《第三次全國國土調查》是在第二次全國土地調查成果基礎上，按照國家統(tǒng)一標準，在全國范圍內利用遙感、測繪、地理信息、互聯網等技術，統(tǒng)籌利用現有資料，以正射影像圖為基礎，實地調查土地的地類、面積和權屬，***掌握全國各類土地的分布及利用狀況?！兜谌稳珖恋卣{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)轉換前，了解現有坐標系統(tǒng)各自的特征，有助于順利完成坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一轉換。

一、地球與地球橢球體

（一）與地球相關的面與體

　　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、地球橢球體相關概念

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

　　地球橢球面：地球橢球體外表面，是地球的數學表面，是球面坐標系/測量內業(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（長半軸a、扁率f）、兩個物理參數（地心引力常數GM、地球自轉角速度ω）。橢球形狀及參數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軸的方向，滿足“雙平行條件”：①橢球短軸平行于地球自轉軸；（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據。

　　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；向西0°～180°為負，叫西經）。

　　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

　　轉換三維地球表面空間實體各要素到二維地圖平面的數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)星大地測量技術建立，由空間網的三維坐標和速度實現，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心，由天文大地點的坐標實現，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，我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，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代橢球相比，長半軸大了108m，扁率倒數大了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，導致大地網產生扭曲和變形。

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生殘余的全球旋轉，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）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