大地坐标系统技术指南

1、附件：一、2000国家大地坐标系的定义国家大地坐标系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。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格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。采用广义相对论意义下的尺度。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴 a6378137m扁

2、率 f=1/298.257222101 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2 自转角速度 7.292l1510-5rad s-1其它参数见下表：短半径b(m)6356752.31414极曲率半径c (m)6399593.62586第一偏心率e第一偏心率平方e20.00669438002290第二偏心率0.0820944381519第二偏心率平方20.006739496775481/4子午圈的长度Q(m)10001965.7293椭球平均半径R1(m)6371008.77138相同表面积的球半径R2(m)6371007.18092相同体积的球半径R3(m)6371000.7

3、8997椭球的正常位U0(m2s-2)62636851.7149动力形状因子J2球谐系数J4-0.00000237091126球谐系数J60.00000000608347球谐系数J8-0.000000000014270.00344978650678赤道正常重力值e（伽）9.7803253361两极正常重力值p（伽）9.8321849379正常重力平均值（伽）9.7976432224纬度45度的正常重力值45（伽）9.8061977695采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。二、点位坐标转换方法全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四

4、参数模型。对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型。坐标转换模型详见本指南第六部分。坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个。用所确定的重合点坐标，根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。 用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标，具体精度评估指标及评估方法见附件中相关内容。选择部分重合点作为外部检核点，不参

5、与转换参数计算，用转换参数计算这些点的转换坐标与已知坐标进行比较进行外部检核。应选定至少6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进行检核。对于1980西安坐标系下的数据库，采用全国数据计算的一套模型参数可满足1:5万及1:25万比例尺数据库转换的精度要求；采用全国数据计算的六个分区的模型参数可满足1:1万比例尺数据库转换的精度要求。对于1954年北京坐标系下的数据库的转换，采用全国数据计算的六个分区的模型参数可满足1:5万及1:25万比例尺数据库转换的精度要求；按（23）进行分区计算模型参数可满足1:1万比例尺数据库转换的精度要求。三、1:2.5-1:25万数据库的转换1、1:2.5-1:10万DL

6、G数据库转换（1）1954年北京坐标系下1:2.5-1:10万DLG数据库转换a、依据相应比例尺分幅进行区域划分，分两步完成坐标转换。首先进行椭球体变换，再利用对应的比例尺图幅区域的X、Y坐标平移量进行坐标平移；b、依据2000国家大地坐标系下对应的比例尺标准分幅图廓进行数据裁切，区域边缘图幅中的数据空白区利用相邻图幅数据进行补充；c、添加2000国家大地坐标系下的方里格网层，删除原方里格网数据层；d、完成图廓更改、数据编辑、数据接边、拓扑重建、数据入库等数据后处理及建库工作；f、对基础地理信息数据库元数据相关条目进行更改。（2）1980西安坐标系下1:2.5-1:10万DLG数据库转换依据相

7、应比例尺分幅进行区域划分，不考虑椭球体变换，直接利用对应的比例尺图幅区域的X、Y坐标平移量进行坐标平移；然后按照1954年北京坐标系下DLG数据库转换的bf对应步骤进行。2、1:2.5-1:10万DRG数据库转换原数据为300500dpi的原版印刷地图经扫描纠正生成的RGB栅格数据，无图幅间要素的接边处理。（1）1954年北京坐标系下1:2.5-1:10万DRG数据库转换图廓及方里格网等），新图廓中数据空白或数据出图区域不做图纹补充和裁减；c、在图例中添加2000国家大地坐标系下新的控制基准说明条款；d、完成数据合层，并保持DRG数据的原有分辨率；转换后数据为2000国家大地坐标系坐标、195

8、4年北京坐标系分幅。（2）1980西安坐标系下1:2.5-1:10万DRG数据库转换获取图幅对应比例尺图幅X、Y坐标平移量，根据平移量计算图幅定位坐标，修改数据头文件；然后按照1954年北京坐标系到2000国家大地坐标系的1:2.5-1:10万DRG数据库转换的be步骤进行。转换后数据为2000国家大地坐标系坐标、1980年西安坐标系分幅。3、1:2.5-1:10万DEM数据库转换（1）1954年北京坐标系下1:2.5-1:10万DEM数据库转换比例尺（2）1980西安坐标系下1:2.5-1:10万DEM数据库转换比例尺4、1:25万DLG数据库转换（1）将1:25万分幅的平面坐标平移量转换为

9、对应的经、纬度平移量或直接获取对应图幅的经、纬度平移量；（2）根据1:25万分幅的经、纬度平移量，完成1:25万经纬度数据到2000国家大地坐标系经纬度数据的转换（1954年北京坐标系需同时考虑椭球体变化和平移量）；（3）依据2000国家大地坐标系下对应的1:25万标准分幅图廓进行数据裁切，区域边缘图幅中的数据空白区利用相邻图幅数据进行补充；（4）数据后处理，包括：图廓更改、新格网层添加、数据编辑、数据接边、拓扑重建、数据入库等；（5）更改元数据文件。5、1:25万DEM数据库转换（1）利用2000国家大地坐标系对应的DLG数据层，重新内插生成DEM;（2）依据新的DEM更改元数据文件。1、按

10、区域建立的图形数据库2、按线性条带建立的图形数据库3、按无固定分幅分区建立的图形数据库4、DOM数据库转换原数据为航空或航天遥感获取的黑白或彩色影像数据，是连续的灰度（全色）或RGB（彩色）栅格数据，分辨率有多种方式（主要包括用于1:5地形图测绘的各种分辨率航空影像，以及用于专题调查的10米、15米、30米等卫星影像）。影像数据转换可参照下列方式进行。对于已按数据库组织方式加工与处理的DOM数据，可采用1:2.5-1:10万DEM的数据转换方法，对于尚未按数据库组织方式加工与处理的DOM数据，可采用1:2.5-1:10万DRG的数据转换方法，不再添加新的控制基础信息。分辨率5米-的数据，需依据

11、其数据主体所在的1:25万图幅区域来选用1:25万对应图幅的综合坐标改正值；对于分辨率在2米到5米间的数据，需依据其数据主体所在的1:5万图幅区域来选用1:5万对应图幅的综合坐标改正值；由此确定各自的X、Y方向平移像素数对应的坐标值（直接取1:25万或1:5万综合坐标改正值，或由像素数像素分辨率求得）。四、1:1万及1:5千基础地理信息数据库的转换1、1980西安坐标系坐标转换改正量计算1:1万以上大比例尺一般按(23)进行分区，并对每个分区向外扩充约20，分别解算出各分区的转换参数后，利用确定的转换方法与转换模型分别计算全国1:1万及1:5千格网点的2000国家大地坐标系坐标B2000，L2

12、000，进而求出各点的1980西安坐标系与2000国家大地坐标系的差值DB802000，DL802000（B2000-B80，L2000-L80），形成全国1:1万及1:5千格网点的1980西安坐标系与2000国家大地坐标系的转换改正量DB802000，DL802000。2、1954年北京坐标系坐标转换改正量计算全国1954年北京坐标系向2000国家大地坐标系转换改正量计算采用两步法：首先计算1954年北京坐标系转换向1980西安坐标系转换改正量，其次计算1980西安坐标系向2000国家大地坐标系转换改正量，最后将两改正量叠加形成1954年北京坐标系向2000国家大地坐标系转换坐标转换改正量。

13、1954年北京坐标系向1980西安坐标系转换坐标改正量计算新旧坐标系统（1954年北京坐标系与1980年西安坐标系）的转换大地坐标改正量计算公式：式中:分别为IAG-75椭球与克拉索夫斯基椭球长半径，第一偏心率平方之差。即则各个点在1980西安坐标系中的大地坐标为： 转换流程如图1所示：1、1954年北京坐标系下1:1万、1:5千DLG数据库转换2、1980西安坐标系下1:1万、1:5千DLG数据库转换1、1954年北京坐标系下1:1万、1:5千DRG数据库转换2、1980西安坐标系下1:1万、1:5千DRG数据库转换1、1954年北京坐标系下1:1万、1:5千DEM数据库转换2、1980西安

14、坐标系下1:1万、1:5千 DEM数据库转换（五）1:1万及1:5千DOM数据库转换五、相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系建立联系的方法（一）相对独立的平面坐标系统控制点建立联系的方法（二）相对独立的平面坐标系统下数字地形图转换六、坐标转换方法（一）坐标转换模型1、二维七参数转换模型 其中： 同一点位在两个坐标系下的纬度差、经度差，单位为弧度， 椭球长半轴差（单位米）、扁率差（无量纲）， 平移参数，单位为米， 旋转参数，单位为弧度， 尺度参数（无量纲）。2、平面四参数转换模型属于两维坐标转换，对于三维坐标，需将坐标通过高斯投影变换得到平面坐标再计算转换参数。平面直角坐标转换模型：

15、其中，x0，y0为平移参数，为旋转参数，m为尺度参数。x2，y2为2000国家大地坐标系下的平面直角坐标，x1，y1为原坐标系下平面直角坐标。坐标单位为米。3、综合法坐标转换所谓综合法即就是在相似变换（Bursa七参数转换）的基础上，再对空间直角坐标残差进行多项式拟合，系统误差通过多项式系数得到消弱，使统一后的坐标系框架点坐标具有较好的一致性，从而提高坐标转换精度。综合法转换模型及转换方法：l 利用重合点先用相似变换转换Bursa七参数坐标转换模型 式中，3个平移参数，3个旋转参数和1个尺度参数。l 对相似变换后的重合点残差采用多项式拟合 式中：B，L单位：弧度；K为拟合阶数；为系数，通过最小

16、二乘求解。4、三维七参数坐标转换模型 同一点位在两个坐标系下的纬度差、经度差、大地高差，经纬度差单位为弧度，大地高差单位为米， 弧度秒 椭球长半轴差，单位为米， 扁率差，无量纲， 平移参数，单位为米， 旋转参数，单位为弧度， 尺度参数，无量纲。（二）高斯正反算公式1、高斯投影正算公式子午线弧长X计算见附录。2、高斯投影反算公式式中、分别为按值计算的相应量，的计算见附录。（三）坐标转换精度评定和评估方法 对于1954年北京坐标系、1980西安坐标系与2000国家大地坐标系转换分区转换及数据库转换点位的平均精度应小于图上的0.1mm。具体：对于1:5千坐标转换，1980西安坐标系与2000国家大地坐标系转换分区转换平均精度0.5m；1954年北京坐标系与2000国家大地坐标系转换分区转换平均精度1.0m；1:5万基础地理信息数据库坐标转换精度5.0m；1:1万基础地理信息数据库坐标转换精度1.0m；1:5千基础地理信息数据库坐标转换精度0.5m。依据计算坐标转换模型参数的重合点的残差中误差评估坐标转换精度。对于n个点，坐标转换精度估计公式如下： V（残差）=重合点转换坐标-重合点已知坐标空间直角坐标X残差中误差空间直角坐标Y残差中误差空间直角坐标Z 残差中误差点位中误差平面坐标x残差中