第二章 坐标系统和时间系统分解

1954年北京坐标系（要点） 1、属参心大地坐标系； 2、采用克拉索夫斯基椭球参数：长半轴a＝ 6378245m，扁率 ＝1：298.3； 3、大地原点在前苏联的普尔科沃天文台，是前苏 联1942年普尔科沃坐标系在我国的延伸； 4、大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海 平均海水面为基准； 5、高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平 差结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来 的； 6、1954年北京坐标系建立后，30多年来是按局部 分区平差逐步提供大地点成果的。
极移和地极原点： 地球自转轴与地球表面的交点叫地球极 点。 由于内部、外部地球受力的影响，地球 极点在地球表面上的位置随时间而变化， 叫极移。 随时间变化的极点叫瞬时极。 某一时期瞬时极平均位置为平地极，简 称平极。
协议地球坐标系：
地极的移动将使地球坐标系坐标轴的指向产生变 化。 最初平极位置用国际纬度服务站5个台站的19001905年平均纬度来确定的平极（1903.0），称 为国际协议原点CIO。 随着观测技术和手段的发展，以及观测台数的增 加，使极点位置测定更加精确，目前，由国际 时间局所公布的瞬时地极坐标所相应的坐标原 点即为BIH系统中的协议地极原点。 （BIH1968.0）1977年中国极移小组测出中国 地极原点JYD1968.0
总地球椭球：
为卫星大地测量所用。 （1）形状和大小参数采用国际推荐值 （2) 椭球中心位于地球质心 （3）椭球旋转轴与地球自转轴重合 （4）起始大地子午面与起始天文子午面重合
地方参考椭球：
（1）形状和大小参数采用国际推荐值或天文大地 测量和几何大地测量值 （2) 椭球旋转轴与地球自转轴平行 （3）起始大地子午面与起始天文子午面平行 （4）椭球体与大地体之间在该地区实现最佳拟合， 这样椭球中心不在质心，在参考椭球中心，即参 心。
1980年国家大地坐标系（要点）（续） 1、定向明确：地球椭球的短轴平行于由地球质心指向 JYD1968.0 （1977年我国利用1949－1977年期间国内外36个 台站的测纬资料，确定了我国的地极原点，记作JYD1968.0） 的方向，起始大地子午面平行于我国天文子午面。 2、大地原点在我国中部地区（陕西省泾阳县永乐镇，在西安 市以北60km，简称西安原点），推算坐标的精度比较均匀。 3、大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄河平均海水面 为基准。 4、1980年国家大地坐标系建立后，用它进行了全国天文大地 网的整体平差（近50000个点），提高了平差结果的精度。 椭球面与大地水准面获得了较好的密合，全国平均差值由 1954年北京坐标系的29m减至10m，全国多数地区在15m以内。 该坐标系体现了我国当时测绘科学技术发展的成就，在今后 相当长的历史时期中可以保持稳定不变。
第2章
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GPS定位的坐标系统和时间系统
主要内容
2.1 参心坐标系 2.2 地心坐标系 2.3 天球坐标系 2.4 时间系统
GPS定位实质： 把卫星看成是“飞行”的已知控制点，利 用测量的距离进行后方交会，便得到接收机的 位置。 目的：寻求卫星运动的坐标系和地面点所在的 坐标系之间的关系，实现坐标系之间的转换。
1980年国家大地坐标系（要点） 1、是针对1954年北京坐标系，在技术上存在椭球 参数不够精确（与现代精确椭球参数相比，长半 轴约大109m）、参考椭球与我国大地水准面拟合 不好（存在自西向东明显的系统性的倾斜，在东 部地区高程异常最大达＋65m，全国范围平均为 29m）等缺点而建立的。 2、属参心大地坐标系。 采用既含几何参数又含物理参数的4个椭球基本参 数，数值采用1975年国际大地测量与地球物理联 合会第16届大会的推荐值： ①椭球长半轴a＝6378140m； ②地球引力常数（与地球质量的乘积） GM＝3.986005×1014m3/s2； ③地球重力场二阶带谐系数J2＝1.08263×10－3； ④地球自转角速度 ＝7.292115×10－5 rad/s。
地球坐标系包括：参心坐标系（经典）和地心坐 标系（GPS）。 参心坐标系包括：参心大地坐标系和参心空间直 角坐标系。 参心大地坐标系通过高斯或墨卡托投影转换成平 面直角坐标系。 地心空间直角坐标系通过参心空间直角坐标系转 换成参心大地坐标系，因此参心空间直角坐标 系为过渡坐标系。
建立参心大地坐标系过程：（唯一确定） 1、确定椭球的形状和大小 2、定位（椭球中心位置） 3、定向（坐标轴方向） 4、大地原点（大地测量起算点）
BJZ54（原）：
建立背景：20世纪50年代（新中国成立后），我 国全面开展测图工作，迫切需要建立一个参心大 地坐标系，而当时中国并没有属于自己的一套参 心坐标系统。
定义：将我国东北地区一等锁与苏联远东一等锁 相连接，然后以连接处的呼玛、吉拉林、东宁基 线网扩大边端点的苏联 1942年普尔科沃坐标系坐 标为起算数据，平差我国东北及东部地区一等锁， 这样传算来的坐标系定名为1954系。
1980年国家大地坐标系（要点）（续） 根据以上4个地球椭球的基本参数可进 一步求出： 地球椭球扁率 ＝1：298.257； 赤道上的正常重力 ＝278.032×10－2 m/s2； 极点的正常重力 ＝283.212 ×10－2 m/s2； 正常重力公式中的系数 ＝0.005302， ＝－0.0000058；Leabharlann Baidu正常椭球面上重力位u0=62636830m2/s2
空固坐标系和地固坐标系：
（1）观测站空间位置随地球自转而变动， 与地球固连，描述地面点位置方便，称为地 球坐标系，又称地固坐标系； （2）GPS卫星围绕地球质心旋转，与地球 自转无关，在空间固定的坐标系，称为天球 坐标系，又称空固坐标系。
GPS定位所采用的坐标系特点：
（1）既涉及空固坐标系，又涉及地固坐标系；
（2）采用全球统一的地心坐标系，以地球质 量的中心为原点，如WGS-84、ITRF参考框架、 国家大地坐标系2000。是真正意义的全球坐标 系；
（3）无论测区多么小，都涉及到坐标转换问 题。
总地球椭球面和参考椭球面：
世界各国根据本国的具体情况使用不同 的大地水准面，作为高程起算面解决了 高程测量基准问题。 但它不规则，不方便测量平面和三维坐 标，通常采用椭球面来代替水准面计算。