01
概述
由於歷史原因，業內普遍對WGS84坐標系存在一定程度的誤解，諸多文獻對WGS84坐標系的解釋也比較含糊，給測繪、導航、遙感、地信等工作帶來一定困擾。本文重點對CGCS2000坐標系與WGS84坐標系的關係等問題進行了較詳細的總結、歸納和辨析。
02
坐標系關係
CGCS2000與WGS84關於坐標系原點、尺度、定向及定向演變的定義都是相同的。
（1）CGCS2000：國家坐標系
CGCS2000坐標是2000.0曆元的瞬時坐標，用於各種生產活動，強調統一性、規範性、自洽性、穩定性。
WGS84坐標是觀測曆元的動態坐標，用於導航，強調實時性、動態性。
兩者用途不同，特點不同，但都統一於ITRS坐標系，都對準ITRF框架。可通過曆元歸算、框架轉換互相轉換。
CGCS2000區域子網劃分法測站分布圖
03
參考橢球關係
參心地固坐標系是通過參考橢球的定向、定位，先將橢球固定在地球上，然後將空間直角坐標系安放在橢球上。CGCS2000與WGS84坐標系都屬於地心地固坐標系。地心地固坐標系直接將空間直角坐標系固定在地球上。坐標系的定義和參考框架的實現都與橢球無關。由於經緯度坐標使用起來更方便，因此引入一個橢球，安放在空間直角坐標繫上。
（1）WGS84橢球與CGCS2000橢球都來自1980大地測量參考系統GRS80橢球，也都做了微小的改進；
（2）兩個橢球僅扁率有微小差異，引起同一點的坐標差異小於0.105mm。
因此，在各類軟體中如果沒有CGCS2000坐標系選項，完全可用WGS84坐標系代替CGCS2000坐標系。在軟體中選擇一個坐標系，本質上就是選擇了該坐標系對應的橢球的參數。
WGS84參考橢球
04
坐標實現方式
（1）CGCS2000的實現
CGCS2000通過2000國家GPS大地控制網2500個框架點實現，對準ITRF97框架。
（2）WGS84的實現
WGS84坐標系由26個全球分布的監測站坐標來實現。不同版本的WGS84對應相應的ITRF版本和參考曆元。
（3）框架比較
1）CGCS2000實現精度為3cm；
2）WGS84(1762)與ITRF符合優於1cm。
通過以上比較，一般的結論是CGCS2000和WGS84應該符合在±5cm 以內。但是應該注意：
1）這個結論指的是CGCS2000與WGS84參考框架之間的差異，而不是用戶的WGS84坐標之間的差異。
2）這個結論不是通過聯測WGS84監測站和CGCS2000框架點直接得到的，而是通過與ITRF間接比較，得到的理論差異。
CGCS2000基準站坐標
05
地基框架與天基框架
地心坐標區分為不同坐標系的根本原因在於，實現這些坐標系的參考框架不同，然後才是選用的橢球不同。
這裡注意坐標系實現的參考框架與對準的參考框架（ITRF）不是一個概念。
（1）地基框架與天基框架
1）CGCS2000坐標系的參考框架主要是國內的2500個GPS控制點。WGS84的參考框架是26個全球分布的GPS監測站，這些都屬於地基參考框架。
2）WGS84監測站精度可達1cm，但用戶無法聯測。監測站坐標用來計算GPS星曆。廣播星曆、精密星曆構成了WGS84的天基參考框架。
（2）相對定位與絕對定位
1）各種相對定位（實時動態定位RTK、差分定位、靜態定位、常規控制測量）是以地面框架點坐標作為起算數據的，都直接使用地基參考框架。
2）而絕對定位（精密單點定位、碼偽距單點定位）則是以衛星星曆（精密、廣播）作為起算數據的，使用衛星星曆作為天基參考框架。
衛星星曆是利用地面監測站的衛星跟蹤數據計算得到的。
全球框架站點分布
06
坐標值差異
通過坐標系定義和實現上的比較，認為 CGCS2000和WGS84是相容的、一致的。最常見的問題是：一個點的WGS84和CGCS2000坐標差多少？通常所說的這兩個坐標系差幾釐米的含義，其實指的是CGCS2000與WGS84參考框架的理論差異，而不是用戶坐標之間的差異。
（1）一般情況下，WGS84坐標是觀測曆元，而CGCS2000坐標是2000.0曆元。當前，兩個曆元相差超過19年，由於地殼運動，坐標相差約0.6m（每年約3cm）。
（2）即便同在2000.0曆元，如果WGS84坐標是米級精度，CGCS2000坐標是釐米級精度，不能說米級精度坐標和釐米級精度坐標只差幾釐米。
（3）ITRF2014與ITRF97的差異，在2000.0曆元約為5cm，在2020.0曆元約為15cm。WGS84坐標精度為米級，一般不考慮框架差異。
因此，不能一概而論，也不能說只差幾釐米。
一個點的WGS84和CGCS2000坐標差異主要來自：曆元（框架）不同、精度不同、實現不同。歸算到2000.0曆元的WGS84坐標和CGCS2000坐標可不做區分。區別在於精度不同、實現方式不同。（此處暫不考慮速度場的誤差、高程變化對曆元歸算的影響。）
ITRF97定義
07
坐標實現差異
「實現不同」有兩個層次的含義：
1）坐標系的實現不同，包括CGCS2000框架點與WGS84監測站不同，以及對準的ITRF框架不同。
2）坐標的實現不同，包括觀測方式不同、約束平差所用的起算數據不同，解算方式不同，施測單位不同等等。
例如一條基線，兩次測量的長度不同，就是這條基線長度的兩次不同實現。在實踐中，用戶常常對不同單位提供的同一組控制點的坐標有差異存在困惑。例如，甲局與乙局測出來坐標，即便在同曆元（框架）、同精度的前提下，也必然是不同的。引入了「實現不同」的概念後，就可以合理的解釋這些坐標之間的區別了。
既然是同精度的坐標，也就沒有優劣之分。使用時可以不做區分；也可以依據項目要求，按需使用；可以通過坐標轉換，使其統一；也可以對兩套坐標加權平均，以提高坐標精度。同樣，WGS84和CGCS2000的XYZ坐標都統一於ITRS坐標系。在2000.0曆元、同精度的前提下，僅有實現的差別。
GPS定位
08
扁率變化
1)df不引起大地經度變化;
2)df引起大地緯度的變化範圍為0(赤道和兩極至0.105mm(B= 45°);
3)df引起大地高的變化範圍為0(赤道)到0.105mm(兩極);
4)df引起橢球面上正常重力的變化範圍為0(兩極)到0.016×10- 8ms- 2(赤道)。
顯而易見,在當前的測量精度水平(坐標測量精度1mm,重力測量精度1×10- 8ms- 2),由兩個坐標系的參考橢球的扁率差異引起同一點在WGS84和CGCS2000坐標系內的坐標變化和重力變化是可以忽略的。
鑑於在坐標系定義和實現上的比較,我們可以認為,CGCS2000和WGS84是相容的;在坐標系的實現精度範圍內,CGCS2000坐標和WGS84坐標是一致的。
WGS84基準面
09
結語
以上就是CGCS2000坐標系和WGS84坐標系的區別聯繫詳細說明，主要包括了坐標系關係、參考橢球關係、坐標實現方式、地基框架與天基框架、坐標值差異、坐標實現差異和扁率變化等功能。希望對大家有所幫助，歡迎分享支持~
來源：《CGCS2000坐標轉換》作者：劉光明
版權歸原作者所有
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