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技術文章

WH2000坐標系與CGCS2000坐標系的關系

閱讀：369發(fā)布時間：2024-11-30

閱讀本文章的朋友，可以帶著以下四個問題進行閱讀，相信對理解WH2000坐標系會有一些幫助。

一、WH2000坐標系與CGCS2000坐標系的關系；
二、為何武漢市要建立獨立的WH2000坐標系；
三、WH2000坐標系的投影參數(shù)如何設置；
四、千尋CORS如何直接測量WH2000坐標成果。

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較近很多湖北的用戶反應武漢規(guī)劃和國土系統(tǒng)全面采用武漢2000國家坐標系（簡稱WH2000），被弄的一頭霧水，不知道武漢2000國家坐標系為何物？

現(xiàn)以我學習、了解的知識，將WH2000坐標系與CGCS2000坐標系的關系，高斯投影帶來的變形，武漢建立WH2000坐標系的意義以及如何直接測量WH2000坐標整理如下內(nèi)容，供大家借鑒或參考。如

有錯誤紕漏處，還請大家指出。

一、CGCS2000坐標系的定義

WH2000坐標系是基于2000國家大地坐標系建立的區(qū)域獨立坐標系，因此要弄清楚WH2000坐標系的定義，就要先弄清楚2000國家大地坐標系的定義是什么？

1
為什么要使用CGCS2000坐標系？

2000國家大地坐標系，是中國新一代大地坐標系，2018年7月1日已經(jīng)全面啟用。以地球質(zhì)量中心為原點的地心大地坐標系，是21世紀空間時代通用的基本大地坐標系。以空間技術為基礎的

地心大地坐標系，是中國新一代大地坐標系的適宜選擇。地心大地坐標系可以滿足大地測量、地球物理、天文、導航和航天應用以及經(jīng)濟、社會發(fā)展的廣泛需求。

北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)就是采用CGCS2000坐標系，測繪用戶可以使用千尋CORS直接測量得到點位的CGCS2000坐標。

2
CGCS2000坐標系的定義？
2000國家大地坐標系是一個空間直角坐標系，它的定義：
? 原點的位置：包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心
? X軸的定向：X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協(xié)議赤道的交點
? Z軸的定向：Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議極地方向（BIH國際時間局）
? Y軸的定向：Y軸按右手坐標系確定

CGCS2000參考橢球的定義常數(shù)是：
長半軸a=6378137.0m；
扁率f=1/298.257222101；
地球的地心引力常數(shù) (包含大氣層)GM = 3986004.418×E8m3s-2；
地球角速度w=7292115.0×E-11 rad S-1。

二、高斯投影

高斯投影一般指高斯-克呂格投影。高斯-克呂格投影是由德國數(shù)學家、物理學家、天文學家高斯于19 世紀20 年代擬定，后經(jīng)德國大地測量學家克呂格于1912 年對投影公式加以補充，故稱為高

斯-克呂格投影，又名"等角橫切橢圓柱投影"，是地球橢球面和平面間正形投影的一種。
PS：高斯投影、橫軸墨卡托投影、等角橫切橢圓柱投影是同一個投影方法，只是不同的命名方式而已。

假想有一個橢圓柱面橫套在地球橢球體外面，并與某一條子午線（此子午線稱為子午線或軸子午線）相切，橢圓柱的中心軸通過橢球體中心，然后用一定投影方法，將子午線兩側(cè)各一

定經(jīng)差范圍內(nèi)的地區(qū)投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面，此投影為高斯投影。

將地球橢球面正形投影到平面上，就是大家熟悉的大地坐標BLH（緯度、經(jīng)度、大地高）轉(zhuǎn)換為平面坐標NEH（北坐標、東坐標、正常高，也有地方用“xyh"表示）。

1
高斯平面直角坐標系

高斯平面直角坐標系定義：在投影面上，子午線和赤道的投影都是直線，并且以子午線和赤道的交點0作為坐標原點，以子午線的投影為橫坐標x軸，以赤道的投影為縱坐標y軸。

高斯平面直角坐標系的x軸指向北方向，y軸指向東方向，與平面直角坐標系xy軸定向相反。

高斯投影6度帶：自0子午線起每隔經(jīng)差6自西向東分帶，依次編號1,2,3,…。帶號用N表示，子午線的經(jīng)度用L0表示，它們的關系是：L0=6N-3。

高斯投影3度帶：它的子午線一部分同6度帶子午線重合，一部分同6度帶的分界子午線重合，如用n表示3度帶的帶號，L0表示帶子午線經(jīng)度，它們的關系是：L0=3n。

在我國x坐標都是正的，y坐標的較大值（在赤道上，6°帶）約為330km。為了避免出現(xiàn)負的橫坐標，可在橫坐標上加上500,000m（此數(shù)值稱為東常數(shù)）。此外還應在坐標前面再冠以帶號。這種

坐標稱為國家統(tǒng)一坐標。

2
高斯投影的變形特征
投影變形：橢球面是一個凸起的、不可展平的曲面。將這個曲面上的元素（距離、角度、圖形）投影到平面上，就會和原來的距離、角度、圖形呈現(xiàn)差異，這一差異稱為投影變形。

投影變形的形式：角度變形、長度變形和面積變形。

高斯克呂格投影的變形分析：
①經(jīng)線上無變形，滿足投影后長度比不變的條件；
②除經(jīng)線上長度比為1以外，其它任何點長度比均大于1；
③在同一條緯線上，離經(jīng)線越遠則變形越大，較大值位于投影帶邊緣。
④在同一條經(jīng)線上，緯度越低變形越大，較大值位于赤道上。
⑤等角投影無角度變形，面積比為長度比的平方。
⑥長度比的等變形線平行于軸子午線。

高斯投影是等角正形投影，無角度變形，長度有變形，投影長度比實際長度大；在區(qū)域范圍面積變形是等比例放大，形狀保持不變。

三、WH2000坐標系的獨立投影參數(shù)

1
武漢地圖投影面積變形區(qū)域達到26%
武漢市地處東經(jīng)113°41′-115°05′，北緯29°58′-31°22′。現(xiàn)行的武漢地圖有26%的變形面積，明顯的失真處位于武漢市東部邊緣的新洲區(qū)、東湖高新區(qū)、化工區(qū)的部分地區(qū)，由于弧面投

射到平面時出現(xiàn)了變形，總面積達2220平方公里。

工程測量規(guī)范中規(guī)定測區(qū)內(nèi)長度變形不大于2.5cm/km，在這片區(qū)域?qū)嵉卣闪棵壳着c地圖上測算得出的結(jié)果相差約13厘米，這片區(qū)域長度變形值達到了規(guī)范要求的較大變形值的五倍。

這13厘米對普通市民來說感覺不到，但會造成變形地區(qū)工程土方量估算不準、擾亂監(jiān)測數(shù)據(jù)分析等"。

武漢現(xiàn)行坐標系以東經(jīng)114°為子午線，地理位置略偏西，調(diào)整后新地圖的子午線向東移動了0.3度，即以東經(jīng)114°20′為坐標系中軸。這一改變將使現(xiàn)階段變形面積由占市域面積26%

縮小到6%。

2
WH2000坐標系的投影參數(shù)

按照關于推廣使用2000國家大地坐標系的有關要求，現(xiàn)規(guī)定，2018年6月底前完成全系統(tǒng)各類國土資源空間數(shù)據(jù)向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換，2018年7月1日起全面使用2000國家大地坐標系。

WH2000坐標系的建立與使用，正是響應關于推廣使用2000國家大地坐標系的要求；同時獨立的WH2000坐標系，系統(tǒng)的解決武漢市地圖面積變形的問題，將武漢地圖的變形面積由26%降低到6%。

3
RTK接收機中如何設置WH2000坐標系？
千尋CORS服務是由阿里巴巴與中兵集團合資成立的千尋位置有限公司提供，全國范圍已建立2218個地面基準站，采用的空間坐標基準為CGCS2000坐標系，因此可在全國范圍內(nèi)直接使用千尋CORS

測量得到CGCS2000坐標。

各省CORS由各省建設和提供服務，其能在覆蓋范圍內(nèi)提供網(wǎng)絡RTK服務，可直接測量得到CGCS2000坐標。

RTK接收機在使用千尋CORS服務既然可以直接測量得到CGCS2000坐標，那就可以通過坐標投影設置直接測量WH2000坐標系。

以合眾思壯ESurvery軟件為例，橢球參數(shù)：CGCS2000橢球，投影參數(shù)：子午線114°20′，東加常數(shù)：800000，其他不變。這樣你使用千尋CORS服務就可以測出來WH2000平面坐標啦。

3
CGCS2000坐標轉(zhuǎn)換到WH2000坐標
我們知道CGCS2000坐標和WH2000坐標都是使用的CGCS2000橢球，二者之間的轉(zhuǎn)換不涉及橢球轉(zhuǎn)換，只需要更改對應的投影參數(shù)即可實現(xiàn)二者之間的轉(zhuǎn)換。

以COORD坐標轉(zhuǎn)換工具為例，只需在投影設置里將投影參數(shù)修改為WH2000坐標的投影參數(shù)即可。

武漢建立城市獨立坐標系有其必要性，也給出過合理的解釋，只是這獨立坐標系的信息應盡量做到公開、透明，便于行業(yè)從業(yè)人員獲取、使用。

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WH2000坐標系與CGCS2000坐標系的關系

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