《第三次全国国土调查》是在第二次全国土地调查成果基础上，按照国家统一标准，在全国范围内利用遥感、测绘、地理信息、互联网等技术，统筹利用现有资料，以正射影像图为基础，实地调查土地的地类、面积和权属，全面掌握全国各类土地的分布及利用状况。《第三次全国土地调查实施方案》第四条要求统一采用2000国家大地坐标系，而第二次全国土地调查统一采用的是西安80坐标系统，需要对坐标系统进行统一。在对坐标系统转换前，了解现有坐标系统各自的特征，有助于顺利完成坐标系统的统一转换。

一、地球与地球椭球体

（一）与地球相关的面与体

地球自然形体：地球自然体是一个不规则的几何体。 地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠穆朗玛峰高出海平面8846.27m±0.2~0.3m（我国1994年8月公布），最低的马里亚纳海沟低于海平面11022m。但是这样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的，再顾及到海洋约占整个地球表面71%。因此，人们把海平面所包围的地球形体看作地球的形状。

水准面： 静止的水面，受地球表面重力场影响而形成，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，是一个重力场的等位面。

大地水准面：一个假想的、与处于流体静平衡状态的海洋面重合并延伸到大陆内部、且处处与铅垂线正交、包围整个地球的重力位水准面。

大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体，是地球的物理表面，是测量外业的基准面。

（二）地球参考椭球

1、地球椭球体相关概念

地球椭球体：一个非常接近大地体,用数学式表示几何形体,作为地球的参考形状和大小。它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。

地球椭球面： 地球椭球体外表面，是地球的数学表面，是球面坐标系/测量内业的标准。

参考椭球面： 处理大地测量成果而采用的与地球大小、形状接近并进行定位的椭球体表面。

2、椭球体的定位与定向

（1）定位——确定椭球中心的位置。分为两类：地心定位和局部定位。

地心定位——要求在全球范围内椭球面和大地水准面最佳符合，同时要求椭球中心与地心重合或最为接近。

参心定位——原点与某一国家或区域所采用的参考椭球中心重合，要求在该范围内椭球面和大地水准面最佳密合，而原点不要求定在地球中心。

（2）定向——确定椭球体的几何和物理特征，及椭球体的指向。

定几何和物理特性——确定两个几何参数（长半轴a、扁率f）、两个物理参数（地心引力常数GM、地球自转角速度ω）。椭球形状及参数应尽量与大地水准面一致。

定指向——确定以椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的指向。

椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，满足“双平行条件”：①椭球短轴平行于地球自转轴；（定义Z轴） ②大地起始子午面平行于天文起始子午面 。（定义X轴）

地球北极是地心坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。

二、大地坐标系

（一）坐标系的相关概念

坐标：在参照系中，为确定空间一点的位置，按规定方法选取的有次序的一组数据。

坐标系：在某一问题中规定坐标的方法，就是该问题所用的坐标系。

大地坐标系：是以参考椭球面为基准面、用以表示地面点位置的坐标系。

（二）大地坐标系的三种表示方法

1、大地坐标系(B、L、H)

大地纬度B：赤道面与地面点的椭球法线的夹角（由赤道面起算，向北为正：北纬0°～90°；向南为负：南纬0°～90°）。

大地经度L：起始子午面与过地面点的椭球子午面的夹角（由起始子午面起算，向东0°～180°为正，叫东经；向西0°～180°为负，叫西经）。

大地高H：即地面点沿椭球法线到椭球面上点的距离。椭球体面上的大地高为零，高于椭球面的H值为正，低于椭球面的H值为负。（GPS可直接测定，是纯几何量，不具物理意义）。

2、空间直角坐标系(X、Y、Z)

空间直角坐标系的坐标原点位于地球质心（地心坐标系）或参考椭球中心（参心坐标系），Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上切按右手系于X轴呈90度夹角，某点中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。点位置用（X,Y,Z）表示。

3、平面坐标系

转换三维地球表面空间实体各要素到二维地图平面的数学处理方法称之为地图投影。平面坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上。我国基本比例尺地形图图采用高斯-克吕格投影（x、y）。

（三）大地坐标系的分类

大地坐标系分为地心坐标系和参心（局部）坐标系两类。

1、地心坐标系

原点位于地心的坐标系，用卫星大地测量技术建立，由空间网的三维坐标和速度实现，属于动态坐标系。2000大地坐标系和WGS84坐标系采用的是地心坐标系。

2、参心坐标系

按参考椭球与局部地区（例如中国地区）的大地水准面最佳拟合的定位原则而建立的大地坐标系，坐标系原点偏离地球质心，由天文大地点的坐标实现，是静态坐标系。北京54坐标系和西安80坐标系均采用参心坐标系。

3、地心坐标系与参心坐标系对比

三、常用坐标系

（一）常用坐标系

1、1954 北京坐标系

新中国成立以后，全国范围内开展大地测量工作，急需一个参心大地坐标系。在当时“亲苏”的政治环境下，我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系，其原点不在北京而是在前苏联的普尔科沃。

其缺点主要包括：（1）采用的克拉索夫斯基椭球与现代椭球相比，长半轴大了108m，扁率倒数大了0.04；（2）椭球定位定向有较大偏差，与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜,最大倾斜量达65 m；（3）椭球短轴的定向也不明确；（4）几何大地测量与物理大地测量采用的椭球也不统一，给实际使用带来不便；（5）坐标精度偏低, 相对精度为5×10^（-6）左右；（6）由于采用了分区局部平差法，系统误差累积明显，导致大地网产生扭曲和变形。

2、1980西安坐标系

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立1980年国家大地坐标系。西安80坐标系采用IAG75地球椭球体。该坐标系的大地原点设在我国中部的陜西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。

其主要缺点包括：（1）只能提供二维坐标，不能提供高精度三维坐标；（2）采用了国际大地测量协会(IAG)1975 年推荐的椭球，该椭球与IERS 推荐的椭球相比，长半轴大了3m，这可能引起约5×10^（-7）量级的长度误差；（3）椭球短轴指向JYD1968.0 极原点，与国际上通用的椭球短轴指向不一致；（4）椭球定位没有顾及到占中国全部国土面积近三分之一的海域范围。

3、2000国家大地坐标系

2000国家大地坐标系（CGCS2000）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。

4、WGS84坐标系

一种国际上采用的地心坐标系。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（国际时间服务机构）1984.O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轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。

（二）常用坐标系的对比分析

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