我国大地坐标系的发展探讨
摘要： 对我国目前所使用的三种不同大地坐标系统的建立、现状以及未来进行了分析，认为我国大地坐标系统的统一是必然的趋势。
关键字： 参心坐标系 地心坐标系 独立坐标系
1 引言
据不完全统计，全世界的坐标系统有140多个。目前在我国存在着三类常用的大地坐标系统，即参心坐标系统、地方独立坐标系统和地心坐标系统。这些大地坐标系满足了我国各行各业在各自发展阶段的不同需求，但在实际使用中，程度不同的存在一些问题。特别是随着高精度卫星定位技术的广泛应用，目前的大地坐标系统已不能满足当前和今后发展的需要，改善和更新国家大地坐标系统的任务已摆在了测绘工作者面前。
2 参心坐标系
参心坐标系是在参考椭球内建立的O-XYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心，X轴与赤道面和首子午面的交线重合，向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。
参心坐标系是我国基本测图和常规大地测量的基础。自新中国建立后，国家就着手建立新的统一的国家坐标系，由于技术条件和交通条件的限制，要在全国建立统一的坐标系其工作量是相当艰辛和巨大，经过测绘系统近四年的努力，我国扩展和延伸了前苏联坐标的1942年坐标系，于1954年首次建立了我国统一的国家大地坐标系“1954年北京坐标系”。60年代初，北京系首级网也基本覆盖了我国的大部分地区。1980年“北京坐标系”改算为“1980西安坐标系”，“西安坐标系”首级坐标网和加密已覆盖全国。
经过天文大地网整体平差后，我国目前形成了三种参心坐标系，即1954年北京坐标系（局部平差成果），1980年西安坐标系和1954年北京坐标系（整体平差转换值）。这三种参心坐标系目前均在使用，预计在今后较长一段时间还将并存。
3 地方独立坐标系
地方独立坐标系是各个地方根据自己的实际需求建立的O-XYZ坐标系。原点O有些是实际中的点，有些是假设的。三轴方向根据地方实际情况确定。
在50年代初旧中国遗留的旧坐标和残缺不全的地图资料在城市中基本被废除，为了恢复工业建设和城市建设、编制城市发展规划，在国家坐标系未完成之前，在我国大、中城市建立了完全互不相干的城市独立坐标系，满足恢复建设的需要，在“1954年北京坐标系”建立后，各城市“独立坐标系”与“北京坐标系”进行了连测，但基于当时的政治局势，也有意将城市坐标系进行平移和旋转，形成了上百个一直沿用至今的城市“独立坐标系”。
我国已进入现代化社会，各种跨行业行政区域的工程越来越多，如连接城市之间的各种道路工程、供电、通讯线工程、水利工程、灾害预防工程等，这些跨行政区域的工程全部使用国家坐标系来进行工程设计、施工和管理的，但是现在的状况是这些工程一旦进入城市区域，因使用的坐标系与城市独立坐标系不同，资料不能拼接，给工程建设部门和城市规划部门带来许多困难，往往在选线、设计时要花很多的人力、物力、财力和时间去协调、整理两个不同坐标系资料，在后期的管理中也是分别用两个坐标系进行管理，暴露出资料不全、重合点处理不当、网形结构太差等诸多矛盾和弊病。如果要建立城市地理信息系统，数据根本就没有办法统一，地理信息系统怎样建成，谈何应用？
随着技术的发展，独立坐标系的区域性割据已严重影响到先进技术的发展和应用，在不远的将来，它将退出历史舞台。
4 地心坐标系
地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正。Z轴与地球旋转轴重合，向北为正。Y轴与XZ平面垂直构成右手系。
地心坐标系是为了满足远程武器和航天技术发展需要而建立的一种大地坐标系统。从70年代起，我国先后在1978年和1988年综合利用国内外天文、重力和人卫观测资料，分别推算出《DX-1》和《DX-2》转换参数，利用这组转换参数，可以将1954年北京坐标系坐标、1980年西安坐标和1982年北京坐标系化算为地心坐标系坐标。
80年代中期，GPS定位技术在全国范围内得到了广泛应用，它采用了1984年世界大地坐标（WGS-84）或国际地球参考系（ITRS），它们的地心坐标精度分别达到了米级和厘米级。
《DX-1》和《DX-2》两种地心坐标系统当前只在少数部门使用，而世界大地坐标（WGS-84）或国际地球参考系（ITRS）两种地心坐标系已广泛用于卫星导航系统中。
由于卫星导航系统的全球性，它的点位坐标易于获得，加之定位的高精度，空间数据格式统一，为“3S”技术的广泛应用提供了良好的基础。因此现在人们倾向于用地心坐标系来代替参心坐标系和地方独立坐标系。
5 建立新一代地心坐标系
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重要作用。但是随着大地测量技术的日益发展，它们与社会经济发展和全球化趋势也日益不相适应，在实际使用中存在着一些问题，主要表现在：
（1）我国目前使用的三个参心坐标系、地方独立坐标系和两个地心坐标系都是依据80年代中期以前的测量资料建立的，它们在坐标维数、精度和框架方面已经不能满足用户的需求，也不能适应现代的三维定位技术。
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