我国三大常用坐标系区别北京54西安80和WGS84.docx
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我国三大常用坐标系区别北京54西安80和WGS84
我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS-84）
我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）
北京,西安,坐标系
我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）
Gis应用 2009-09-2710:
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大大 中中 小小我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）
1、北京54坐标系（BJZ54）
北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。
1954年北京坐标系的历史：
新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。
由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。
因此，1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。
它的原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。
北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；
2、西安80坐标系
1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。
为此有了1980年国家大地坐标系。
1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。
该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。
基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。
西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.25722101
3、WGS－84坐标系
WGS－84坐标系（WorldGeodeticSystem）是一种国际上采用的地心坐标系。
坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。
这是一个国际协议地球参考系统（ITRS），是目前国际上统一采用的大地坐标系。
GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。
WGS84坐标系，长轴6378137.000m，短轴6356752.314，扁率1/298.257223563。
由于采用的椭球基准不一样，并且由于投影的局限性，使的全国各地并不存在一至的转换参数。
对于这种转换由于量较大，有条件的话，一般都采用GPS联测已知点，应用GPS软件自动完成坐标的转换。
当然若条件不许可，且有足够的重合点，也可以进行人工解算。
附：
我国常用高程系
“1956年黄海高程系”，是在1956年确定的。
它是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料，求出该站验潮井里横按铜丝的高度为3.61米，所以就确定这个钢丝以下3.61米处为黄海平均海水面。
从这个平均海水面起，于1956年推算出青岛水准原点的高程为72.289米。
国家85高程基准其实也是黄海高程基准，只不过老的叫“1956年黄海高程系统”，新的叫“1985国家高程基准”，新的比旧的低0.029m
我国于1956年规定以黄海（青岛）的多年平均海平面作为统一基面，为中国第一个国家高程系统，从而结束了过去高程系统繁杂的局面。
但由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：
1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。
1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。
各高程系统之间的关系：
56黄海高程基准：
+0.000
85高程基准（最新的黄海高程）：
56高程基准-0.029
吴淞高程系统：
56高程基准+1.688
珠江高程系统：
56高程基准-0.586
我国目前通用的高程基准是：
85高程基准
关于坐标系和投影
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1、椭球体
GIS中的坐标系定义由基准面和地图投影两组参数确定，而基准面的定义则由特定椭球体及其对应的转换参数确定。
基准面是利用特定椭球体对特定地区地球表面的逼近，因此每个国家或地区均有各自的基准面。
基准面是在椭球体基础上建立的，椭球体可以对应多个基准面，而基准面只能对应一个椭球体。
椭球体的几何定：
O是椭球中心，NS为旋转轴，a为长半轴b为短半轴。
子午圈：
包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆。
纬圈：
垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆，也叫平行圈。
赤道：
通过椭球中心的平行圈。
基本几何参数：
椭圆的扁率
椭圆的第一偏心率
椭圆的第二偏心率
几种常见的椭球体参数值
克拉索夫斯基椭球体
1975年国际椭球体
WGS-84椭球体
a
6378245.0000000000（m）
6378140.0000000000（m）
6378137.0000000000（m）
b
6356863.0187730473（m）
6356755.2881575287（m）
6356752.3142（m）
c
6399698.9017827110（m）
6399596.6519880105（m）
6399593.6258（m）
α
1/298.3
1/298.257
1/298.257223563
e2
0.006693421622966
0.006694384999588
0.0066943799013
e'2
0.006738525414683
0.006739501819473
0.00673949674227
2、地图投影
地球是一个球体，球面上的位置是以经纬度来表示，我们把它称为“球面坐标系統”或“地理坐标系統”。
在球面上计算角度距离十分麻烦，而且地图是印刷在平面纸张上，要将球面上的物体画到紙上，就必须展平，这种将球面转化为平面的过程，称为“投影”。
经由投影的过程，把球面坐标换算为平面直角坐标，便于印刷与计算角度与距离。
由于球面无法百分之百展为平面而不变形，所以除了地球仪外，所有地图都有某些程度的变形，有些可保持面积不变，有些可保持方位不变，视其用途而定。
目前国际间普遍采用的一种投影，是即横轴墨卡托投影（TransverseMecatorProjection），又称为高斯-克吕格投影（Gauss-KrugerProjection），在小范围内保持形状不变，对于各种应用较为方便。
我们可以想象成将一个圆柱体橫躺，套在地球外面，再将地表投影到这个圆柱上，然后将圆柱体展开成平面。
圆柱与地球沿南北经线方向相切，我们将这条切线称为“中央经线”。
在中央经线上，投影面与地球完全密合，因此图形没有变形；由中央经线往東西两侧延伸，地表图形会被逐渐放大，变形也会越来越严重。
为了保持投影精度在可接受范围内，每次只能取中央经线两侧附近地区来用，因此必须切割为许多投影带。
就像将地球沿南北子午线方向，如切西瓜一般，切割为若干带状，再展成平面。
目前世界各国军用地图所采用的UTM 坐标系統 （UniversalTransverseMecatorProjectionSystem），即为横轴投影的一种。
是将地球沿子午线方向，每隔 6 度切割为一带，全球共切割为 60 个投影带。
地图投影几何分类主要包括：
3、GIS中地图投影的定义
我国的基本比例尺地形图〔1:
5千、1:
1万、1:
2.5万、1:
5万、1:
10万、1:
25万、1:
50万、1:
100万〕中，大于等于50万的均采用高斯－克吕格投影〔Gauss-Kruger〕；小于50万的地形图采用正轴等角割园锥投影，又叫兰勃特投影〔LambertConformalConic〕；海上小于50万的地形图多用正轴等角园柱投影，又叫墨卡托投影（Mercator），我国的GIS系统中应该采用与我国基本比例尺地形图系列一致的地图投影系统。
相应高斯-克吕格投影、兰勃特投影、墨卡托投影需要定义的坐标系参数序列如下：
高斯－克吕格：
投影代号（Type），基准面（Datum），单位（Unit），中央经度（OriginLongitude），原点纬度（OriginLatitude），比例系数（ScaleFactor），东伪偏移（FalseEasting），北纬偏移（FalseNorthing）
兰勃特：
投影代号（Type），基准面（Datum），单位（Unit），中央经度（OriginLongitude），原点纬度（OriginLatitude），标准纬度1（StandardParallelOne），标准纬度2（StandardParallelTwo），东伪偏移（FalseEasting），北纬偏移（FalseNorthing）
墨卡托：
投影代号（Type），基准面（Datum），单位（Unit），原点经度（OriginLongitude），原点纬度（OriginLatitude），标准纬度（StandardParallelOne）
高斯－克吕格投影以6度或3度分带，每一个分带构成一个独立的平面直角坐标网，投影带中央经线投影后的直线为X轴（纵轴，纬度方向），赤道投影后为Y轴（横轴，经度方向），为了防止经度方向的坐标出现负值，规定每带的中央经线西移500公里，即东伪偏移值为500公里，由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，因此规定在横轴坐标前加上带号，如（4231898,21655933）其中21即为带号，同样所定义的东伪偏移值也需要加上带号，如21带的东伪偏移值为21500000米。
假如你的工作区位于21带，即经度在120度至126度范围，该带的中央经度为123度，采用Pulkovo1942基准面，那么定义6度分带的高斯-克吕格投影坐标系参数为：
（8，1001，7，123，0，1，21500000，0）。
4、大地坐标系
有了椭球体以及地图投影，坐标系就能确定下来了。
北京54和西安80是我们使用最多的坐标系。
我们通常称谓的北京54坐标系、西安80坐标系实际上使用的是我国的两个大地基准面北京54基准面和西安80基准面。
我国参照前苏联从1953年起采用克拉索夫斯基（Krassovsky）椭球体建立了我国的北京54坐标系，1978年采用国际大地测量协会推荐的1975地球椭球体建立了我国新的大地坐标系——西安80坐标系，目前大地测量基本上仍以北京54坐标系作为参照，北京54与西安80坐标之间的转换可查阅国家测绘局公布的对照表。
WGS－84坐标系采用WGS1984基准面及WGS84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心，目前GPS测量数据多以WGS1984为基准。
北京54坐标系：
北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以格拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，与苏联1942年建立的以普尔科夫天文台为原点的大地坐标系统相联系，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。
到20世纪80年代初，我国已基本完成了天文大地测量，经计算表明，54坐标系统普遍低于我国的大地水准面，平均误差为29米左右。
西安80坐标系：
西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。
根据椭球定位的基本原理，在建立西安80坐标系时有以下先决条件：
（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；
（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与Z轴垂直指向经度0方向；Y轴与Z、X轴成右手坐标系；
（3）椭球参数采用IUG1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为：
长轴：
6378140±5（m）
扁率：
1：
298.257
椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。
（4）多点定位；
（5）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。
WGS－84（WorldGeodeticSystem，1984年）坐标系：
是美国国防部研制确定的大地坐标系，其坐标系的几何定义是：
原点在地球质心，z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点。
Y轴与Z、X轴构成右手坐标系。
WGs-84椭球及有关常数：
对应于WGS-8大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数采用IUGG第17届大会大地测量常数的推荐值。
WGS-84椭球的几何常数：
长半轴：
6378137±2（m）
扁率：
1/298.257223563
地球引力常数（含大气层）GM＝3986005
正常化二阶带谐系数C2.0＝-484.16685×10-6
地球自转角速度w＝7292115×10-11rads-1
主要几何和物理常数
短半径b＝6356752.3142m
扁率f＝1/298.257223563
第一偏心率平方e2＝0.00669437999013
第二偏心率平方e’2＝0.006739496742227
橢球正常重力位U0＝62636860.8497m2s-2
赤道正常重力r0＝9.9703267714ms-2
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