大地测量参考框架

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3.7 地方坐标系
1）目的 减小图上距离或坐标反算距离与实测距离的 差值； 工程建设的急需； 满足特定工程的精度要求； 满足工程特定的使用习惯。 2）依据：长度归化从观测表面到投影面，当投 影面低于观测表面时变短，反之变长；高斯 投影的长度比大于1，并且离中央子午线越远， 长度比越大。在城市或工程建设地区要求归 化变形和投影变形的代数和不超过1:40000(相 当于每公里2.5cm)
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3.3 新1954年北京坐标系(BJ54新) 新1954年北京坐标系，是在GDZ80基础 上，改变GDZ80相对应的IUGG1975椭球 几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并 将坐标原点(椭球中心)平移，使坐标轴保 持平行而建立起来的。
X BJ 54 新 X GDZ 80 X 0 YBJ 54 新 YGDZ 80 Y0 Z BJ 54 新 Z GDZ 80 Z 0
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WGS84坐标系统采用的4个基本参数是： a =6 378 137m GM =3 986 005×108m3s-2 C2,0=-484.166 85×10-6 ω =7 292 115×10-11rad/s
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LBJ 54新 LGDZ 80 L BBJ 54新 BGDZ 80 B H BJ 54新 H GDZ 80 H
sin L ( N H ) cos B " L B sin B cos L " M H H cos B cos L 0 N e 2 sin B cos B " ( M H )a N (1 e 2 sin 2 B ) a
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椭球定向
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大地原点和大地起算数据 大地原点也叫大地基准点或大地起算点， 参考椭球参数和大地原点上的起算数据构 成经典大地测量基准。
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现代大地测量基准/卫星大地测量基准 （几何特征+物理特征）： 总地球椭球（椭球中心与地球质心重合， 椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的 起始子午面与地球的起始子午面重合， 在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟 合） 地球椭球的四个基本常数：地球椭球赤 道半径a，地心引力常数GM，地球重力 场2阶带谐系数J2（由此导出椭球扁率 f, J 2 5 C 2,0 ）和地球自转角速度w。
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总地球椭球实例：WGS84, GRS80
WGS84(GPS)
a f J2 ω(rad/s) 6378137 1/298.257223563 108262.999·10-8 7292115·10-11
GRS80(ITRS)
6378137 1/298.257222101 108263·10-8 7292115·10-11
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3.2 1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系) 1980年国家大地坐标系的特点是： ① 采用1975年国际大地测量与地球物理联合会 (IUGG) 第16届大会上推荐的4个椭球基本参数。 地球椭球长半径 a=6 378 140 m ， 地心引力常数 GM=3.986 005×1014m3/s2, 地球重力场二阶带球谐系数J2 =1.082 63×10-8, 地球自转角速度 ω =7.292 115×10-5 rad/s 。
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H(m)
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定义卫星大地测量基准，将涉及到地球 重力场模型、地极运动模型、地球引力 常数、地球自转速度等。 不同大地测量基准的差异对坐标的影响， 可根据公共点的大地观测数据求得，并 进而求解出转换模型，实现不同基准下 的坐标转换，但由于观测误差的存在， 导致转换模型误差，其精度取决于公共 点的数量和分布、观测精度、数据处理 方法等。
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坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向和尺度所 定义的，对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中 心或地心，坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上 通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(Conventional Terrestrial Pole)作为 Z 轴指向，因而称为协议坐标系。 地球旋转轴的指向 1)空间指向的变化（岁差、章动） 2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化（极移） 3)地球绕地轴旋转速度的变化（日长变化）
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② 参心大地坐标系是在1954年北京坐标系 基础上建立起来的。 ③ 椭球面同似大地水准面在我国境内最为 密合，是多点定位。 ④ 定向明确。椭球短轴平行于地球质心指 向地极原点 JYD1968.0的方向 ⑤ 大地原点地处我国中部，位于西安市以 北60 km 处的泾阳县永乐镇，简称西安原 点。 ⑥ 大地高程基准采用1956年黄海高程系
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3.6 WGS84世界大地坐标系 WGS84是一个协议地球参考系CTS。该坐标 系的原点是地球的质心， Z 轴指向 BIH1984.0定义的协议地球极CTP方向，X轴指 向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点， Y轴和Z、X 轴构成右手坐标系
为了改善WGS84系统的精度，1994年6月， 由美国国防制图局(DMA)将其和美国空 军(Air Force)在全球的10个GPS跟踪站的 数据加上部分IGS站的ITRF91数据，进行 联合处理，并以IGS站在ITRF91框架下的 站坐标为固定值，重新计算了这些全球 跟踪站在1994.0历元的站坐标，更新为 WGS84(G730) 1996年，WGS84坐标框架再次进行更新， 得到了WGS84(G873)
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平差后提供的大地点成果属于1980年西 安坐标系，它和原1954年北京坐标系的 成果是不同的。这个差异除了由于它们 各属不同椭球与不同的椭球定位、定向 外，还因为前者是经过整体平差，而后 者只是作了局部平差。 不同坐标系统的控制点坐标可以通过一 定的数学模型，在一定的精度范围内进 行互相转换，使用时必须注意所用成果 相应的坐标系统。
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⑥ 大地高程基准采用1956年黄海高程系。 ⑦ 与 旧BJ54相比，所采用的椭球参数相 同，其定位相近，但定向不同。旧BJ54 的 坐 标 是 局 部 平 差 结 果 ， 而 新 BJ54 是 GDZ80 整体平差结果的转换值，两者之 间无全国统一的转换参数，只能进行局 部转换。
长半径(m) 6377397 6378206 6378388
1/f 299.15 294.98 297.00
1940
6378245
298.3
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参考椭球定位与定向 ①选择或求定椭球的几何参数(长半径 a和 扁率α ) ②确定椭球短轴的指向(椭球定向) ③确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大 地原点）
参考椭球实例：贝塞尔椭球(1841年)，克 拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年) 和克拉索夫斯基椭球(1940年)等
名称 贝塞尔椭球 (Bessel) 克拉克椭球 (Clarke) 海福特椭球 (Hayford) 克拉索夫斯基椭 球(Krassovsky)
1
年代 1841 186Hale Waihona Puke Baidu 1910
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地心地固大地坐标系的定义是：地球椭 球的中心与地球质心重合，椭球面与大 地水准面在全球范围内最佳符合，椭球 的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并 指向北极)
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3.5 协议地球坐标系 以协议地极CTP(Conventional Terrestrial Pole) 为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系 CTS(Conventional Terrestrial System)，而以瞬 时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标 系。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多 采用协议地极原点CIO为指向点，因而也是协 议地球坐标系，一般情况下协议地球坐标系和 地心地固坐标系代表相同的含义。
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20世纪60年代以来，美国和原苏联等国 家利用卫星观测等资料，开展了建立地 心坐标系的工作。美国国防部曾先后建 立过世界大地坐标系(World Geodetic System，简称为WGS)WGS60，WGS66 和WGS72，并于1984年开始，经过多年 修正和完善，建立起更为精确的地心坐 标系统，称为WGS84。
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3.1 1954年北京坐标系
1954年北京坐标系可以认为是前苏联 1942年坐标系的延伸。它的原点不在北 京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭 球为克拉索夫斯基椭球。 椭球参数有较大误差。 参考椭球面与我国大地水准面存在着自 西向东明显的系统性的倾斜，在东部地 区大地水准面差距最大达+68m。 定向不明确
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BJ54新的特点是： ① 采用克拉索夫斯基椭球参数。 ② 是综合 GDZ80和BJ54建立起来的参心坐标系。 ③ 采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国境内 不是最佳拟合。 ④ 定向明确，坐标轴与 GDZ80 相平行，椭球短轴平 行于地球质心指向1968.0地极原点的方向 ⑤ 大地原点与 GDZ80 相同，但大地起算数据不同。
GM(m3 s-2)
3986005·108
3986005·108
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3坐标参考系统
以参考椭球为基准的坐标系，叫做参心坐标系； 以总地球椭球为基准的坐标系，叫做地心坐标 系。无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分 为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都 与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而 又称为地固坐标系，以地心为原点的地固坐标 系则称为地心地固坐标系(ECEF)，主要用于描 述地面点的相对位置；另一类是空间固定的坐 标系，与地球自转无关，称为惯性坐标系或天 球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位 置和状态。
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cos L " ( N H ) cos B sin B sin L " M H cos B sin L
X 0 cos B Y " 0 M H Z 0 sin B GDZ 80 0
0 a M (2 e 2 sin 2 B ) sin B cos B " ( M H )(1 ) M (1 e 2 sin B 2 ) sin 2 B GDZ 80 1
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3.4 地心地固坐标系
地心地固空间直角坐标系的定义是：原 点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极， X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道 的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐 标系。 地球北极是地心地固坐标系的基准指向 点，地球北极点的变动将引起坐标轴方 向的变化。