事業快速發展的步伐。毫無疑問,2000國家大地坐標系更能滿足航天、海洋、氣象、水利、建設、規劃、地質調查、國土資源管理等領域的多種需求。
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