中国使用2000坐标系而不使用WGS84坐标系的原因和意义是什么？
一、 原因探究：为何“另辟蹊径”？
要理解中国为何不直接大面积推广使用WGS84，我们需要回溯到国家地理信息安全和自主可控的战略考量。
1. 国家地理信息主权与安全：
核心关切： 这是最根本的原因。WGS84是由美国国防部测绘局（DMA）开发和维护的全球性坐标系。在其早期推广和应用中，并未充分考虑其他国家的地理信息主权安全。如果所有涉及国家核心利益、军事部署、基础设施建设等关键信息的地理坐标都直接基于一个由他国主导的坐标系，那么理论上存在被他国获取、干预甚至干扰的风险。这种风险，尤其是在地缘政治复杂、国家安全高度敏感的背景下，是任何一个主权国家都无法忽视的。
独立自主的基石： 国家拥有对自己疆域内一切地理信息的完全掌控权。这意味着地理坐标的定义、计算和应用都应该在中国自己的体系内完成，不受外部因素影响。建立和使用独立的坐标系，是维护国家地理信息主权最直接、最有效的手段。
2. 历史沿革与技术演进：
早期基础： 在早期，全球的测量和定位技术尚不成熟，各国都在探索适合自身国情的地理信息系统。中国也在独立开展大地测量和地图编制工作。
GPS的崛起与“加密”： 随着全球定位系统（GPS）的成熟和普及，它成为了最主要的全球定位手段。然而，GPS本身使用的是WGS84坐标系。为了在推广GPS应用的同时，兼顾国家安全，中国选择了一种折衷方案：在GPS提供的原始定位信息（基于WGS84）的基础上，叠加一层算法（称为“加偏”或“加密”），将其转换为中国自己的坐标系。这种加偏不是简单的偏移，而是一种非线性、不可逆的加密算法，使得直接使用WGS84坐标的GPS设备在中国境内显示的地理位置会存在一定的偏差。
“中国坐标”的诞生： 这种加偏处理的产物，便是我们常说的GCJ02（火星坐标系）。它是在WGS84的基础上进行了一定的数学转换，但其转换公式并不公开，旨在避免未经授权的第三方直接获取精确的中国境内地理信息。
3. 技术标准与行业兼容：
国内标准统一： 建立统一的国家大地坐标系，是实现国内地理信息数据共享、行业协同和应用推广的基础。不同地区、不同部门的地理信息数据，都需要在一个共同的坐标框架下进行转换和融合。2000国家大地坐标系（GCJ02）的建立和推广，正是为了满足这一需求，并成为中国测绘、导航、地图绘制等行业的国家标准。
“向下兼容”的考量： 虽然有GCJ02，但在实际应用中，为了与全球主流的GPS系统对接，许多应用程序和设备仍然需要处理WGS84坐标。因此，中国的系统设计往往需要兼顾两种坐标系之间的转换，或者提供适配功能。
二、 意义深远：为何如此重要？
选择使用或以自身坐标系为主导，带来的意义是多方面的，触及国家发展和民众生活的方方面面。
1. 维护国家地理信息安全：
核心利益的守护： 如前所述，这是最直接的意义。防止关键地理信息（如军事设施、能源管道、交通枢纽、城市规划等）被未经授权地精确获取和分析，是国家安全的重要组成部分。通过对坐标进行加密处理，可以显著提高国家核心地理信息的安全性。
应对潜在风险： 在复杂多变的国际环境中，掌握自主可控的地理信息技术和体系，能够有效应对可能出现的外部压力或技术封锁，保证国家地理信息系统的稳定运行。
2. 保障国家经济建设与社会发展：
基础设施建设： 从高速公路、铁路、机场到港口、水利工程、通信网络，所有大型基础设施的规划、建设和运营都离不开精确的地理定位。使用自主坐标系，可以确保这些项目的地理精度和数据一致性，避免因坐标系差异带来的工程错误和潜在的经济损失。
自然资源勘探与管理： 对矿产、水资源、森林等自然资源的勘探、开发和管理，都需要精确的地理信息支持。统一的坐标系有助于提高资源管理的效率和准确性。
城市规划与管理： 精准的地图数据是城市规划、交通管理、应急响应、人口普查等社会管理工作的基础。自主坐标系保障了这些工作的有效性。
3. 推动科技创新与产业发展：
自主技术体系的建立： 坚持使用和发展自主坐标系，能够带动中国在测绘技术、导航技术、地理信息系统（GIS）等领域的自主研发和创新。这有助于培养本土的科技人才，形成具有竞争力的地理信息产业。
打破技术依赖： 减少对国外技术和标准的过度依赖，实现关键技术领域的自主可控，是中国科技发展的重要战略。
4. 提升公众服务与用户体验（虽然存在争议）：
地图应用与导航： 对于普通用户而言，最直观的感受可能来自地图应用和导航服务。当你在百度地图、高德地图等中国主流地图应用上进行定位和导航时，你所看到和使用的坐标就是经过GCJ02转换后的结果。这种统一性，使得在中国境内的地图服务更加流畅和准确（相对于直接使用WGS84可能出现的微小偏差）。
数据统一性： 在国内，统一的坐标系保证了不同来源的地理数据能够被有效地整合和使用，例如一个政府部门发布的某处地点信息，可以被地图应用准确识别和导航。
三、 局限与挑战
虽然有上述诸多优势，中国在坐标系上的选择也带来了一些局限和挑战：
与国际标准的兼容性问题： 最突出的问题是GCJ02与WGS84之间的转换。虽然有算法可以实现转换，但这种转换并非完美的线性变换，而是存在一定程度的精度损失和复杂性。
数据共享与跨境应用： 在进行国际合作项目、使用国外GPS设备或进行跨境数据交换时，坐标系的转换会带来额外的技术成本和潜在的误差。
用户混淆： 对于不了解背景的普通用户来说，他们可能无法区分不同坐标系带来的细微差别，甚至产生混淆。
总结来说，中国选择在部分领域使用自主研发的坐标系（如GCJ02），并非否定WGS84的全球通用性，而是出于维护国家地理信息主权安全、保障经济社会发展、推动技术自主创新的战略考量。这是一种在保障国家核心利益的前提下，积极应对全球技术发展趋势的务实选择。尽管在一定程度上带来了兼容性挑战，但其对于国家安全和长远发展的重要性不言而喻。在实际应用中，如何在国际化浪潮中平衡自主可控与全球互联互通，是中国地理信息领域需要持续探索的课题。
网友意见
很开心发现了这样一个问题，于是我抱着重拾大地测量学这一非常冷门学科的态度开启了一波拜大神文献操作，尝试用比较通俗的方式去解释一个非常干货的问题。我把时间轴推向2008年，在2008年前后和2015-2018年两个节点检索大地测量学大家们的若干文献，以期通过CGCS2000坐标系启用之初的设想以及当前发展两个角度阐释建立和维持CGCS2000坐标系的意义。为了响应题目，本文将采用逻辑上的倒叙，即先说两种坐标系的异同，再说2000系的意义，最后分享一下我国坐标系的发展经历。个人学识所限，不严谨之处欢迎指正。
1、CGCS2000坐标系与WGS84坐标系的差异
CGCS2000坐标系正式名称为2000国家大地坐标系，是以国际地球框架ITRF1997为参考，采用2000历元建立的区域性地心坐标系统，于2008年正式启用。WGS84为全球卫星定位系统（GPS）建立的一个全球地心坐标系统，WGS84是一个动态维持的坐标系统，几经修正后当前的WGS84（G1674）与ITRF2008在历元2005.0处一致。
我找到了2008年-2009年的两篇论文，分别是魏子卿院士的《2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较》和程鹏飞院长等著的《2000 国家大地坐标系椭球参数与GRS80和WGS84的比较》，然后参考论文内容尝试分析一下CGCS2000和WGS84存在多大区别。
大地坐标系有4个主要几何参数，两者有3个相同，分别是长半轴 ，地心引力常数 ，自转角速度 。只有扁率f不同，CGCS2000是f=1/298.257222101，WGS84是1/298.257223563。由此看出两者之间参数定义的区别是很小的，而这一点区别到底有多影响呢，程院长的论文给出的一个数字是：“给定点位在某一框架和某一历元下的空间直角坐标，投影到CGCS2000椭球和WGS84椭球上所得的纬度的最大差异相当于0.11mm。”
需要注意的是，论文中比较的WGS84应该是2002年启用的WGS84（G1150），对应ITRF2000的2001.0历元。那么不同版本的WGS84之间差多少呢，这里有个参考，魏子卿院士论文中分析WGS84与ITRF2000的符合度为每分量1cm，进而分析出CGCS2000与WGS84是相容的，在坐标系实现精度范围内二者坐标是一致的。
这里有一些难整明白，补充一点个人说明。首先，WGS84和CGCS2000的初始参数都来源于GRS80椭球，而后分别于ITRF坐标框架进行了对应，因此二者在基本定义上是非常接近的；其次，ITRF不同框架间有极微小的差异，这个差异是可以采用7参数法进行转换的。所谓7参数是指两个大地坐标系可以通过x轴平移，y轴平移，z轴平移，x轴旋转，y轴旋转，z轴旋转，尺度比例7个参数进行转换，之前分析的每分量1cm可以近似理解为以地心为原点，椭球长半轴误差不到1cm，对比一下6378137m的长半轴长度，这个误差影响是非常微小的。
2、CGCS2000坐标系的意义
刚才分析了一通CGCS2000和WGS84的误差小到可以忽略，那为什么还要建立CGCS2000坐标系呢？直接用人家的不就完了！这其中还是有一些问题的。我参考了陈俊勇院士2003年发表的《关于中国采用地心3维坐标系统的探讨》，这篇论文是CGCS2000建设前期的一篇重要论文，文中对建立CGCS2000的必要性和可行性作了探讨，结合我个人体会聊一聊这个意义。
第一，当时我国迫切需要地心3维框架。大地坐标系表面上只是一堆坐标数字，但其背后深层次的意义在于为我国各项科学生产活动提供一个位置基准。在此之前，我国采用西安80坐标系，是非地心系，一般只能用作二维平面坐标使用，高程由85高程基准提供。在陆地使用尚可，对海域几乎是空白（海上不能作水准测量）；彼时，国内作为基准控制的5万多个天文大地控制点也存在很多损毁，坐标基准难以维持；此外由于卫星定位、实时定位的需求，西安80坐标系都显得不够用了。所以，我们建立一个自己的地心坐标框架是很必要的。
第二，坐标框架必须从底层开始建立。把西安80直接换成WGS84坐标行不行呢？当然是可以，但不科学。WGS84是通过GPS卫星及地面站观测维持的，这些观测数据都掌握在美国及一些国际组织手中。如果我们采用联测的方法建立WGS84国家控制网来做全国基准，会造成坐标框架基础数据的缺失。这样的缺失可能对于一般用途而言无所谓，但对于高精度、实时观测以及未来很多年之后的坐标框架发展就有影响了。因而我们采用原生的参数，覆盖全国的控制点以及持续动态的观测模式维系了一个能够完全为我们掌握的坐标框架，这是符合科学发展规律的。
第三，现代地心三维坐标系统必须要持续维持更新。大家都知道地球的表面是很复杂，地壳内部有着复杂的变动。一套坐标系统建立后，作为维系其基准的地面控制点不断的发生着微小变化，日积月累就足以影响实现精度。作为我国自行建立的坐标系及坐标框架，我们有能力持续维护这一系统，不断提高其精度。
第四，我们需要符合我国国情的坐标系统。WGS84是全球的，具体来说是为美国服务顺便服务全球。相对应的CGCS2000就是要专心为我国服务。在建立CGCS2000的过程中，我们维持了我国国土陆域、海域内的高精度，观测了全国范围的重力异常值，建立了高精度的全国似大地水准面（3维坐标系中获取的高程是大地高，需要通过似大地水准面精化后的高程异常来获得正常高，我国法定高程系统为正常高系统），相当于是对全国的一次全方位测绘，这一切都具有非常重要的意义。
第五，CGCS2000坐标系代表了大国自信。随着北斗定位系统从中国走向全球，CGCS2000坐标系也在探索建立全球框架。未来为什么大家都要用GPS呢？也可以都用北斗啊，用北斗当然就要用2000坐标系啊，我们来为你们维护高精度坐标基准，为你们提供实时定位服务，为你们进行坐标转换，这是大国科技发展的一种必然。
3、CGCS2000坐标系的发展
这一节我参考了2015年宁津生院士等著的《2000 国家大地坐标系框架体系建设及其进展》以及2018年蒋志浩、刘经南院士等著的《全球 CGCS2000 坐标框架的构建理论研究》两篇论文，聊聊CGCS2000坐标系的发展。
（1）CGCS2000框架精化。CGCS2000于2008年启用，但参考历元是2000.0. 当前历元距离参考历元的时间差越长，框架点位的坐标变化也越大。在十年间，国家开展多次框架加密和精化工作，不久的将来可以把历元向前发展，提高整体框架的密度和精度。
（2）CGCS2000的动态维持。在2000坐标系启用后的十年间，我国先后开展了板块模型、速度场模型和非线性速度场模型研究，这些模型研究的精度都非常高，多达毫米级，可以为坐标框架点的运动提供参考，维持坐标系统的高精度实现。
（3）CGCS2000框架更新。在建立了板块模型、速度场模型等基础上，就可以开展对CGCS2000坐标框架的更新。但坐标系统是一个基础性工程，什么时候更新也是有所要求，目前我国已经掌握误差监测手段和更新技术，待误差影响到用户需求时就可以启动更新工作。
（4）测绘成果坐标转换。我国境内大量测绘成果还在使用80坐标系甚至54坐标系，随着CGCS2000坐标系的建成完善，不同区域的坐标转换模型也已建立完毕。各地正在开展测绘成果向2000系转换的工作，先从基础国土数据开始，进而逐渐发展到各行各业。
（5）建立全球CGCS2000坐标框架。目前CGCS2000只是满足我国区域性坐标参考框架应用服务，随着北斗卫星全球化应用的逐步开展，必须要有中国独立自主的全球坐标参考框架做为基础。国内已经开始有了相关的理论和实现技术研究，相信CGCS2000必然可以伴随北斗走向全球。
4、我国坐标系统沿革
作为结尾，我想常识性的回顾一下我国使用过的坐标系统。平面坐标系主要有1954北京坐标系，西安1980坐标系；高程系统有1956黄海高程系和1985国家高程基准。
1954北京坐标系是基于苏联克拉索夫斯基椭球建立的参心坐标系。这一坐标系解决了建国之初缺少统一国家大地基准的问题，很多地区的第一代测绘成果都采用此坐标系统测制。但是1954北京坐标系的观测不严密，坐标原点甚至在苏联境内，很快暴露出精度问题。现在除少数行业和地区成果外，1954坐标基本停用。
1956黄海高程系是我国第一个高程系统。我国一直采用正常高系统作为高程基准（常说的海拔就是绝对高程，高程的一种），以1954为代表的参心坐标系一般在陆地采用其平面坐标的实现，高程则利用高程基准通过水准测量来实现。1956黄海高程系是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料确定的平均海平面作为高程基准，水准原点高程为72.289米。
西安1980坐标系是我国第一个自主建立的大地坐标系统，其坐标原点的陕西省泾阳县永乐镇。西安1980坐标系采用1975国际椭球参数，也是一个参心坐标系。该椭球精度比克拉索夫斯基椭球精度高很多，更加符合我国国情。目前，大量的测绘成果还在使用西安1980坐标系。
1985国家高程基准是1956黄海高程系的发展，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，水准原点设在青岛观象山，原点高程为72.260米。目前，国内绝大多数成果都使用1985国家高程基准。由于，我国法定正常高系统，在80坐标系转换成2000坐标系后，地面高程依然采用1985国家高程基准。
PS：对高程系统感兴趣的小盆友可以钻这个传送门：怎样测量海拔高度？ - 测绘小河马的回答
可以说我国大地坐标系统的发展呈现了从二维到三维，从静态到动态，从参心到地心，从外国援助到自主测绘的发展历程。大地测量学好像与大家都很遥远，其实它一直在默默为全国服务。
参考文献：
1.蒋志浩,刘经南,等.全球CGCS2000坐标框架的构建理论研究[J].武汉大学学报·信息科学版,2018.43(2):167-174.
2.魏子卿.2000中国大地坐标系及其与WGS84的比较[J].大地测量与地球动力学,2008.28(5):1-5.
3.程鹏飞,文汉江,等.2000国家大地坐标系椭球参数与GRS80和WGS84的比较[J].测绘学报.2009,38(3):189-194.
4.陈俊勇.关于中国采用地心3维坐标系统的探讨[J].测绘学报.2003.32(4):283-288.
5.宁津生,王华,等.2000国家大地坐标系框架体系建设及其进展[J]. 武汉大学学报·信息科学版,2015.40(5):569-573.
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