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建立大地坐标系基本原理建立大地坐标系基本原理一、概述大地坐标系是地球表面上点的位置测量所采用的一种坐标系。
其基本原理是通过对地球形状和尺寸的认识，将地球表面上任意一点的经纬度转换为三维空间中的直角坐标系，从而实现对地球表面上点的精确定位。
二、地球形状与尺寸1. 地球形状在建立大地坐标系之前，必须先了解地球的形状。
在古代，人们普遍认为地球是平面或圆盘状。
然而，随着科技发展和测量技术进步，人们逐渐认识到地球是一个近似于椭球体的三维物体。
具体来说，它在赤道处呈现出较大的半径（6378.137 km），在两极处则呈现出较小的半径（6356.752 km），因此被称为“扁球体”。
2. 地球尺寸除了了解地球形状外，还需要了解其尺寸。
目前采用最广泛的测量结果是WGS84（World Geodetic System 1984）。
根据该系统，地心到赤道面距离为6378.137 km，地心到极面距离为6356.752 km。
三、大地坐标系的建立1. 大地坐标系的定义大地坐标系是一种以地球椭球体为基础，以某一点为参考点，确定其他点位置的坐标系。
通常采用经度、纬度和高程三个参数来表示。
2. 大地坐标系的基准面大地坐标系的基准面是指一个与海平面相切的椭球面。
在国际上，使用最广泛的基准面是WGS84椭球体。
该椭球体是由美国国防部研制，在1984年发布，并被联合国通过为全球通用的测量基准。
3. 大地坐标系的参考点大地坐标系需要一个参考点来确定其他点的位置。
在中国，通常采用北京54号椭球体作为基准面，并以北京时间12时整所对应的经线（即东经120°）作为中央子午线。
此外，还要选取一个具有代表性和稳定性的测量点作为参考点。
在中国，这个测量点就是中国科学院紫金山天文台。
4. 大地坐标系参数大地坐标系采用经度、纬度和高程三个参数来表示一个点的位置。
其中，经度是指一个点所在的经线与中央子午线的夹角，以东经为正，西经为负；纬度是指一个点所在的纬线与赤道面的夹角，以北纬为正，南纬为负；高程是指一个点距离基准面的垂直距离。
现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南一、2000国家大地坐标系的定义国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。
2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
采用广义相对论意义下的尺度。
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴a＝6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1其它参数见下表：采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。
二、点位坐标转换方法（一）模型选择全国及省级范围的坐标转换选择二维七参数转换模型；省级以下的坐标转换可选择三维四参数模型或平面四参数模型。
对于相对独立的平面坐标系统与2000国家大地坐标系的联系可采用平面四参数模型或多项式回归模型。
坐标转换模型详见本指南第六部分。
（二）重合点选取坐标重合点可采用在两个坐标系下均有坐标成果的点。
但最终重合点还需根据所确定的转换参数，计算重合点坐标残差，根据其残差值的大小来确定，若残差大于3倍中误差则剔除，重新计算坐标转换参数，直到满足精度要求为止；用于计算转换参数的重合点数量与转换区域的大小有关，但不得少于5个。
（三）模型参数计算用所确定的重合点坐标，根据坐标转换模型利用最小二乘法计算模型参数。
（四）精度评估与检核用上述模型进行坐标转换时必须满足相应的精度指标，具体精度评估指标及评估方法见附件中相关内容。
选择部分重合点作为外部检核点，不参与转换参数计算，用转换参数计算这些点的转换坐标与已知坐标进行比较进行外部检核。
7.5 常用坐标系之间的关系与转换一、大地坐标系和空间大地直角坐标系及其关系大地坐标系用大地纬度企丈地经度L 和丈地髙H 来表示点的位置°这种坐标系是经 典大地测量甬:両用座标紊7屜据地图投影的理论,大地坐标系可以通过一定的投影转 化为投影平面上的直角坐标系，为地形测图和工程测量提供控制基础。
同时，这种坐标系 还是研究地球形状和大小的 种有用坐标系°所以大地坐标系在大地测量中始终有着重要 的作用.空间大地直角坐标系是-种以地球质心为原点购亘墮®坐标系，一般用X 、化Z 表 示点BSSTSTT 逐碇SS 範菇飞両H 绕禎扭转冻其轨道平面随时通过 地球质心。
对它们的跟踪观测也以地球质心为坐标原点，所以空间大地直角坐标系是卫星 大地测量中一种常用的基本坐标系。
现今，利用卫星大地测量的手段*可以迅速地测定点的空间大地直角坐拯，广泛应用于导航定位等空间技术。
同时经过数学变换，还可求岀点 的大地坐标I 用以加强和扩展地面大地网，进行岛屿和洲际联测，使传统的大地测量方法 发生了深刻的变化，所以空间大地宜角坐标系对现今大地测量的发展’具有重要的意义。
、大地坐标系和空间大地直角坐标系的转换如图7- 23所示’尸点的位置用空间 大地直角坐标〔X, Y, Z)表示，其相应 的大地坐标为(E, L)a 将该图与图？一5上式表明了 2种基本坐标系之间的关系。
加以比较可见，图7-5中的子午椭圆平面 相当于图7-23中的OJVP 平面.其中 PPz=Z.相当于图7-5中的j7；OP 3相当 丫于图7-5中的仏两平面的经度乙可视为相同，等于"叽 于是可以直接写岀X=jrcQsi f Y=jrsinL, Z=y将式(7-21).式(7-20)分别代入上式, 井考虑式(7-26)得X=Ncos^cosZr ”Y =NcQsBsinL > (7—78)Z=N (1—护〉sin^ ；BB 7-231.由大地坐标求空间大地直角坐标当已知椭球面上任一点P 的大地坐标(B, L)时，可以按式(7-78)直接求该点的 空间大地直角坐标(X, Y, Z)。
2000国家大地坐标系转换指南现有测绘成果转换到2000国家大地坐标系技术指南一、2000国家大地坐标系的定义国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个基本参数的定义。
2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。
采用广义相对论意义下的尺度。
2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：长半轴a＝6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2自转角速度ω＝7.292l15×10-5rad s-1其它参数见下表：短半径b(m) 6356752.31414－12－－13－ 极曲率半径c (m)6399593.62586 第一偏心率e0.0818191910428 第一偏心率平方e 20.00669438002290 第二偏心率e '0.0820944381519 第二偏心率平方e '20.00673949677548 1/4子午圈的长度Q(m)10001965.7293 椭球平均半径R 1(m)6371008.77138 相同表面积的球半径R 2(m)6371007.18092 相同体积的球半径R 3(m) 6371000.78997椭球的正常位U 0(m 2s -2)62636851.7149 动力形状因子J 20.001082629832258 球谐系数J 4-0.00000237091126 球谐系数J 60.00000000608347 球谐系数J 8-0.00000000001427 22/m a b GM ω= 0.00344978650678赤道正常重力值γe （伽） 9.7803253361两极正常重力值γp （伽） 9.8321849379正常重力平均值γ（伽）9.7976432224 纬度45度的正常重力值γ45°（伽） 9.8061977695采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统。
244百家论坛2000国家大地坐标系及其转换方法刘焕国集安市国土资源局摘要：本文对2000国家大地坐标系的定义、实现及其与我国现行1954北京坐标系、1980西安坐标系的异同进行了介绍，分析了我国地方独立坐标系的情况，根据建立方法将地方独立坐标系概括为三种类型和组合，阐述了建立地方独立坐标系与2000国家大地坐标系的三种转换方法，对实现地方独立坐标系与2000国家大地坐标系的有效衔接，有利于地理信息系统与GPS有效的结合，可以进一步提升城市的综合服务能力，对推广2000国家大地坐标系和在2000国家大地坐标系原则下独立坐标系的继续使用具有重要的意义。
关键词：2000国家大地坐标系；地方独立坐标系；坐标转换1. 2000国家大地坐标系的特点1.1椭球定位方式不同参心坐标系是为了研究局部球面形状，在使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小的原则下，选择和局部区域的大地水准面最为吻合的椭球所建立的坐标系。
由于参心坐标系未与地心发生联系，不利于研究全球形状和板块运动等，也无法建立全球统一的大地坐标系。
2000国家大地坐标系为地心坐标系，它所定义的椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密和。
.1.2实现技术不同我国现行参心坐标系是采用传统的大地测量手段，即测量标志点之间哦距离、方向，通过平差的方法得到各点相对于起始点的位置，由此确定各点在参心系下的坐标。
2000国家大地坐标系框架是通过空间大地测量观测技术、获取各测站在ITRF 框架下的地心坐标。
.1.3维数不同现行参心坐标系为二维坐标系，2000国家大地坐标系为三维坐标系。
.1.4原点不同现行参心坐标系原点与地球质量中心有较大偏差，2000国家大地坐标系原点位于地球质量中心。
.1.5精度不同参心坐标系由于当时客观条件的限制，缺乏高精度的外部控制，长距离精度较低，在空间技术广泛应用的今天，难以满足用户的需求。
2000国家大地坐标系有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新，有利于测定高精度大地控制点三维坐标，提高测图工作效率等。
建立大地坐标系基本原理1. 坐标系统简介地球上的点位置可以通过坐标系统进行描述。
坐标系统是一种用于描述点在空间位置的标准方式。
一种常用的坐标系统是大地坐标系，它是地球上最常用的地理坐标系统。
大地坐标系是以地球的形状和尺寸为基础建立起来的，它通过经纬度来确定地球上点的位置。
经度表示点在东西方向上的位置，纬度表示点在南北方向上的位置。
2. 大地坐标系的基本原理大地坐标系的建立涉及到以下几个基本原理：2.1 地球形状与尺寸地球并不是一个完美的球体，而是一个稍微偏扁的椭球体。
为了描述地球的形状，人们引入了椭球体模型，常用的模型有国际1924年椭球体和国际1980年椭球体等。
这些椭球体模型具有一组参数，包括长半轴、扁率等，用于描述地球的形状和尺寸。
2.2 大地基准面大地基准面是大地坐标系的基础，用于确定地球上点的位置。
通常情况下，大地基准面是一个椭球体面，它与真实地球的形状尽量相似。
例如，在国际1924年椭球体模型下，大地基准面就是一个椭球体面。
2.3 大地水准面大地水准面是大地坐标系中的另一个重要概念，它是一个近似于平行于海平面的参考面。
大地水准面用于确定点的高程信息，即点与海平面的高度差。
在实际应用中，常以特定的大地水准面作为参考，例如平均海平面。
2.4 经纬度的定义经度和纬度是大地坐标系中的两个重要概念。
经度表示点在东西方向上的位置，用一个角度值来表示，可以从0°到180°东经或西经。
纬度表示点在南北方向上的位置，也用一个角度值来表示，可以从0°到90°北纬或南纬。
2.5 坐标转换在大地坐标系中，一个点的位置可以用经纬度来表示。
但是在实际应用中，常常需要将大地坐标转换为其他坐标系统，如投影坐标系和平面坐标系。
为了实现坐标的转换，需要进行一系列的计算，包括投影变换、坐标转换等。
这些计算主要依赖于数学和地理测量学的知识。
3. 大地坐标系统的应用大地坐标系在许多领域都有广泛的应用，其中包括地理信息系统（GIS）、地图制图、地理测量等。
7.5 常用坐标系之间的关系与转换一、大地坐标系和空间大地直角坐标系及其关系 大地坐标系用大地纬度企丈地经度L 和丈地髙H 来表示点的位置°这种坐标系是经 典大地测量甬:両用座标紊7屜据地图投影的理论,大地坐标系可以通过一定的投影转 化为投影平面上的直角坐标系，为地形测图和工程测量提供控制基础。
同时，这种坐标系 还是研究地球形状和大小的 种有用坐标系°所以大地坐标系在大地测量中始终有着重要 的作用.空间大地直角坐标系是-种以地球质心为原点购亘墮®坐标系，一般用X 、化Z 表 示点BSSTSTT 逐碇SS 範菇飞両H 绕禎扭转冻其轨道平面随时通过 地球质心。
对它们的跟踪观测也以地球质心为坐标原点，所以空间大地直角坐标系是卫星 大地测量中一种常用的基本坐标系。
现今，利用卫星大地测量的手段*可以迅速地测定点的空间大地直角坐拯，广泛应用于导航定位等空间技术。
同时经过数学变换，还可求岀点 的大地坐标I 用以加强和扩展地面大地网，进行岛屿和洲际联测，使传统的大地测量方法 发生了深刻的变化，所以空间大地宜角坐标系对现今大地测量的发展’具有重要的意义。
、大地坐标系和空间大地直角坐标系的转换如图7- 23所示’尸点的位置用空间 大地直角坐标〔X, Y, Z)表示，其相应 的大地坐标为(E, L)a 将该图与图？一5加以比较可见，图7-5中的子午椭圆平面 相当于图7-23中的OJVP 平面.其中 PPz=Z.相当于图7-5中的j7；OP 3相当 丫于图7-5中的仏两平面的经度乙可视为相同，等于"叽 于是可以直接写岀X=jrcQsi f Y=jrsinL, Z=y将式(7-21).式(7-20)分别代入上式, 井考虑式(7-26)得X=Ncos^cosZr ”Y =NcQsBsinL > (7—78)Z=N (1—护〉sin^ ；上式表明了 2种基本坐标系之间的关系。
BB 7-231.由大地坐标求空间大地直角坐标当已知椭球面上任一点P 的大地坐标(B, L)时，可以按式(7-78)直接求该点的 空间大地直角坐标(X, Y, Z)。
