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[摘 要]介绍分析了目前地勘测量中常用到的坐标系统和2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000）的定义、实现及其特点，阐述了常用坐标系与2000国家大地坐标系的相互关系和优缺点，展望了地勘测量采用2000国家大地坐标系的发展趋势及必然性。
[关键词]常用坐标系；2000国家大地坐标系；发展趋势及必然性
中图分类号：F274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0059-02
一、引言
根据《中华人民共和国测绘法》我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8～10年。过度期满后，其他坐标系统将被废止， 2000国家大地坐标系将被全面使用。 目前，地勘行业使用的大地坐标系统主要有： 地方独立坐标系、北京54坐标、西安80坐标、新北京54坐标、WGS84坐标和2000国家大地坐标系。随着GPS在地勘工作中的广泛应用，地勘工作的预查、普查、详查和勘探4个阶段都用到这5个坐标系。预查阶段直接使用北京54坐标和WGS84坐标；普查和详查阶段一般都采用北京54坐标和西安80坐标。不同坐标系统被同时使用，在进行坐标系统转换中常会遇到各种各样的问题，浪费了大量的人力和物力，还经常出错，给我们日常工作带来了诸多的不便。CGCS2000国家大地坐标系启用为地勘行业使用统一坐标系统提供平台和契机， CGCS2000国家大地坐标系和现有各个坐标系之间可以通过严密的数学公式相互变换，无精度损失，保持原成果的高精度，实现国家基准和行业保持一致，有利于实现行业、国家和国际多方资源共享。随着国家和地方经济的不断发展，地勘行业测绘成果转换到CGCS2000国家大地坐标系需求会不断增多，如：矿区边界测量、全国矿产调查等，所以地勘测量采用2000国家大地坐标系是大势所趋，在未来是必然的。下边就地勘测量中常用坐标系、2000国家大地坐标系的简介、特点及与常用坐标系比较和未来地勘测量采用2000国家大地坐标系的必然性做分别阐述。
二、常用坐标系简介
地方独立坐标系： 在城市测量或工程测量中，提出坐标系统的选择应以投影长度变形不大于2.5 cm/km为原则。然而，采用国家坐标系统在许多情况（高海拔地区、离中央子午线较远地方等）不能满足这一要求，这就要求建立地方独立坐标系。任意选定原点和坐标轴的直角坐标系，相对独立于国家坐标系外的局部平面直角坐标系。
北京54坐标系：新中国成立后，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系惊醒联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸，其原点不在北京而在前苏联的普尔科沃。
西安80坐标系：1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数，其为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。该坐标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60Km处，故称为西安坐标系。
新北京54坐标系：将全国大地网平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新北京54坐标系。该坐标系与1980年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。
WGS（世界大地坐标系统）：是国际通用的地心坐标，其原点位于地球的质心；Z轴指向BIH1984。0定义的协议地极（CTP）；X轴指向BIH1984。0定义的零子午面与CTP相应的赤道的交点；Y轴垂直于Z轴、X轴及原点组成的平面，构成右手系。
三、2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000）的定义、实现及其特点
3.1 定义及实现
国家大地坐标系的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。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z 轴由原点指向历元2000。0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984。0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，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；采用广义相对论意义下的尺度。
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数为：
长半轴 a=6378137m
扁率 f=1/298。257222101
地心引力常数 GM=3。986004418×1014m3s-2
自转角速度 ω=7。292115×10-5rads-1
根据上述4个参数可以导出测量计算中所需要的其它参数。
2000国家大地坐标系通过2000国家GPS大地控制网的点在历元2000.0的坐标和速度具体体现。2000国家GPS大地控制网是由国家测绘局布设的GPSA、B级网、总参测绘局布设的GPS一、二级网以及由中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网，还有其他地壳形变GPS监测网等组成，通过联合数据处理将框架点坐标统一归算到一个坐标参考框架（参考框架为ITRF97，参考历元为J2000.0）下，从而得到2000国家GPS大地网的坐标。这样2000国家大地坐标系的实现精度是：在参考历元2000.0，水平坐标与高程坐标的精度分别好于1cm和3cm，水平速度的精度约3mm/a。
3.2 2000国家大地坐标系的特点
从2000国家大地坐标系的定义可以看出，2000国家大地坐标系是一个地心坐标系，与我国已有的1954北京坐标系、1980西安坐标系等参心坐标系有很大的不同，主要体现在以下5方面： 3.2.1椭球定位方式不同
参心坐标系是为了研究局部球面形状，在使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小的原则下，选择和局部区域的大地水准面最为吻合的椭球所建立的坐标系。由于参心坐标系未与地心发生联系，不利于研究全球形状和板块运动等，也无法建立全球统一的大地坐标系。2000国家大地坐标系为地心坐标系，它所定义的椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密和。
3.2.2实现技术不同
我国现行参心坐标系是采用传统的大地测量手段，即测量标志点之间哦距离、方向，通过平差的方法得到各点相对于起始点的位置，由此确定各点在参心系下的坐标。2000国家大地坐标系框架是通过空间大地测量观测技术、获取各测站在ITRF框架下的地心坐标。
3.2.3维数不同
现行参心坐标系为二维坐标系，2000国家大地坐标系为三维坐标系。
3.2.4原点不同
现行参心坐标系原点与地球质量中心有较大偏差，2000国家大地坐标系原点位于地球质量中心。
3.2.5精度不同
参心坐标系由于当时客观条件的限制，缺乏高精度的外部控制，长距离精度较低，在空间技术广泛应用的今天，难以满足用户的需求。2000国家大地坐标系精度比现行参心坐标系精度要提高10倍，相对精度可达10-7～10-8。
四、地勘测量采用2000国家大地坐标系的发展趋势及必然性
坐标系统是所有地勘测量工作的基础，所有地勘测量成果都是建立在其之上的。一个工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系统，这样既便于成果通用又不易出错。对于一个开采周期很长的矿山，其从设计开始，测量工作涉及诸多阶段诸多方面的内容，如地面控制测量，地形图的测绘和应用，井下控制测量和施工放样，井上、下关系的对照，大型贯通工程的控制等等。它们都涉及一个非常关键的问题，即坐标系统的使用，其核心可分为两个方面：针对不同阶段的测量工作，需统一新、旧坐标系统；针对不同内容的测量工作，需统一井上、下坐标系统。当矿山进行新的工程建设时，如果旧坐标系统符合矿山测量的要求，可将测量成果统一至旧坐标系统上，即进行新、旧坐标系统的换算；反之，如果因开采范围的扩大或旧坐标系统原本不正确使旧坐标系统不符合要求时，则应重新建立新的统一坐标系统。但是我国大部分矿山，多存在坐标系统混乱现象，问题十分严重令人担忧。
例如：陕西省略阳县张家山金矿最初办理采矿许可证采用张家山矿区假定坐标，第二次办理采矿许可证采用北京54-6度带坐标，第二次办理采矿许可证采西安80-3度带坐标。但是因为从建矿以来相继使用几种坐标，至今已积累了大量的纸质图纸、测量资料坐标不统一，无论是确定矿洞与临矿之间的关系还是日常的生产，如采空区、废（旧）巷的对照和填图等，都存在很大的安全隐患。现阶段陕西略阳中矿公司下属大矿仍然继续使用多套坐标系统，坐标的统一问题刻不容缓。
面对空间技术、信息技术及其应用技术的迅猛发展和广泛普及，在创建数字地球、数字中国、数字矿山的过程中，需要一个以全球参考基准框架为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题。单纯采用目前参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统和相应的基础设施作为我国现行应用的测绘基准，必然会带来愈来愈多不协调问题，产生众多矛盾，制约高新技术的应用。若现在仍采用现行的二维、非地心的坐标系，不仅制约了地理空间信息的精确表达和各种先进的空间技术的广泛应用，无法全面满足今后数字矿山对高精度测绘地理信息服务的要求，因此采用2000国家大地坐标系系已势在必行。
五、结束语
2000国家大地坐标系有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，有利于测定高精度大地控制点三维坐标，提高测图工作效率等。采用地心坐标系，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象特别是空间物体的运动。可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务，采用地心坐标系已经是国际测量界的总趋势。有利于地理信息系统与GPS有效的结合，可以进一步提升地勘行业的综合服务能力，更好的服务社会和国家。
参考文献
[1] 熊四明，2000国家大地坐标系下点位坐标转换方法浅析[J]。测绘与空间地理信息，2009，32（5）.
[2] 魏子卿，2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J]。大地测量与地球动力学，2008，28（5）.
[3] 程鹏飞，成英燕等，2000国家大地坐标系实用宝典[M]。北京：测绘出版社，2008.10.
[4] 立实，2000国家大地坐标系7月1日启用.中国测绘，2008（4），12.
[关键词]常用坐标系；2000国家大地坐标系；发展趋势及必然性
中图分类号：F274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0059-02
一、引言
根据《中华人民共和国测绘法》我国自2008年7月1日起，启用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8～10年。过度期满后，其他坐标系统将被废止， 2000国家大地坐标系将被全面使用。 目前，地勘行业使用的大地坐标系统主要有： 地方独立坐标系、北京54坐标、西安80坐标、新北京54坐标、WGS84坐标和2000国家大地坐标系。随着GPS在地勘工作中的广泛应用，地勘工作的预查、普查、详查和勘探4个阶段都用到这5个坐标系。预查阶段直接使用北京54坐标和WGS84坐标；普查和详查阶段一般都采用北京54坐标和西安80坐标。不同坐标系统被同时使用，在进行坐标系统转换中常会遇到各种各样的问题，浪费了大量的人力和物力，还经常出错，给我们日常工作带来了诸多的不便。CGCS2000国家大地坐标系启用为地勘行业使用统一坐标系统提供平台和契机， CGCS2000国家大地坐标系和现有各个坐标系之间可以通过严密的数学公式相互变换，无精度损失，保持原成果的高精度，实现国家基准和行业保持一致，有利于实现行业、国家和国际多方资源共享。随着国家和地方经济的不断发展，地勘行业测绘成果转换到CGCS2000国家大地坐标系需求会不断增多，如：矿区边界测量、全国矿产调查等，所以地勘测量采用2000国家大地坐标系是大势所趋，在未来是必然的。下边就地勘测量中常用坐标系、2000国家大地坐标系的简介、特点及与常用坐标系比较和未来地勘测量采用2000国家大地坐标系的必然性做分别阐述。
二、常用坐标系简介
地方独立坐标系： 在城市测量或工程测量中，提出坐标系统的选择应以投影长度变形不大于2.5 cm/km为原则。然而，采用国家坐标系统在许多情况（高海拔地区、离中央子午线较远地方等）不能满足这一要求，这就要求建立地方独立坐标系。任意选定原点和坐标轴的直角坐标系，相对独立于国家坐标系外的局部平面直角坐标系。
北京54坐标系：新中国成立后，采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系惊醒联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸，其原点不在北京而在前苏联的普尔科沃。
西安80坐标系：1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数，其为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。该坐标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60Km处，故称为西安坐标系。
新北京54坐标系：将全国大地网平差的结果整体换算到克拉索夫斯基椭球体上，形成一个新的坐标系，称为新北京54坐标系。该坐标系与1980年国家大地坐标系的轴定向基准相同，网的点位精度相同。
WGS（世界大地坐标系统）：是国际通用的地心坐标，其原点位于地球的质心；Z轴指向BIH1984。0定义的协议地极（CTP）；X轴指向BIH1984。0定义的零子午面与CTP相应的赤道的交点；Y轴垂直于Z轴、X轴及原点组成的平面，构成右手系。
三、2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000）的定义、实现及其特点
3.1 定义及实现
国家大地坐标系的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。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z 轴由原点指向历元2000。0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984。0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，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；采用广义相对论意义下的尺度。
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数为：
长半轴 a=6378137m
扁率 f=1/298。257222101
地心引力常数 GM=3。986004418×1014m3s-2
自转角速度 ω=7。292115×10-5rads-1
根据上述4个参数可以导出测量计算中所需要的其它参数。
2000国家大地坐标系通过2000国家GPS大地控制网的点在历元2000.0的坐标和速度具体体现。2000国家GPS大地控制网是由国家测绘局布设的GPSA、B级网、总参测绘局布设的GPS一、二级网以及由中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网，还有其他地壳形变GPS监测网等组成，通过联合数据处理将框架点坐标统一归算到一个坐标参考框架（参考框架为ITRF97，参考历元为J2000.0）下，从而得到2000国家GPS大地网的坐标。这样2000国家大地坐标系的实现精度是：在参考历元2000.0，水平坐标与高程坐标的精度分别好于1cm和3cm，水平速度的精度约3mm/a。
3.2 2000国家大地坐标系的特点
从2000国家大地坐标系的定义可以看出，2000国家大地坐标系是一个地心坐标系，与我国已有的1954北京坐标系、1980西安坐标系等参心坐标系有很大的不同，主要体现在以下5方面： 3.2.1椭球定位方式不同
参心坐标系是为了研究局部球面形状，在使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小的原则下，选择和局部区域的大地水准面最为吻合的椭球所建立的坐标系。由于参心坐标系未与地心发生联系，不利于研究全球形状和板块运动等，也无法建立全球统一的大地坐标系。2000国家大地坐标系为地心坐标系，它所定义的椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密和。
3.2.2实现技术不同
我国现行参心坐标系是采用传统的大地测量手段，即测量标志点之间哦距离、方向，通过平差的方法得到各点相对于起始点的位置，由此确定各点在参心系下的坐标。2000国家大地坐标系框架是通过空间大地测量观测技术、获取各测站在ITRF框架下的地心坐标。
3.2.3维数不同
现行参心坐标系为二维坐标系，2000国家大地坐标系为三维坐标系。
3.2.4原点不同
现行参心坐标系原点与地球质量中心有较大偏差，2000国家大地坐标系原点位于地球质量中心。
3.2.5精度不同
参心坐标系由于当时客观条件的限制，缺乏高精度的外部控制，长距离精度较低，在空间技术广泛应用的今天，难以满足用户的需求。2000国家大地坐标系精度比现行参心坐标系精度要提高10倍，相对精度可达10-7～10-8。
四、地勘测量采用2000国家大地坐标系的发展趋势及必然性
坐标系统是所有地勘测量工作的基础，所有地勘测量成果都是建立在其之上的。一个工程建设应尽可能地采用一个统一的坐标系统，这样既便于成果通用又不易出错。对于一个开采周期很长的矿山，其从设计开始，测量工作涉及诸多阶段诸多方面的内容，如地面控制测量，地形图的测绘和应用，井下控制测量和施工放样，井上、下关系的对照，大型贯通工程的控制等等。它们都涉及一个非常关键的问题，即坐标系统的使用，其核心可分为两个方面：针对不同阶段的测量工作，需统一新、旧坐标系统；针对不同内容的测量工作，需统一井上、下坐标系统。当矿山进行新的工程建设时，如果旧坐标系统符合矿山测量的要求，可将测量成果统一至旧坐标系统上，即进行新、旧坐标系统的换算；反之，如果因开采范围的扩大或旧坐标系统原本不正确使旧坐标系统不符合要求时，则应重新建立新的统一坐标系统。但是我国大部分矿山，多存在坐标系统混乱现象，问题十分严重令人担忧。
例如：陕西省略阳县张家山金矿最初办理采矿许可证采用张家山矿区假定坐标，第二次办理采矿许可证采用北京54-6度带坐标，第二次办理采矿许可证采西安80-3度带坐标。但是因为从建矿以来相继使用几种坐标，至今已积累了大量的纸质图纸、测量资料坐标不统一，无论是确定矿洞与临矿之间的关系还是日常的生产，如采空区、废（旧）巷的对照和填图等，都存在很大的安全隐患。现阶段陕西略阳中矿公司下属大矿仍然继续使用多套坐标系统，坐标的统一问题刻不容缓。
面对空间技术、信息技术及其应用技术的迅猛发展和广泛普及，在创建数字地球、数字中国、数字矿山的过程中，需要一个以全球参考基准框架为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题。单纯采用目前参心、二维、低精度、静态的大地坐标系统和相应的基础设施作为我国现行应用的测绘基准，必然会带来愈来愈多不协调问题，产生众多矛盾，制约高新技术的应用。若现在仍采用现行的二维、非地心的坐标系，不仅制约了地理空间信息的精确表达和各种先进的空间技术的广泛应用，无法全面满足今后数字矿山对高精度测绘地理信息服务的要求，因此采用2000国家大地坐标系系已势在必行。
五、结束语
2000国家大地坐标系有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，有利于测定高精度大地控制点三维坐标，提高测图工作效率等。采用地心坐标系，可以更好地阐明地球上各种地理和物理现象特别是空间物体的运动。可以充分利用现代最新科技成果，为国家信息现代化服务，采用地心坐标系已经是国际测量界的总趋势。有利于地理信息系统与GPS有效的结合，可以进一步提升地勘行业的综合服务能力，更好的服务社会和国家。
参考文献
[1] 熊四明，2000国家大地坐标系下点位坐标转换方法浅析[J]。测绘与空间地理信息，2009，32（5）.
[2] 魏子卿，2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J]。大地测量与地球动力学，2008，28（5）.
[3] 程鹏飞，成英燕等，2000国家大地坐标系实用宝典[M]。北京：测绘出版社，2008.10.
[4] 立实，2000国家大地坐标系7月1日启用.中国测绘，2008（4），12.