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何为上海2000坐标系?同国家2000大地坐标系有啥关系
发布时间:2021-01-25     来源:     浏览:4384


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2020年12月30日,上海市公布自2021年1月1日起,在全市范围内启用“上海2000相对独立的平面坐标系统”(简称“上海2000坐标系”)。

来源:上海市规划和自然资源局(公众号“上海规划资源”),转自:GIS圈

原标题:【科普】带你认识上海2000坐标系

2021年1月1日,上海市启用了新一代城市平面坐标系——上海2000坐标系。何为上海2000坐标系?同国家2000大地坐标系又是什么关系,对日常工作生活会有什么影响?我们将通过本文和以60个问答的形式为大家科普上海2000坐标系和2000国家大地坐标系的相关知识~

1. 中国新一代大地坐标系,2000国家大地坐标系


首先坐标系的确立是一件大事情。经国务院批准,我国自2008年7月1日起,启用2000国家大地坐标系,英文缩写CGCS2000,这是我国新一代的大地基准。

为什么要坐标系统?道理很简单,人类活动要搞建设就需要丈量、作规划就需要全国统一的坐标系统,来统一全国的测绘成果。

1954年我国建立了第一代国家大地坐标系统,即北京54坐标系,英文缩写BJ54,坐标原点在苏联,椭球参数直接拿苏联的。第一代坐标系的椭球参数不够精确,坐标系延伸到我国差异就明显了。于是,1980年我国建立了第二代国家大地坐标系统,大地原点在陕西西安,即西安80坐标系,英文缩写XIAN80,采用了国际椭球参数,精度相对提高了。这两代坐标系事实上都是二维平面坐标系,由于各种原因, 在很长一段时期,许多领域这两代坐标系统混合使用, 给测绘工作带来了一定的复杂性。

相比较前面两代国家大地坐标系统,CGCS2000是真正意义上全球化、三维空间化的坐标系,坐标系原点是地球的质心,新坐标系实现了由地表原点到地心原点、由二维到三维、由低精度到高精度的转变,更加适应现代空间技术发展趋势,有利于应用现代卫星定位技术对大地坐标框架进行维护和快速更新, 有利于提高测绘成果的精度, 有利于地理信息要素的快速采集与更新,有利于快速测定高精度的大地控制点的三维坐标, 从而提高测绘工作效率和基础保障能力,推动自然资源、经济建设、航空航天、陆海一体、遥感监测等各领域数据的深度融合,对国民经济建设发挥重要作用。那么多好处,其实归根结底是国家发展需要,北斗上天,九天揽月,这些都需要自主定义的新一代大地坐标系,因此国家要求现在所有新的测绘成果都必须使用CGCS2000。

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2. 上海新一代城市平面坐标系,上海2000坐标系的诞生


国家级的坐标系有了,到了具体的地区和城市,有时候用起来很麻烦,坐标值的位数很长,因此一些地区和城市会在国家坐标系的基础上建立自己相对独立的平面坐标系统。

国家大地坐标系和城市独立平面坐标系统的关系就是从一个球体表面变成一个平面的转换过程,即投影。我国的平面坐标系统采用高斯投影,其平面坐标称为高斯坐标,并且规定:一个城市只应建立一个与国家坐标系统相联系的、相对独立和统一的城市坐标系统,并经上级行政主管部门审查批准后方可使用。

城市相对独立的平面坐标系统的定义还是相对好理解的,与我们普通的平面笛卡尔坐标系基本一样。我们一般可以用一点一线一面一方向来概括。

点就是我们坐标系的原点,线就是我们的中央子午线,面就是我们的投影面,方向就是我们这条线(中央子午线)的北指向。点、线、面、方向的合理选择的最终目的都是为了控制城市的边缘变形。一般而言,原点选在城市中心,如同我国的西安80系一样,它选在了中国的中心;中央子午线一般也是选在城市的中心线左右;投影面一定要选好,因为三维坐标投影在不同投影面上会得到不同的坐标,也会导致边缘变形的不同;故此为了使得边缘变形最佳,中央子午线和投影面的选择是一个渐次迭代逼近的过程。方向一般选择指北方向,与国家坐标系保持一致。

上海早在上世纪五、六十年代,为统一解放前遗留下来的多个坐标系统,建立了基于54椭球,中央子午线为121°28′,平面原点为国际饭店楼顶旗杆中心,X轴指向真北的上海平面坐标系。国际饭店为了展示上海平面坐标原点,专门把旗杆位置投影到饭店大厅并建造了一个原点标志,如下图:

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图源:上海市规划和自然资源局

这个用了几十年的平面坐标系统就叫做“上海平面坐标系统”。这个平面坐标系统和当时国家广泛使用的北京54和西安80坐标系有着正反转换关系。2011年,上海的测绘工作者又率先在全国研究、建立了上海平面坐标系统与2000国家大地坐标系的精密转换关系。

前文铺垫了这么多,重点来了。2020年,上海在前期工作基础上,通过查、测、算、转、用,全面构建并应用上海新一代城市平面坐标系,即上海2000坐标系。

“查”是指普查,就是摸清可以用于转换的点位的底数,虽然我国测绘工作者在全国建立了十余万个大地控制点,但由于中国的经济发展很快,很多点位都被破坏了,这就需要我们普查一下,哪些点位还在,经过质量分析之后,作为后续用于观测的点位。

“测”是指测量,在我们知道哪些点位还可用之后,就在这个点位开展GNSS的测量工作,接收卫星信号,尤其是可以接收我国自主可控的北斗三号的信号,作为后续开展数据处理的数据源。

“算”是指数据处理,就是把观测的GNSS数据经过计算得到2000国家大地坐标系坐标。这样我们就可以在同一个点位上,既有老的坐标系坐标,也有新的坐标系坐标,为后续的坐标转换提供数据。

“转”是指坐标转换,现在我们看,在一个点位上,我们有老的坐标系坐标,也有新的坐标系坐标。新的坐标系坐标包括了国际坐标系的坐标,还包括了2000国家大地坐标系坐标。我们现在就需要找到这各个坐标系之间的转换关系,这个时候测绘工作者就发明创造了很多转换方法和模型,如二维四参数模型、三维七参数模型等,来实现坐标系的转换。

“用”就是应用,坐标系建立的目的就是应用,坐标系的应用不胜枚举,实在太多啦。大的方面在于大家在同一个基础上说话;小的方面就是自己家房子出个房产证,都需要标注坐标。

3. 上海2000坐标系的启用的意义和影响


上海2000坐标系来了,大家可能会冒出不少疑问,比如国际饭店原点那个标志会不会换位置呢?那么多地形图是不是要全部重新转绘一遍呢?对上海城市建设与管理到底有什么好处呢?

首先要和大家说的是,上海2000坐标系从表象上来说真的和以前上海平面坐标系统没啥两样,国际饭店旗杆还是新坐标系的原点,X轴还是真北方向,四个象限还是那四个象限。变化的是:上海2000坐标系参考的是CGCS2000椭球,投影计算的中央子午线为121°27′52″,通过测绘工作者的努力,最大程度上让新旧两代坐标系点位误差均可控制在±5厘米之内,因此对于基于原有的上海平面坐标系的成果无需转换,原有基于上海平面坐标系的地形图也在可控范围之内,无需转换。这就是为什么说新旧坐标系表面看起来没啥变化,这仅仅是为了降低因坐标系统变化带来巨大的成果转换的影响,事实上启用了上海2000坐标系意义深远:

一是有利于提高城市空间基准的自主性和安全性。促进上海市北斗卫星导航应用及产业发展;为智慧城市建设提供统一的时空基准,有利于保证地理信息资源的完整性和一致性,促进地理信息资源共享;有利于促进卫星遥感、Lidar、无人机等对地观测技术应用,提高上海市应急监测响应能力。

二是对城市建设与发展的影响。上海2000坐标系启用后可以大幅度提高点位表达的准确性,并且可以快速获取精确的三维地心坐标;可以提高测量精度和工作效率;可广泛应用于智能交通(车辆的导航、调度与监控)、海事(船舶的导航、调度与监控)、城市物流(城市精细管理中的基于位置服务)、突发事故预警与快速响应系统等,更好地满足经济建设、社会发展、国民生活及科学研究等对现代化空间地理信息的迫切需求。

三是对长三角区域的影响。长三角的许多城市和地区也一样,都各自建立了自己相对独立的地方坐标系。长三角一体化后,当需要对坐标成果进行共享和衔接时,只要每个城市在从事测绘活动时采用全国统一的国家大地坐标系,即都将当地的平面直角坐标成果转换为2000国家大地坐标成果(经纬度),通过与国家坐标系统相联系,保证测绘成果的整体性,以便于测绘成果应用和信息共享,就能实现上海2000坐标系与外省市坐标系的有效衔接。

4. 上海2000坐标系的使用方法


在上海市人民政府的统一领导下,市级各相关部门根据职责分工,负责本部门持有的数据成果的统计、上报、转换后数据汇交及本系统的上海2000坐标系的推广使用。

(1)坐标系管理:上海市规划和自然资源局对上海2000坐标系及成果进行依法管理、更新和维护,负责全市启用上海2000坐标系工作的组织实施和监督管理。

(2)数据成果转换服务:上海市规划和自然资源局根据上海2000坐标系的数学模型和转换参数,完成坐标转换线上服务、线下工具的开发,实现上海2000坐标系与WGS84坐标系、CGCS2000坐标系、上海平面坐标系成果的双向坐标换算。根据各委办局和各相关单位坐标转换需求,通过集中坐标转换、提供自行转换工具和线上转换服务等多种方式,保障新老坐标系的平稳有序过渡。

市测绘院作为市规划资源局下属技术支撑单位,负责为各区、各相关部门和单位提供各类测绘地理信息数据成果坐标转换的技术支持和服务。

(3)新坐标系的推广应用:市、区有关部门要强化上海2000坐标系的应用。上海2000坐标系启用后,在本市行政区域内从事测绘地理信息及其相关活动,应当使用上海2000坐标系。对正在开展的有关专项调查和普查、重大工程规划与建设等涉及测绘的工作,根据实际情况对现有技术方案进行修正和调整,确保测绘成果数据的统一。

(4)目前转换的数据类型:包括单点转换、4D产品转换、地理信息系统数据库转换以及特殊类型数据转换。

✓单点。提供坐标单点转换服务,需求单位提供待转换原始点位坐标,转换后可得到对应点位的上海2000坐标系下单点坐标。

✓4D产品。需求单位提供DLG/DEM/DOM/DRG类型数据,支持SHP/GDB/CAD/ TIF等格式的数据转换服务。

✓地理信息空间数据库。需求单位提供地理信息系统数据库数据,支持SHP/GDB等格式数据的转换服务。

✓特殊类型数据。对有特殊类型数据的转换,可向技术支持单位定制个性化服务,完成特殊数类型数据的转换工作。

(5)获取上海2000坐标系成果:需求单位依据《中华人民共和国测绘成果管理条例》以及《国家涉密基础测绘成果资料提供使用审批程序规定(试行)》向上海市规划和自然资源局申请上海2000坐标系基准框架成果或基础地形图成果,以在上海2000坐标系下进行测绘作业。



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