参心坐标系及参考椭球

CPS定位的坐标系统类型
GPS 定位是以 GPS 卫星为动态已知点，根据 GPS 接收机观测的星站距离来确定接收机或测站的位置的。

可将 GPS 定位中所采用的坐标系进行如下分类：
1．空固坐标系与地固坐标系
空固坐标系与天球固连，与地球自转无关，用来确定天体位置较方便。

地固坐标系与地球固连，随地球一起转动，用来确定地面点位置较方便。

2．地心坐标系与参心坐标系
地心坐标系以地球的质量中心为原点，如 WGS -84坐标系和ITRF 参考框架均为地心坐标系。

而参心坐标系以参考椭球体的几何中心为原点，如北京54坐标系和80国家大地坐标系。

3．空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系及平面直角坐标系经典大地测量采用的坐标系通常有两种：一是以大地经纬度表示点位的大地坐标系，二是将大地经纬度进行高斯投影或横轴墨卡托投影后的平面直角坐标系。

在 GPS 测量中，为进行不同大地坐标系之间的坐标转换，还会用到空间直角坐标系和球面坐标系。

4．国家统一坐标系与地方独立坐标系
我国国家统一坐标系常用的是80国家大地坐标系和北京54坐标系，采用高斯投影，分6°带和3°带，而对于诸多城市和工程建设来说，因高斯投影变形以及高程归化变形而引起实地上两点间的距离与高斯平面距离有较大差异，为便于城市建设和工程的设计、施工，
常采用地方独立坐标系，即以通过测区中央的子午线为中央子午线，以测区平均高程面代替参考椭球体面进行高斯投影而建立的坐标系。

工程测量笔记坐标系统1. 地理坐标系统天文地理坐标系天文经度λ 天文纬度φ大地地理坐标系大地经度L 大地纬度B参心坐标系参心坐标系是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标，通常分为：参心空间直角坐标系（xyz为其坐标元素）和参心大地坐标系（以BLH为其坐标元素）。

地心坐标系地心坐标系以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系，通常分为：地心空间直角坐标系（xyz为其坐标元素）和地心大地坐标系（以BLH为其坐标元素）。

2. 高斯-克吕格平面直角坐标系等角投影，分带投影后，以各带中央子午线为纵轴（x轴），北方向为正；赤道为横轴（y轴），东方向为正;其交点为原点，即建立起各投影带的高斯-克吕格平面直角坐标系。

我国领土位于北半球，x值均为正值，地面点位于中央子午线以东y为正值，以西y为负值。

这种以中央子午线为纵轴的坐标值称为自然自然值。

为了避免y值出现负值，规定每带纵轴向西平移500km。

每带赤道长约667.2m（针对六度带），这样横坐标纯为正值。

在新坐标系横坐标通用值。

横坐标值（以米计的6位整数）前冠以投影带号。

这种由带号、500km和自然值组成的横坐标Y称为横坐标通用值3. 独立平面直角坐标系当测区范围较小（半径≤10km）时，可将地球表面视为平面。

以测区子午线方向（真子午线或磁子午线）为纵轴（x轴），北方向为正；横轴（y轴）与x轴垂直，东方向为正。

实际测量，一般将坐标原点选在测区的西南角。

4. WGS-84坐标系原点在地球质心，z轴指向BIH（国际时间局）1984年定义的协议地球极CTP方向，x轴指向BIH-1984.0的零子午面和CTP赤道面的交点，y轴与z、x轴构成右手坐标系。

极移。

BIH定期向外公布极移运动，简称极移由于地球自转轴相对地球而言，地极点在地球表面的位置随着时间而发生变化，这种现象称为极移运动地极的瞬时位置。

高程系统1. 地面点至水准面的铅垂距离，称为该店的的高程海拔。

我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）我国三大常用坐标系区别（北京54、西安80和WGS－84）1、北京54坐标系(BJZ54)北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系。

1954年北京坐标系的历史：新中国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，再全国范围内开展了正规的，全面的大地测量和测图工作，迫切需要建立一个参心大地坐标系。

由于当时的“一边倒”政治趋向，故我国采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。

因此，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是在前苏联的普尔科沃。

北京54坐标系，属三心坐标系，长轴6378245m，短轴6356863，扁率1/298.3；2、西安80坐标系1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。

为此有了1980年国家大地坐标系。

1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG 75地球椭球体。

该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。

基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。

西安80坐标系，属三心坐标系，长轴6378140m，短轴6356755，扁率1/298.257221013、WGS－84坐标系WGS－84坐标系（World Geodetic System）是一种国际上采用的地心坐标系。

坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局（BIH）1984.0定义的协议地极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系。

测量中常用的坐标系一、坐标系类型1、大地坐标系定义：大地测量中以参考椭球面（不准确）为基准面建立起来的坐标系。

一定的参考椭球和一定的大地原点上的大地起算数据，确定了一定的坐标系。

通常用参考椭球参数和大地原点上的起算数据作为一个参心大地坐标系建成的标志。

大地坐标（地理坐标）：将某点投影到椭球面上的位置用大地经度L和大地纬度B表示，（ B ， L）统称为大地坐标。

大地高H：某点沿投影方向到基准面（参考椭球面）的距离。

在大地坐标系中，某点的位置用（B ， L，H）来表示。

2、空间直角坐标系定义：以椭球体中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X 轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴。

在空间直角坐标系中，某点的位置用（X，Y，Z）来表示。

3、平面直角坐标系在小区域进行测量工作若采用大地坐标来表示地面点位置是不方便的，通常采用平面直角坐标系。

测量工作以x轴为纵轴，以y轴为横轴投影坐标：为了建立各种比例尺地形图的控制及工程测量控制，一般应将椭球面上各点的大地坐标按照一定的规律投影到平面上，并以相应的平面直角坐标表示。

4、地方独立坐标系基于限制变形、方便、实用和科学的目的，在许多城市和工程测量中，常常会建立适合本地区的地方独立坐标系，建立地方独立坐标系，实际上就是通过一些参数来确定地方参考椭球与投影面。

二、国家大地坐标系1.1954年北京坐标系（BJ54旧）坐标原点：前苏联的普尔科沃。

参考椭球：克拉索夫斯基椭球。

平差方法：分区分期局部平差。

存在问题：（1）椭球参数有较大误差。

（2）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倾斜。

（3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。

（4）定向不明确。

2.1980年国家大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。

参考椭球：1975年国际椭球。

平差方法：天文大地网整体平差。

特点：（1）采用1975年国际椭球。

（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。

测绘专业名词解释1、地图比例尺：地图上某一线段的长度与地面上相应线段水平距离之比。

2、等高距：地形图上相邻等高线的高程之差。

3、平面控制点：已测得平面坐标值的控制点。

4、高程控制点：已测得高程值的控制点。

5、地形测量：根据规范和图示，将地貌、地物及其他地理要素测量并记录在某种载体上的过程。

6、工程测量：工程建设和自然资源开发各阶段进行的控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测等测量工作。

7、水平角：一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上的夹角。

8、控制测量：为建立测量控制网而进行的测量工作，作为地形测量和工程测量的依据，以保证必须的精度，包括平面控制测量、高程控制测量和三维控制测量。

9、大地水准面：特定、恒定重力位的平均海水面。

10、测绘科学：研究地理信息的获取、处理、描述和应用的学科，其内容包括研究测定、描述地球的形状，大小、重力场、地表形态以及它们的各种变化，确定自然和人造物体、人工设施的空间位置及属性，制成各种地图和建立有关信息系统。

11、地方坐标系：局部地区建立平面控制网时，根据需要投影到任意选点面上或采用地方子午线的一种直角坐标系。

12、独立坐标系：任意选定原点和坐标轴的直角坐标系。

13、随机误差（偶然误差）：同样测量条件下的测量值序列中，测量值大小、方向不定，表面没有规律性，实际服从一定统计规律的测量误差。

14、系统误差：同样条件下的测量值序列中，各测量值的测量误差的数值，符合保持不变或按某确定规律变化的测量误差。

15、测量数据质量控制：采用技术措施和管理措施，使测量数据在采集、存储、传输中满足相关质量要求的工艺过程。

16、电子地图：是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。

17、数字地球：数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。

18、像片平面图：用经投影变换纠正的航空像片编制的带有公里格网，图廓内外整饰和注记的平面图。

§10.2（地球）参心坐标系10.2.1参考椭球定位与定向的实现方法建立（地球）参心坐标系，需进行下面几个工作：①选择或求定椭球的几何参数（长短半径）；②确定椭球中心位置（定位）；③确定椭球短轴的指向（定向）；④建立大地原点。

椭球的几何参数一般可选IUGG 推荐值，下面主要讨论参考椭球的定位与定向。

对于地球和椭球可分别建立空间直角坐标系XYZ O Z Y X O --和1111。

两者的相对关系，可用三个平移参数000,,Z Y X （椭球中心O相对于地心1O 的平移参数）和三个绕坐标轴的旋转参数z y x εεε,,（表示参考椭球定向）来表示。

传统做法是：首先选定某一适宜的点K 作为大地原点，在该点上实施精密的天文测量和高程测量，由此得到该点的天文经度K λ，天文纬度K ϕ，至某一相邻点的天文方位角K α和正高K H 正，以大地原点垂线偏差的子午圈分量K ξ，卯酉圈分量K η，K N （大地原点的大地水准面差距）和z y x εεε,,等六个参数值，根据广义的垂线偏差公式和广义的拉普拉斯方程式可得：z K K x K y K K K K tg L εϕλελεϕηλ++--=)cos sin (sec )sin cos (K x K y K K K B λελεξϕ---= (10-1) K K x K y K K K K tg A ϕλελεϕηαsec )cos sin (+--=K K K K x K y K K K e N N H H ϕϕλελεcos sin )sin cos (2-++=正(10-2) 得到相应的大地经度K L ，大地纬度K B ，至某一相邻点的大地方位角K A 和大地高K H 。

由上面四个公式可看出,K K K N ,,ξη替换了原来的的定位参数000,,Z Y X 。

顾及椭球定向的两个平行条件，即0,0,0===z y x εεε (10-3) 代入（10-1）式和（10-2）式得K K K K L ϕηλsec -=K K K B ξϕ-= (10-4) K K K K tg A ϕηα-=K K K N H H +=正 (10-5)参考椭球定位与定向的方法可分为两种：一点定位和多点定位。

大地测量坐标系统和参考框架与大地测量系统相对 掃签：大地测毘土标至统分真I 测恶地地心坐标系产生背景*爲世纪50年代.二前，一个国家或一个地区都是在使所选择的参考椭球与 其所在地区的犬地水准面星佳拟合的条件下，按孤度测量方法来建立各自的局部大地坐标系的。

由 于当时除海洋上只有稀疏的重力测量外，大地訓量工作只能在各个大陆上进行，而各大陆的局部大 地坐标系间几乎没有联系*不过在当时的科学发展水平上，局部大地坐标系己能基本满足各国大地 测量和制图工作的要求9但是，为了研究地球形状的整体及其外部重力场以及地球动力现象；特别 是50年代末，人谴地球卫星和远程弹道武器出现后，为了描述它们在空间的位置和运动，以及表示 其地面发射站和跟踪站的位置，都必须采用地心坐标系。

因此，建立全球地心坐标系（也称为世界 坐标系）己成为大地测量所面临的迫切任务°大地测量常数是指地球椭球的几何和协理参数，它分为基本常数和导出常数。

基本常数唯一定 义了大地测量系统。

大地测量常数包括：地心引力常数、地球赤道半径、地球扁率、地球动力构型 因子S 地球标称平均箱速度、地球平均赤道重力等".tom crwyiw/rto/大地测量系统包括：坐标系统*高程系统.深度基准和重力参考系统 应，大地参考框架有三种：坐标参考框架、高程参考框架和重力测量参考框架（1）大地测量坐标系统和大地测量常数大地测最系统和参考框架厨 （2012-0&-3&1»-4?<0*转戟大地测量坐标系统根据其原点的位置不同分为地心坐标系统和参心坐标系统i 从表现形式上又 分为空间直角坐标系5 y> z ）和大地坐标系（B. L. H ）,注：大地高H 是指空间点沿椭球面法线 方向至椭球面的距离。

<2）大地测量坐标框架参心坐标框架：坐标原点位于参考椭球中心，由天文大地网实现和维持，是区域性、二维静态的坐标框架。

如我国的1954北京坐标系和1980西安坐标系。

1.垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。

2.参考椭球：具有确定参数（长半径a和扁率α），经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球，叫参考椭球。

3.大地线：椭球面上两点间的最短程曲线叫做大地线。

4.力高：水准面在纬度45度处的正常高。

5.大地主题解算：已知某些大地元素推求另一些大地元素的计算工作叫大地主题解算。

6.大地主题正算：已知P１点的大地坐标(L１，Ｂ１），Ｐ１至P２的大地线长S及其大地方位角，计算P２点的大地坐标(L２，Ｂ２）和大地线S在P２点的反方位角Ａ２１，这类问题叫做大地主题正算。

7.大地基准：是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向8.高斯投影：横轴椭圆柱等角投影（假象有一个椭圆柱横套在地球椭球体外，并与某一条子午线相切，椭球柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱上，再将此柱面展开成投影面）。

9.大地测量学：是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门科学。

10.理论闭合差：由水准面不平行而引起的水准环线闭合差，称为理论闭合差。

11.地心坐标系：地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。

原点O设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X轴与首子午面与赤道面的交线重合，向东为正。

Z轴与地球旋转轴重合，向北为正。

Y 轴与XOZ平面垂直构成右手系。

12.高斯投影正、反算公式进行换带计算的步骤。

这种方法的实质是把椭球面上的大地坐标作为过度坐标。

首先把某投影带内有关点的平面坐标（x，y）1利用高斯投影反算公式换算成椭球面上的大地坐标（B，l），进而得到L=L0+l，然后再由大地坐标(B,l)，利用投影正算公式换算成相邻带的平面坐标（x，y）2在计算时，要根据第2带的中央子午线来计算经差l，亦即此时l=L-L0。