《第三次全國國土調(diào)查》是在第二次全國土地調(diào)查成果基礎(chǔ)上，按照國家統(tǒng)一標準，在全國范圍內(nèi)利用遙感、測繪、地理信息、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，統(tǒng)籌利用現(xiàn)有資料，以正射影像圖為基礎(chǔ)，實地調(diào)查土地的地類、面積和權(quán)屬，***掌握全國各類土地的分布及利用狀況。《第三次全國土地調(diào)查實施方案》第四條要求統(tǒng)一采用2000國家大地坐標系，而第二次全國土地調(diào)查統(tǒng)一采用的是西安80坐標系統(tǒng)，需要對坐標系統(tǒng)進行統(tǒng)一。在對坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換前，了解現(xiàn)有坐標系統(tǒng)各自的特征，有助于順利完成坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一轉(zhuǎn)換。

一、地球與地球橢球體

（一）與地球相關(guān)的面與體

　　地球自然形體：地球自然體是一個不規(guī)則的幾何體。地球自然表面很不規(guī)則，有高山、丘陵、平原和海洋。其中***高的珠穆朗瑪峰高出海平面8846.27m±0.2~0.3m（我國1994年8月公布），***低的馬里亞納海溝低于海平面11022m。但是這樣的高低起伏，相對于地球半徑6371km來說還是很小的，再顧及到海洋約占整個地球表面71%。因此，人們把海平面所包圍的地球形體看作地球的形狀。

　　水準面：靜止的水面，受地球表面重力場影響而形成，是一個處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面，是一個重力場的等位面。

　　大地水準面：一個假想的、與處于流體靜平衡狀態(tài)的海洋面重合并延伸到大陸內(nèi)部、且處處與鉛垂線正交、包圍整個地球的重力位水準面。

　　大地體：大地水準面所包圍的代表地球形狀和大小的形體，是地球的物理表面，是測量外業(yè)的基準面。

（二）地球參考橢球

1、地球橢球體相關(guān)概念

　　地球橢球體：一個非常接近大地體,用數(shù)學式表示幾何形體,作為地球的參考形狀和大小。它是一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而形成的形體，故又稱旋轉(zhuǎn)橢球體。

　　地球橢球面：地球橢球體外表面，是地球的數(shù)學表面，是球面坐標系/測量內(nèi)業(yè)的標準。

　　參考橢球面：處理大地測量成果而采用的與地球大小、形狀接近并進行定位的橢球體表面。

2、橢球體的定位與定向

　?。?）定位——確定橢球中心的位置。分為兩類：地心定位和局部定位。

　　地心定位——要求在全球范圍內(nèi)橢球面和大地水準面***佳符合，同時要求橢球中心與地心重合或***為接近。

　　參心定位——原點與某一國家或區(qū)域所采用的參考橢球中心重合，要求在該范圍內(nèi)橢球面和大地水準面***佳密合，而原點不要求定在地球中心。

　?。?）定向——確定橢球體的幾何和物理特征，及橢球體的指向。

　　定幾何和物理特性——確定兩個幾何參數(shù)（長半軸a、扁率f）、兩個物理參數(shù)（地心引力常數(shù)GM、地球自轉(zhuǎn)角速度ω）。橢球形狀及參數(shù)應盡量與大地水準面一致。

　　定指向——確定以橢球中心為原點的空間直角坐標系坐標軸的指向。

　　橢球定向是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，滿足“雙平行條件”：①橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；（定義Z軸）②大地起始子午面平行于天文起始子午面。（定義X軸）

　　地球北極是地心坐標系的基準指向點，地球北極的變動將引起坐標軸方向的變化。

二、大地坐標系

（一）坐標系的相關(guān)概念

　　坐標：在參照系中，為確定空間一點的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)據(jù)。

　　坐標系：在某一問題中規(guī)定坐標的方法，就是該問題所用的坐標系。

　　大地坐標系：是以參考橢球面為基準面、用以表示地面點位置的坐標系。

（二）大地坐標系的三種表示方法

1、大地坐標系(B、L、H)

　　大地緯度B：赤道面與地面點的橢球法線的夾角（由赤道面起算，向北為正：北緯0°～90°；向南為負：南緯0°～90°）。

　　大地經(jīng)度L：起始子午面與過地面點的橢球子午面的夾角（由起始子午面起算，向東0°～180°為正，叫東經(jīng)；向西0°～180°為負，叫西經(jīng)）。

　　大地高H：即地面點沿橢球法線到橢球面上點的距離。橢球體面上的大地高為零，高于橢球面的H值為正，低于橢球面的H值為負。（GPS可直接測定，是純幾何量，不具物理意義）。

2、空間直角坐標系(X、Y、Z)

　　空間直角坐標系的坐標原點位于地球質(zhì)心（地心坐標系）或參考橢球中心（參心坐標系），Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點，Y軸位于赤道面上切按右手系于X軸呈90度夾角，某點中的坐標可用該點在此坐標系的各個坐標軸上的投影來表示。點位置用（X,Y,Z）表示。

3、平面坐標系

　　轉(zhuǎn)換三維地球表面空間實體各要素到二維地圖平面的數(shù)學處理方法稱之為地圖投影。平面坐標系是利用投影變換，將空間坐標（空間直角坐標或空間大地坐標）通過某種數(shù)學變換映射到平面上。我國基本比例尺地形圖圖采用高斯-克呂格投影（x、y）。

（三）大地坐標系的分類

大地坐標系分為地心坐標系和參心（局部）坐標系兩類。

1、地心坐標系

　　原點位于地心的坐標系，用衛(wèi)星大地測量技術(shù)建立，由空間網(wǎng)的三維坐標和速度實現(xiàn)，屬于動態(tài)坐標系。2000大地坐標系和WGS84坐標系采用的是地心坐標系。

2、參心坐標系

　　按參考橢球與局部地區(qū)（例如中國地區(qū)）的大地水準面***佳擬合的定位原則而建立的大地坐標系，坐標系原點偏離地球質(zhì)心，由天文大地點的坐標實現(xiàn)，是靜態(tài)坐標系。北京54坐標系和西安80坐標系均采用參心坐標系。

3、地心坐標系與參心坐標系對比

三、常用坐標系

（一）常用坐標系

1、1954北京坐標系

　　新中國成立以后，全國范圍內(nèi)開展大地測量工作，急需一個參心大地坐標系。在當時“親蘇”的政治環(huán)境下，我國采用了前蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球參數(shù)，通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系，其原點不在北京而是在前蘇聯(lián)的普爾科沃。

　　其缺點主要包括：（1）采用的克拉索夫斯基橢球與現(xiàn)代橢球相比，長半軸大了108m，扁率倒數(shù)大了0.04；（2）橢球定位定向有較大偏差，與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜,***大傾斜量達65 m；（3）橢球短軸的定向也不明確；（4）幾何大地測量與物理大地測量采用的橢球也不統(tǒng)一，給實際使用帶來不便；（5）坐標精度偏低,相對精度為5×10^（-6）左右；（6）由于采用了分區(qū)局部平差法，系統(tǒng)誤差累積明顯，導致大地網(wǎng)產(chǎn)生扭曲和變形。

2、1980西安坐標系

　　1978年4月在西安召開全國天文大地網(wǎng)平差會議，確定重新定位，建立1980年國家大地坐標系。西安80坐標系采用IAG75地球橢球體。該坐標系的大地原點設在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西北方向約60公里。

　　其主要缺點包括：（1）只能提供二維坐標，不能提供高精度三維坐標；（2）采用了國際大地測量協(xié)會(IAG)1975年推薦的橢球，該橢球與IERS推薦的橢球相比，長半軸大了3m，這可能引起約5×10^（-7）量級的長度誤差；（3）橢球短軸指向JYD1968.0極原點，與國際上通用的橢球短軸指向不一致；（4）橢球定位沒有顧及到占中國全部國土面積近三分之一的海域范圍。

3、2000國家大地坐標系

　　2000國家大地坐標系（CGCS2000）的原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心。2000國家大地坐標系的Z軸由原點指向歷元2000.0的地球參考極的方向，該歷元的指向由國際時間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時間演化保證相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉(zhuǎn)，X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點，Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標系。

4、WGS84坐標系

　　一種國際上采用的地心坐標系。坐標原點為地球質(zhì)心，其地心空間直角坐標系的Z軸指向BIH（國際時間服務機構(gòu)）1984.O定義的協(xié)議地球極（CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點，Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu)成右手坐標系，稱為1984年世界大地坐標系統(tǒng)。

（二）常用坐標系的對比分析