WGS_84與CGCS2000坐標(biāo)系比較

1、WGS_84與CGCS2000（國(guó)家大地坐標(biāo)系）1 WGS_84 1.1 定義WGS_84坐標(biāo)系（World Geodetic System_1984 Coordinate System）是一種國(guó)際上采用的地心坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點(diǎn)為地球質(zhì)心，其地心空間直角坐標(biāo)系的Z軸指向BIH （國(guó)際時(shí)間）1984.O定義的協(xié)議地球極（CTP)方向，X軸指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標(biāo)系，稱為1984年世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)。1.2 WGS-84橢球及其有關(guān)常數(shù)WGS-84采用的橢球是國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)。 公式

2、：長(zhǎng)半徑：a=6378137±2（m）； 地球引力和地球質(zhì)量的乘積：GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2； 正?；A帶諧系數(shù)：C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9； 地球重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù)：J2=108263×10-8 地球自轉(zhuǎn)角速度：=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1 1.3 意義建立WGS-84世界大地坐標(biāo)系的一個(gè)重要目的，是在世界上建立一個(gè)統(tǒng)一的地心坐標(biāo)系。 2 CGCS20002.1

3、定義2000中國(guó)大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000，CGCS2000），這是我國(guó)當(dāng)前最新的國(guó)家大地坐標(biāo)系。CGCS2000為右手地固正交坐標(biāo)系，其原點(diǎn)和軸向的定義是：原點(diǎn)在地球的質(zhì)量中心；Z軸指向IERS參考極(IRP)方向；X軸為IERS參考子午面(IRM)與通過(guò)原點(diǎn)且同z軸正交的赤道面的交線；y軸與z、x軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。2.2 CGCS2000橢球體及相關(guān)參數(shù)CGCS2000的參考橢球?yàn)橐恍D(zhuǎn)橢球，其幾何中心與坐標(biāo)系的原點(diǎn)重合，其旋轉(zhuǎn)軸與坐標(biāo)系的z軸一致。參考橢球面在幾何上代表地球表面的數(shù)學(xué)形狀。CGCS2000的參考橢球在物理上代

4、表一個(gè)等位橢球(水準(zhǔn)橢球)，其橢球面是地球正常重力位的等位面。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下： 長(zhǎng)半軸 a6378137m 扁率 f1/298.257222101 地心引力常數(shù) GM3.986004418×1014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速度 7.292l15×10-5rad s-12.3 意義1) 采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系具有科學(xué)意義，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國(guó)航天、海洋、地震、氣象、水利、建設(shè)、規(guī)劃、地質(zhì)調(diào)查、國(guó)土資源管理等領(lǐng)域的科學(xué)研究需要一個(gè)以全球參考基準(zhǔn)為背景的、全國(guó)統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)一致的坐標(biāo)系統(tǒng)，來(lái)處理國(guó)家、區(qū)域、海洋與全球化的資源、環(huán)境、社會(huì)和信息等

5、問(wèn)題，需要采用定義更加科學(xué)、原點(diǎn)位于地球質(zhì)量中心的三維國(guó)家大地坐標(biāo)系。 2) 采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系可對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系，有利于應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、公共應(yīng)急與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)。 3) 采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系將進(jìn)一步促進(jìn)遙感技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，發(fā)揮其在資源和生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面的作用。比如汶川大地震發(fā)生后，以國(guó)內(nèi)外遙感衛(wèi)星等科學(xué)手段為抗震救災(zāi)分析及救援提供了大量的基礎(chǔ)信息，顯示出科技抗震救災(zāi)的威力，而這些遙感衛(wèi)星資料都是基于地心坐標(biāo)系。 4) 采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系也是保障交通運(yùn)輸、航海等安全的需要。車載、船載實(shí)時(shí)定位獲取的精確的

6、三維坐標(biāo)，能夠準(zhǔn)確地反映其精確地理位置，配以導(dǎo)航地圖，可以實(shí)時(shí)確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。隨著我國(guó)航空運(yùn)營(yíng)能力的不斷提高和港口吞吐量的迅速增加，采用2000國(guó)家大地坐標(biāo)系可保障航空和航海的安全。 5) 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)與通信、遙感和電子消費(fèi)產(chǎn)品不斷融合，將會(huì)創(chuàng)造出更多新產(chǎn)品和新服務(wù)，市場(chǎng)前景更為看好。現(xiàn)已有相當(dāng)一批企業(yè)介入到相關(guān)制造及運(yùn)營(yíng)服務(wù)業(yè)，并可望在近期形成較大規(guī)模的新興高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GIS的結(jié)合使得計(jì)算機(jī)信息為基礎(chǔ)的智能導(dǎo)航技術(shù)，如車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和移動(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。移動(dòng)手持設(shè)備如移動(dòng)電話和PDA已經(jīng)有了非常廣泛的使用。 3 WGS_84與CGCS2

7、000比較及轉(zhuǎn)換3.1 比較3.1.1 定義在定義上，CGCS2000與WGS84是一致的，即關(guān)于坐標(biāo)系原點(diǎn)、尺度、定向及定向演變的定義都是相同的。兩個(gè)坐標(biāo)系使用的參考橢球也非常相近，具體地說(shuō)，在4個(gè)橢球常數(shù)口、廠、GM、中，唯有扁率有微小差異：fWGS84=1298.257563，fCGCS2000=1298.257 222 101。其實(shí)，WGS84的初始版本，也是采用GRS80橢球，后來(lái)幾經(jīng)微小改進(jìn))，才導(dǎo)致WGS84橢球的扁率相對(duì)GRS80橢球的扁率產(chǎn)生微小的差異。3.1.2 實(shí)現(xiàn)根據(jù)2000 國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS 2000) 的定義及其所定義的4個(gè)基本橢球常數(shù),推導(dǎo)CGCS 200

8、0 橢球的主要幾何和物理參數(shù),比較這些參數(shù)與GRS 80 和WGS 84 橢球相應(yīng)參數(shù)之間的差異，給出CGCS 2000 橢球與GRS 80 及WGS 84 橢球定義的正常重力值的差異, 并分析在CGCS 2000 及WGS 84 系下同一點(diǎn)坐標(biāo)的差異。研究表明：CGCS 2000橢球上的正常重力值與GRS 80 ,WGS 84 橢球上的正常重力值的差值分別約為- 143. 54 ×10 - 8 m/ s2 和0. 02×10 - 8 m/ s2 。同一點(diǎn)在CGCS 2000 與GRS 80 和WGS 84 下經(jīng)度相同,緯度的最大差值分別為8. 26 ×10 -

9、11(相當(dāng)于2. 5 ×10 - 6 mm) 和3. 6 ×10 - 6(相當(dāng)于0. 11 mm) 。這里主要是指橢球參數(shù)的不同而引起的同一點(diǎn)經(jīng)緯度的差異,給定點(diǎn)位在某一框架和某一歷元下的空間直角坐標(biāo),投影到CGCS 2000 橢球和WGS 84 橢球上所得的緯度的最大差異相當(dāng)于0. 11 mm。鑒于在坐標(biāo)系定義和實(shí)現(xiàn)上的比較，我們可以認(rèn)為，CGCS2000和WGS84(G1150)是相容的；在坐標(biāo)系的實(shí)現(xiàn)精度范圍內(nèi)，CGCS2000坐標(biāo)和WGS84(G1150)坐標(biāo)是一致的。3.2 轉(zhuǎn)換兩個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換除非是下面這種情況才需要七參數(shù)轉(zhuǎn)換：這兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)不在同一點(diǎn)上，并且兩個(gè)坐標(biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸互相都不平行。這是因?yàn)樵c(diǎn)不在同一點(diǎn)上，首先需要平移，三個(gè)軸的平移量，delta x，delta y，delta z。然后三個(gè)軸不互相平行，又需要三個(gè)旋轉(zhuǎn)量，alpha、beta、grama.。最后就是坐標(biāo)系中有一個(gè)單位量，就是坐標(biāo)軸上的一個(gè)