中国现代大地基准——中国大地坐标系统2000(CGCS+2000)及其框架

第3 7 卷第3 期测绘学报 V 0 1 3 7 ，N o 3 2 0 0 8 年8 月 A C T AG E O D A E T I C Ae tC A R T O G R A P H l C AS I N I C A A u g ，2 0 0 8 文章编号：1 0 0 1 1 5 9 5 ( 2 0 0 8 ) 0 3 0 2 6 9 0 3中图分类号：P 2 2文献标识码：A 中国现代大地基准 中国大地坐标系统2 0 0 0 ( C G C S2 0 0 0 ) 及其框架 陈俊勇 国家测绘局。北京1 0 0 8 3 0 C ：h i n e s eM o d e r nG e o d e t i cD a t u m C h i n e s eG e o d e t i cC o o r d i n a t eS y s t e m2 0 0 0 ( C G C S2 0 0 0 ) a n dI t sF r a m e C H E NJ u n - y o n g S t a t eB u r e a uo fS u r v e y i n ga n dM a p p i n g B e i j i n g1 0 0 8 3 0 A b s t r a c t ：T h ed e f i n i t i o na n dg e o d e t i cf u n d a m e n t a lc o n s t a n t so fC h i n e s eg e o c e n t r i c3 Dc o o r d i n a t es y s t e m ( C G C S 2 0 0 0 ) i sc o n c i s e l yi n t r o d u c e d ，w h i c hw i l lb ee m p l o y e ds i n c eJ u l y1 2 0 0 8 T h ec o r r e s p o n d i n gc o o r d i n a t ef r a m e w i t hC G C S2 0 0 0i sr e v i e w e d T h en e c e s s a r yc o n d i t i o n sf o rt h en a t i o n a lf r a m et or e a l i z et h eC G C S2 0 0 0i n e l u d e t w op a r t s T h ef i r s to n ec o n s i s t so fe n o u g hn u m b e r ，p r o p r i e t yd e n s i t ya n dh i g ha c c u r a c yo fn a t i o n a lG N S S c o n t i n u o u so p e r a t i o ns t a t i o n s ，a n ds e c o n donei st h en a t i o n a lg e o d e t i cc o n t r o ln e t w o r kw i t hh i g ha c c u r a c y F o r t h et i m eb e i n gt h en a t i o n a lf r a m eo n l yc o n s i s t e do f2 0 0 0n a t i o n a lG P Sn e t w o r ka n dt h en a t i o n a la s t r o - g e o d e t i c n e t w o r kb a t c ha d j u s t e dw i t ht h eG P Sn e t w o r km e n t i o n e da b o v e T h ec u s t o m e r sm a yb es a t i s f i e dw i t hf r a m ei n r e c e n ty e a r s T h ei n f l u e n c e so nt h ec u r r e n te x i s t i n gC h i n e s em a p sc a u s e db yt h ec h a n g eo ft h ec o o r d i n a t es y s t e m s ， s u c ha st h ec h a n g e so fl a t i t u d e ，l o n g i t u d e ，G a u s sp l a n ec o o r d i n a t e so ft h es u r f a c ep o i n t sa n dt h e i rp r o j e c t i o no nt h e m a p ，a sw e l la st h ev a r i a t i o no ft h eo r i e n t a t i o na n dt h el e n g t ho ft h el i n e sb e t w e e nt h ep o i n t so nt h em a p ( i n c l u d i n g m a po u t l i n e s ) a r ed i s c u s s e d 。a n dt h ef u n d a m e n t a lw a yt Od e s lw i t hi t i si n t r o d u c e d K e yw o r d s ：g e o d e t i cd a t u m ；c o o r d i n a t es y s t e m ；c o o r d i n a t ef r a m e ；g e o d e t i cf u n d a m e n t a lc o n s t a n t s ；C G C S2 0 0 0 ； c o o r d i n a t et r a n s f o r m a t i o n ；C o n t i n u o u sO p e r a t i n gR e f e r e n c eS t a t i o n ( C ( ) R S ) ：c h a n g e sO fp o i n tp o s i t i o n 摘要：简要介绍2 0 0 8 年7 月1 日启用的中国地心坐标系统2 0 0 0 ( C G C S2 0 0 0 ) 的定义及其采用的大地测量基 本常数，并对C G C S2 0 0 0 的坐标框架进行了评述：它应该是高精度，涵盖全部陆海国土，动态，具有方便用户的 密度和分布，它由全球导航卫星系统国家级连续运行站网和国家高精度大地控制网这两部分组成。目前的框 架由2 0 0 0 国家G P S 大地网和它与全国天文大地网联合平差的成果构成，可以满足近期的需求。采用C G c S 2 0 0 0 后将引起中国境内地面臭的大地经纬度值、高斯平面坐标值、地图上点间的方向和长度值等的变动，本文 给出了相应的变动值和应对的基本思路。 关键词：大地基准；坐标系统；坐标框架；大地测量基本常数；C ( R 2 S2 0 0 0 ；坐标变换；连续运行参考站；点位变动 为了迎接2 1 世纪经济的持续发展，为信息化 社会发展提供一个基础地理平台，为了更科学的 描述动态的地球，特别是随着全球定位系统等空 间大地测量技术的不断发展和完善，世界各国都 在更新和完善各自的大地坐标系统和它相应的坐 标框架 1 2 。地心坐标系统及其框架正在逐渐取 代传统的非地心大地坐标系统及其框架。空间大 地测量技术的发展，对大地基准的现代化提出了 新的要求，也提供了实现的可能。 1 中国J 自用地心3 维坐标系统为国家 大地坐标系统 1 1 中国采用符合客观空间实际的地心3 维大 地坐标系统 3 一 对我国国土范围内所考虑对象的空间位置 ( 不论该对象是处于静态还是动态) ，都需要一个 收稿日期：2 0 0 8 0 6 0 5 ；修回日期：2 0 0 8 0 6 2 3 作者简介：陈俊勇( 1 9 3 3 - ) ，男，浙江宁渡人，博士中国科学院院士，研究方向大地测量学。 万方数据 2 7 0 测绘学报第3 7 卷 全国统一的、协调一致的大地坐标系统和大地坐 标框架。面临窄间和信息技术及其应用的迅猛发 展和广泛普及，在动态地球的客观环境中创建数 字中国，若单纯采厢目前的非地心、2 维、低精度、 静态的大地坐标系统和大地坐标框架作为我国现 代平面基准，它所带来不协调会愈来愈多。 过去由于科技水平的制约和实际的需求，大 地坐标系统在实际使用中一般不采用3 维坐标。 此外，由于人类总是习惯对平面介质( 例如纸或屏 幕) 上的目标进行观测。也就是说，人们常常将3 维空间的目标以某种数学关系投影到2 维的平面 介质上进行考察研究。这种将3 维空间目标转化 为2 维后，该目标第3 维的高程信息往往只作为 地理信息系统中的属性处理，这样在许多场合会 导致窄间目标在划分与表达方面的困难。随着空 间技术和虚拟技术的发展，采用符合客观空间实 际的3 维坐标，将是一种必然的趋势。 3 维坐标系统的原点可以是参心的，也可以 是地心的。若采用以地球质心为大地坐标系的原 点，即采用地心坐标系的优点是明显的。因为这 种坐标系统是阐明地球上各种地理和物理现象， 特别是窄问物体运动的本始参照系，但长期以来 由于人类不能精确确定地心的位置，凶而较少使 用。但目前利用李问技术等于段已可在厘米量级 上确定它的位置。因此采J f i 地心坐标系在当今既 有它的必要性也有了可能性。现在利用空间技术 所得到的定位和影像等成果，客观上都是以地心 坐标系为参照系，因此采用这一坐标系作为我国 平面基准，就能最有效的利用这一技术，能最大限 度的取得这一技术所带来的好处。 有鉴于中国经济、社会和科学技术的发展需 求和町能，中国政府决定采用地心3 维大地坐标 系统，即从2 0 0 8 年7 月1 日起正式启用中国大地 坐标系统2 0 0 0 ( C G C S2 0 0 0 ) 作为国家法定的坐 标系，作为我国新一代的平面基准。 1 2o G C S2 咖的定义及其大地测量基本常数朋 我国必须科学的采用3 维地心大地坐标系 统，它主要标志在两个方面：一是3 维地心大地坐 标系统的定义；二是这一系统所采用的大地测量 基本常数。 我国采用的3 维地心坐标系统C G C S2 0 0 0 的定义应和迄今为止比较符合客观实际的园际 通用地面参考系( I T R S ) 的定义在原则上保持一 致【7J 。C G C S2 0 0 0 的大地测量基本常数值为： a = 63 7 81 3 7m ，1 f = 2 9 8 2 5 72 2 21 0 1 ，G M 2 3 9 8 60 0 44 1 8 1 0 1 4m 3 s ，c c = 7 2 9 21 1 5 1 0 5t a ds 1 。 2 中同的地心3 维坐标框架 C G C S2 0 0 0 的坐标框架应由两部分组成，第 一部分是全球导航卫星系统( G N S S ) 国家级连续 运行站网( 以下简称国家C O R S 系统) ，第二部分 是国家高精度大地控制网。 2 1国家C O R S 系统的构建 国家C O R S 系统L 8 0 的主要任务是：通过 G N S S 数据和信息的接收、传输、处理、整合、发播 和服务，向国内用户提供主要在中围陆海国土范 围内的分米级或米级的实时动态空间位置服务， 提供从c m 级到m m 级的高精度、3 维单点事后精 密定位服务，以维持中国困家3 维地心坐标框架 的统一、高精度、和现势性，是实现C G C S2 0 0 0 的 基础。 构建罔家C O R S 系统应注意下列四个方面： 该系统应覆盖我闻陆域和海域罔土，实现网家 陆海坐标与高程基准的统一；C O R S 要在顾及 我I 司地质构造各块体分布的基础上，力求均匀分 布，地质环境相埘稳定；充分利用地方和行业 已有的C O R S 。选择其中符合闲家C o R s 要求的， 将其改造为国家级C O R S ；同时应建立国家 C O R S 网络管理服务中心，具有围家C O R S 的通 讯网络管理、数据采集、处理和服务的功能。 我闰目前行业性的、局域性的G N S SC O R S 系统很多一“0 | ，缺乏在I 司家级规模上的统一规划 和设计，我国至今还没有建立面向全国，为全国各 行各业服务的国家C O R S 系统及其资源的共享 平台。 2 2 国家高精度大地控制网 C G C S2 0 0 0 的坐标框架已初步建成。它包 括两部分，一是我国高精度2 0 0 0 国家G P S 大地 网n 1 | ，它的国内G P S 网点为25 4 2 个。平差后该 网点的地心坐标在I T R F 9 7 坐标框架内，历元为 2 0 0 0 0 时的点位中误差在3c m 以内。通过它 和具有近5 万大地点的全国天文大地网进行两网 联合平差，将后者纳入3 维地心坐标系，并提高它 的全国天文大地网的精度和现势性。 3 采用地心3 维坐标系对现有地罔的影响 本文以西安8 0 坐标系为例讨论采用地心3 万方数据 第3 期 陈俊勇：中国现代大地基准2 7 1 维坐标系对现有地图的影响 1 2 1 。讨论的实质就 是进行上述坐标系统更换时，中国境内地面点原 来标注的大地经纬度和高斯平面坐标值必将会相 应变动，从而使中国境内原有地图( 包括地形图) 上点和线( 包括图廓点和图廓线) 的位移，以及它 们之间的长度和方位的变化。 中国若由西安8 0 坐标系更换为C G C S2 0 0 0 地心3 维坐标系，则地面点大地纬度和大地经 度的变动区间分别为一1 6 ”+ 0 7 ”和一6 4 ” - - 3 0 ”。二者变动绝对值的平均值分别为0 5 7 ”和 4 4 ”。地面点高斯平面坐标X 值和y 值的变动 区间分别为一4 8 6m + 2 2 7m 和一1 1 5 7m 一7 5 7m 。二者变动绝对值的平均值分别为 1 6 3 1m 和1 0 6 9I T I 。因此由于坐标系的这一更 换，在1 。5 万比例尺地图( O r ) 及更大比例尺地图 中点( 含图廓点) 的地理位置会有1c m 以下的位 移，而在同一幅地图中各点的位移差别是不同的， 但其差别在制图精度以内，因此坐标系的更换只 须对一幅图的图廓点给予新的坐标注记后，该图 即可视为在新坐标系内的地图。在中国境内 各种比例尺的地图中，由于坐标系更换所导致的 两点连线( 包括图廓线) 的长度和方位变动都在制 图精度以内，可以忽略不计。 参考文献： 1 D A N GY a - m i n 。C H E NJ u n - y o n g T h eT e c h n i c a lD e v e l o p - m e n to fI n t e r n a t i o n a lG e o d e t i cR e f e r e n c eF r a m e J S C i o f S u r v M a p p 2 0 0 8 3 3 ( 1 ) ：3 3 - 3 6 ( 党亚明、陈俊勇 国际大地测量参考框架技术进展 J 测绘科学，2 0 0 8 3 3 ( 1 ) ：3 3 - 3 6 ) C 2 C H E NJ u n - y o o g P r o g r e s si nT h e o r ya n dP r a c t i c ef o rG e o d e t i c R d e r e n c eC o o r d i n a t eF r a m e J J o fG e o d 陈俊勇 国际大地测量参考框架技术进展期刊论文-测绘科学 2008(01) 4.陈俊勇 中国采用地心3维坐标系统对现有地图的影响初析期刊论文-测绘学报 2004(01) 5.陈俊勇;杨元喜;王敏 2000国家大地控制网的构建和它的技术进步期刊论文-测绘学报 2007(01) 6.牛之俊;马宗晋;陈鑫连 中国地壳运动观测网络期刊论文-大地测量与地球动力学 2