2000国家大地坐标系转换的技术方法

2000国家大地坐标系转换的技术方法

摘要：国土资源数据为国民经济和社会发展、社会公众提供广泛的信息服务。

随着生态文明建设的深化、国土规划和多规合一的全面实施，及自然资源统一确

权登记和用途管制工作的推进，国土资源数据在跨部门共享中的本底作用日益突出。为推进国土资源数据应用与共享，需要在国土资源系统全面开展 2000 国家

大地坐标系的转换和使用。文章中对各类国土资源空间数据向 2000 国家大地坐

标系转换的技术方法进行研究。

关键词：2000国家大地坐标系；国土资源数据；坐标转换

1前言

坐标参考框架是国家空间信息建设的重要基础设施之一，目前我国广泛使用

的1954北京坐标系和1980西安坐标系均为参心坐标系，所采用的坐标系原点、

坐标轴的方向等由于当时科技水平的限制，与采用现代空间科技测定的结果存在

较大差异，造成相应成果在使用时的精度损失，已无法满足我国当前技术和经济

发展的需要。尤其是随着我国北斗卫星导航系统的建设完善与发展应用，迫切需

要建立一个统一的高精度动态三维地心坐标系，并尽快推广应用，以实现测绘、

交通、空间信息等不同行业及产业之间的信息共建共享机制，从而推动社会和经

济的发展。经国务院批准，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系（CGCS2000），依据相关工作部署，各地应在2018年6月底前完成各类国土资

源空间数据向2000国家大地坐标系转换，2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系

2 2000国家大地坐标系

CGCS2000是（中国）2000国家大地坐标系的缩写，该坐标系是通过中国GPS 连续运行基准站、空间大地控制网以及天文大地网与空间地网联合平差建立的地

心大地坐标系统。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），

X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定椭

球参数：长半轴a=6378137，短半轴b=6356752.31414，扁率α=1/298.2572236，

第一偏心率平方e2=0.00669437999013，第二偏心率平方2e′=0.006739496742227。 3二维四参数转换模型

根据《国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求》，待转换数据源区域范围为局部小区域（东西跨度约20km，南北跨度约20km），适用于二维四参

数转换模型。其数学模型为：

其中，x0、y0为平移参数；α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系；x1、y1为原坐标系下平面直角坐标，坐标

单位为m。该转换模型的特点是以该区域中心为旋转中心，进行旋转、缩放、平移，转换精度不低于以地球中心为旋转中心的二维七参数转换模型。

4转换技术路线

以某区域1980西安坐标系转换到2000国家大地坐标系为例，该项目转换参

数的计算方法采用二维四参数转换模型。

图 1 转换区域周边控制点分布情况

4.1转换区域重合点分析

待转换区域周边共有11个GPSC级点（分布情况见图1），这些点同时含有

1980西安坐标和2000国家大地坐标。首先抄录并转换分别获得120度中央经线下的2000国家大地坐标系下的X、Y坐标及1980西安坐标系下的X、Y坐标。其次从具有1980西安坐标系和2000国家大地坐标系两套坐标成果的11个GPSC级点中，选取8个点（绿色三角形）作为转换用控制点，剩下的3个点（黄色正方形）作为外部检核点。

4.2转换参数检核

4.2.1内符合精度检核

通过计算与检核，8个点计算转换参数时的重合点残差中误差为0.0008953，残差最大值为0.0014511。残差最大值小于3倍中误差，即转换参数内符合精度满足要求。

计算公式如下：

重合点残差V=重合点转换坐标值-重合点已知坐标值

平面点位中误差：

式中：Mx为平面坐标 x 残差中误差；My为平面坐标 y 残差中误差。

4.2.2外符合精度检核

外部符合精度检核方法如下：选取未参与计算转换参数的3个重合点作为外部检核点；之后利用转换参数计算出外部检核点的坐标，并与该外部检核点的已知坐标进行比较。检核公式同内符合精度计算公式相同。

通过计算与检核外符合精度检测点位中误差为0.000574，最大残差为

0.000671，符合要求。

5转换结果检验结论

从转换差值来看，全区域覆盖范围转换差值距离＜0.05m，转换精度达到《国土资源数据2000国家大地坐标系转换技术要求》的平均精度应小于图上的

0.1mm的要求。对转换成果以外业实地打点或与已有其他高精度控制点、矢量数据成果进行对比检查后可知，成果同样满足1：500至1：1万各种比例尺转换要求。

6结束语

现行国家大地坐标系及地方坐标系的国土资源数据转换到2000国家大地坐标系，是测绘工作面临现实问题。利用基于二维四参数转换模型的 2000 国家大地坐标系转换方法，可以实现一定区域范围内国土资源数据的转换，且能达到精度要求，能满足实际应用的需要。

城市平面坐标系与通过四参数模型转换后得到的CGCS2000平面坐标间存在线性关系，并体现为两个方向分量作差生成的等值线呈现平行分布的特征，基于这一特征提出的重合点选取优化方法，可以快速筛选掉不可靠的重合点，提高转换精度，特别在已有控制网年代久、精度弱、稳定性差的地区可以获得较好的效果。

参考文献：

[1] 谭荣杰陈长欢.2000国家大地坐标获取方法探讨[J].经纬天地，2018（08）

[2] 薛维刚.新疆GPS控制网2000国家大地坐标系转换方法[J].地理空间信息，2015（08）

[3] 石昕.2000国家大地坐标系转换的技术方法[J].水运工程，2017（01）

[4] 张训虎现有成果转换为2000国家大地坐标系成果检查方法探讨[J].工程勘察，2015（02）

[5] 何川.2000国家大地坐标系转换常见问题分析[J].测绘通报，2016（09）