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辽宁省摄影测量与遥感院 辽宁沈阳 110034
摘要：本文论述了CGCS2000坐标系与WGS84坐标系定义、实现方法及相互关系，并指出了在实际工作中2种坐标系相互使用、转换时需要注意的问题。
关键词：CGCS2000坐标系；WGS84坐标系；框架；历元；扁率
1 前言
2000国家大地坐标系简称CGCS2000坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，2008年7月1日我国CGCS2000坐标系的正式启用，其优越性也经逐步得到体现，各级测绘成果也逐步的向其过渡，WGS84坐标系是美国国防部制图局建立起的坐标系，目前主流航空摄影定位设备均采用美国的GPS系统，获取的数据成果均采用WGS84坐标系，CGCS2000坐标系与WGS84坐标系同属地心坐标系，表现形式以及坐标数值差异不大，实际工作中容易对这2种坐标系进行混淆，本文对这2种坐标系的定义、实现方法及相互关系做了较详细的介绍，并指出这2种坐标系在使用及转换时应注意的问题。
2 2000国家大地坐标系定义和实现
2000国家大地坐标系（china geodetic coordinate system 2000），缩写为CGCS2000，它是全球地心坐标系在我国的具体体现，其定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心，Z轴由原点指向历元2000的地球参考极的方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
CGCS2000坐标系实现分为3个层次，第一层次为CGCS连续运行GPS网，是由全球均匀分布的47个IGS站作为控制框架，平差后站坐标精度约为3mm，速度精度为1mm/a，第二层次为2000国家GPS控制网，包括全国GPS一、二级网，国家GPSA、B级网，地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网，共约2500多个点，是在国际IGS站以及中国地壳运动观测网络工程网点联合平差组成，三维地心坐标精度为3cm，第三层次为全国天文大地控制网，大约5万个点，是由全国天文大地控制网与2000GPS控制网联合平差后得来，其三维点位误差为0.3m，平均平面点位精度达到±0.11m，大地高误差不超过0.5m，CGCS2000坐标系采用ITRF97框架，实现历元为2000.0，投影方式多采用高斯-克吕格投影。
3 WGS-84坐标系定义和实现
WGS-84坐标系（W o r l d G e o d e t i c S y s t e m-1984CoordinateSystem）是美国国防部制图局建立起的坐标系，也被称为1984年世界大地坐标系统，坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间）1984.0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轴、X轴垂直构成右手正交坐标系，WGS-84坐标系经过3次精化，分别为WGS84（G730）、WGS84（G873）、WGS84（G1150），目前使用的就是WGS84（G1150），长半径为6378137米，扁率为1/298.257223563，实现的历元为2001.0，框架被认同为ITRF2000，投影方式多采用UTM投影，目前美国GNSS系统采用的广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。
4 CGCS2000坐标系与WGS84坐标系相互关系及对比
从CGCS2000坐标系与WGS84坐标系定义可以看出，其原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的，参考椭球也非常相近，主要参数如下表：
表1 CSCS2000坐标系与WGS84（G1150）坐标系主要参数对照表
主要参数 CGCS2000 WGS84（G1150）
长半轴a/m 6378137 6378137
扁率/f 1/298.257222101 1/298.257223563
地心引力常数GM/（m2/s2） 3.98004418×10-14 3.98004418×10-14
自转角速度ω/（rad/s） 7292115×10×-5 7292115×10×-5
上表可以看出，在4个椭球常数中，唯有扁率f有微小差异：
fWGS84=1/298.257222101
fCSCS2000=1/298.257223563
参考椭球的扁率差异将导致同一点在两个坐标系内的大地坐标产生差异，也将导致正常重力产生差异，df引起的大地纬度B、大地精度L、大地高H的变化用下式表示
dB=M[2-（2f-f2）sin2B] sinBcosB df/（1-f）
dL=0
dH=M[1-（2f-f2）]d sin2B df/（1-f）
式中，M为子午圈曲率半径；df为引起椭球面上正常重力r0的变化，用dr0=?r0*df/?f计算，式中r0为下式计算，re为赤道重力，rp为极重力。
5 使用及转换时需注意的问题
5.1 WGS84坐标的实现时间
WGS84坐标系的实现分3个阶段，第1阶段是WGS84（G730），用作广播星历的时间为1994年6月29日，其中G表示由GPS测量得到，730表示为GPS时间第730个周，第2阶段是WGS（G873），用作广播星历的时间为1997年1月29日，第3阶段为现行的WGS84（G1150），用作广播星历的时间为2002年1月20日，这3个阶段的WGS84坐标框架和实现时间均有一定差异，和我国的CGCS2000坐标系统进行转换时要充分考虑到这一因素，确定好转换数据是哪一阶段的WGS84坐标，然后再进行转换。
5.2充分考虑到2种坐标系的实现时间差异
尽管在上文提到在相同历元下CGCS2000与WGS84（G1150）在坐标系的实现精度范围内两者是差异是不大的，但在测量精度要求较高的项目中，一定要进行实现时间及速度场改算，其改算公式为：
X3（t）= X3（t0）+ S3（t-t0）
该公式中，x3（t）是任意t时的三维坐标（x，y，z）；X3（t0）为参考历元t0（t0=2000.0）时的三维坐标（x，y，z），S3（t-t0）为t-t0时间段受板块运动和潮汐影响的三维漂移分量。
6 结束语
综上所述，CGCS2000坐标系与WGS84坐标系是定义不同，但又精度相容的2种地心坐标系统，在日常的测绘生产工作中，我们要充分理解它们之间的关系，概念上要将它们区别对待，在不同精度的生产项目中要对其灵活应用和灵活转换，使之更好的服务于我们的测绘生产。
参考文献：
[1]党亚民、成英燕、薛树强，《大地坐标系统及其应用》，测绘出版社
[2]魏子卿.2000中国大地坐标系及其WGS84的比较.大地测量与地球动力学.2008年10月
[3]程鹏飞、文汉江、成英燕、王华.2000国家大地坐标系椭球参数与GRS80和WGS84的比较.测绘学报.2009年6月
摘要：本文论述了CGCS2000坐标系与WGS84坐标系定义、实现方法及相互关系，并指出了在实际工作中2种坐标系相互使用、转换时需要注意的问题。
关键词：CGCS2000坐标系；WGS84坐标系；框架；历元；扁率
1 前言
2000国家大地坐标系简称CGCS2000坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，2008年7月1日我国CGCS2000坐标系的正式启用，其优越性也经逐步得到体现，各级测绘成果也逐步的向其过渡，WGS84坐标系是美国国防部制图局建立起的坐标系，目前主流航空摄影定位设备均采用美国的GPS系统，获取的数据成果均采用WGS84坐标系，CGCS2000坐标系与WGS84坐标系同属地心坐标系，表现形式以及坐标数值差异不大，实际工作中容易对这2种坐标系进行混淆，本文对这2种坐标系的定义、实现方法及相互关系做了较详细的介绍，并指出这2种坐标系在使用及转换时应注意的问题。
2 2000国家大地坐标系定义和实现
2000国家大地坐标系（china geodetic coordinate system 2000），缩写为CGCS2000，它是全球地心坐标系在我国的具体体现，其定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心，Z轴由原点指向历元2000的地球参考极的方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
CGCS2000坐标系实现分为3个层次，第一层次为CGCS连续运行GPS网，是由全球均匀分布的47个IGS站作为控制框架，平差后站坐标精度约为3mm，速度精度为1mm/a，第二层次为2000国家GPS控制网，包括全国GPS一、二级网，国家GPSA、B级网，地壳运动监测网和地壳运动观测网络工程网，共约2500多个点，是在国际IGS站以及中国地壳运动观测网络工程网点联合平差组成，三维地心坐标精度为3cm，第三层次为全国天文大地控制网，大约5万个点，是由全国天文大地控制网与2000GPS控制网联合平差后得来，其三维点位误差为0.3m，平均平面点位精度达到±0.11m，大地高误差不超过0.5m，CGCS2000坐标系采用ITRF97框架，实现历元为2000.0，投影方式多采用高斯-克吕格投影。
3 WGS-84坐标系定义和实现
WGS-84坐标系（W o r l d G e o d e t i c S y s t e m-1984CoordinateSystem）是美国国防部制图局建立起的坐标系，也被称为1984年世界大地坐标系统，坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向BIH（国际时间）1984.0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轴、X轴垂直构成右手正交坐标系，WGS-84坐标系经过3次精化，分别为WGS84（G730）、WGS84（G873）、WGS84（G1150），目前使用的就是WGS84（G1150），长半径为6378137米，扁率为1/298.257223563，实现的历元为2001.0，框架被认同为ITRF2000，投影方式多采用UTM投影，目前美国GNSS系统采用的广播星历是以WGS-84坐标系为根据的。
4 CGCS2000坐标系与WGS84坐标系相互关系及对比
从CGCS2000坐标系与WGS84坐标系定义可以看出，其原点、尺度、定向及定向演变的定义都是相同的，参考椭球也非常相近，主要参数如下表：
表1 CSCS2000坐标系与WGS84（G1150）坐标系主要参数对照表
主要参数 CGCS2000 WGS84（G1150）
长半轴a/m 6378137 6378137
扁率/f 1/298.257222101 1/298.257223563
地心引力常数GM/（m2/s2） 3.98004418×10-14 3.98004418×10-14
自转角速度ω/（rad/s） 7292115×10×-5 7292115×10×-5
上表可以看出，在4个椭球常数中，唯有扁率f有微小差异：
fWGS84=1/298.257222101
fCSCS2000=1/298.257223563
参考椭球的扁率差异将导致同一点在两个坐标系内的大地坐标产生差异，也将导致正常重力产生差异，df引起的大地纬度B、大地精度L、大地高H的变化用下式表示
dB=M[2-（2f-f2）sin2B] sinBcosB df/（1-f）
dL=0
dH=M[1-（2f-f2）]d sin2B df/（1-f）
式中，M为子午圈曲率半径；df为引起椭球面上正常重力r0的变化，用dr0=?r0*df/?f计算，式中r0为下式计算，re为赤道重力，rp为极重力。
5 使用及转换时需注意的问题
5.1 WGS84坐标的实现时间
WGS84坐标系的实现分3个阶段，第1阶段是WGS84（G730），用作广播星历的时间为1994年6月29日，其中G表示由GPS测量得到，730表示为GPS时间第730个周，第2阶段是WGS（G873），用作广播星历的时间为1997年1月29日，第3阶段为现行的WGS84（G1150），用作广播星历的时间为2002年1月20日，这3个阶段的WGS84坐标框架和实现时间均有一定差异，和我国的CGCS2000坐标系统进行转换时要充分考虑到这一因素，确定好转换数据是哪一阶段的WGS84坐标，然后再进行转换。
5.2充分考虑到2种坐标系的实现时间差异
尽管在上文提到在相同历元下CGCS2000与WGS84（G1150）在坐标系的实现精度范围内两者是差异是不大的，但在测量精度要求较高的项目中，一定要进行实现时间及速度场改算，其改算公式为：
X3（t）= X3（t0）+ S3（t-t0）
该公式中，x3（t）是任意t时的三维坐标（x，y，z）；X3（t0）为参考历元t0（t0=2000.0）时的三维坐标（x，y，z），S3（t-t0）为t-t0时间段受板块运动和潮汐影响的三维漂移分量。
6 结束语
综上所述，CGCS2000坐标系与WGS84坐标系是定义不同，但又精度相容的2种地心坐标系统，在日常的测绘生产工作中，我们要充分理解它们之间的关系，概念上要将它们区别对待，在不同精度的生产项目中要对其灵活应用和灵活转换，使之更好的服务于我们的测绘生产。
参考文献：
[1]党亚民、成英燕、薛树强，《大地坐标系统及其应用》，测绘出版社
[2]魏子卿.2000中国大地坐标系及其WGS84的比较.大地测量与地球动力学.2008年10月
[3]程鹏飞、文汉江、成英燕、王华.2000国家大地坐标系椭球参数与GRS80和WGS84的比较.测绘学报.2009年6月