我國三大常用坐標系區別(北京54、西安80和WGS-84)

我國三大常用坐標系區別（北京54、西安80和WGS－84）

北京, 西安, 坐標系

我國三大常用坐標系區別（北京54、西安80和WGS－84）

Gis應用 2009-09-27 10:06 閱讀13 評論0 字號： 大大 中中 小

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1、北京54坐標系(BJZ54)

北京54坐標系為參心大地坐標系，大地上的一點可用經度L54、緯度M54和大地高H54定

位，它是以克拉索夫斯基橢球為基礎，經局部平差后產生的坐標系。

1954年北京坐標系的歷史：

新中國成立以后，我國大地測量進入了全面發展時期，再全國范圍內開展了正規的，全面

的大地測量和測圖工作，迫切需要建立一個參心大地坐標系。由于當時的“一邊倒”政治

趨向，故我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測，

通過計算建立了我國大地坐標系，定名為1954年北京坐標系。因此，1954年北京坐標系可

以認為是前蘇聯1942年坐標系的延伸。它的原點不在北京而是在前蘇聯的普爾科沃。

北京54坐標系，屬三心坐標系，長軸6378245m，短軸6356863，扁率1/298.3；

2、西安80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，建立我國新的坐標系。

為此有了1980年國家大地坐標系。1980年國家大地坐標系采用地球橢球基本參數為1975

年國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的數據，即IAG 75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，位于西安市西北方向約60公里，故

稱1980年西安坐標系，又簡稱西安大地原點。基準面采用青島大港驗潮站1952－1979年

確定的黃海平均海水面（即1985國家高程基準）。

西安80坐標系，屬三心坐標系，長軸6378140m，短軸6356755，扁率1/298.25722101

3、WGS－84坐標系

WGS－84坐標系（World Geodetic System）是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軸指向國際時間局（BIH）1984.0定義的協議地極（CTP）

方向，X軸指向BIH1984.0的協議子午面和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。這是一個國際協議地球參考系統（ITRS），是目

前國際上統一采用的大地坐標系。GPS廣播星歷是以WGS-84坐標系為根據的。

WGS84坐標系，長軸6378137.000m，短軸6356752.314，扁率1/298.257223563。

由于采用的橢球基準不一樣，并且由于投影的局限性，使的全國各地并不存在一至的轉換

參數。對于這種轉換由于量較大，有條件的話，一般都采用GPS聯測已知點，應用GPS軟

件自動完成坐標的轉換。當然若條件不許可，且有足夠的重合點，也可以進行人工解算。

附：

我國常用高程系

“1956年黃海高程系”，是在1956年確定的。它是根據青島驗潮站1950年到1956年的黃

海驗潮資料，求出該站驗潮井里橫按銅絲的高度為3.61 米，所以就確定這個鋼絲以下3.61

米處為黃海平均海水面。從這個平均海水面起，于1956年推算出青島水準原點的高程為

72.289米。

國家85高程基準其實也是黃海高程基準，只不過老的叫“1956年黃海高程系統”，新的叫

“1985國家高程基準”，新的比舊的低0.029m

我國于1956年規定以黃海(青島)的多年平均海平面作為統一基面，為中國第一個國家高程

系統，從而結束了過去高程系統繁雜的局面。但由于計算這個基面所依據的青島驗潮站的

資料系列（1950年～1956年）較短等原因，中國測繪主管部門決定重新計算黃海平均海面，

以青島驗潮站1952年～1979年的潮汐觀測資料為計算依據，并用精密水準測量接測位于青

島的中華人民共和國水準原點，得出1985年國家高程基準高程和1956年黃海高程的關系

為： 1985年國家高程基準高程=1956年黃海高程-0.029m。1985年國家高程基準已于1987

年5月開始啟用，1956年黃海高程系同時廢止。

各高程系統之間的關系：

56黃海高程基準：+0.000

85高程基準（最新的黃海高程）：56高程基準-0.029

吳淞高程系統：56高程基準+1.688

珠江高程系統：56高程基準-0.586

我國目前通用的高程基準是：85高程基準

關于坐標系和投影

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1、橢球體

GIS中的坐標系定義由基準面和地圖投影兩組參數確定，而基準面的定義則由特定橢球體及其對應

的轉換參數確定。

基準面是利用特定橢球體對特定地區地球表面的逼近，因此每個國家或地區均有各自的基準面。基

準面是在橢球體基礎上建立的，橢球體可以對應多個基準面，而基準面只能對應一個橢球體。

橢球體的幾何定：

O是橢球中心，NS為旋轉軸，a為長半軸b為短半軸。

子午圈：包含旋轉軸的平面與橢球面相截所得的橢圓。

緯圈：垂直于旋轉軸的平面與橢球面相截所得的圓，也叫平行圈。

赤道：通過橢球中心的平行圈。

基本幾何參數：

橢圓的扁率

橢圓的第一偏心

率

橢圓的第二偏心

率

幾種常見的橢球體參數值

克拉索夫斯基橢球體 1975年國際橢球體 WGS-84橢球體

a 6378245.(m) 6378140.(m) 6378137.(m)

b 6356863.(m) 6356755.2881575287(m) 6356752.3142(m)

c 6399698.9017827110(m) 6399596.6519880105(m) 6399593.6258(m)

α 1/298.3 1/298.257 1/298.257 223 563

e 0.966 0.588 0.3

e' 0.683 0.473 0.27

2、地圖投影

地球是一個球體，球面上的位置是以經緯度來表示，我們把它稱為“球面坐標系統”或“地理坐

標系統”。在球面上計算角度距離十分麻煩，而且地圖是印刷在平面紙張上，要將球面上的物體畫到紙上，

就必須展平，這種將球面轉化為平面的過程，稱為“投影”。

經由投影的過程，把球面坐標換算為平面直角坐標，便于印刷與計算角度與距離。由于球面無法百

分之百展為平面而不變形，所以除了地球儀外，所有地圖都有某些程度的變形，有些可保持面積不變，有

些可保持方位不變，視其用途而定。

目前國際間普遍采用的一種投影，是即橫軸墨卡托投影(Transver Mecator Projection)，又稱

為高斯-克呂格投影(Gauss-Kruger Projection)，在小范圍內保持形狀不變，對于各種應用較為方便。我

們可以想象成將一個圓柱體橫躺，套在地球外面，再將地表投影到這個圓柱上，然后將圓柱體展開成平面。

圓柱與地球沿南北經線方向相切，我們將這條切線稱為“中央經線”。

在中央經線上，投影面與地球完全密合，因此圖形沒有變形；由中央經線往東西兩側延伸，地表圖

形會被逐漸放大，變形也會越來越嚴重。

為了保持投影精度在可接受范圍內，每次只能取中央經線兩側附近地區來用，因此必須切割為許多

投影帶。就像將地球沿南北子午線方向，如切西瓜一般，切割為若干帶狀，再展成平面。目前世界各國軍

用地圖所采用的UTM 坐標系統 (Universal Transver Mecator Projection System)，即為橫軸投影

的一種。是將地球沿子午線方向，每隔 6 度切割為一帶，全球共切割為 60 個投影帶。

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地圖投影幾何分類主要包括：

3、GIS中地圖投影的定義

我國的基本比例尺地形圖〔1:5千、1:1萬、1:2.5萬、1:5萬、1:10萬、1:25萬、1:50萬、1:100

萬〕中，大于等于50萬的均采用高斯－克呂格投影〔Gauss-Kruger〕；小于50萬的地形圖采用正軸等角

割園錐投影，又叫蘭勃特投影〔Lambert Conformal Conic〕；海上小于50萬的地形圖多用正軸等角園柱

投影，又叫墨卡托投影（Mercator），我國的GIS系統中應該采用與我國基本比例尺地形圖系列一致的地

圖投影系統。

相應高斯-克呂格投影、蘭勃特投影、墨卡托投影需要定義的坐標系參數序列如下：

高斯－克呂格：投影代號(Type)，基準面(Datum)，單位(Unit)， 中央經度(OriginLongitude)，原

點緯度(OriginLatitude)， 比例系數(ScaleFactor)， 東偽偏移(FalEasting)，北緯偏移(FalNorthing)

蘭勃特：投影代號(Type)，基準面(Datum)，單位(Unit)，中央經度(OriginLongitude)，原點緯度

(OriginLatitude)， 標準緯度1(StandardParallelOne)，標準緯度2(StandardParallelTwo)， 東偽偏移

(FalEasting)，北緯偏移(FalNorthing)

墨卡托：投影代號(Type)，基準面(Datum)，單位(Unit)， 原點經度(OriginLongitude)，原點緯度

(OriginLatitude)， 標準緯度(StandardParallelOne)

高斯－克呂格投影以6度或3度分帶，每一個分帶構成一個獨立的平面直角坐標網，投影帶中央經線

投影后的直線為X軸（縱軸，緯度方向），赤道投影后為Y軸（橫軸，經度方向），為了防止經度方向的

坐標出現負值，規定每帶的中央經線西移500公里，即東偽偏移值為500公里，由于高斯-克呂格投影每一

個投影帶的坐標都是對本帶坐標原點的相對值，所以各帶的坐標完全相同，因此規定在橫軸坐標前加上帶

號，如(4231898,21655933)其中21即為帶號，同樣所定義的東偽偏移值也需要加上帶號，如21帶的東偽

偏移值為21500000米。假如你的工作區位于21帶，即經度在120度至126度范圍，該帶的中央經度為123

度，采用Pulkovo 1942基準面，那么定義6度分帶的高斯-克呂格投影坐標系參數為：(8，1001，7，123，

0，1，21500000，0)。

4、大地坐標系

有了橢球體以及地圖投影，坐標系就能確定下來了。北京54和西安80是我們使用最多的坐標系。

我們通常稱謂的北京54坐標系、西安80坐標系實際上使用的是我國的兩個大地基準面北京54基準面和西

安80基準面。我國參照前蘇聯從1953年起采用克拉索夫斯基（Krassovsky）橢球體建立了我國的北京54

坐標系，1978年采用國際大地測量協會推薦的1975地球橢球體建立了我國新的大地坐標系——西安80坐

標系，目前大地測量基本上仍以北京54坐標系作為參照，北京54與西安80坐標之間的轉換可查閱國家測

繪局公布的對照表。 WGS－84坐標系采用WGS1984基準面及WGS84橢球體，它是一地心坐標系，即以地心

作為橢球體中心，目前GPS測量數據多以WGS1984為基準。

北京54坐標系：

北京54坐標系為參心大地坐標系，大地上的一點可用經度L54、緯度M54和大地高H54定位，它

是以格拉索夫斯基橢球為基礎，經局部平差后產生的坐標系，與蘇聯1942年建立的以普爾科夫天文臺為原

點的大地坐標系統相聯系，相應的橢球為克拉索夫斯基橢球。到20世紀80年代初，我國已基本完成了天

文大地測量，經計算表明，54坐標系統普遍低于我國的大地水準面，平均誤差為29米左右。

西安80坐標系：

西安80是為了進行全國天文大地網整體平差而建立的。根據橢球定位的基本原理，在建立西安80

坐標系時有以下先決條件：

（1）大地原點在我國中部，具體地點是陜西省徑陽縣永樂鎮；

（2）西安80坐標系是參心坐標系，橢球短軸Z軸平行于地球質心指向地極原點方向，大地起始子

午面平行于格林尼治平均天文臺子午面；X軸在大地起始子午面內與 Z軸垂直指向經度0方向；Y軸與 Z、

X軸成右手坐標系；

（3）橢球參數采用IUG 1975年大會推薦的參數，因而可得西安80橢球兩個最常用的幾何參數為：

長軸：6378140±5（m）

扁率：1：298.257

橢球定位時按我國范圍內高程異常值平方和最小為原則求解參數。

（4）多點定位；

（5）大地高程以1956年青島驗潮站求出的黃海平均水面為基準。

WGS－84（World Geodetic System，1984年）坐標系：

是美國國防部研制確定的大地坐標系，其坐標系的幾何定義是：原點在地球質心，z軸指向 BIH

1984.0定義的協議地球極（CTP）方向，X軸指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP赤道的交點。Y軸與 Z、

X軸構成右手坐標系。

WGs-84橢球及有關常數：

對應于 WGS-8大地坐標系有一個WGS-84橢球，其常數采用 IUGG第17屆大會大地測量常數的推薦

值。

WGS-84橢球的幾何常數：

長半軸：6378137± 2（m）

扁率：1 / 298.257223563

地球引力常數（含大氣層）GM＝3986005

正常化二階帶諧系數C2.0＝-484.16685×10-6

地球自轉角速度 w＝7292115×10-11 rads

主要幾何和物理常數

短半徑 b＝6356752.3142m

扁率 f＝1/298.257223563

第一偏心率平方 e2＝0.13

第二偏心率平方 e’2 ＝0.227

橢球正常重力位 U0＝62636860.8497m2s

赤道正常重力 r0＝9.9703267714ms

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