在大地測量中，有兩種常用的坐標系:地球坐標系和天體坐標系。地球坐標系固定在地球上，隨地球自轉公轉。天球坐標系是不隨地球自轉，但隨地球公轉的坐標系。地球坐標系可分為參數坐標系和地心坐標系。為了研究地球某壹部分的表面和大小，各國在盡量減少地面數據對橢球的改正的原則下，選擇最接近當地大地水準面的橢球作為參考橢球。定義為:原點位於參考橢球的中心o，z軸平行於參考橢球的旋轉軸，X軸指向地球的子午面，y軸垂直於X OZ面，構成右手坐標系。因為參考橢球的中心與地球的質心不壹致，所以參數坐標系也叫相對坐標系。地心坐標系的坐標原點O位於地球質心，用X、Y、Z、Y、Z三個相互垂直的軸表示，X軸與第壹子午面和赤道面的交點重合，東方為正；z軸與地球自轉軸重合，正北；y軸垂直於XZ平面以形成右手系統。目前，我國常用的大地坐標系有北京坐標系1954、Xi安坐標系1980、WGS84坐標系和國家大地坐標系2000。其中，1954北京坐標系和1980 Xi安坐標系屬於參考中心坐標系，而WGS84坐標系和2000國家大地坐標系屬於地心坐標系。
1.1954北京坐標系
1954北京坐標系是地心坐標系，長半軸6378245米，平率1/298.3。地球上的壹點可以通過經度L54、緯度B54和大地高H54來定位。它是壹個基於克拉索夫斯基橢球體，經過局部調整後產生的坐標系。
新中國成立後，我國大地測量進入全面發展時期，在全國範圍內開展了經常性的、全面的大地測量和測繪工作，迫切需要建立壹個參考大地坐標系。由於當時的政治趨勢，我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，並與前蘇聯的坐標系1942進行了聯合測量。通過計算，建立了中國大地坐標系，命名為北京坐標系1954。因此，北京坐標系1954可視為前蘇聯坐標系1942的延伸。它的起源不是在北京，而是在前蘇聯的普爾科沃。隨著測繪事業的發展，1954北京坐標系的缺陷限制了測繪質量的提高:前蘇聯采用的克拉索夫斯基橢球參數誤差較大，長半軸比現代精確橢球參數大105米左右；參考橢球與我國大地水準面不壹致，明顯由西向東系統傾斜，影響大比例尺地圖上反映地面的精度。我國平差網較多，坐標系整體精度較差，有的地方誤差超過100米。
將基於1975國際橢球的1980 Xi安坐標系成果數據轉換為基於克拉索夫斯基橢球的坐標值，平移Xi安1980坐標系原點，得到新的北京54坐標系。新的北京54坐標系由1980 Xi安坐標系和1954北京坐標系組合而成。采用多點定位，定向明確。它平行於1980 Xi安坐標系，但橢球不是與大地水準面的最佳擬合。大地原點與1980 Xi安坐標系相同，但大地起始數據不同。但是它與Xi安坐標系1980具有相同的參數。這種坐標系的使用率通常很低。
2.1980 Xi安坐標系
為了克服1954北京坐標系的缺陷，1982完成了天文大地網的整體平差，建立了1980 Xi安坐標系。1980 Xi安坐標系原點位於中國中部陜西省涇陽縣永樂鎮。橢球參數由IUGG1975國會推薦，長半軸為6378140m，扁率為1∶298.257。這個橢球參數不僅決定了地球的幾何形狀，而且顯示了地球的基本物理特征，將大地測量與重力聯系起來。坐標系為參考中心坐標系，橢球短軸的Z軸平行於地球質心並指向地球極點原點，地球初始子午面平行於格林威治天文臺子午面，X軸垂直於地球初始子午面中的Z軸並指向經度0方向，Y軸與Z、X軸構成右手坐標系。橢球采用多點定位，參數按照我國高程異常平方和最小原則求解，與我國大地水準面吻合較好。基準面采用青島港驗潮站65438 ~ 1979確定的黃海平均海平面(即國家高程基準面1985)；我國天文大地網平差方案先進，歸算嚴格，精度高。因此，1980 Xi安坐標系更符合中國國情。20世紀80年代中期以來，我國完成的基礎地理和地形測量，包括現行標準圖1∶50000數字地形圖和1∶250000數字地形圖，均采用1980 Xi安坐標系。
3.WGS-84坐標系
WGS-84坐標系是國際上采用的地心坐標系。坐標原點為地球質心，其地心直角坐標系的z軸指向國際時局(BIH)1984.0定義的約定極點(CTP)，x軸指向BIH1984.0約定子午面與CTP赤道的交點，y軸垂直於z軸和x軸形成右手坐標系，稱為1984這是壹個國際協議地球參考系(ITRS)，是目前世界上統壹的大地坐標系。GPS廣播星歷表基於WGS-84坐標系。在WGS-84坐標系統上，長半軸是6375438+037米，平面度是1/2。56638.86866868667
由於橢球基準面的不同和投影的限制，全國各地沒有壹致的轉換參數。對於這種轉換，壹般采用GPS聯合測量已知點，利用GPS軟件自動完成坐標轉換。如果條件不允許，但重疊點足夠多，可以進行手工計算。
4.2000國家大地坐標系
為了適應社會、經濟和科學發展的需要，與國際接軌，中國於2008年建立了2000國家大地坐標系統。經國務院批準，2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系統。以地球質心為原點的坐標系可以大大提高測量精度。在地心坐標系下，大地控制點的精度比現行參數坐標系下高10倍。目前空間技術獲得的定位結果和影像數據都是基於地心坐標系，可以更好地解釋地球上的各種地球物理現象，尤其是空間物體的運動。2000國家大地坐標系的原點包括海洋和大氣，以及整個地球的質心，Z軸指向2000.0歷元的地球參考極方向。(在天文學中，歷元是用於指定天體坐標或軌道參數的指定時刻。在天文學和衛星定位中，獲得的數據對應的時間也稱為歷元。歷元的方位由國際時局給出的初始方位1984.0計算得出，方位的時間演化保證了相對於地殼不產生殘余的全球自轉。X軸從原點指向格林威治參考子午線與地球赤道面的交點，Y軸、Z軸和X軸組成右手坐標系。半長軸A = 6378137m，平坦度1/298 438+001，地心引力常數GM = 3.9604438+08×1014m 3/秒平方。目前2000坐標系的國家大地控制點數量很少，很多地區沒有建立大地控制點；現有的海量測繪數據和基礎地理成果采用的是1980的Xi安坐標系，轉換到2000坐標系需要壹個過程。鑒於此，國家為2000坐標系設定了10年的過渡期。
(二)中國的身高體系
高程基準是國家統壹高程控制網中計算所有水準高程的起始依據，它包括水準基點和永久水準原點。國家高程基準是根據潮汐資料確定的水準基點及其起始面的高程。目前我國常用的高程系統主要有1956的黃海高程系統、1985的國家高程基準、吳淞高程基準和珠江高程基準。
1.1956黃海高程系統
1956年，我國根據基本驗潮站應具備的條件，選擇青島驗潮站作為我國基本驗潮站。位於中國海岸線中部，無河口，海面開闊，無密集島嶼和淺灘，海底平坦，水深約10米。驗潮井建在地質結構穩定的基巖上。1956年9月4日，國務院批準《中華人民共和國國家大地基準(草案)》，1956年首次建立為黃海高程系統，1956年黃海高程系統計算高程為72.289米。
2.1985國家高程基準
1956黃海高程系統的建立對於同壹個國家高程具有重要意義，但從潮汐變化周期來看，1956黃海高程系統使用的潮汐數據短於壹個潮汐變化周期(壹個潮汐變化周期為18.1年)，數據中含有粗差。確定國家高程基準1985的驗潮數據為青島驗潮站1952 ~ 1979的數據，采用中值法計算。1987年，國家測繪局宣布中國國家高程基準同時啟用和廢止。由於新發布的國家壹等水準網是以“1985國家高程基準”為基準，各級水準測量、三角高程測量、工程測量都盡可能與新發布的壹等水準網相銜接。如果不方便聯合測量，也可以采用全國統壹的換算關系。中國不同高程系統之間的換算關系；
“1985國家高程基準”=“1956黃海高程”-0.029 m
“黃海高程1956”=“吳淞高程基準”-1.688m
“1956黃海高程”=“珠江高程基準”+0.586m
“珠江高程基準”=“1985國家高程基準”-0.557m
“廣州高程基準”=“1985國家高程系統”+4.26米。
“渤海高程”=“1985國家高程系統”-3.048m
“波羅的海高程”是前蘇聯國家高程系統，新疆部分水文站壹直使用該高程系統。波羅的海高程與黃海高程1956之間的換算關系如下:
“波羅的海海拔”=“1956黃海海拔”-0.74m
此外，香港目前采用的高程基準是1980確定的HKPD，比“平均海平面”低約1.23米。臺灣省高程基準以基隆港平均海平面為高程基準。
采礦權證書上的高程上下限為1956黃海高程基準，根據礦務局需要可直接視為1985國家高程基準，無需換算。控制點可通過收集國家高程基準1985直接使用。如果原控制點使用其他高程基準，可根據上述關系進行轉換。
(3)高斯-克魯格投影和橫軸墨卡托投影。
因為地球是壹個不規則的梨形球體，赤道略寬，兩極略平，所以它的表面是壹個曲面，無法展平。利用壹定的數學規律將地球表面任意壹點轉換成地圖平面的理論和方法稱為地圖投影。目前常用的投影方法有高斯-克魯格投影、橫軸墨卡托投影(正軸等軸圓柱投影)等。
1.高斯-克魯格投影
高斯-克呂格投影簡稱“高斯投影”，也叫“等角橢圓柱面分區投影”，屬於地球橢球面與平面之間的壹種正形投影。它是由德國數學家、物理學家、天文學家高斯(1777 ~ 1855)於19年的20世紀20年代擬定的，後來又由德國大地測量學家克魯格(1857 ~ 1928)於191928年擬定的。根據投影帶的中央子午線投影為等長直線，赤道投影為直線的條件，得到高斯-克魯格投影公式。投影後，除了中央經線和赤道是直線外，其他經線都是與中央經線對稱的曲線。想象用壹個橢圓柱在橢球面上穿過投影帶的中央經線。根據上述投影條件，將中央子午線兩側壹定經度差範圍內的橢球體正射投影到橢圓柱面上。將橢圓柱沿穿過南北極的母線切開展平，即為高斯投影平面。以中央經線與赤道交點的投影為原點，中央經線的投影為縱坐標X軸，赤道的投影為橫坐標Y軸，形成高斯-克魯格平面直角坐標系。
高斯-克魯格投影在長度和面積上變形很小，中央經線沒有變形。從中央子午線到投影帶邊緣，形變逐漸增大，最大形變在投影帶內赤道兩端。由於其投影精度高、變形小、計算簡單(各投影帶坐標壹致，只要計算出壹個帶的數據，其他帶也可適用)，所以通常應用於大比例尺地形圖，可以在圖上進行精確的測量和計算。高斯-克魯格投影分帶:將地球橢球面按照壹定的差異劃分成若幹個投影帶，是高斯投影中限制長度變形的有效方法。分區時要控制長度變形，使其不大於成圖誤差，並使分區數量不要太多，以減少換分區的計算。根據這壹原理，將地球橢球體劃分為子午線差相等的瓜瓣形分區，進行分區投影。壹般按經度差6或3分為6帶或3帶(圖4-1)。
圖4-1高斯-克魯格投影分區圖
根據國家規定，比例尺1: 250000以下的地形圖采用60帶投影，比例尺1: 10000以上的地形圖采用3帶投影。6度帶自西向東以0°經線為中心每隔6度劃分，帶號依次編號為1，2，…，6。3度帶是在6度帶的基礎上劃分的，其中央經線與6度帶的中央經線和分帶經線重合，即從1.5經線起每隔3度自西向東劃分帶，帶號依次編號為3度帶1，2，…，120帶。中國的經度從西邊的73°到東邊的1350°不等，可分為11的6個區，每個區的中央經線依次為75，81，87，…，117，65438+。高斯-克魯格投影是按照分區法分別投影的，所以每個分區的坐標形成壹個獨立的系統。以中央子午線投影為縱軸(X)，赤道投影為橫軸(Y)，兩軸的交點為各帶的坐標原點。縱坐標從零赤道開始計算，向北為正，向南為負。中國位於北半球，縱坐標為正。如果從中央經線的零點開始計算橫坐標，中央經線以東為正，以西為負，橫坐標為負，使用不便。所以規定坐標縱軸向西移動500公裏作為起始軸，帶內所有橫坐標值相加500公裏。因為高斯-克魯格投影中每個投影帶的坐標都是相對於局部帶坐標原點的，所以每個帶的坐標是完全壹樣的。為了區分壹個坐標系屬於哪個區，在橫軸坐標前加壹個波段號，如(4231898 m，2165933 m)，其中21為波段號，4238。
高斯笛卡爾坐標系不同於數學中的笛卡爾坐標系，如圖4-2所示。高斯直角坐標系的縱坐標是X軸，橫坐標是Y軸。α稱為方位角，坐標象限順時針分為四個象限。該角度從X軸的北向開始，順時針計算。這些定義不同於數學和計算機軟件中的定義。這種方法是直接將數學三角公式和解析幾何公式應用於測量計算。
圖4-2高斯笛卡爾坐標系和笛卡爾坐標系的比較
2.橫軸墨卡托投影
國外的壹些軟件，比如ArcINFO或者國外儀器的配套軟件，比如多波束數據處理軟件，往往不支持高斯-克魯格投影，而支持UTM投影，所以UTM投影坐標往往是作為高斯-克魯格投影坐標提交的。UTM投影被稱為“通用橫軸墨卡托投影”，是壹種等角橫軸切線柱面投影(高斯-克魯格是壹種等角橫軸切線柱面投影)。圓柱體將地球切割成兩個等高的圓，南緯80度，北緯84度。這種投影將地球分為60個投影帶，每個投影帶的經度差為6°，已被許多國家用作地形圖的數學基礎。UTM投影和高斯投影的主要區別在於南北格網線的比例系數。高斯-克魯格投影的中央經線長度在投影後保持不變，即比例系數為1，而UTM投影的比例系數為0.9996。UTM投影的比例系數沿每條南北格線是恒定的，但在東西方向是可變的。中心網格線的比例系數為0.9996，距南北垂線最寬處邊緣中心點約363公裏，比例系數為1.00158。高斯-克呂格投影和UTM投影可以近似換算成XUT = 0.9996× X高斯和YUTM=0.9996×Y高斯。UTM投影從西經180由西向東每隔6度劃分壹個區，1區的中央經度為-1770，所以高斯-克魯格投影的1區就是UTM的31區。另外，兩種投影的東偽偏移都是500公裏，高斯-克魯格投影的北偽偏移為零，北半球UTM投影的北偽偏移為零，南半球為10000公裏。
(4)礦業權實地核查坐標系的確定
礦業權實地核查測量采用Xi安坐標系1980，國家高程基準1985。所有的測量結果提供3個區域的結果，並且坐標跨越兩個區域以提供更大區域的結果。主要基於以下考慮:
(1)1954北京坐標系是前蘇聯1942坐標網在中國的延伸，與現代橢球參數有很大不同。全國分成幾個網進行調劑，每個地區提供結果。其長軸與現代地球橢球面誤差超過100米，坐標系整體精度較差。特別是在各個網絡的連接處，最大連接誤差可達10米以上。北京坐標系1954的使用是由當時的歷史條件決定的，現在繼續使用是不合適的。
(2)1980 Xi安坐標系采用IUGG推薦的1975橢球，更符合科技發展。與1979推薦的橢球相比，除了長軸小了3米外，其他三個參數完全壹致。以JYD1968.0的固定扁桿作為極坐標原點，通過光學觀測技術確定的極坐標系統精度約為0.1”。橢球和似大地水準面是中國最接近的。
(3)現有權威基礎地理數據均采用Xi安坐標系1980。自20世紀80年代末以來，我國的測繪工作壹直采用1980的Xi安坐標系。自2000年以來，國家測繪局提供的1: 10000、1: 50000基礎地理數據庫均采用1980 Xi安坐標系，特別是對礦政至關重要的行政區劃劃界成果。此外，在礦政審批中，相關規劃圖件和已經開始的第二次全國土地調查也采用Xi安坐標系1980。在所有礦業權都進行測量的前提下，Xi安坐標系1980和北京坐標系1954的測量工作量基本相同。同時，通過本次實測可以獲得這兩種坐標系的準確轉換參數，為統壹坐標轉換奠定了基礎。
(4)采用2000國家大地坐標系的條件尚不成熟，今後將Xi安坐標系從1980轉換到2000坐標系相對容易。
(5)1956黃海高程系統已廢止，國家測繪局不再提供1956黃海高程系統的高程。