2023年国家大地坐标系技术规范指南

附件：2023技术指南一、2023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个根本参数的定义。2023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；2023国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2023.0的地球参考极的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剩余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面〔历元2023.0〕Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。承受广义相对论意义下的尺度。2023国家大地坐标系承受的地球椭球参数的数值为：长半轴 a＝6378137m扁率 f=1/298.257222101地心引力常数 GM＝3.986004418×1014m3s-2自转角速度 ＝7.292l1510-rad-1其它参数见下表：短半径b(m)6356752.31414c(m)6399593.62586e0.0818191910428第一偏心率平方e20.00669438002290其次偏心率e0.0820944381519其次偏心率平方e20.006739496775481/4Q(m)10001965.7293椭球平均半径R(m)16371008.77138一样外表积的球半径R(m)26371007.18092一样体积的球半径R(m)36371000.78997椭球的正常位U(m2s-2)062636851.7149动力外形因子J20.001082629832258球谐系数J4-0.00000237091126球谐系数J60.00000000608347球谐系数J8-0.00000000001427mm2a2b/GM0.00344978650678赤道正常重力值γ〔伽〕e9.7803253361两极正常重力值γ〔伽〕p9.8321849379正常重力平均值γ〔伽〕9.797643222445度的正常重力值γ45°〔伽〕9.8061977695二、点位坐标转换方法〔一〕模型选择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四参数模型。2023国家大地坐标系的联系可承受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局部。〔二〕重合点选取坐标重合点可承受在两个坐标系下均有坐标成果的点。但3倍中误差则剔除，重计算坐标转换参数，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。〔三〕模型参数计算用所确定的重合点坐标，依据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。〔四〕精度评估与检核用上述模型进展坐标转换时必需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。选择局部重合点作为外部检核点，不参与转换参数计算，用转换参数计算这些点的转换坐标与坐标进展比较进展外部检核。应选定至6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进展检核。〔五〕数据库中点位坐标转换模型参数计算的区域选取对于1980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，承受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〔2°×3°〕进展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〔一〕按国家根本比例尺地形图分幅组织的数据库按国家根本比例尺地形图分幅组织的图形数据〔 DLG、DE、DRG，依据以下方案进展转换。1、1:2.5-1:10DLG数据库转换〔1〕19541:2.5-1:10DLG数据库转换a、依据相应比例尺分幅进展区域划分，分两步完成坐标转换。首先进展椭球体变换，再利用对应的比例尺图幅区域的X、Y坐标平移量进展坐标平移；b、依据2023国家大地坐标系下对应的比例尺标准分幅图廓进展数据裁切，区域边缘图幅中的数据空白区利用相邻图幅数据进展补充；c2023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；〔1954年北京坐标系〕接左图在左带中利用左图的平移量进展右图的坐标平移，完成接边后保存在左带中的右图〔备份〕成果。返回右图取消从前换带接边参加的平移量，并进展投影变换，最终利用右带自身的平移量完成平移后，方可与其相邻的右图接边；f、对根底地理信息数据库元数据相关条目进展更改。〔2〕19801:2.5-1:10DLG数据库转换依据相应比例尺分幅进展区域划分，不考虑椭球体变换，X、Y坐标平移量进展坐标平移；然后依据1954年北京坐标系下DLG数据库转换的b～f对应步骤进展。2、1:2.5-1:10DRG数据库转换300～500dpi的原版印刷地图经扫描订正生成的RGB栅格数据，无图幅间要素的接边处理。〔1〕19541:2.5-1:10DRG数据库转换a、考虑椭球变换及对应图廓角点的X、Y坐标平移量，计算1954年北京坐标系分幅图廓角点在2023国家大地坐标系下的坐标，并修改数据头文件中相应的定位坐标；bDRG2023国家大地坐标系下的大地控制根底层〔图廓及方里格网等区域不做图纹补充和裁减；c、在图例中添加2023国家大地坐标系下的掌握基准说明条款；dDRG数据的原有区分率；e、更改元数据中相关内容，增加1954年北京坐标系标准分幅的图廓四角点在2023国家大地坐标系下坐标，计算2023国家大地坐标系标准分幅的图廓四角点的坐标。转换后数据为20231954年北京坐标系分幅。〔2〕19801:2.5-1:10DRG数据库转换猎取图幅对应比例尺图幅图廓角点的X、Y坐标平移量，195420231:2.5-1:10万DRG数据b～e步骤进展。转换后数据为20231980年西安坐标系分幅。3、1:2.5-1:10DEM数据库转换原数据为25米区分率的灰阶〔256个〕栅格数据，建库数据图幅间接边处理完好。此数据转换可有两种方式：一种是依据2023国家大地坐标系下DLG相关图层数据〔等高线、高程点DEM〔DEM数据生产标准〕,一种是进展DEMDEM数据转换方法。〔1〕19541:2.5-1:10DEM数据库转换a、依据比例尺对应图幅分块，在需补充内容的邻接边各增加一个相应比例尺图幅；bXY坐标平移量，求得X、Y坐标改正值；c、依据坐标改正值进展图幅坐标平移，同时，参考像素分辨率确定起算坐标进展数据重采样；d、按2023国家大地坐标系的图廓及重叠像素进展图幅裁切，更改数据头文件中定位坐标；e、修改元数据相关条目。〔2〕19801:2.5-1:10DEM数据库转换a、依据相应比例尺对应图幅分块，在需补充内容的邻接边各增加一个相应比例尺图幅；b、依据相应的比例尺图幅的X、Y坐标平移量，进展图幅坐标平移，并参考像素区分率确定起算坐标完成数据重采样；c、d19541:2.5-1:10DEM数据库转换d、e步骤进展。4、1:25DLG数据库转换将1:25纬度平移量或直接猎取对应图幅的经、纬度平移量；依据1:25万分幅的经、纬度平移量，完成1:25万经纬度数据到2023〔1954年北京坐标系需同时考虑椭球体变化和平移量；依据2023国家大地坐标系下对应的1:25万标准分幅图廓进展数据裁切，区域边缘图幅中的数据空白区利用相邻图幅数据进展补充；数据后处理，包括：图廓更改、格网层添加、数据编辑、数据接边、拓扑重建、数据入库等；更改元数据文件。5、1:25DEM数据库转换利用2023国家大地坐标系对应的DLGDEM;依据的DEM更改元数据文件。〔二〕按其它方式建立的数据库1、按区域建立的图形数据库按区域〔省、地区、流域等〕建立的图形数据库〔DLG、DEM、DRG，可先分带分块分层完成转换，参照以上相应比例尺根底地理信息数据库的转换方案转换后拼接合成。1:10万-1:251:25万数据库转换方案逐块进展转换，再整体拼接合成；按非高斯投影方式组织的，将原数据经纬网30′×30′或15′×15′考点在2023图形订正，完成数据转换。2、按线性条带建立的图形数据库按线性条带〔境地、河流、交通线、管道线等〕建立的图形数据库，可依据条带的方向、长短等分段进展，再拼接合成；也可通过条带中肯定密度地物点的两套坐标，通过软件逐点进展订正。具体方法：分块订正：对于1:1万分块，按1:1万数据转换方案逐块1:51:2.5-1:10万数据转换方案逐块订正后接边合成；逐点订正：依据数据精度，建立肯定密度〔1:1万100米格网点、1:5万2023米格网点〕的坐标转换参考点，计算这些3、按无固定分幅分区建立的图形数据库按无固定分幅分区建立的图形数据，依据坐标系、比例尺及数据主体所在的图幅、数据的组织方式、产品类型〔DLG、DEMDRG〕4、DOM数据库转换原数据为航空或航天遥感猎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，区分率有多种〔主要包括用于1:5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以下方式进展。DOM数据，可承受1:2.5-1:10万DEM的数据转换方法，也可承受计算各景影像有效图边的4点在2023国家大地坐标系下的坐标来重定位的方式。DOM数据，可承受1:2.5-1:10万DRG的数据转换方法，不再添加的掌握根底信息。5米-301:25万图幅区域来选用1:25万对应图幅的综合坐标改正值；对于区分251:5万图幅区域来选用1:5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×像素区分率求得。按高斯投〔分景1:1万DOM转换技术方案进展转换。四、1:11:5〔一〕1:11:5千格网点坐标转换改正量计算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(2°×3°)向外扩大约20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2023国家大地坐标系坐标B ，L 进而求出各点的1980西安坐2023 2023标系与2023国家大地坐标系的差值DB

DL

〔B -B ，802023

802023

2023 80L -L ，形成全国1:1万及1:5千格网点的1980西安坐标系2023 80与2023国家大地坐标系的转换改正量DB ，DL 。8020232、1954年北京坐标系坐标转换改正量计算

802023全国1954年北京坐标系向2023国家大地坐标系转换改正19541980西安坐标系转换改正量，其次计算1980西安坐标系向2023国家大地坐标系转换改正量，最终将两改正量叠加形成1954年北2023国家大地坐标系转换坐标转换改正量。①19541980西安坐标系转换坐标改正量计算旧坐标系统〔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：[[e2aNMMMMWdL

1NcosB

(xsinLycosL)式中a,e2IAG-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aa80

a ,e2e254

e254则各个点在1980西安坐标系中的大地坐标为：B B80 54

dB L80

L dL54依据转换的B ,L80 80

，承受高斯投影正算公式计算相应的高X

,Y 。80 80求取全国1:1万以大比例尺格网点的转换改正量DX X X1 80 54DYY Y1 80 54平差改正量的计算1954年北京坐标系所供给的大地点成果没有经过整体平差1980所以旧系统转换还要考虑平差改正量的问题。计算平差改正量比较麻烦，没有肯定的数学模式，不同地区，平差改正量差异1米以下，而在东北地区的某些图幅则在10米以上。在实际计算中，在全国均匀地选择肯定数量的一、二等大地点，利用它们〔1980西安坐标系〕旧〔1954年北京坐标系〕坐标系的坐标进展多种分析试算并剔除粗差点，然后分别计算它们的坐标差值，依据这些差值和它们的大地坐标分别绘制两张平差改正量分布图〔即2 dX，dY分布图，这样在分布图上可以直接内插出全国1:1DX，DY2 1依据全国1:1万以大比例尺格网点的转换改正量DX，11 2 DYDX，DY1954年北京坐标1980DX，DY1 2 DXDX1

DX2DYDY1

DY2DX，DY1:1万以大比例尺格网点大地坐标转换改正量DB ，DL 。5480 5480②1954年北京坐标系向2023国家大地坐标系转换坐标转换改正量计算1:11954年北京坐标系向54801980西安坐标系的转换改正量DB 与1980西安坐标系向54808020232023国家大地坐标系的转换改正量DB 叠加得到全国1:1802023万以大比例尺格网点1954年北京坐标系向2023国家大地坐标DB

542023。

=DB

+DB542023DL

5480=DL

802023+DL542023

5480

802023〔二〕1:11:5DLG数据库转换转换流程如图1所示：11:11:5千根底地理信息数据库转换技术流程1、19541:1万、1:5DLG数据库转换每个图幅的四个图廓点坐标改正量选用1954年北京2023国家大地坐标系转换方法计算；图幅内各要素点的坐标改正量依据选用的本图幅的四个图廓点坐标改正量，按双线性内插等方法计算；依据图幅四个图廓点坐标改正量和图幅内各要素点的坐标改正量，计算2023国家大地坐标系下的图幅四个图廓点坐标和图幅内各要素点的坐标；与周边图幅拼接；20231:1万、1:5千标准分幅计算的公里格网数据，即添加2023国家大地坐标系下的公里格网层；完成图廓更改、数据编辑、换带接边、拓扑重建；对空间数据库元数据相关条目进展更改；数据入库等数据后处理工作。2、19801:1万、1:5DLG数据库转换每个图幅的四个图廓点坐标改正量选用1980西安坐2023国家大地坐标系转换方法计算；～〔8〕1954年北京坐标系到2023国家大地坐1:1万、1:5DLG数据库转换的对应步骤进展。〔三〕1:11:5DRG数据库转换在保持原区分率不变的状况下，利用逐格网订正的方法进行数据转换。1、19541:1万、1:5DRG数据库转换在2023国家大地坐标系下生成图廓坐标及公里格网，1:1万、1:5千DRG数据；修改元数据相关条目；修改相关的图外整饰。2、19801:1万、1:5DRG数据库转换参195420231:11:5DRG数据库转换的对应步骤进展。〔四〕1:11:5DEM数据库转换利用DEMDEM离散点数据完成数据转换。1、19541:1万、1:5DEM数据库转换DEM离散点数据转换方法；a1954年北京坐标系向2023国家大地坐标系转换方法计算；b图廓点坐标改正量，按双线性内插等方法计算；c标改正量，计算2023国家大地坐标系下的图幅四个图廓点坐标和图幅内各要素点的坐标；d、与周边图幅拼接。TIN；DEM；对检查点坐标文件进展点对点坐标转换；修改元数据条目。2、19801:1万、1:5千DEM数据库转换每个图幅的四个图廓点坐标改正量选用1980西安坐标系向2023国家大地坐标系转换方法计算；～〔5〕19541:1万、1:5千DEM数据库转换的对应步骤进展。〔五〕1:11:5DOM数据库转换原数据为航空或航天遥感猎取的黑白或彩色影像数据，是RGB栅格数据，在转换中应保持原影像区分率。1DOM上叠加相应坐标系统的内图廓及公里格网，在20231:1万、1:5DOM数据；2、转换后，删除内图廓及公里格网；3、修改元数据相关条目。五、相对独立的平面坐标系统与2023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掌握点建立联系的方法可通过现行国家大地坐标系的平面坐标过渡，利用坐标转换方法将相对独立的平面坐标系统下掌握点成果转换到2023国家大地坐标系下。选取相对独立的平面坐标系统与2023国家大地坐标系的重合点的原则如下：择优选取地方掌握网的起算点及高精度掌握5个重合点〔城外4个，市内中心1个；小城市在城市外围至少选取4个重合点，重合点要分布均匀，包围城市区域，并在城市内部选6个均匀分布的重合点对坐标转换精度进展检核。2023国家大地坐标系联系时，坐标转换模型要同时适用于地方掌握点转换和城市数字地图的转换。一般承受平面四参数转换模型，重合点较多时可承受多元逐步回归模型。当相对独立的平面坐标系统掌握点和数字地图均为三维地心坐标时，承受Bursa七参数转换模型。坐0.05米。〔二〕相对独立的平面坐标系统下数字地形图转换承受点对点转换法完成相对独立的平面坐标系统下数字地2023边问题。具体步骤如下：利用掌握点的转换模型和参数，对相对独立的平面坐标2023国家大地坐标系地形图。依据转换后的图幅四个图廓点在2023国家大地坐标系下的坐标，重划分公里格网线，原公里格网线删除。2023裁剪和补充。六、坐标转换方法〔一〕坐标转换模型1、二维七参数转换模型 sinL “

“

XL NcosB NcosB

YB

sinBcosL sinBsinL cosB “ “ “ZM M M 0 tgBcosL tgBsinL 1x msinL

cosL

y

Ne2sinBcosB“ z

M 0 0

aN

(2e2sin2B)

e2sinBcosB“ sinBcosB“fMa 1f 其中：BL 同一点位在两个坐标系下的纬度af 椭球长半轴差〔单位米、扁率差〔无量纲，XYZ 平移参数，单位为米，,,x y zm

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：x

cos

sinx2

0(1m)sin

1120y y120

y其中，x0，y0为旋转参数，m为尺度参数。x2，y2023国家大地坐标系下的平面直角坐标，x，y为原坐标2 1 1系下平面直角坐标。坐标单位为米。3、综合法坐标转换〔Bursa七参数转换的根底上，再对空间直角坐标残差进展多项式拟合，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全都性，从而提高坐标转换精度。综合法转换模型及转换方法：利用重合点先用相像变换转换Bursa七参数坐标转换模型X X 0

Y

X YTYZ 0S S XmYSYS T

XS

Y

S SSSZSZSSZST

Z Y X

0

ZS

Z 式中，3个平移参数X个尺度参数m。

Y Z

3个旋转参数 T和1X Z Z对相像变换后的重合点残差VX

,V,VY

承受多项式拟合V或V或V

aBijLjX Y

ij S Si0j0式中：B，L单位：弧度；Kaij为系数，通过最小二乘求解。4、三维七参数坐标转换模型 sinL “L (NH)cosB

cosL(NH)cosB

“ 0 XB sinBcosL sinBsinL cosB Y “ “ “ H

(MH) (MH) (MH) ZcosBcosL N(1e2)H

sinBsinL sinB N(1e2)H NH

NH

tgBsinL 1 x (NH)Ne2sin2B

(NH)Ne2sin2B

MH

sinL

MH

cosL 0yNe2sinBcosBsin

Ne2sinBcosBcosL

0z 0 N N e2sinBcosB“m M (NH)Ne2sin2B 0 0 Ne2sinBcosB“ (2esin B)sinBcosB“a2 2Ma

1f

fN NM (1e2sin2B) (1e2sin2B)sin2B a

1a BLH 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，1803600/ 弧度秒a 椭球长半轴差，单位为米，f 扁率差，无量纲，XYZ 平移参数，单位为米，,,x y zm

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l2 1 l2 1 l4xNtcos2B 0.5 (5t29244)cos2B (6158t2t4)cos4B 2 24

2 720

4l 1 l2 1 l4yNcosB (1t22)cos2B (518t2t4142582t2)Ncos4B 6 2子午线弧长X计算见附录。2、高斯投影反算公式

120 4t y 1

1 y BB

f y( )1

2

)2

(6190t245t4)( )4f 2Mf

N 12f

f f f

N 360f

f f N f y 1 y 1 y l ( )1 (12t22)( )2 28t224t46282t2)( )4

N 6

f f N 120

f f f

f f N f f f ff、fff式中f、fff

t 分别为按B

值计算的相应量，B

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2023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0.1mm。具体：1:5千坐标转换，19802023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2023国家大地坐标系转换分区转换平均精度≤1.0m；1:5万根底地理信息数据库坐标转换精度≤5.0m；1:1万根底地理信息数据库坐标转换精度≤1.0m；1:5千根底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n个点，坐标转换精度估量公式如下：①V〔残差〕=重合点转换坐标-重合点坐标[vv]n1X②X残差中误差[vv]n1X[vv]n1Y③空间直角坐标Y[vv]n1Y[vv]Zn1④Z[vv]Zn1M2XM2XM