第2章坐标系统以及时间系统
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卡儿坐标系、曲线坐标系等。
5.坐标系转换与基准转换 坐标系转换：同一点在相同基准或参照系下的坐标转换，
实质上是不同坐标表达方式间的变换。 基准转换：同一点在不同基准或参照系下的坐标转换，如
WGS 84与北京54坐标系间的大地坐标或空间直角坐标的相互 转换。
第2章坐标系统以及时间系统
二、坐标系统的分类和常用坐标系统
参心空间直 角坐标系
参考 面
总地球 参考
大地
椭球面 椭球面 水准面
地心大地 坐标系
天文 坐标系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
参心大地 坐标系
站心空间直角 站心极 站心赤道 站心地平
坐标系
坐标系 坐标系 坐标系
投影平面
高斯平面 坐标系
WGS-84
ITRS/ITRF CGCS2000
BJ54
第2章坐标系统以及时间系统
图1 坐标系统分类图
2.坐标参照系 空间位置的描述需要在一个特定的系统下采用特定的方式来进
行，这一特定的系统被称为坐标参照系，即提供系统原点、尺 度、定向及其时间演变的一组协议、算法和常数。
坐标参照系的定义虽然明确且严密，但是却非常抽象，而且也 不易于使用。
3.参考框架 参考框架是坐标参照系的实现，是一组具有相应参照系下坐标
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（续）
图5 WGS-84世界大地坐标系
定义：
原点位于包括海洋和大
气在内的整个地球的 质心；
Z轴与IERS参考极
（IRP)指向相同，该指 向与历元1984.0的BIH 协议地
极（CTP–Conventions Terrestrial Pole）一致；
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
3.GPS常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic System 1984）
2）ITRS国际地球参照系（International Terrestrial Reference System）与ITRF国际地球 参考框架（International Terrestrial Reference Frame）
E，U坐标为该点在三个坐标 轴上的投影长度。
图3 站心空间直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
2）大地坐标系/椭球坐标系
❖ 大地坐标系是采用大地 经、纬度和大地高来描 述空间位置的:
❖ 纬度是空间点的椭球面 的法线与赤道面的夹角；
❖ 经度是包括空间点与椭 球短轴的子午面和椭球 的起始子午面的夹角；
1）WGS-84世界大地坐标系（续）
WGS-84椭球参数（IAC+IUGG联合会17届推荐值）:
➢ 长半轴:a=6378137m2m ➢ 地球引力常数:GM=3986005108 0.6 108 （m3s-2） ➢ 正常化二阶带谐系数：C2.0=-484.16685 10-6 1.30
第二章 坐标系统和时间系统
❖ 坐标系统及坐标系统之间的转换 ❖ 时间标示法及不同时间标识法间的转换
第2章坐标系统以及时间系统
一、坐标系统基本概念
1.位置基准
定位中被用作测量或计算基础的点、线或面。如：天体参照系 的天球、赤道面、黄道面、春分点；大地坐标系的参考椭球及 其定位和定向；高程参照系的大地水准面。
图2 地心、参心空间直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系(续)
❖ 原点位于P0； ❖ U法轴线与重过合P，0点指的向参上考方椭；球面的 ❖ N轴垂直于U轴，指向参考椭
球的短半轴； ❖ E轴垂直于U轴和N轴，形成左
手系； ❖ 在站心直角坐标系下点的N，
X轴指向IERS参考子午线（IRM-IERS Reference
Meridian）与通过原点并垂直于Z轴的平面的交点，IRM 与在历元1984时的BIH零子午线（BIH Zero Meridian）
一致。 Y轴最终完成右手地心地固正交坐标系。如图5所
示：
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系
用途： GPS系统内部处理与位置有关信息，广播星历基于此 系统。
建立： 20世纪80年代中期，美国国防制图局建立，1987年 取代WGS-72。之后 WGS 84又进行了三次修订，第 一次1994年，第二次1996年，第三次2001年，分别 表示为 “WGS 84 （G730）”、“WGS 84 （G873）”和“WGS 84 （G1150）”。其中，“G” 表示GPS；而跟在后面的数字所表示的是开始使用的 GPS周数。
❖ 大地高是空间点沿椭球 的法线方向到椭球面的 距离。
图4 大地坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
3）平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标通过某种数 学变换，投影或映射到平面上。
投影变换的方法有很多，如UTM投影、Lambuda投影等， 在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。
及其时间演变的点。一组相容的坐标中，实际上隐含了定义一 个坐标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一 个尺度。
第2章坐标系统以及时间系统
一、坐标系统基本概念（续）
4.坐标和坐标系 坐标：在一个给定维数的空间中相对于一个参照系来确定
点的位置的一组数。 坐标系：在给定维数的空间中用坐标来表示点的方法。如：笛
1.坐标系统分类 2.常用坐标系 3.GPS坐标系 4.我国常用坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
1.坐标系统分类
坐
惯性坐标系
标
系
非惯性坐标系
协议天球坐标系 协议地球坐标系
天体卫星 用户位置
表达 方式
坐标 原点
笛卡尔坐标
曲线坐标
平面直角坐标
地
参
站
心
心
心
地心空间直 角坐标系
GDZ80
坐标系统的分类和常用坐标系统
2.常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系 2）大地坐标系/椭球坐标系 3）平面直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系
❖ 坐标系原点位于地球的质心或参考椭球的中心； ❖ Z轴指向地球或参考椭球的北极； ❖ X轴指向本初（起始）子午面与赤道的交点； ❖ Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90夹角
5.坐标系转换与基准转换 坐标系转换：同一点在相同基准或参照系下的坐标转换，
实质上是不同坐标表达方式间的变换。 基准转换：同一点在不同基准或参照系下的坐标转换，如
WGS 84与北京54坐标系间的大地坐标或空间直角坐标的相互 转换。
第2章坐标系统以及时间系统
二、坐标系统的分类和常用坐标系统
参心空间直 角坐标系
参考 面
总地球 参考
大地
椭球面 椭球面 水准面
地心大地 坐标系
天文 坐标系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
参心大地 坐标系
站心空间直角 站心极 站心赤道 站心地平
坐标系
坐标系 坐标系 坐标系
投影平面
高斯平面 坐标系
WGS-84
ITRS/ITRF CGCS2000
BJ54
第2章坐标系统以及时间系统
图1 坐标系统分类图
2.坐标参照系 空间位置的描述需要在一个特定的系统下采用特定的方式来进
行，这一特定的系统被称为坐标参照系，即提供系统原点、尺 度、定向及其时间演变的一组协议、算法和常数。
坐标参照系的定义虽然明确且严密，但是却非常抽象，而且也 不易于使用。
3.参考框架 参考框架是坐标参照系的实现，是一组具有相应参照系下坐标
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（续）
图5 WGS-84世界大地坐标系
定义：
原点位于包括海洋和大
气在内的整个地球的 质心；
Z轴与IERS参考极
（IRP)指向相同，该指 向与历元1984.0的BIH 协议地
极（CTP–Conventions Terrestrial Pole）一致；
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
3.GPS常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系（World Geodetic System 1984）
2）ITRS国际地球参照系（International Terrestrial Reference System）与ITRF国际地球 参考框架（International Terrestrial Reference Frame）
E，U坐标为该点在三个坐标 轴上的投影长度。
图3 站心空间直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
2）大地坐标系/椭球坐标系
❖ 大地坐标系是采用大地 经、纬度和大地高来描 述空间位置的:
❖ 纬度是空间点的椭球面 的法线与赤道面的夹角；
❖ 经度是包括空间点与椭 球短轴的子午面和椭球 的起始子午面的夹角；
1）WGS-84世界大地坐标系（续）
WGS-84椭球参数（IAC+IUGG联合会17届推荐值）:
➢ 长半轴:a=6378137m2m ➢ 地球引力常数:GM=3986005108 0.6 108 （m3s-2） ➢ 正常化二阶带谐系数：C2.0=-484.16685 10-6 1.30
第二章 坐标系统和时间系统
❖ 坐标系统及坐标系统之间的转换 ❖ 时间标示法及不同时间标识法间的转换
第2章坐标系统以及时间系统
一、坐标系统基本概念
1.位置基准
定位中被用作测量或计算基础的点、线或面。如：天体参照系 的天球、赤道面、黄道面、春分点；大地坐标系的参考椭球及 其定位和定向；高程参照系的大地水准面。
图2 地心、参心空间直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系(续)
❖ 原点位于P0； ❖ U法轴线与重过合P，0点指的向参上考方椭；球面的 ❖ N轴垂直于U轴，指向参考椭
球的短半轴； ❖ E轴垂直于U轴和N轴，形成左
手系； ❖ 在站心直角坐标系下点的N，
X轴指向IERS参考子午线（IRM-IERS Reference
Meridian）与通过原点并垂直于Z轴的平面的交点，IRM 与在历元1984时的BIH零子午线（BIH Zero Meridian）
一致。 Y轴最终完成右手地心地固正交坐标系。如图5所
示：
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> ＧＰＳ常用坐标系
1）WGS-84世界大地坐标系
用途： GPS系统内部处理与位置有关信息，广播星历基于此 系统。
建立： 20世纪80年代中期，美国国防制图局建立，1987年 取代WGS-72。之后 WGS 84又进行了三次修订，第 一次1994年，第二次1996年，第三次2001年，分别 表示为 “WGS 84 （G730）”、“WGS 84 （G873）”和“WGS 84 （G1150）”。其中，“G” 表示GPS；而跟在后面的数字所表示的是开始使用的 GPS周数。
❖ 大地高是空间点沿椭球 的法线方向到椭球面的 距离。
图4 大地坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
3）平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标通过某种数 学变换，投影或映射到平面上。
投影变换的方法有很多，如UTM投影、Lambuda投影等， 在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。
及其时间演变的点。一组相容的坐标中，实际上隐含了定义一 个坐标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一 个尺度。
第2章坐标系统以及时间系统
一、坐标系统基本概念（续）
4.坐标和坐标系 坐标：在一个给定维数的空间中相对于一个参照系来确定
点的位置的一组数。 坐标系：在给定维数的空间中用坐标来表示点的方法。如：笛
1.坐标系统分类 2.常用坐标系 3.GPS坐标系 4.我国常用坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统
1.坐标系统分类
坐
惯性坐标系
标
系
非惯性坐标系
协议天球坐标系 协议地球坐标系
天体卫星 用户位置
表达 方式
坐标 原点
笛卡尔坐标
曲线坐标
平面直角坐标
地
参
站
心
心
心
地心空间直 角坐标系
GDZ80
坐标系统的分类和常用坐标系统
2.常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系 2）大地坐标系/椭球坐标系 3）平面直角坐标系
第2章坐标系统以及时间系统
坐标系统的分类和常用坐标系统> 常用坐标系
1）空间直角坐标系/笛卡尔坐标系
❖ 坐标系原点位于地球的质心或参考椭球的中心； ❖ Z轴指向地球或参考椭球的北极； ❖ X轴指向本初（起始）子午面与赤道的交点； ❖ Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90夹角