背景：按照自然資源部要求，2018年7月1日後，自然資源系統将全面使用2000國家大地坐标系；自2019年1月1日起，全面停止向社會提供1954年北京坐标系和1980西安坐标系基礎測繪成果。

CGCS2000定義示意圖

作者通過兩年多的培訓班授課，與一線從業人員做了大量交流和研讨，總結了CGCS2000坐标轉換的若幹重點問題與解決方法，基本涵蓋了生産實踐中的具體問題。

現将一些思考和心得記叙如下：

1、不是一個軟件就能解決問題

測繪相關行業的從業人員涉及到的專業主要包括：大地測量、工程測量、導航、遙感、GIS，甚至計算機專業。當前，遙感和GIS專業很實用、很熱門。但是，無論如何，大地測量專業都是測繪行業的基石。了解和掌握一些大地測量基礎知識，可以在生産實踐中做到心中有數。

與遙感和GIS專業偏重于軟件應用和開發不同，大地測量是一門科學。而大地測量最重要、最基礎、最難的内容就是基準，以及基準轉換問題。主要包括：坐标基準、高程基準、重力基準。遙感和GIS專業的一線從業人員習慣于用軟件解決問題。學習CGCS2000坐标轉換的目的也很直接，就是獲得一個軟件，并學會使用。

軟件我們當然會拷貝給學員，而且是永久性的免費使用。然而，與以往不同。由空間測量技術實現的高精度地心坐标必須考慮闆塊運動影響，同時也大幅度增加了坐标轉換的複雜性。在實踐中會遇到各種各樣的具體情況，并不是一個軟件就能解決問題的。必須深入理解，才能做到舉一反三。

在測繪行業中，大地測量理論難度最大，但無法回避。對于不同專業背景的從業人員，學習大地測量知識，可以側重于知識體系的構建，避免糾纏于具體公式。采用總結、歸納、分類、比較的方式，盡量做到打消神秘感、理解原理、理順邏輯、解決困惑、掌握應用。

2、行業内的兩極分化現象

當前，行業内存在明顯的兩極分化現象。一方面，大量專家做着高精尖的科研項目；另一方面，一線從業人員滿足于采用固定的工作流程完成項目。這兩極存在較嚴重的隔離現象。

例如坐标轉換問題，我們有很多研究成果，實際上并不實用。這樣說可能有失偏頗，但是，最起碼這些程序沒有給大家推廣使用，隻是發表了一些文章。而很多一線從業人員僅僅就知道個七參數轉換、四參數轉換，能完成任務就行。《技術規範》給出了8個經典模型，每個都有自己的特點和适用條件。我們也應該有所取舍，不能一個七參數模型走遍天下。

控制點轉換到2000國家大地坐标系的坐标轉換模型選取

市面上有很多坐标系方面的書籍和教材，很難找到一本能站在一線從業人員的角度來詳細描述的。一是，大家的很多困惑和問題，專家們并不了解。二是，解決這些問題不出成果，不能顯示水平。三是，在專家們的意識裡，這根本就不是問題，不值得探讨。你怎麼會連這些都不懂呢？

如果不是在授課中與大量一線從業人員的廣泛交流和探讨，作者也不可能想象出這麼多的實際存在的、具有普遍性的問題。事實上，經過兩年多的坐标系主題授課，作者發現，要把CGCS2000坐标轉換講透徹，并不是一件容易的事。其中牽扯到各個專業、各種情況、方方面面。具體的問題都可以單獨解決，但要系統化、條理化，讓人聽得懂，能靈活運用，還真的是剪不斷、理還亂。為了能清晰表達，還不得不定義了一些新的名詞。這些名詞雖然還沒有得到官方認可，但是随着作者的推廣，以及大家的普遍使用，也将會成為約定俗成的說法。

當然，也有一些培訓班會把《技術指南》或《技術要求》照本宣科一遍，這是極不負責任的态度。無論機構或者個人，口碑是最重要的。

3、軟件和硬件傻瓜化，人不能傻瓜化

現在的軟件和硬件越來越智能化，也可以稱為傻瓜化。軟件和硬件的傻瓜化，也會直接導緻人的傻瓜化。

例如，以前測地形圖，需要布設控制網、測量圖根點，還需要測量每個細部，然後還要内業數據處理、成圖。現在隻需要用RTK和無人機就可以很方便的完成任務。一個沒有學過測量的人，也完全可以勝任大部分工作。遙感和GIS專業也存在這種問題，經過短時間培訓就能熟練使用軟件，懂不懂測繪好像也無關緊要。這些從很多學員提的外行問題中可以明确感覺到。

這就導緻很多公司不願意花更多的成本聘請專業人員。他們把CGCS2000坐标轉換也看作是一個軟件的問題。花錢報個培訓班，派兩個熟練工，學兩天就要回去解決問題。這是不可能的，也不利于長遠發展，對整個行業也是一種傷害。

再例如，很多軟件可以直接用重合點的xyH坐标（平面坐标和高程）來求布爾莎七參數。但實際上用xyH坐标是不能直接求出布爾莎七參數的。在後台，軟件用中央子午線将xyH坐标變成了BLH或XYZ坐标，然後才求出布爾莎七參數。但是這樣就會給大家帶來誤解，在求七參數時産生很多困惑。這是一個非常普遍的問題。

因此，軟件和硬件可以傻瓜化，人不能傻瓜化。應該保持對專業的尊重，重視對原理的理解。

4、一些容易混淆的概念

在我們的教材和課堂中，還在給大家講着CIO和格林尼治天文台這些古典概念。事實上，我國從來沒有使用過CIO。現代的地心坐标系使用的是IERS參考極IRP和IERS參考子午線IRM。

還有坐标系的尺度問題。為什麼ITRF使用的是地球時TT，而CGCS2000使用的是地心坐标時TCG？尺度為什麼由時間來定義？

CGCS2000的參考曆元是2000.0，這個2000.0怎麼來的？如何計算？和J2000.0有關系嗎？

曆元歸算與框架轉換

這些概念在很多書中隻是簡單羅列了一下概念，并沒有給出明确和易于理解解釋。看起來都很熟悉，其實不知道是怎麼回事。

就連動态坐标系中最基礎、最重要的曆元和速度場的概念，大部分從業人員甚至都沒聽說過。

還有一個，我們現在關心的和迫切要解決的是生産中的坐标轉換問題。但是很多培訓班一上來就給大家講天球參考系，又是歲差，又是章動的。我們做的是地球上的坐标轉換，天球參考系是研究衛星軌道時才用的。要說拓展知識面吧，關鍵是很多人對地球參考系還稀裡糊塗的，他會把天球參考系和地球參考系的概念混淆。就不止一個人問過我，地心坐标的曆元歸算是不是歲差引起的？

況且，天球參考系也是一個過時的、古典的概念。現在使用的是與地球本體無關的四維時空參考系，其定義與天極、赤道、黃道都無關。

5、西部地區的特殊性

很多理論和方法在東部地區可以很好的實現，但是到了西部地區就會出問題。除了自然條件以外，往往不是人的水平問題，高程因素是一個重要原因。

例如獨立坐标系投影,用不同軟件投影出來的平面坐标不同，差異随抵償高程面的增加而變大，在西藏甚至差10米。

另外，在西藏，在中央子午線一緻的前提下，加了抵償高程面和沒加抵償高程面的平面坐标x值相差接近3公裡。

再例如，在ArcGIS的布爾莎七參數坐标轉換過程中，轉換精度和測區平均大地高相關。西藏地區僅因大地高而引起的平面坐标轉換誤差就可能超過10cm。

這些都是客觀存在的問題。我們首先應該承認它，直面這些問題，給出理論解釋，提出解決方案。雖不能改變現狀，但能打消大家的疑惑，做到心中有數，進而靈活處理問題。

6、常常被忽視的高程轉換

遙感和GIS專業更多的處理的是平面地圖，對于高程經常是一知半解，甚至認為XYZ坐标中的Z值就是高程！

高程具有區域性和複雜性特點。有不同的高程系統，還有不同的基準。85基準高程還有"99水準網"和"15水準網"兩種不同的實現版本。不了解這些概念的話，就會出現諸如：為什麼千尋測出的高程差好幾米？這樣的問題。

高程具有區域性和複雜性特點

高程轉換的複雜程度并不比坐标系少。如果精度要求不高，就不需要測水準，直接用程序計算高程異常。

7、莫名其妙的54坐标系轉換

按照《技術要求》，北京54坐标轉換到CGCS2000坐标分兩步走：北京54坐标先轉換為西安80坐标，再把西安80坐标轉換為CGCS2000坐标。

按照《技術指南》，北京54坐标轉換到西安80坐标也需要分兩步：首先計算大地坐标改正量，然後計算平差改正量。用這兩個改正量就可以将北京54坐标轉換到西安80坐标。

坐系參數

僅依據《技術要求》和《技術指南》根本無法理解這個莫名其妙的轉換流程，原因在于這兩個文件中都沒有提及"1954北京坐标系（整體平差轉換值）"這個坐标系。引入這個坐标系以後，整個轉換過程就非常清晰了。

明白了原理，解決了困惑，這樣還不夠。用戶往往不具備資源條件，例如現在很難找到諸如平差改正數分布圖這些資料了。因此，我們還需要提出可行的解決方案。

8、令人糾結的WGS84坐标系

大量文獻中都探讨了WGS84坐标系，并與CGCS2000坐标系做了詳細比較。但是于事無補，我們想知道WGS84坐标與CGCS2000坐标到底差多少？關于這個問題，各種說法都有。有些網絡RTK給用戶既提供WGS84坐标，也提供CGCS2000坐标。有些WGS84坐标與CGCS2000坐标差幾十公分，有些則很接近。WGS84坐标與CGCS2000坐标的差異不能一概而論，需要從曆元、框架、精度和實現四個方面去比較，就可以得到明确的結論了。

WGS84坐标系與北鬥坐标系并沒有本質區别，為什麼北鬥坐标系不存在這些問題呢？這又是一個曆史的誤會。

過去把GPS測得的坐标都叫做WGS-84坐标，這種觀念在早期碼僞距單點定位時是正确的。而且由于其十米多的定位精度，也不需要考慮坐标的時變性。後來發展了高精度的相對定位和精密單點定位技術，這時解出的坐标已經不是WGS-84坐标了。但是這種觀念和習慣一直延續至今。

WGS-84坐标如何轉換到CGCS2000坐标？也不能一概而論，你必須先了解你的WGS-84坐标是如何得到的。或者通過與CGCS2000坐标比較，推斷出WGS-84坐标的曆元。最起碼要保證一組WGS-84坐标是同一時期的坐标。這樣才能合理選擇采用動态或靜态的方法轉換。而《技術規範》裡關于WGS-84坐标轉換的叙述有明顯錯誤。

CGS2000橢球與GRS80和WGS84橢球推導幾何參數比較

WGS-84坐标與CGCS2000坐标到底是什麼關系？很簡單，CGCS2000坐标是約定了曆元和框架的ITRS坐标，WGS-84坐标則是沒有約定曆元和框架的ITRS坐标。同北鬥坐标系一樣，WGS-84坐标系隻是一個衛星導航坐标系。

9、在學習中要有批判精神

現在的一些期刊、教科書，甚至規範中也存在錯漏和不合理之處。我們在學習中一定要有批判精神，不能全信。有時候可能并不是你自己的錯，但是隻有自己搞懂了，才能心中有數、靈活處理。

某些資料中提到，西安80坐标轉到CGCS2000坐标，橢球面積每平方公裡應該減小0.939平方米。這個結論是用橢球面積公式計算出來的，隻考慮了橢球大小變化對面積的影響，沒有考慮橢球的徑向平移，也沒有考慮尺度縮放。因此，沒有參考價值。事實上有些地方是每平方公裡增加9平方米。這就需要一個更合理的估算公式。

在分丘圖、宗地圖、房屋平面圖的坐标轉換中，要求坐标轉換到CGCS2000後面積不能改變。但是無論是坐标轉換，還是實測CGCS2000坐标，面積必然會改變。那麼隻能犧牲精度來實現等面積轉換了。

按照《技術規範》要求，動态轉換時，應該先做曆元歸算，後做框架轉換。對于2020.0曆元的坐标，如果先做框架轉換，後做曆元歸算，就會發現兩種不同轉換順序得到的坐标差約10cm。從邏輯上看，兩個動态轉換順序都沒有問題。那麼，這10cm差異從哪裡來？

速度是用坐标拟合出來的，因此速度也有對應的參考框架。《技術規範》裡的速度場模型忽略了速度的參考框架。就會導緻這10cm的差異。

結束語：

CGCS2000坐标轉換千頭萬緒，會有各種情況。限于篇幅，這裡隻能列出一些普遍的共性問題。總之，隻有理解原理，才能舉一反三。

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