【摘要】本文比較了CGCS2000坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系的定義和實現(xiàn)差別，指出了定位方式和平差中的約束條件是判斷點位坐標(biāo)所屬坐標(biāo)系的主要因素，總結(jié)了CGCS2000與WGS84框架下的點位坐標(biāo)差異主要來自：歷元（框架）不同、精度不同、實現(xiàn)不同，并給出了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的具體指標(biāo)要求。本文還針對WGS84坐標(biāo)系的幾個較普遍的誤解做了辨析，主要包括：（1）CGCS2000與WGS84框架下的點位坐標(biāo)并不是只差幾厘米；（2）GPS接收機測量的一般不是WGS84坐標(biāo)；（3）“技術(shù)規(guī)范”中對WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的要求過低。（4）CORS網(wǎng)的一些常見問題。同時對BDCS與CGCS2000和WGS84的關(guān)系也做了比較。

 

 

1  引言

由于歷史原因，業(yè)內(nèi)普遍對WGS84坐標(biāo)系存在一定程度的誤解，諸多文獻對WGS84坐標(biāo)系的解釋也比較含糊，給測繪、導(dǎo)航、遙感、地信等工作帶來一定困擾。本文重點對CGCS2000坐標(biāo)系與WGS84坐標(biāo)系和BDCS坐標(biāo)系的關(guān)系和轉(zhuǎn)換問題進行了較詳細(xì)的總結(jié)、歸納和辨析，并給出了若干建議，希望能夠起到拋磚引玉的作用。

 

2  CGCS2000與WGS84的定義

2.1 坐標(biāo)系

CGCS2000與WGS84關(guān)于坐標(biāo)系原點、尺度、定向及定向演變的定義都是相同的[1]。

 

1）CGCS2000：國家坐標(biāo)系

CGCS2000坐標(biāo)是2000.0歷元的瞬時坐標(biāo)，用于各種生產(chǎn)活動，強調(diào)統(tǒng)一性、規(guī)范性、自洽性、穩(wěn)定性。

 

2）WGS84：衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系

WGS84坐標(biāo)是觀測歷元的動態(tài)坐標(biāo)，用于導(dǎo)航，強調(diào)實時性、動態(tài)性。

兩者用途不同，特點不同，但都統(tǒng)一于ITRS坐標(biāo)系，都對準(zhǔn)ITRF框架�？赏ㄟ^歷元歸算、框架轉(zhuǎn)換互相轉(zhuǎn)換。

 

2.2 參考橢球

參心地固坐標(biāo)系是通過參考橢球的定向、定位，先將橢球固定在地球上，然后將空間直角坐標(biāo)系安放在橢球上。CGCS2000與WGS84坐標(biāo)系都屬于地心地固坐標(biāo)系。地心地固坐標(biāo)系直接將空間直角坐標(biāo)系固定在地球上。坐標(biāo)系的定義和參考框架的實現(xiàn)都與橢球無關(guān)。由于經(jīng)緯度坐標(biāo)使用起來更方便，因此引入一個橢球，安放在空間直角坐標(biāo)系上。

 

1）WGS84橢球與CGCS2000橢球都來自1980大地測量參考系統(tǒng)GRS80橢球，也都做了微小的改進[2]；

2）兩個橢球僅扁率有微小差異，引起同一點的坐標(biāo)差異小于0.105mm [3]。

 

因此，在各類軟件中如果沒有CGCS2000坐標(biāo)系選項，完全可用WGS84坐標(biāo)系代替CGCS2000坐標(biāo)系。在軟件中選擇一個坐標(biāo)系，本質(zhì)上就是選擇了該坐標(biāo)系對應(yīng)的橢球的參數(shù)。

 

3  CGCS2000與WGS84的實現(xiàn)

（1）CGCS2000的實現(xiàn)[4]

CGCS2000通過2000國家GPS大地控制網(wǎng)2500個框架點實現(xiàn)，對準(zhǔn)ITRF97框架。

（2）WGS84的實現(xiàn)[5]

WGS84坐標(biāo)系由26個全球分布的監(jiān)測站坐標(biāo)來實現(xiàn)。不同版本的WGS84對應(yīng)相應(yīng)的ITRF版本和參考?xì)v元。

（3）框架比較

1）CGCS2000實現(xiàn)精度為3cm[6]；

2）WGS84(1762)與ITRF符合優(yōu)于1cm。

通過以上比較，一般的結(jié)論是CGCS2000和WGS84應(yīng)該符合在±5cm 以內(nèi)。但是應(yīng)該注意：

1）這個結(jié)論指的是CGCS2000與WGS84參考框架之間的差異，而不是用戶的WGS84坐標(biāo)之間的差異。

2）這個結(jié)論不是通過聯(lián)測WGS84監(jiān)測站和CGCS2000框架點直接得到的，而是通過與ITRF間接比較，得到的理論差異。

 

4  地基框架與天基框架

地心坐標(biāo)區(qū)分為不同坐標(biāo)系的根本原因在于，實現(xiàn)這些坐標(biāo)系的參考框架不同，然后才是選用的橢球不同。

 

這里注意坐標(biāo)系實現(xiàn)的參考框架與對準(zhǔn)的參考框架（ITRF）不是一個概念。

 

（1）地基框架與天基框架

1）CGCS2000坐標(biāo)系的參考框架主要是國內(nèi)的2500個GPS控制點。WGS84的參考框架是26個全球分布的GPS監(jiān)測站，這些都屬于地基參考框架。

2）WGS84監(jiān)測站精度可達(dá)1cm，但用戶無法聯(lián)測。監(jiān)測站坐標(biāo)用來計算GPS星歷。廣播星歷、精密星歷構(gòu)成了WGS84的天基參考框架。

（2）相對定位與絕對定位[7]

1）各種相對定位（實時動態(tài)定位RTK、差分定位、靜態(tài)定位、常規(guī)控制測量）是以地面框架點坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)的，都直接使用地基參考框架。

2）而絕對定位（精密單點定位、碼偽距單點定位）則是以衛(wèi)星星歷（精密、廣播）作為起算數(shù)據(jù)的，使用衛(wèi)星星歷作為天基參考框架。

衛(wèi)星星歷是利用地面監(jiān)測站的衛(wèi)星跟蹤數(shù)據(jù)計算得到的。

 

5  CGCS2000與WGS84的坐標(biāo)

通過坐標(biāo)系定義和實現(xiàn)上的比較，認(rèn)為 CGCS2000和WGS84是相容的、一致的。最常見的問題是：一個點的WGS84和CGCS2000坐標(biāo)差多少？通常所說的這兩個坐標(biāo)系差幾厘米的含義，其實指的是CGCS2000與WGS84參考框架的理論差異，而不是用戶坐標(biāo)之間的差異。

 

1）一般情況下，WGS84坐標(biāo)是觀測歷元，而CGCS2000坐標(biāo)是2000.0歷元。當(dāng)前，兩個歷元相差超過19年，由于地殼運動，坐標(biāo)相差約0.6m（每年約3cm）。

2）即便同在2000.0歷元，如果WGS84坐標(biāo)是米級精度，CGCS2000坐標(biāo)是厘米級精度，不能說米級精度坐標(biāo)和厘米級精度坐標(biāo)只差幾厘米。

3）ITRF2014與ITRF97的差異，在2000.0歷元約為5cm，在2020.0歷元約為15cm。WGS84坐標(biāo)精度為米級，一般不考慮框架差異。

 

因此，不能一概而論，也不能說只差幾厘米。

一個點的WGS84和CGCS2000坐標(biāo)差異主要來自：歷元（框架）不同、精度不同、實現(xiàn)不同。歸算到2000.0歷元的WGS84坐標(biāo)和CGCS2000坐標(biāo)可不做區(qū)分。區(qū)別在于精度不同、實現(xiàn)方式不同。（此處暫不考慮速度場的誤差、高程變化對歷元歸算的影響。）

 

6  CGCS2000與WGS84坐標(biāo)的實現(xiàn)

 “實現(xiàn)不同”有兩個層次的含義：

1）坐標(biāo)系的實現(xiàn)不同，包括CGCS2000框架點與WGS84監(jiān)測站不同，以及對準(zhǔn)的ITRF框架不同。

2）坐標(biāo)的實現(xiàn)不同，包括觀測方式不同、約束平差所用的起算數(shù)據(jù)不同，解算方式不同，施測單位不同等等。

 

例如一條基線，兩次測量的長度不同，就是這條基線長度的兩次不同實現(xiàn)。在實踐中，用戶常常對不同單位提供的同一組控制點的坐標(biāo)有差異存在困惑。例如，甲局與乙局測出來坐標(biāo)，即便在同歷元（框架）、同精度的前提下，也必然是不同的。引入了“實現(xiàn)不同”的概念后，就可以合理的解釋這些坐標(biāo)之間的區(qū)別了。

 

既然是同精度的坐標(biāo)，也就沒有優(yōu)劣之分。使用時可以不做區(qū)分；也可以依據(jù)項目要求，按需使用；可以通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使其統(tǒng)一；也可以對兩套坐標(biāo)加權(quán)平均，以提高坐標(biāo)精度。同樣，WGS84和CGCS2000的XYZ坐標(biāo)都統(tǒng)一于ITRS坐標(biāo)系。在2000.0歷元、同精度的前提下，僅有實現(xiàn)的差別。

 

BLH坐標(biāo)不能脫離橢球而存在，習(xí)慣上要區(qū)分坐標(biāo)系。但在忽略橢球微小差異時，實則也可以不做區(qū)分。因此，完全沒有必要糾結(jié)坐標(biāo)系的名稱，統(tǒng)一按照ITRS坐標(biāo)對待，只關(guān)心其歷元（框架）、精度就可以了。

 

 

7  WGS84的真假

過去把GPS測得的坐標(biāo)都叫做WGS84坐標(biāo)，這種觀念在早期碼偽距單點定位時是正確的。由于其十米多的定位精度，也不需要考慮坐標(biāo)的時變性。后來發(fā)展了高精度的相對定位和精密單點定位技術(shù)，這時解出的坐標(biāo)已經(jīng)不是WGS84坐標(biāo)了，而是由作為起算數(shù)據(jù)的控制點坐標(biāo)或者精密星歷所在的坐標(biāo)系決定。但是這種觀念和習(xí)慣一直延續(xù)至今。

 

（1）真WGS84

1）用碼偽距解，或長時間的碼偽距解平均值。

精度：米級；坐標(biāo)歷元由廣播星歷決定，即觀測歷元；坐標(biāo)系為WGS84。

2）用NGA精密星歷單點定位。（不常用）

精度：亞分米級；坐標(biāo)歷元由精密星歷決定，即觀測歷元；坐標(biāo)系為WGS84。

（2）假WGS84 

1）用IGS精密星歷單點定位（常用）

精度：亞分米級；坐標(biāo)歷元由精密星歷決定，即觀測歷元；框架為IGS（對應(yīng)ITRF）。

2）以前的高精度WGS84坐標(biāo)是由IGS站引入的，進而又引出下一級WGS84坐標(biāo)。

 

但是沒有指明坐標(biāo)的ITRF框架以及歷元。雖然當(dāng)時是長時間、高精度的靜態(tài)測量結(jié)果，但是其歷元未知。3年的歷元不確定就會產(chǎn)生近1分米誤差，所以認(rèn)為這些坐標(biāo)是分米級精度。其標(biāo)稱精度與真實精度不符。

1）相對測量的坐標(biāo)的歷元和框架由控制點坐標(biāo)的歷元和框架決定。

2）坐標(biāo)的歷元不是觀測歷元，而是控制點坐標(biāo)的參考?xì)v元�？刂泣c坐標(biāo)的參考?xì)v元早于觀測歷元。

3）這兩種假WGS84坐標(biāo)如果知道框架和歷元，那就是高精度坐標(biāo)。但實際上不是WGS84坐標(biāo)，而是ITRS坐標(biāo)。

分清WGS84坐標(biāo)的真假，有利于深入理解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，并解決實踐中的困惑。

 

8  歷元與框架的判斷

如果要把某點的地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至CGCS2000，必須先確定該點坐標(biāo)的歷元和框架。無論GPS還是北斗接收機，都相當(dāng)于一個測距儀，本身不包含任何坐標(biāo)系屬性。以地基框架點坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)的相對測量是用它來測基線，以天基框架的衛(wèi)星星歷為起算數(shù)據(jù)的絕對測量是用它來測星站偽距。約束平差時所用的起算數(shù)據(jù)（控制點坐標(biāo)或者星歷）決定了獲得坐標(biāo)的歷元、框架或者坐標(biāo)系。

 

典型問題：如果GPS靜態(tài)觀測網(wǎng)平差解算時，作為起算數(shù)據(jù)的控制點坐標(biāo)是西安80坐標(biāo)系的，解出的觀測點坐標(biāo)是什么坐標(biāo)系的？歷元、框架又是什么?

解答：GPS本質(zhì)上是一個測距儀，靜態(tài)測量相當(dāng)于距離交會，解出的觀測點坐標(biāo)當(dāng)然還是西安80坐標(biāo)。西安80坐標(biāo)是相對于大地原點的坐標(biāo)，本身沒有歷元和框架。

 

9  WGS84的天基框架

（1）精密星歷

精密單點定位利用預(yù)報或事后的精密星歷作為起算數(shù)據(jù)。這種定位方式得到的坐標(biāo)歷元為觀測歷元，坐標(biāo)的框架和精密星歷的框架相同。

IGS精密星歷是用IGS站坐標(biāo)約束計算的，屬于IGS框架。精密星歷的第一行標(biāo)注了其所在IGS框架。IGS框架與ITRF框架有簡單的對應(yīng)關(guān)系。精密單點定位得到的坐標(biāo)的歷元、框架就可以確定了。

 

（2）廣播星歷

碼偽距單點定位就是常見的導(dǎo)航解，利用廣播星歷作為起算數(shù)據(jù)，精度米級。以前也通過長時間平均來提高精度。這種定位方式得到的坐標(biāo)歷元為觀測歷元，坐標(biāo)所屬坐標(biāo)系為WGS84坐標(biāo)系。

 

那么，碼偽距單點定位解的參考框架是什么？

 

GPS監(jiān)測站是不能聯(lián)測的，精密星歷是IGS框架的。用戶與WGS84坐標(biāo)系的唯一聯(lián)系就是廣播星歷。廣播星歷是用監(jiān)測站坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)算出來的，因此屬于WGS84坐標(biāo)系。監(jiān)測站坐標(biāo)對準(zhǔn)ITRF。那么廣播星歷的框架就是當(dāng)前版本的WGS84對應(yīng)的框架。

 

但是用廣播星歷作為起算數(shù)據(jù)解算的坐標(biāo)精度為米級，不需要做框架轉(zhuǎn)換，也就沒有必要關(guān)心它的框架，只需明確屬于WGS84坐標(biāo)系即可。由于坐標(biāo)精度低，也可以說屬于CGCS2000坐標(biāo)系。

 

總之，用戶不需要關(guān)心WGS84坐標(biāo)系的版本。例如：北斗坐標(biāo)系BDCS[8]框架點的坐標(biāo)、歷元、框架從未公開，但也不影響使用。

 

 

10  CGCS2000與WGS84的轉(zhuǎn)換

WGS84和CGCS2000都對準(zhǔn)ITRF，統(tǒng)一于ITRS坐標(biāo)系，只有歷元、框架、精度和實現(xiàn)的區(qū)別。因此WGS84坐標(biāo)的真假并不是很重要，重要的是如何將其轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)。根據(jù)歷元、框架、精度三要素，來確定如何將WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000坐標(biāo)。

 

（1）已知WGS84坐標(biāo)對應(yīng)的框架和歷元

1）如果WGS84坐標(biāo)精度<15cm，采用歷元歸算和框架轉(zhuǎn)換。

這種高精度的WGS84坐標(biāo)，往往是假的WGS84坐標(biāo)，但總歸是ITRS坐標(biāo)。只要將其轉(zhuǎn)換到CGCS2000坐標(biāo)，就沒有任何問題了。

2）如果WGS84坐標(biāo)精度>15cm且<3m，由于其精度低，不考慮框架轉(zhuǎn)換，僅作歷元歸算。

3）如果WGS84坐標(biāo)精度>3m，由于其精度太低，可以不做任何轉(zhuǎn)換，直接認(rèn)為WGS84坐標(biāo)就是CGCS2000坐標(biāo)。

這種低精度的WGS84坐標(biāo)是一般導(dǎo)航用戶使用的碼偽距導(dǎo)航解。

需要強調(diào)的是：雖然北京54和西安80的坐標(biāo)也是米級精度，但是需要和CGCS2000進行靜態(tài)轉(zhuǎn)換。因為他們和CGCS2000坐標(biāo)本身可能就相差幾十米。

 

以上坐標(biāo)轉(zhuǎn)換精度指標(biāo)也適用于BDCS和ITRS坐標(biāo)的動態(tài)轉(zhuǎn)換。

這個指標(biāo)是如何得到的？

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相當(dāng)于給原坐標(biāo)加一個改正數(shù)，如果WGS84坐標(biāo)精度低于轉(zhuǎn)換改正數(shù)3倍時，轉(zhuǎn)換改正數(shù)可以忽略[9]。

1）按照“大地測量控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換技術(shù)規(guī)范”[10]（以下簡稱“技術(shù)規(guī)范”）要求，應(yīng)該在2000.0歷元下做框架轉(zhuǎn)換。2000.0歷元下框架轉(zhuǎn)換對坐標(biāo)的改正約為5cm，當(dāng)坐標(biāo)精度低于15cm時，可以不做框架轉(zhuǎn)換。

2）設(shè)歷元歸算至2000.0歷元對坐標(biāo)的改正為1m（2019年的改正約為0.6m，取1m相當(dāng)于要求更嚴(yán)格了），當(dāng)坐標(biāo)精度低于3m時，可以不做歷元改正。

 

（2）不知道WGS84坐標(biāo)對應(yīng)的框架和歷元

1）采用靜態(tài)轉(zhuǎn)換方法，用重合點求轉(zhuǎn)換參數(shù)來轉(zhuǎn)換。

特別強調(diào)：應(yīng)該保證所有重合點和待轉(zhuǎn)換點的WGS84坐標(biāo)的歷元大致相同，或是同一期觀測的WGS84坐標(biāo)。

 

一組同期的WGS84坐標(biāo)，是一組同框架同歷元的ITRS坐標(biāo)，即是一組靜態(tài)坐標(biāo)。轉(zhuǎn)換到其他靜態(tài)坐標(biāo)（北京54、西安80、CGCS2000，或其他同框架同歷元的ITRS坐標(biāo)），可以采用靜態(tài)轉(zhuǎn)換方法。

 

測區(qū)不同，轉(zhuǎn)換參數(shù)就不同；歷元不同，轉(zhuǎn)換參數(shù)也不同。在一些文獻中給出的統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)是特定條件下的，沒有代表性。

 

例如：要把CGCS2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為北京54坐標(biāo)，可以用WGS84轉(zhuǎn)北京54的參數(shù)代替嗎？一般不行，重點看WGS84坐標(biāo)的歷元和精度與CGCS2000坐標(biāo)是否一致。

 

2）溯源坐標(biāo)歷元，做歷元歸算。

WGS84坐標(biāo)的歷元不一定是觀測歷元。如果是采用相對定位方式得到的坐標(biāo)，坐標(biāo)的歷元則應(yīng)該是控制點的參考?xì)v元。而控制點的參考?xì)v元往往也不明確。也可以利用WGS84與CGCS2000重合點的坐標(biāo)差異，結(jié)合點位速度，反推WGS84坐標(biāo)的歷元。但是，這樣做還是需要重合點，實際上和靜態(tài)轉(zhuǎn)換是一回事。

 

（3）技術(shù)規(guī)范要求

按照技術(shù)規(guī)范要求，WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000的方法如下：

1）厘米級精度要求控制點歸算；

要求WGS84控制點坐標(biāo)精度優(yōu)于10厘米，則需用速度值進行時間歷元歸算。

2）分米級及以上精度要求控制點；

低于10厘米的WGS84控制點坐標(biāo)就視同2000國家大地坐標(biāo)系，不需歸算。

本文對WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為CGCS2000的要求，比技術(shù)規(guī)范的指標(biāo)高的多。但是，要求更高肯定是不違反技術(shù)規(guī)范的。

 

11  WGS84的問題

一般認(rèn)為：WGS84坐標(biāo)最大的問題就在于沒有一個協(xié)議的參考?xì)v元，導(dǎo)致歷元不統(tǒng)一、坐標(biāo)不兼容。實際上，WGS84坐標(biāo)系是一個衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系，用廣播星歷約束定位，實時給出觀測歷元的坐標(biāo)。WGS84坐標(biāo)精度低，需要和地圖結(jié)合時，最多做歷元歸算即可。WGS84的框架點也有參考?xì)v元，但與用戶無關(guān)。

 

現(xiàn)有WGS84坐標(biāo)的歷元不明確。這個問題源于早期沒有精確的國內(nèi)速度場模型，導(dǎo)致歷元的作用不大，我們也就不重視歷元。WGS84坐標(biāo)系本身是沒有問題的，2017年推出的北斗坐標(biāo)系BDCS的定義也相同。問題的源頭在于我們把高精度相對定位坐標(biāo)誤認(rèn)為是WGS84坐標(biāo)，才產(chǎn)生了WGS84坐標(biāo)歷元不統(tǒng)一、不明確的問題。

 

不論WGS84坐標(biāo)的真假，只要將其歷元歸算到2000.0，或者靜態(tài)轉(zhuǎn)換到CGCS2000，就都變成CGCS2000坐標(biāo)了。一次性解決了WGS84坐標(biāo)混亂的問題。

1）歷元歸算過的WGS84坐標(biāo)依然是WGS84坐標(biāo)，準(zhǔn)確地說是2000.0歷元的WGS84坐標(biāo)。

2）可以說歷元歸算到2000.0的WGS84坐標(biāo)，既是WGS84坐標(biāo)，也是CGCS2000坐標(biāo)。

3）更明確的說，它是2000.0歷元、ITRF97框架的ITRS坐標(biāo)。

4）CGCS2000坐標(biāo)是約定了歷元和框架的ITRS坐標(biāo)，WGS84坐標(biāo)則是沒有約定歷元和框架的ITRS坐標(biāo)。

 

12  CORS網(wǎng)的問題

網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)該直接向用戶發(fā)送CGCS2000坐標(biāo)，但是一些省市和行業(yè)CORS網(wǎng)，存在技術(shù)薄弱、管理混亂問題。有些向用戶發(fā)送WGS84和西安80坐標(biāo)，還有的發(fā)送的坐標(biāo)既不是2000.0歷元，也不是觀測歷元，而是CORS站建立運行時的參考?xì)v元的坐標(biāo)。用戶一定要注意分辨，建議在CGCS2000等級點上測量驗證一下。

 

例1：某地的網(wǎng)絡(luò)RTK可同時輸出CGCS2000和WGS84坐標(biāo)，但是兩個坐標(biāo)很接近，并不是相差由于歷元未歸算而引起的約0.6米差異。

同一點的CGCS2000和WGS84兩個坐標(biāo)很接近，說明兩個問題：

1）這個WGS84坐標(biāo)精度高。

2）這個WGS84坐標(biāo)已被歸算至2000.0歷元了。

這個高精度WGS84坐標(biāo)往往是假的WGS84，實際上也是CGCS2000坐標(biāo)。它與RTK本身輸出的CGCS2000的區(qū)別，僅在于實現(xiàn)方式不同。

用戶沒必要追究其WGS84坐標(biāo)的來源和真假，承認(rèn)它并按需使用就行了。但是一定要注意歷元是否已經(jīng)歸算。

注意：如果只有CGCS2000坐標(biāo)，但是客戶要求提供高精度的WGS-84坐標(biāo)（這種要求本身是不合理的），也可以把CGCS2000坐標(biāo)當(dāng)做2000.0歷元的WGS-84坐標(biāo)。

 

例2：2013年，某地的兩種CORS網(wǎng)輸出的同一點的坐標(biāo)相差約35cm。

顯然，一個CORS網(wǎng)輸出的是觀測歷元的坐標(biāo)，另一個輸出的是2000.0歷元的坐標(biāo)。歷元相差13年，輸出的坐標(biāo)大概相差35cm。

 

例3：2019年，某地CORS網(wǎng)更新、升級。用戶發(fā)現(xiàn)同一點坐標(biāo)在更新前后差約20cm。

據(jù)了解，該地區(qū)CORS網(wǎng)大概是2010年建設(shè)的。一直以來輸出的都是2010年的坐標(biāo)，升級后輸出的是2000.0的坐標(biāo)。歷元相差10年，輸出的坐標(biāo)相差超過20cm。

 

13  BDCS坐標(biāo)系

地心坐標(biāo)區(qū)分為不同坐標(biāo)系的根本原因在于，實現(xiàn)這些坐標(biāo)系的參考框架不同(不是指對準(zhǔn)的ITRF框架）。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)系和國家坐標(biāo)系不應(yīng)該捆綁在一起，原因如下：

①框架點個數(shù)有差異，CGCS2000有數(shù)千個框架點，BDCS只有幾個。

②衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系更新周期短（幾年），而國家坐標(biāo)系更新周期長（幾十年）。

③衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)使用單獨的坐標(biāo)系，將使坐標(biāo)系的更新和維護更方便，更容易。

④遵循國際慣例，各國的導(dǎo)航坐標(biāo)系與國家坐標(biāo)系都不是同一個坐標(biāo)系。

⑤CGCS2000坐標(biāo)是2000.0歷元的瞬時坐標(biāo)，主要用于各種生產(chǎn)活動，強調(diào)統(tǒng)一性、規(guī)范性、自洽性、穩(wěn)定性。BDCS坐標(biāo)是觀測歷元的動態(tài)坐標(biāo)，用于導(dǎo)航，強調(diào)實時性、動態(tài)性。

 

問題1：北斗地基或星基精度增強系統(tǒng)，給用戶發(fā)布的為什么是CGCS2000坐標(biāo)，而不是BDCS坐標(biāo)？

北斗高精度增強系統(tǒng)給用戶發(fā)布的坐標(biāo)由其CORS站的高精度坐標(biāo)決定，按照國家要求，應(yīng)該是CGCS2000坐標(biāo)。BDCS坐標(biāo)是米級精度的，對用戶來說，僅體現(xiàn)為導(dǎo)航儀地圖上的位置。而且一個米級精度的BDCS坐標(biāo)，也可以直接認(rèn)為就是CGCS2000坐標(biāo)。

 

事實上，BDCS和WGS84并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。

 

千尋位置提供三種坐標(biāo)，明確給出了坐標(biāo)對應(yīng)的歷元。

1）ITRF2008坐標(biāo)對應(yīng)2016.0歷元；

2）WGS84坐標(biāo)對應(yīng)2005.0歷元；

3）CGCS2000坐標(biāo)對應(yīng)2000.0歷元。

 

問題2：北斗坐標(biāo)系參考框架建立時，監(jiān)測站坐標(biāo)為什么用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和接收機測量，而不用北斗系統(tǒng)和接收機測量？

①坐標(biāo)系與觀測系統(tǒng)無關(guān)，只與約束平差所用的起算數(shù)據(jù)有關(guān)。

②當(dāng)時北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、接收機、數(shù)據(jù)處理軟件還不成熟。

③北斗參考框架也要對準(zhǔn)ITRF，而當(dāng)時國際IGS站上還沒有兼容北斗，無法構(gòu)成基線網(wǎng)。當(dāng)前，全球已有兩百多跟蹤站可接收北斗觀測數(shù)據(jù)。

 

問題3：BDCS與CGCS2000的關(guān)系是什么？

定義相同、橢球相同、對準(zhǔn)的ITRF參考框架不同、歷元不同、實現(xiàn)的參考框架不同、參考框架更新周期不同、測量精度不同、用途不同。

BDCS與WGS-84作用相同，CGCS2000與北美NAD83作用相同。

注意：BDCS和WGS-84都是衛(wèi)星導(dǎo)航坐標(biāo)系，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理與方法相同。

 

14  結(jié)束語

動態(tài)地心坐標(biāo)需要用點位參考?xì)v元瞬時坐標(biāo)和速度來表達(dá)。之前沒有速度場模型的時候，用戶無法做歷元歸算。當(dāng)時，歷元的意義僅僅體現(xiàn)在要求一個工程中的一組坐標(biāo)大概是同一時期，以保證坐標(biāo)的一致性、自洽性。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換也只能采用靜態(tài)轉(zhuǎn)換模式。在這種情況下，歷元的概念不明確，作用不大，也就沒有人去注意它。導(dǎo)致了以前的坐標(biāo)沒有歷元。這種情況在一個孤立的工程中問題不大，但在項目合作、資源共享、歷史數(shù)據(jù)利用，尤其是一些大型的長期的項目中就會漏洞百出。

 

2017年，“技術(shù)規(guī)范”已經(jīng)發(fā)布了CPM-CGCS2000板塊模型。因此，一個空間測量技術(shù)實現(xiàn)的地心坐標(biāo)，必須注明其歷元（框架）。