2018年7月1日起全面使用2000國家大地坐標系的消息，讓不少人感慨國之大動作的同時，紛紛摸不著頭腦。何為2000國家大地坐標系？對日常工作生活會有什么影響？帶著疑問，小編帶著大家踏入一段科普之旅。
何為大地坐標系
說起坐標系，大家都不會陌生。中學課文中的平面直角坐標系、平面極坐標系、空間直角坐標系，曾讓我們焦頭爛額又孜孜求學。坐標系，為我們準確表達空間位置信息提供了基準，并展現了其中神奇的數學規律。大地坐標系，是我們所學知識的一個進階，其主要用于研究地球上物體的定位與運動，是大地測量的基礎，與地球科學的其他學科，與陸海空導航，乃至與經濟、社會和軍事活動均有密切關系。揭開神秘的科學面紗，大地坐標系也正以“地圖”、“GPS”、“北斗”、“導航”等形式逐漸滲透進我們的日常工作生活，發揮著無可替代的作用。
圖1 大地坐標系
大地坐標系，是將地球模擬成一個規則的橢球，以大地經度（B）、大地緯度（L）、大地高來表示地球表面物體的位置。大地經度是通過該點的大地子午面與起始大地子午面（通過格林尼治天文臺 的子午面）之間的夾角，規定以起始子午面起算，向東由0°至180°稱為東經，向西由0°至180°稱為西經。大地緯度是通過該點的法線與赤道面的夾角，規定由赤道面起算，由赤道面向北從0°至90°稱為北緯，向南從0°到90°稱為南緯。其中著名的緯線“北回歸線”是太陽光線能夠直射在地球上最北的界線，橫穿于綠水青山的增城境內，其大地緯度值約為北緯23度26分。大地高則是物體到橢球表面的高度（如圖1）。通過大地坐標系，人們可以實現對地球上任意物體進行定位。
然而，將經緯度繪制在圖面上，不方便直接測量面積和長度，各類證書、圖紙上更常見的是平面坐標值。于是便有了地圖投影，即將物體位置從不可展平的地球表面投影到一個平面，并保證地物空間信息在區域上的聯系與完整。“等角橫切橢圓柱投影”，為我國常用的地圖投影方式。該方法由大家熟知的德國數學天才高斯于19世紀20年代提出，并在90年后由科學家克呂格補充完善，故又名“高斯-克呂格投影”。為了便于理解，我們可以把地球看做一個大西瓜，然后等分切開，再一瓣瓣展開，便可以得到平面的地圖。為了保證展開后變形不致太大，一般切為60份或120份，一份又稱為一分帶，又叫6度分帶和3度分帶。增城常用的正是3度分帶，又由于其剛好在第38帶，故有些圖紙上的坐標值前頭會加上38二字。（如圖2、3）
圖2 高斯-克呂格投影
圖3 高斯-克呂格投影分帶（紅色區域即為增城所在的3度分帶）
我國大地坐標系的演變
我國常用的大地坐標系有：1954北京坐標系、1980西安坐標系和近年推廣的2000國家大地坐標系(如圖4)。這些都是基于一定社會、經濟和科技發展需要和發展水平的歷史產物。
圖4 我國常用坐標系的演變
1954北京坐標
新中國成立后，被戰爭蹂躪的各行各業開始復蘇，在全國范圍內開展正規、全面的測繪工作成為了社會、經濟發展的基礎。由于當時“一邊倒”的政治趨向，我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，并與前蘇聯已有的1942年坐標系進行聯測，通過計算快速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，起算點在前蘇聯玻爾可夫天文臺，而不是北京。
1980西安坐標
由于1954北京坐標系起算點在前蘇聯，其所用橢球跟我國境內陸表形狀相差較遠，對后來我國的科學發展逐漸不適應。1975年始，我國對鄭州、武漢、西安、蘭州等地的地形、地質、重力、大地構造等因素進行了實地考察，并發現基于陜西省涇陽縣來起算的橢球，與我國似大地水準面更為符合。于是，1980年國家大地坐標系建立了，并將我國的首個大地原點設立在涇陽縣境內（如圖5、6），同時采用了國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的IAG 75地球橢球體數據。這是我國測繪事業獨立自主的象征，并實現了與國際化接軌，在經濟建設和科學技術研究方面發揮著舉足輕重的作用。由于涇陽縣位于西安市腹地，故該坐標系又稱為：1980西安坐標系。
圖5 大地原點主建筑
圖6 大地原點中心標志
2000國家大地坐標系
1954北京坐標系和1980西安坐標系，在我國經濟建設、國防建設和科學研究中發揮了巨大的作用。限于當時的技術條件，這兩個坐標系都是依賴于傳統技術手段在地表觀測形成，其原點亦均選在地表并嚴加看護，僅限用于區域性的定位研究，成果精度偏低、無法滿足新時期大地測繪的要求。隨著航空航天事業的發展，及空間技術的成熟與廣泛應用，1954北京坐標系和1980西安坐標系在成果精度和適用范圍越來越難滿足國家需求。2000國家大地坐標系，作為一個高精度的、以地球質量中心為原點、動態、實用、統一的大地坐標系應運而生。
歷經多年，中國測繪、地震部門和科學院有關單位為建立新一代大地坐標系做了大量工作，20世紀末先后建成國家GPS A、B級網、全國 GPS一、二級網，中國地殼運動觀測網和許多地殼形變網，為地心大地坐標系的實現奠定了較好的基礎。中國大地坐標系更新換代的條件也已具備，2008年4月，國務院批準自2008年7月1日起，啟用2000國家大地坐標系。新坐標系實現了由地表原點到地心原點、由二維到三維、由低精度到高精度的轉變，更加適應現代空間技術發展趨勢；滿足我國北斗全球定位系統、全球航天遙感、海洋監測及地方性測繪服務等對確定一個與國際銜接的全球性三維大地坐標參考基準的迫切需求。
2000國家大地坐標系帶來的影響
1.助力高精度衛星定位導航技術的推廣
自20世紀90年代GPS全面建成以來，全球衛星導航系統為傳統的測繪行業帶來了質的飛躍。但是，在1980西安坐標系和1954北京坐標系下，使用GPS無可避免的需要坐標轉換，一定程度上限制了其推廣。隨后，俄羅斯的GLONASS系統、歐盟的伽利略系統和我國的北斗系統逐漸崛起（如圖7），為人類帶來了巨大的社會和經濟效益。2000國家大地坐標系的誕生，將四大衛星導航系統的數據有效的整合在了一起，通過CORS技術（利用多基站網絡RTK技術建立連續運行衛星定位服務參考站），可更快速、更直接地獲得厘米級精度的定位數據。這滿足了各行業用戶對高精度、快速、實時定位以及導航等的要求，滿足城市規劃、國土測繪、地籍管理、城鄉建設、環境監測、防災減災、交通監控，礦山測量等多種業務的現代化信息化管理需求。
圖7 全球四大衛星導航系統
2.為自然資源整合搭建空間框架基礎
2018年，十三屆全國人大一次會議上成立了自然資源部，以統一行使全民所有自然資源資產所有者職責，統一行使所有國土空間用途管制和生態保護修復職責，著力解決自然資源管理不到位、空間規劃重疊等問題，并實現山水林田湖草整體保護、系統修復、綜合治理。2000國家大地坐標系將為其進行自然資源整合，開展“多規合一”、山水林田湖草調查與確權等工作提供地理空間框架基礎。
3.需開展過渡期的坐標轉換工作
在測繪系統管理方面，《測繪法》明確規定由國家建立全國統一的測繪系統，“從事測繪活動，應當使用國家規定的測繪基準和測繪系統，執行國家規定的測繪技術規范和標準。”
國務院在2008年啟動2000國家大地坐標系時，設定了一個8-10年的銜接過渡期。如今十年已至，各項推動新坐標系落地的測繪地理信息技術和行政審批環境皆已成熟，坐標系的更新換代已切實來到我們身邊！2017年3月，國土資源部、國家測繪地理信息局聯合發文《關于加快使用2000國家大地坐標系的通知》（國土資發﹝2017﹞30號），2018年7月1日起全面使用2000國家大地坐標系。2017年8月、10月，廣東省、廣州市相繼制定了新坐標系的實施方案，從業務數據的上傳、下發入手，全面使用2000國家大地坐標系，確保坐標系更新換代工作平穩有序開展。此后，1980西安坐標系、1954北京坐標系，這樣的標識將越來越少的出現在各類新項目的圖紙、證書上（已經開展的項目沿用原有坐標系，項目結束后在對項目成果進行坐標轉換）。而新舊坐標系的數據、圖紙相疊加，必然產生位置交錯，坐標轉換是唯一解決之道。
實現統一的地理空間框架和基準對實現全區空間數據共享共建，進而實現智慧城市，滿足城市快速發展數字化需要具有重要意義。
來源：增城規劃與測繪
