参心坐标系和地心坐标系

WGS84坐标与CGCS2000坐标^[1]

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之前看书就说WGS84参考参考椭球与CGCS2000参考椭球之间的较差很小，但那书上没写具体的数值较差，就给了一个定性的结论。刚好在查看论文时候看到了别人的计算结果，得到了一个定量的结果。

参心坐标和地心坐标

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为何会有参心坐标和地心坐标系？（先不解释什么是参心坐标和地心坐标）

首先，地球不是一个球体，而且其表面是凹凸不平的，如果对地球进行数学模型抽象：三轴椭球体。

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在平面（2D）上绘制红色椭圆：

红色椭圆的中心点

对椭圆进行水平X轴方向上的一个平移(x-0.5）得到蓝色椭圆：

蓝椭圆的中心点

回到地球的素颜照，地球表面是凹凸不平的曲面，于是采用不用的标准来拟合就会有不同的参考椭球。
要定义一个参考椭球，那么首先就得确定一个椭球的中心点。

有的人觉得用地球的质心来做这个中心点合适，那么选用地球质心建立的就叫地心坐标系。

有的人觉得参考椭球应该和自己的国家领土曲面拟合才对，于是拟合自己感兴趣的曲面寻找得到的用来参考的椭球，这样建立的参考椭球中心点来建立坐标系叫做参心坐标系。

概括来说：
地心坐标系是从拟合全球曲面的角度出发来建立空间坐标系；
参心坐标系是从拟合局部地区曲面的角度出发来建立坐标系。

中国坐标系发展历程

1. 北京54坐标系——参心坐标系

北京54坐标系特点可归结为：

a．属参心大地坐标系；

b．采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；

c.大地原点在原苏联的普尔科沃；

d．采用多点定位法进行椭球定位；

e．高程基准为 1954年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；

f．高程异常以原苏联 1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。

2. 西安80坐标系（国家80坐标系）

西安80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立西安80坐标系时有以下先决条件：

（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省泾阳县永乐镇；

（2）西安80坐标系是参心坐标系，椭球短轴Z轴平行于地球质心指向地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台子午面；X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0方向；Y轴与 Z、X轴成右手坐标系；

（3）椭球参数采用IUG 1975年大会推荐的参数，因而可得西安80椭球两个最常用的几何参数为：

长半轴a=6378140±5（m）

短半轴b=6356755.2882（m）

扁 率α=1/298.257

第一偏心率平方 =0.00669438499959 第二偏心率平方=0.00673950181947

椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。

（4）多点定位；

（5）基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。

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3. CGCS2000坐标系（通常简称：2000坐标系）

2008年3月，由国土资源部正式上报国务院《关于中国采用2000国家大地坐标系的请示》，并于2008年4月获得国务院批准。自2008年7月1日起，中国将全面启用2000国家大地坐标系，国家测绘局授权组织实施。

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从2008年开始启用CGCS2000坐标系，但到了2019年1月1日才正式停止使用之前的老坐标系，主要是很多资料都建立在老坐标上的，需要一定的时间进行坐标系的过度和转换。

目前，很多需求都是从老坐标系转换到新的CGCS2000坐标系上来。本质上是从拟合局部曲面的参心坐标系转换到拟合全球曲面的地心坐标系上来。

Reference

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1. 陈俊英. 参心坐标系测绘成果向2000国家大地坐标系转换的研究[D].长安大学,2013. ↩