学文网摘要：在我国的测绘工作中，目前主要存在着三类常用大地坐标系统，即参心坐标系统、地心坐标系和地方***坐标系统。这三类坐标系统各有特定的服务对象和使用范围，它们在国家的经济建设和国防建设中均发挥了巨大作用。而GPS及其相关技术的广泛应用，使地心坐标系也将更为普及。
关键词：大地坐标系；参心坐标系；地心坐标系；1954北京坐标系；西安80坐标系；WGS-84坐标系；CGCS2000大地坐标系
中***分类号：P2文献标识码： A
参心坐标系是我国基本测***和常规大地测量的基础。天文大地网整体平差后，我国形成了三种参心系统，即：1954年北京系（局部平差结果），1980西安坐标系和新1954年北京系（整体平差换算值）。这三种参心坐标系都在应用，预计今后还将并存一段时间。而1954年北京坐标系的应用也将继续存在一段时间。
地心坐标系是为满足远程武器和航天技术的发展需要而建立的一种大地坐标系统。从七十年代起，我国先后建立和引进了四种地心坐标系统，分别是：1978年地心坐标系（DX-1）、1988年地心坐标系（DX-2），1984年世界大地坐标系（WGS-84）和国际地球参考系（ITRS）。前两种地心坐标系只在少数部门使用，而后两种地心坐标系已广泛用于GPS测量。
地方***坐标系主要是为满足某一小区域范围内的工程测量需要而设定的一种比较灵活的坐标系。
关于1954年北京坐标系的由来：建国前，我国没有统一的大地坐标系，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。1954北京坐标系是将我国大地控制网与前苏联1942年普尔科沃大地坐标系相联结后建立的我国过渡性大地坐标系，但也还不能说它们完全相同，曾与前苏联1942年坐标系进行联测，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体，属于参心大地坐标系。它的原点并不在前苏联的普尔科沃而是在北京。
该坐标系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，经我国东北地区传算过来的，可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。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年北京坐标系严格来说有1954年北京坐标系和新1954年北京坐标系两种。这两种坐标系有两个明显的区别：其一是坐标系统坐标轴的定向明确；其二是整体平差转换值结果。对于高斯平面坐标来说，两者坐标值在全国约80%地区在5米以内，超过5米的主要集中在东北地区，其中大于10米又仅在少数边沿地区，最大达12.9m。这个差值一般并没有超过以往资用坐标与平差坐标之差的范围。因此，反映在1：5万及更小比例尺的地形***上，绝大部分不超过0.1mm。
1954年北京坐标系（整体平差转换值）的主要椭球参数及要点，采用克拉索夫斯基椭球参数：
其长半轴 a=6378245m，
扁率 f=1/298.3
可进一步求出：
短半轴b=6356863.018m
第一偏心率 =0.006693421622966
第一偏心率 =0.006738525414684
该坐标系曾发挥了巨大作用，但也有不可避免的缺点，例如：
①：椭球参数有较大误差；
②：参考椭球面与我国大地水准面差距较大，存在着自西向东的明显的系统性的倾斜；
③：定向不明确；
④：几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一；
⑤：椭球只有两个几何参数，缺乏物理意义；
⑥：该坐标系是按分区进行平差的的，在分区的结合部误差较大。
西安80坐标系是一种参心坐标系，大地原点位于我国陕西省泾阳县永乐镇。1978年，我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为1980年西安坐标系。1980年西安坐标系为椭球定向基准, 其椭球定向明确，短轴指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面，采用多点定位所建立的大地坐标系，椭球面同大地水准面在我国境内最为拟合，大地高程基准面采用1956青岛验潮站的黄海高程系统。采用的国际大地测量和地球物理联合会于1975年推荐的椭球参数，简称1975旋转椭球。椭球参数采用1975年国际大地测量与地球物理联合会推荐值,它们全面的描述了椭球的性质，分别为:
GM= 3.986005 ×/
= 1.08263 ×
ω= 7.292115 × rad / s
地心引力常数GM,
地球重力场二阶带谐系数,
地球自转角速度ω，
地球椭球长半径a=6378140m
扁率f=1/298.257。
由1980西安坐标系转换得来的新北京1954坐标系，是在采用1980西安坐标系的基础上，仍选用克拉索夫斯基椭球为基准椭球，并将椭球中心平移，使其坐标轴与1980西安坐标系的坐标轴平行。新1954北京坐标系采用多点定位，但椭球面同大地水准面在我国境内并不最佳拟合，其大地原点与1980西安坐标系相同，但起算数据不同。
参心坐标系就整个地球空间而言，存在一定的缺点，由以上介绍可以得出，参心坐标系不适合建立全球统一的坐标系统，不便于研究全球重力场，且水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间三维坐标的完整性。
WGS-84坐标系是美国***研制确定的大地坐标系，是一种协议地球坐标系。WGS-84坐标系是一种能解决参心坐标系缺点问题的地心坐标系,是修正美国海***导航星系统参考系NSWC9Z-2的原点和尺度变化，并旋转其零度子午面与国际时间局定义的零度子午面相一致而得到的。
WGS-84坐标系的定义是：原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会测量常数推荐值，采用的两个常用基本几何参数表格：
WGS-84的基本大地参数如表：
(表1)
为地球重力场正常化二阶带谐系数，等于-/。
WGS-84坐标系由于原点定位在地球质心，所以定位全球统一，水平控制网和高程控制网统一，在国际通用性方面存在着很大的优势。
随着情况的变化和时间的推移，以上经典的测量技术为基础的局部大地坐标系，目前已经不能适应科学技术特别是空间技术发展，不能适应我国经济建设和国防建设需要。我国大地坐标系的更新换代，是经济建设、国防建设、社会发展和科技发展的客观需要。
多年以来，我国测绘、地震部门和科学院有关单位为建立我国新一代大地坐标系作了大量基础性工作，近年又先后建成全国GPS一、二级网，国家GPS A、B级网，中国地壳运动观测网络和许多地壳形变网，为地心大地坐标系的实现奠定了较好的基础。我国大地坐标系更新换代条件业已具备。
我国新一代大地坐标系建立的基本原则有三点：
⑴坐标系应尽可能对准ITRF（国际地球参考架）；
⑵坐标系应由空间大地网在某参考历元的坐标和速度体现；
⑶参考椭球的定义参数选用长半周、扁率、地球地心引力常数和地球角速度，其参数值采用IUGG（国际大地测量与地球物理联合会）或IERS(国际地球旋转与参考系服务员)的采用值或推荐值。
由以上原则制定出的我国新一代大地坐标系称为2000中国大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000）,又称之为2000国家大地坐标系，是我国新一代大地坐标系，目前已在我国一定范围内正式实施。新的坐标系统依然采用了地心坐标系统，其原因简单来说是以传统大地测量为基础的局部二维大地坐标系已不能适应空间技术的发展，唯有以空间技术为基础的地心三维大地坐标系，才能适应大地测量的发展，才能适应空间技术应用的需要，才能适应经济社会发展的需要。地心三维德高精度大地坐标系的采用为我国空间技术的发展提供了条件。
2000中国大地坐标系的定义为：
⑴原点在包括海洋和大气的整个地球的质量中心；
⑵长度单位为米（SI）。这一尺度同地心局部框架的TCG(地心坐标时)时间坐标一致；
⑶定向随时间的演变由整个地球的水平构造运动无净旋转条件保证。
以上定义对应一个直角坐标系，它的原点和轴定义如下：
⑴原点：地球的质量中心；
⑵Z轴：指向IERS参考极方向；
⑶X轴：IERS参考子午面与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线；
⑷Y轴：完成右手地心地固直角坐标系。
如***1所示：
（***1）
而CGCS2000参考椭球的定义常数是：
长半轴 a=6378137.0m；
扁率 f=1/298.257222101;
地球的地心引力常数GM=3986004.418×10 ms
地球自转角速度ω=7292115.0×rad s
由以上简介可以看出，CGCS2000与WGS84在很多方面都是一致的，即关于坐标系原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的。两个坐标系使用的参考椭球也非常相近，具体地说，在4个椭球常数a、f、GM、ω中，唯有扁率f有微小差异：WGS84扁率 f=1/298.257223563，CGCS2000扁率 f=1/298.257222101。其实，WGS84的初始版本，也是采用GRS80椭球，后来几经微小改进，才导致WGS84椭球的扁率相对GRS80椭球的扁率产生微小的差异。
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