1987年星历表 1987年日历表

摘 要：在输配电线路的勘测设计过程中，各地面点的准确定位需通过坐标来实现，对于非测绘专业出身的设计人员来说，坐标板块方面的知识是自身无法回避的短板；为使设计人员能够对这些“密码”进行解读应用，本文对输配电线路中各常见坐标进行简要总结……

1 输配电线路测绘手段之变迁

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长期以来，在输配电线路中，都是采用经纬仪(选线) 全站仪(测断面)的模式进行野外测量的；电气专业事先在1:5万的地形图上理论选线，然后测量及其他所有勘设人员以此为据到现场实际选线(眼见为实后，设计方案根据现场情况灵活调整)。输电线路的勘测受到地形、林木、环境、线路路径长度等方面的影响，传统“小米加步枪”的测量方法效率较为低下。

2003年，在笔者参与的“大理～厂口500kV送电线路工程”的勘测过程中，采用了较为先进的海拉瓦技术进行测绘，设计人员在卫星、飞机、GPS等设施工作的前提下，借助海拉瓦系统生成的图像、三维景观图即可一目了然地掌握工程实地情况，在一定程度上减少了传统方式的实地测量、定位信息的误差，大大降低了测绘人员的劳动强度，工作效率得到了大幅提升。

如今，随着科技的发展，测绘技术日新异月，激光扫描、摄影测量、卫星遥感等三维测量技术已逐步应用于输配电线路中。依靠三维测量技术可以提供输电线路辅助优化选线的三维大场景，既提高了工作效率，减少人员劳动强度，又可以形成三维量测技术体系，促进行业的进步。

限于成本等方面的原因，输配电线路中当下应用最为普遍的是RTK(Real-time kinematic 实时动态)载波相位差分测量技术。RTK在野外能够实时得到厘米级定位精度，它的出现为线路选线、地形测，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，极大地提高了作业效率。

在输配电线路野外勘设中，如果设计人员不熟悉坐标，面对此图此景，用一句话来形容，您将“拔剑四顾心茫然”

……

——下面，我们就来聊聊坐标吧。

2 输配电线路中的几种坐标系

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在输配电线路中，通常有以下几种坐标系：

(1) WGS-84世界大地坐标系；

(2) 1954北京坐标系；

(3) 1980西安坐标系；

(4) 2000国家大地坐标系；

(5) 相对独立的平面坐标系。

以下，我们逐一介绍：

2.1 WGS-84世界大地坐标系

WGS-84世界大地坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84世界坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84世界坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0(国际时间局)定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，y轴通过右手规则确定。

WGS-84大地坐标系是现有应用于绘制地图、航海图、大地测量和导航的最好的全球大地参考系。

2.2 1954北京坐标系

1954北京坐标系是新中国成立后确定的国家大地坐标系，通过与原苏联大地网联测，将原苏联1942年大地坐标系延伸到中国。其坐标原点不是在北京，而是在俄罗斯的普尔科沃，以椭球为克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系，该坐标系为参心大地坐标系。

虽然我国后来建立了1980西安坐标系，现已全面使用2000国家大地坐标系，但时至今日，北京54坐标系仍然是在我国使用较为广泛的坐标系。

2.3 1980西安坐标系

1954北京坐标系存在椭球参数不够精确、参考椭球与我国大地水准面拟合不好等缺点,为了适应大地测量发展的需要,我国于1978年建立了新的坐标系(1980西安坐标系)。新的大地原点设在我国中部的西安市附近的泾阳县永乐镇,简称西安原点位于全国的中心地区,地质构造稳定,地形平坦。原点坐标为东经108°55`、北纬34°32`,海拔高度为417.20m。1980西安坐标系的建立是在1954 年北京坐标系的基础上完成的。采用新的大地基准,椭球参数采用国际大地测量学和地球物理学联合会IUGG1975年第16届大会推荐的IUGG75椭球值，椭球在地球体中的定位是在椭球面与中国领域内大地水准面最佳拟合的条件下确定的。

2.4 2000国家大地坐标系

2000国家大地坐标系(CGCS 2000)是一种协议地球坐标系。在国家测绘局发布的现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南中,对2000国家大地坐标系有完整的定义。即2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心;2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向,该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算,定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转,X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面(历元2000.0)的交点,Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。采用广义相对论意义下的尺度。

以上四种坐标采用的椭球参数详见下表为：

除此之外，以上四种常用坐标还存在以下异同：

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小结：北京54坐标系采用的是苏联的克拉索夫斯基椭球参数。该椭球在计算时未采用中国的测量数据，在中国范围内符合精度不高，测量结果具有一定误差。为改善这种状况，提高我国境内的测绘成果质量，1978年4月在西安召开的全国天文大地网平差会议上确定了西安80坐标系统。目前，我国大部分测绘数据都是基于西安80坐标系统测量的。为满足科技发展需求，2008年7月1日，《国土资源部 国家测绘地理信息局 关于加快使用2000国家大地坐标系的通知》(国土资发[2017]30号)要求：“2018年6月底前完成全系统各类国土资源空间数据向2000国家大地坐标系转换，2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系。”届时，国家测绘地理信息局将停止提供其他坐标系下的测绘成果——随着时间的推移，北京54、西安80坐标将逐步退出历史舞台，2000国家大地坐标系(CGCS 2000)将取代以上二者成为我国的主流标准坐标系。

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2.5 相对独立的平面坐标系

在我们测量过程中时常会遇到的如一些某城市坐标系、某城建坐标系、某港口坐标系等，或我们自己为了测量方便而临时建立的独立坐标系。有些地方***等机构出于精度、保密等各种原因，在常规坐标系的基础上进行平移与旋转形成了地方坐标系。在精度方面，该坐标系可以减小高程归化与投影变形产生的影响，将它们控制在一个微小的范围内，使计算出来的长度在实际利用时不需要做任何改算。

任意独立坐标系椭球为国家参考椭球，投影面为参考椭球面。

云南地区常用的地方坐标系有：1987昆明坐标系、2000年个开蒙城建坐标系、1989年大理城建坐标系、1999年玉溪城建坐标、1997年丽江城建坐标系、1998年景洪城市坐标系等。

高程基准

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我国高程基准采用黄海平均海水面,验潮站是青岛大港验潮站,在其附近有中华人民共和国水准原点。1987年以前,我国采用1956国家高程基准。1988年1月1日,我国正式启用1985国家高程基准,水准原点高程为72.2604m。1985国家高程基准的平均海水面比1956年黄海平均海水面高0.029m。

高程系统与上面提到的各（平面）坐标系是独立的，高程系统一般采用平均海平面为正负0米，向上为正值，向下为负值。

在进行平面坐标转换时，一般高程系统是固定的，可不用参与转换。

3 坐标基准体系的几种形式

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因技术水平、历史机缘及国家保密等原因，历史上形成了多套坐标基准体系（以上介绍了4 1种），而每套坐标基准体系又分别对应大地坐标系(经纬度)、空间直角坐标系、高斯平面直角坐标系(常说的公里网)。空间直角坐标系常用于宇宙空间科研或参数中间转换，日常生活中使用较少；常规测量一般使用平面经纬度及公里网坐标。公里网坐标又根据中央子午线及误差精度的不同，人为划分为6°带、3°带和1.5°带坐标。

（1）大地坐标系(经纬度)

大地坐标系俗称为经纬度坐标系，采用地球中心作为参考中心进行投影。经纬度---竖向为纬度X（B）、横向为经度Y（L），按经度把地球划成橘子瓣状分带。纬度采用赤道为起始0°、北极为90°，向北增大，北半球记作北纬XX°。经度采用英国伦敦的格林威治天文台作为起始0°，向东记作东经XX°。

经度按每15°划分时区，共24个时区，对应24小时，此与下述的坐标分带无关。我国首都处于东经117°、北纬40°附近，属于东8时区。经纬度坐标系本身是立体球形的，为了使用方便，把它投影到平面地图中使用。

（2）空间直角坐标系：相对于坐标原点的XYZ。

因使用较少，本处不在赘述。

（3）高斯平面直角坐标系（公里网）

由于采用度分秒格式表示地理位置不利于日常使用，又引入公里网坐标。我国有北京54、西安80、国家2000(参数最接近国际WGS84)等常规坐标系，都采用北方为上-X-正，东方为右-Y-正，上北下南左西右东的绘图方式。这与平时的数学坐标系统右为X正、上为Y正不同，需要特别注意。

注意：1.仅看坐标数据无法获知是那套坐标系统，必须查找坐标数据的来源及标注；

2.不同坐标系下的经纬度是有差距的，即：北京54经纬度≠国家2000经纬度。

为了减小球形投影误差，人为将地球按中央子午线经度划分为多个投影带。为了方便，我国都以赤道作为X=0公里，向北增大；为避免横向Y值出现负数，以中央子午线处记作500公里=500,000米，前再加两位带号，eg:39,500,000米。地图的比例尺越大，需要的分带越小，1.5°带投影误差最小，应用面积最小；3°带最常用，范围与精度中等；6°带一般适用于大范围的区域地形图，精度较差。

例如：我国首都位于东经39,447,672、北纬4,419,516附近（三度带坐标），属于39带（对应117°），其西侧为38带（对应114°），其东侧为40带（对应120°）。

云南各地区大致经纬度坐标如下表：

根据上表中的经度，可由下表查询得到对应的中央子午线经度及带号：

注：中央子午线经度是坐标转换中常用的参数；带号一般要加入到高斯平面直角坐标系Y值的前面位置。

4 关于坐标的转换

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4.1 同一基准下大地坐标和空间直角坐标转换原理

(1)空间直角坐标系转换成大地坐标系。同一基准下，某点的空间直角坐标系(X,Y,Z)和大地坐标系(B,L,H)间的转换公式为:

(2)大地坐标系转换成空间直角坐标系。同一基准下，某点的大地坐标系(B, L, H)和空间直角坐标系(X,Y,Z)间的转换公式为:

（3）高斯平面坐标与大地坐标之间的转换

高斯投影正算公式：

高斯投影反算公式：

4.2 不同基准下三维空间坐标转换模型

测量坐标基准转换包括不同地心坐标系之间的转换，不同参心坐标系之间的转换及地心坐标系和参心坐标系之间的坐标转换。其实质是不同的空间直角坐标系之间的换算。基准转换的关键是确定转换模型和转换参数。

当前常用的空间直角坐标转换模型有布尔莎模型和莫洛金斯基模型，本文主要对布尔莎七参数模型进行介绍。

如图1所示，假设有参心坐标系OR-XRYRZR和站心坐标系OG-XGYGZG，若将OR-XRYRZR中某点坐标(XR1YR1ZR1)转换成OG-XGYGZG中对应的(XG1YG1ZG1)，需掌握两个坐标系之间的转换参数。基于此，可构造参心坐标系和地心坐标系之间的转换公式为:

若两个坐标系之间转换参数已知，则可直接利用参数进行转换；若转换参数未知，则需要通过两个坐标系之间的公共点进行计算，计算时主要采用最小二乘方法，参与计算的公共点至少要达到三个。

4.3 不同基准下二维平面坐标转换模型

（1）二维七参数转换模型公式：

（2）二维四参数转换模型公式：

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小结：(1)在同一基准下的坐标转换都是严密的，而在不同的基准之间的转换是不严密的。举个例子，在WGS-84坐标和北京54坐标之间是不存在一套转换参数可以全国通用的，在每个地方会不一样，因为它们是两个不同的椭球基准。那么，两个椭球间的坐标转换应该是怎样的呢？一般而言比较严密的是用七参数法（包括布尔莎模型，一步法模型，海尔曼特等），即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点，如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30km(经验值)，这可以用三参数（莫洛登斯基模型），即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。

(2)在一个椭球的不同坐标系中转换可能会用到平面转换，现阶段一般分为四参数和平面网格拟合两种方法，以四参数法在国内用的较多，举个例子，在昆明既有北京54坐标又有昆明87坐标，在精度要求不高时，采用四参数可得到小区域的转换参数（计算四参数需要两个已知点），因为昆明87的边长是进行投影改正的，边长有一个非线性的变形改正。四参数（或七参数）只能解决小范围的坐标转换问题，如果精度要求较高时，可采用平面网格拟合的方法利用多个已知点进行求解。

5 结 语

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在未来的输配电线路中,传统的测量技术将逐渐地被新测量技术所取代,测量领域将会朝着更加数字化、信息化、可视化及三维智能化的方向进一步发展；坐标对于这些新测量技术而言,诸如阿拉伯数字在数学中的地位一般重要,故学好坐标知识对于我们的工作及生活具有重大意义！

由于笔者为非测量专业人士，水平有限，再加上实践深度不够，文中如有不妥，欢迎批评指正！

小编将及时更新

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参考文献：

【1】宁津生等著 测绘学概论[M].武汉:武汉大学出版社,2018；

【2】程鹏飞等著 2000国家大地坐标系建立的理论与方法[M].北京:测绘出版社,2014；

【3】边少锋等著 大地坐标系与大地基准[M].北京:国防工业出版社,2005；

【4】中国人民解放军测绘学院制图、测勤教研室编著 军用地图识别及使用[M].郑州:内部教材,1981；

【5】电力行业输配电技术协作网、输电线路三维量测技术工作组编著 输电线路三维量测技术及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2019；

【6】大地测量控制点坐标转换技术规范（CH/T 2014-2016）；

【7】国土资源部、国家测绘地理信息局 关于加快使用2000国家大地坐标系的通知(国土资发[2017]30号)；

【8】杨蕊.测量坐标系统转换方法研究与实现[J].硕士学位论文,2017；

【9】陶志成.我国现行的坐标系统[J].大众科技,2011(9):83；

【10】魏小林.西安80坐标系与CGCS2000坐标系转换研究[J].河南科技,2019(17):150；；

【11】刘平.浅谈地球坐标系及2000国家大地坐标系[J].地理空间信息,2010(3):106；

【12】特别诚挚感谢白明启高级测绘师审阅了本稿，并提出了宝贵意见。

转载自《 姜姜输配电》微信公众号。