关于坐标系：西安80坐标系与北京54坐标系转换

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西安80坐标系与北京54坐标系转换

山东科大--牟乃夏制作 山东科大测绘学院

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西安80坐标系与北京54坐标系其实是一种椭球参数的转换作为这种转换在同一个椭球里的转换都是严密的，而在不同的椭球之间的转换是不严密，因此不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。那么，两个椭球间的坐标转换，一般而言比较严密的是用七参数布尔莎模型，即 X 平移， Y 平移， Z 平移， X 旋转（WX）， Y 旋转（WY）， Z 旋转（WZ），尺度变化（DM ）。要求得七参数就需要在一个地区需要 3 个以上的已知点。如果区域范围不大， 最远点间的距离不大于 30Km（ 经验值 ） ，这可以用三参数，即 X 平移， Y 平移， Z 平移，而将 X 旋转， Y 旋转， Z 旋转，尺度变化面DM视为 0 。

方法如下（MAPGIS平台中）：

第一步：向地方测绘局（或其它地方）找本区域三个公共点坐标对（即54坐标x，y ，z和80坐标x，y，z）；第二步：将三个点的坐标对全部转换以弧度为单位。（菜单：投影转换/输入单点投影转换，计算出这三个点的弧度值并记录下来）第三步：求公共点求操作系数（菜单：投影转换/坐标系转换）。如果求出转换系数后，记录下来。第四步：编辑坐标转换系数。（菜单：投影转换/编辑坐标转换系数。）最后进行投影变换，“当前投影”输入80坐标系参数，“目的投影”输入54坐标系参数。进行转换时系统会自动调用曾编辑过的坐标转换系数。

我国现行的坐标系统为1980年国家坐标系和1985年国家高程系，下面就有关的坐标系统介绍如下：

（1）1954年北京坐标系

1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。

建国前，我国没有统一的大地坐标系统。建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a=6378245 f=1/298.3

克拉索夫斯基椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传递过来的。该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。

1954年北京坐标系建立后，全国天文大地网尚未布测完毕。因此，在全国分期布设该网的同时，相应地进行了分区的天文大地网局部平差，以满足国民经济和国防建设的需要。局部平差是按逐级控制的原则，先分区平差一等锁系，然后以一等锁环为起算值，平差环内的二等三角锁。平差时网区的连接部仅作了近似处理，如有的仅取两区的平差值，某些一等锁环内的二等网太大，在当时的计算条件下无法处理时，也进行了分区平差，连接部仍采用近似处理的方法。

由于当时条件的限制，1954年北京坐标系存在着很多缺点，主要表现在以下几个方

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面：

? 克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。

? 椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO极，也不指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常达60余米，最大达67米。

? 该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距。如在有的接合部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。

（2）1980年国家大地坐标系

1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统。整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。1980年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推荐值：

a=6378140

1980年国家大地坐标系有以下优点：

椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。

（3）新1954年北京坐标系

1980年国家大地坐标系与原1954年北京坐标系，各大地控制点坐标的差异，可以分成由椭球参数和定位不同引起的系统部分和由全网整体平差和只经局部平差的“偶然”（实际上也还包括局部性系统差）部分。这种差异还是很大的，在西北区经度上大约能差到100多米，这将引起成果换算的不便和地形图图廓和方位线位置上的较大变化。

作为一个过渡，国家有关部门将全国天文大地网整体平差结果，通过1980年国家大地坐标系的定位参数dx0、dy0、dz0和克拉索夫斯基椭球的长半径差da与偏心率的de2整体换算至克拉索夫斯基托球体上。形成了一个所谓“新1954年北京坐标系”。这个“新1954年北京坐标系”与原1954年北京坐标完全不是一回事了，只是椭球的参数和克氏椭球一样，而定位与定向的依据又完全与1980年国家大地坐标系一样。即新54坐标系的点位坐标与80坐标系的同一点坐标，仅仅是两系统定义不同产生的系统差；而新54坐标系和老54系成果，两系统同一点坐标的不同主要原因是由于一个是全国统一平差的结果，另一个是局部平差的结果。

国家测绘科技委员会曾建议使用1980年国家大地坐标系。因此，1980年国家坐标将取代老54坐标系，这应该说是必然的，作为过渡，某些部门或某些场合，短时间采用一下新54坐标是也是难以避免的。即三种坐标系可能会共处一段时期。因此，搞清楚这三个主要坐标系的含义和关系对测量人员来说是十分重要的。

（4）WGS-84坐标系统

WGS-84坐标系统的全称是World Geodic System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。

WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS目前所使用的坐标系统。

WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方

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