【技术】WH2000坐标系，你需要知道的都在这里！
专栏：不说不知道
期数：第001期
标题：【技术】WH2000坐标系，你需要知道的都在这里！
作者：张同RTKHome
感谢几位读者的指正，将一些出错和纰漏的地方修改后再发出来。希望这篇文章对大家有所帮助。重新阅读本文章的朋友，可以带着以下四个问题进行阅读，相信对理解WH2000坐标系会有一些帮助。
一、WH2000坐标系与CGCS2000坐标系的关系；
二、为何武汉市要建立独立的WH2000坐标系；
三、WH2000坐标系的投影参数如何设置；
四、千寻CORS如何直接测量WH2000坐标成果。
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最近很多湖北的用户反应武汉规划和国土系统全面采用武汉2000国家坐标系（简称WH2000），被弄的一头雾水，不知道武汉2000国家坐标系为何物？
现以我学习、了解的知识，将WH2000坐标系与CGCS2000坐标系的关系，高斯投影带来的变形，武汉建立WH2000坐标系的意义以及如何直接测量WH2000坐标整理如下内容，供大家借鉴或参考。如有错误纰漏处，还请大家指出。
一、CGCS2000坐标系的定义
WH2000坐标系是基于2000国家大地坐标系建立的区域独立坐标系，因此要弄清楚WH2000坐标系的定义，就要先弄清楚2000国家大地坐标系的定义是什么？
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为什么要使用CGCS2000坐标系？2000国家大地坐标系，是中国新一代大地坐标系，2018年7月1日已经全面启用。以地球质量中心为原点的地心大地坐标系，是21世纪空间时代全球通用的基本大地坐标系。以空间技术为基础的地心大地坐标系，是中国新一代大地坐标系的适宜选择。地心大地坐标系可以满足大地测量、地球物理、天文、导航和航天应用以及经济、社会发展的广泛需求。
北斗卫星导航定位系统就是采用CGCS2000坐标系，测绘用户可以使用千寻CORS直接测量得到点位的CGCS2000坐标。
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CGCS2000坐标系的定义？2000国家大地坐标系是一个空间直角坐标系，它的定义：
▪ 原点的位置：包括海洋和大气的整个地球的质量中心
▪ X轴的定向：X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点
▪ Z轴的定向：Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局）
▪ Y轴的定向：Y轴按右手坐标系确定
CGCS2000参考椭球的定义常数是：
长半轴a=6378137.0m；
扁率f=1/298.257222101；
地球的地心引力常数 (包含大气层)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-克吕格投影。高斯-克吕格投影是由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19 世纪20 年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格于1912 年对投影公式加以补充，故称为高斯-克吕格投影，又名"等角横切椭圆柱投影”，是地球椭球面和平面间正形投影的一种。
PS：高斯投影、横轴墨卡托投影、等角横切椭圆柱投影是同一个投影方法，只是不同的命名方式而已。
假想有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线（此子午线称为中央子午线或轴子午线）相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面，此投影为高斯投影。
将地球椭球面正形投影到平面上，就是大家熟悉的大地坐标BLH（纬度、经度、大地高）转换为平面坐标NEH（北坐标、东坐标、正常高，也有地方用“xyh”表示）。
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高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系定义：在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点0作为坐标原点，以中央子午线的投影为横坐标x轴，以赤道的投影为纵坐标y轴。
高斯平面直角坐标系的x轴指向北方向，y轴指向东方向，与平面直角坐标系xy轴定向相反。
高斯投影6度带：自0子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1,2,3,…。带号用N表示，中央子午线的经度用L0表示，它们的关系是：L0=6N-3。
高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6度带中央子午线重合，一部分同6度带的分界子午线重合，如用n表示3度带的带号，L0表示带中央子午线经度，它们的关系是：L0=3n。
在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值（在赤道上，6°带）约为330km。为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500,000m（此数值称为东常数）。此外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。
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高斯投影的变形特征投影变形：椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面。将这个曲面上的元素（距离、角度、图形）投影到平面上，就会和原来的距离、角度、图形呈现差异，这一差异称为投影变形。
投影变形的形式：角度变形、长度变形和面积变形。
高斯克吕格投影的变形分析：
①中央经线上无变形，满足投影后长度比不变的条件；
②除中央经线上长度比为1以外，其它任何点长度比均大于1；
③在同一条纬线上，离中央经线越远则变形越大，最大值位于投影带边缘。
④在同一条经线上，纬度越低变形越大，最大值位于赤道上。
⑤等角投影无角度变形，面积比为长度比的平方。
⑥长度比的等变形线平行于中央轴子午线。
高斯投影是等角正形投影，无角度变形，长度有变形，投影长度比实际长度大；在区域范围面积变形是等比例放大，形状保持不变。
三、WH2000坐标系的独立投影参数
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武汉地图投影面积变形区域达到26%武汉市地处东经113°41′-115°05′，北纬29°58′-31°22′。现行的武汉地图有26%的变形面积，明显的失真处位于武汉市东部边缘的新洲区、东湖高新区、化工区的部分地区，由于弧面投射到平面时出现了变形，总面积达2220平方公里。
工程测量规范中规定测区内长度变形不大于2.5cm/km， 在这片区域实地丈量每千米与地图上测算得出的结果相差约13厘米，这片区域长度变形值达到了规范要求的最大变形值的五倍。
这13厘米对普通市民来说感觉不到，但会造成变形地区工程土方量估算不准、扰乱监测数据分析等”。
武汉现行坐标系以东经114°为中央子午线，地理位置略偏西，调整后新地图的中央子午线向东移动了0.3度，即以东经114°20′为坐标系中轴。这一改变将使现阶段变形面积由占市域面积26%缩小到6%。
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WH2000坐标系的投影参数按照国务院关于推广使用2000国家大地坐标系的有关要求，现自然资源部规定，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。
WH2000坐标系的建立与使用，正是响应国务院关于推广使用2000国家大地坐标系的要求；同时独立的WH2000坐标系，系统的解决武汉市地图面积变形的问题，将武汉地图的变形面积由26%降低到6%。
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千寻CORS服务是由阿里巴巴与中兵集团合资成立的千寻位置有限公司提供，全国范围已建立2218个地面基准站，采用的空间坐标基准为CGCS2000坐标系，因此可在全国范围内直接使用千寻CORS测量得到CGCS2000坐标。
各省CORS由各省测绘局建设和提供服务，其能在覆盖范围内提供网络RTK服务，可直接测量得到CGCS2000坐标。
RTK接收机在使用千寻CORS服务既然可以直接测量得到CGCS2000坐标，那就可以通过坐标投影设置直接测量WH2000坐标系。
以合众思壮ESurvery软件为例，椭球参数：CGCS2000椭球，投影参数：中央子午线114°20′，东加常数：800000，其他不变。这样你使用千寻CORS服务就可以测出来WH2000平面坐标啦。
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CGCS2000坐标转换到WH2000坐标我们知道CGCS2000坐标和WH2000坐标都是使用的CGCS2000椭球，二者之间的转换不涉及椭球转换，只需要更改对应的投影参数即可实现二者之间的转换。
以COORD坐标转换工具为例，只需在投影设置里将投影参数修改为WH2000坐标的投影参数即可。
武汉建立城市独立坐标系有其必要性，官方也给出过合理的解释，只是这独立坐标系的信息应尽量做到公开、透明，便于行业从业人员获取、使用。
参考资料：
1、关于印发《建立相对独立的平面坐标系统管理办法》的通知，国测法字[2006]5号；
2、湖北日报《武汉明年启用新坐标系 地图失真面积将减少近八成》；
3、武汉大学《大地测量学》；
4、合众思壮eSurvery测量软件；
5、COORD坐标转换软件。