WH2000坐標系，你需要知道的都在這裡！
專欄：不說不知道
期數：第001期
標題：【技術】WH2000坐標系，你需要知道的都在這裡！
作者：張同RTKHome
最近很多湖北的用戶反應武漢規劃和國土系統全面採用武漢2000國家坐標系（簡稱WH2000），被弄的一頭霧水，不知道武漢2000國家坐標係為何物？
現以我學習、了解的知識，將WH2000坐標系與CGCS2000坐標系的關係，高斯投影帶來的變形，武漢建立WH2000坐標系的意義以及如何直接測量WH2000坐標整理如下內容，供大家借鑒或參考。如有錯誤紕漏處，還請大家指出。
一、CGCS2000坐標系的定義
WH2000坐標系是基於2000國家大地坐標系建立的區域獨立坐標系，因此要弄清楚WH2000坐標系的定義，就要先弄清楚2000國家大地坐標系的定義是什麼？
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為什麼要使用CGCS2000坐標系？
2000國家大地坐標系，是中國新一代大地坐標系，2018年7月1日已經全面啟用。以地球質量中心為原點的地心大地坐標系，是21世紀空間時代全球通用的基本大地坐標系。以空間技術為基礎的地心大地坐標系，是中國新一代大地坐標系的適宜選擇。地心大地坐標系可以滿足大地測量、地球物理、天文、導航和航天應用以及經濟、社會發展的廣泛需求。
北斗衛星導航定位系統就是採用CGCS2000坐標系，測繪用戶可以使用千尋CORS直接測量得到點位的CGCS2000坐標。
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CGCS2000坐標系的定義？
2000國家大地坐標系是一個空間直角坐標系，它的定義：
?原點的位置：包括海洋和大氣的整個地球的質量中心
?X軸的定向：X軸指向BIH1984.0定義的零子午面與協議赤道的交點
?Z軸的定向：Z軸指向BIH1984.0定義的協議極地方向（BIH國際時間局）
?Y軸的定向：Y軸按右手坐標系確定
CGCS2000參考橢球的定義常數是：
長半軸a=6378137.0m；
地球的地心引力常數 (包含大氣層)GM = 3986004.418×E8m3s-2；
地球角速度w=7292115.0×E-11 rad S-1。
二、高斯投影
高斯投影一般指高斯-克呂格投影。高斯-克呂格投影是由德國數學家、物理學家、天文學家高斯於19 世紀20 年代擬定，後經德國大地測量學家克呂格於1912 年對投影公式加以補充，故稱為高斯-克呂格投影，又名"等角橫切橢圓柱投影」，是地球橢球面和平面間正形投影的一種。
PS：高斯投影、橫軸墨卡托投影、等角橫切橢圓柱投影是同一個投影方法，只是不同的命名方式而已。
假想有一個橢圓柱面橫套在地球橢球體外面，並與某一條子午線（此子午線稱為中央子午線或軸子午線）相切，橢圓柱的中心軸通過橢球體中心，然後用一定投影方法，將中央子午線兩側各一定經差範圍內的地區投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面，此投影為高斯投影。
將地球橢球面正形投影到平面上，就是大家熟悉的大地坐標BLH（緯度、經度、大地高）轉換為平面坐標NEH（北坐標、東坐標、正常高，也有地方用「xyh」表示）。
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高斯平面直角坐標系
高斯平面直角坐標系定義：在投影面上，中央子午線和赤道的投影都是直線，並且以中央子午線和赤道的交點0作為坐標原點，以中央子午線的投影為橫坐標x軸，以赤道的投影為縱坐標y軸。
高斯平面直角坐標系的x軸指向北方向，y軸指向東方向，與平面直角坐標系xy軸定向相反。
高斯投影6度帶：自0子午線起每隔經差6自西向東分帶，依次編號1,2,3,…。帶號用N表示，中央子午線的經度用L0表示，它們的關係是：L0=6N-3。
高斯投影3度帶：它的中央子午線一部分同6度帶中央子午線重合，一部分同6度帶的分界子午線重合，如用n表示3度帶的帶號，L0表示帶中央子午線經度，它們的關係是：L0=3n。
在我國x坐標都是正的，y坐標的最大值（在赤道上，6°帶）約為330km。為了避免出現負的橫坐標，可在橫坐標上加上500,000m（此數值稱為東常數）。此外還應在坐標前面再冠以帶號。這種坐標稱為國家統一坐標。
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高斯投影的變形特徵
投影變形：橢球面是一個凸起的、不可展平的曲面。將這個曲面上的元素（距離、角度、圖形）投影到平面上，就會和原來的距離、角度、圖形呈現差異，這一差異稱為投影變形。
投影變形的形式：角度變形、長度變形和面積變形。
高斯克呂格投影的變形分析：
①中央經線上無變形，滿足投影后長度比不變的條件；
②除中央經線上長度比為1以外，其它任何點長度比均大於1；
③在同一條緯線上，離中央經線越遠則變形越大，最大值位於投影帶邊緣。
④在同一條經線上，緯度越低變形越大，最大值位於赤道上。
⑤等角投影無角度變形，面積比為長度比的平方。
⑥長度比的等變形線平行於中央軸子午線。
高斯投影是等角正形投影，無角度變形，長度有變形，投影長度比實際長度大；在區域範圍面積變形是等比例放大，形狀保持不變。
三、WH2000坐標系的獨立投影參數
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武漢地圖投影面積變形區域達到26%
武漢市地處東經113°41′-115°05′，北緯29°58′-31°22′。現行的武漢地圖有26%的變形面積，明顯的失真處位於武漢市東部邊緣的新洲區、東湖高新區、化工區的部分地區，由於弧面投射到平面時出現了變形，總面積達2220平方公里。
工程測量規範中規定測區內長度變形不大於2.5cm/km， 在這片區域實地丈量每千米與地圖上測算得出的結果相差約13厘米，這片區域長度變形值達到了規範要求的最大變形值的五倍。
這13厘米對普通市民來說感覺不到，但會造成變形地區工程土方量估算不準、擾亂監測數據分析等」。
武漢現行坐標系以東經114°為中央子午線，地理位置略偏西，調整後新地圖的中央子午線向東移動了0.3度，即以東經114°20′為坐標系中軸。這一改變將使現階段變形面積由占市域面積26%縮小到6%。
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WH2000坐標系的投影參數
按照國務院關於推廣使用2000國家大地坐標系的有關要求，現自然資源部規定，2018年6月底前完成全系統各類國土資源空間數據向2000國家大地坐標系轉換，2018年7月1日起全面使用2000國家大地坐標系。
WH2000坐標系的建立與使用，正是響應國務院關於推廣使用2000國家大地坐標系的要求；同時獨立的WH2000坐標系，系統的解決武漢市地圖面積變形的問題，將武漢地圖的變形面積由26%降低到6%。
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RTK接收機中如何設置WH2000坐標系？
千尋CORS服務是由阿里巴巴與中兵集團合資成立的千尋位置有限公司提供，全國範圍已建立2218個地面基準站，採用的空間坐標基準為CGCS2000坐標系，因此可在全國範圍內直接使用千尋CORS測量得到CGCS2000坐標。
各省CORS由各省測繪局建設和提供服務，其能在覆蓋範圍內提供網路RTK服務，可直接測量得到CGCS2000坐標。
RTK接收機在使用千尋CORS服務既然可以直接測量得到CGCS2000坐標，那就可以通過坐標投影設置直接測量WH2000坐標系。
以合眾思壯ESurvery軟體為例，橢球參數：CGCS2000橢球，投影參數：中央子午線114°20′，東加常數：800000，其他不變。這樣你使用千尋CORS服務就可以測出來WH2000平面坐標啦。
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CGCS2000坐標轉換到WH2000坐標
我們知道CGCS2000坐標和WH2000坐標都是使用的CGCS2000橢球，二者之間的轉換不涉及橢球轉換，只需要更改對應的投影參數即可實現二者之間的轉換。
以COORD坐標轉換工具為例，只需在投影設置里將投影參數修改為WH2000坐標的投影參數即可。
武漢建立城市獨立坐標系有其必要性，官方也給出過合理的解釋，只是這獨立坐標系的信息應盡量做到公開、透明，便於行業從業人員獲取、使用。
參考資料：
1、關於印發《建立相對獨立的平面坐標系統管理辦法》的通知，國測法字[2006]5號；
2、湖北日報《武漢明年啟用新坐標系 地圖失真面積將減少近八成》；
3、武漢大學《大地測量學》；
4、合眾思壯eSurvery測量軟體；
5、COORD坐標轉換軟體。
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行業測繪專家 - RTK之家
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把測繪交給千尋
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