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坐标及时间系统

坐标及时间系统
1976年开始由国家测绘局、总参测绘局、 水利部、国家地震局共同承担重新布测国 家一等水准网，总长93000多公里，组成 100个水准环，经过平差，建立了1985年 国家高程系。
水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：

大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统

大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统
的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极缓慢旋转，类似于一个旋 转陀螺，形成一个倒圆锥体（见左下图），其锥角等于黄赤交角 ε=23.5 °。 • 旋转周期为25786年，这种运动称为岁差，是地轴方向在宇宙空 间中的长周期运动（以黄极为中心）。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °

坐标系统和时间系统

坐标系统和时间系统
站心地平直角坐标系
旋转变换 （2－6）
站心赤道直角坐标系
平移变换 （2－5）
地心空间直角坐标系
（三）站心（左手）地平直角坐标系与地心空 间直角坐标系之间的转换
旋转矩阵
X －sinBcosL sinL cosBcosLx
Y
＝sinBsinL
cosL
cosBsinLy
Z地心 cosB
0
sinB z地平 （2－7）
通过天球中黄心道，面且与垂赤直道于面黄的道夹面角的直线与 天球的交点
√8.春分点
地球公转的轨道面与天球相交的大圆。 当太阳即在当黄地道球上绕，太从阳天公球转南时半，球地向球北上半的球观测者
运行时，所黄见道到与的天，球太赤阳道在的天交球点上运动的轨迹
（二）天球坐标系的定义
假设地球为均质的球体，且没有其它天体摄动力 的影响；即假定地球的自转轴，在空间的方向是 固定的，春分点在天球上的位置保持不变。
t时刻的瞬 时极地球 坐标系
x
x
y
Rz ( G ) y
z et
z ct
对应格林尼治平子 午面的真春分点时
角
（2－10）
t时刻的瞬时 极天球坐标
系
三、天球坐标系与地球坐标系 之间的坐标转换
（二）协议天球坐标系与协议地球坐标系的坐标 转换
协议天球坐标系 瞬时极天球坐标系
（2－11） （2－12）
3、协议地球坐标系与瞬时极地球坐标系 的坐标转换
二者存在旋转关系：
x
x
y Ry xp Rx yp y
zem
zet
（2－13）
(xp , y p ) 为瞬时地极相对于CIO的坐标。
三、天球坐标系与地球坐标系 之间的坐标转换

第二章坐标系统和时间系统(2-3)

第二章坐标系统和时间系统(2-3)

sin X sin Z cos X sinY cos Z
cosY sin Z cos X cos Z sin X sinY sin Z sin X cos Z cos X sinY sin Z
sinY
sin
X
cosY
cos X cosY
坐标转换公式为：
第三节 坐 标 系 统
一般εx ,εy ,εz为微小量，可取
第三节 坐 标 系 统
b.多点定位：在全国范围内观测许多点的天文经度λ，天文纬度φ ，天文方位角α（这样的点称为拉普拉斯点）。利用这些观测成果 和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程，根据使椭球面与当地 大地水准面最佳拟合条件ΣN2=min（或Σζ2=min），采用最小二乘 原理，求出椭球定位参数ΔX0,ΔY0，ΔZ0，旋转参数εX，εy， εZ，椭球几何参数的改正数Δa，Δα（a新=a旧+ Δa，α新=α旧
第三节 坐 标 系 统
第三节 坐 标 系 统
4）地心坐标系 ① 地心空间直角坐标系：原点与地球质心重合，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交点，Y轴垂直于 XOZ平面。 ② 地心大地坐标系：椭球中心与地球质心重合，椭球面与大地水 准面最为密合，短轴与地球自转轴重合.点的坐标为大地经度L ，大地纬度B，大地高H.
+Δα.）以及η新,ξ新，N新。 再根据：
求出大地原点新的大地起算数据。
第三节 坐 标 系 统
这样利用新的大地原点数据和新的椭球参数进行新的定位和定 向，从面可建立新的参心大地坐标系。按这种方法进行椭球的定位 和定向，由于包含了许多拉普拉斯点，因此通常称为多点定位法。
参考椭球参数和大地起算数据是一个参心坐标系建成的标志，一 定的参考椭球和一定的大地起算数据确定了一定的坐标系。

第二章 坐标系统和时间系统

第二章 坐标系统和时间系统

地球坐标系根据描述点位方式的不同分作： 1、地球空间直角坐标系
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，构成右手坐标系统。 P(X，Y，Z)
2、大地坐标系统
参考椭球----参考椭球的中心与地球的质心重合，椭球的短轴与 地球自转轴重合，根据科学家测量的长半轴a和短半轴b来近似模 a b 拟地球的数学球体。
天球赤道面与天球赤道-——通过地球质心与天轴垂直的平 面，称为天球赤道面。该赤道面与天球相交的大圆，称为天 球赤道。 黄道——地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即地球上的 观测者所看到的，太阳绕地球运动的轨迹。 春分点——当太阳在黄道上从地球南半球向北半球运行时， 黄道与天球赤道面的交点。春分点不随地球转动。
对应于 WGS-84大地坐标系有一个WGS-84椭球，其常数 采用 IUGG第 17届大会大地测量常数的推荐值。下面给 出WGS-84椭球两个最常用的几何常数： 长半轴： 6378137± 2（m） 扁 率： 1：298.257223563
§2.3坐标系之间的变换
1.
2.
3.
坐标系的变换包括： 不同空间直角坐标系之间的转换（3参数 或7参数） 不同大地坐标系（球面坐标系）之间的转 换（5参数和9参数） 大地坐标系（B,L）转换为高斯平面坐标 (X,Y)
大地坐标系——是建立在参考椭球上，原点与地球质 建立在参考椭球 建立在参考椭球上 心重合，大地纬度B为过某地面点的椭球法线与椭球 赤道面的夹角；大地经度L为过该地面点的椭球子午 面与格林尼治子午面之间的夹角，大地高H为地面点 沿椭球法线至椭球面的距离。 地面点P的大地坐标为 (B,L,H)
对同一空间点，直角坐标系与大地坐标系参数间有如下转换关系：

第2-1章 坐标系统和时间系统

第2-1章 坐标系统和时间系统
张德勒运动（周期 个月 振幅0.2秒） 个月， 张德勒运动（周期14个月，振幅 秒 季节性运动（周期12个月 振幅0.1秒） 个月， 季节性运动（周期 个月，振幅 秒
极 移
G P S 测 量 原 理 及 应 用
中 南 大 学
国际天文学联合会和大地测量学协会在1967建 建 国际天文学联合会和大地测量学协会在 G 采用国际上5个纬度服务站 个纬度服务站， 年的平 P 议，采用国际上 个纬度服务站，以1900-1905年的平 均纬度所确定的平均地极位置作为基准点， S 均纬度所确定的平均地极位置作为基准点 ， 平极的 测 位置是相应上述期间地球自转轴的平均位置 ， 通常 位置是相应上述期间地球自转轴的平均位置， 量 称 为 国 际 协 议 原 点 （ Conventional International 原 ） 理 Origin——CIO）。与之相应的地球赤道面称为平赤 道面或协议赤道面。 至今仍采用CIO作为协议地极 及 道面或协议赤道面 。 至今仍采用 CIO 作为协议地极 应 （ conventional Terrestrial Pole——CTP） ， 以协议 ） 用 地 极 为 基 准 点 的 地 球 坐 标 系 称 为 协 议 地 球 坐 标系 ） 中 （Conventional Terrestrial System——CTS），而与 南 瞬时极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。 瞬时极相应的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。
G P S 测 量 原 理 及 应 用
中 南 大 学
第二章 坐标系统和时间系统
2.1 天球坐标系和地球坐标系
G P S • 全球定位系统（GPS）的最基本任务是确定用户在空间的 测 位置。而所谓用户的位置，实际上是指该用户在特定坐标 量 系的位置坐标，位置是相对于参考坐标系而言的，为此， 原 首先要设立适当的坐标系。 理 • 为了描述卫星在其轨道上的运动规律，需要建立不随地球 及 自转的地心坐标系－－空间固定坐标系（天球坐标系）； 应 另一方面观测站是在地球表面，随地球自转而运动，因此 用 需要建立与地球固联的地心坐标系－－地固坐标系（地球 坐标系）。 中 • 由上可看出在不同观测时间，其各自的坐标轴指向不同。

2、时间系统和坐标系统

2、时间系统和坐标系统
(1)区时 15º 时区地方时 格林尼治0子午线东西个7.5º 为0时区 (2)世界时
格林尼治起始子午线处的平太阳时（地方时）
经极移改正:UTI=UT0+Δλ 1 X P sin YP cos tan 15 经地球自转季节性改正:UT2=UT1+ΔT
T 0.022s sin 2 t 0.012s cos 2 t 0.006s sin 4 t 0.007 s cos 4 t
4.授时和时间对比
5.时钟的主要技术指标
频率标准度、频率漂移率、频率稳定度
（1）频率标准度 与理论频率之差
（2）频率漂移率（频漂） 频率的变化率（老化率）
（3）频率稳定度 随机变化程度
（二）恒星时与太阳时
1.恒星时
以春分点为参考点
恒星时在数值上等于春分点相对于本地子午圈的时角 是地方时 真恒星时与平恒星时
（二）恒星时与太阳时
2.真太阳时和平太阳时
（1）真太阳时
以地球自转为基础，以太阳中心为参考点 太阳时=本地子午圈时角+12 太阳时长度不同，不具备时间系统条件
（2）平太阳时
以地球自转为基础，以平太阳中心为参考点
周年是运动轨迹位于赤道面，角速度恒定 太阳时=平太阳时角+12 由归算得到 是地方时
3. 区时和世界时
更多见教材P26
（3）阴阳历（农）
年以回归年为依据，而月则按朔望月为依据。 单月为30日，双月为29日，每月平均为29.5日； 以新月始见为月首，12个月为一年，总共354日。 每19年中有7年为闰年。闰年中增加一个月，称 为闰月。 更多见教材P26
2.儒略日JD
根据公历的年(Y)、月(M）、日(D)来计算对应的儒略日JD

第2章坐标系统与时间系统

第2章坐标系统与时间系统
建立球面坐标系统，如图2－1所示.
参考点、线、面和园
第2章坐标系统与时间系统
图2－1 天球的概念
第2章坐标系统与时间系统
天轴与天极 地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点 PN 和 PS 称为天极，其中 PN 称为北天极， PS 为南天极。
天球赤道面与天球赤道 通过地球质心 O 与天轴垂直的平面称为天球赤道面。天 球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相交的大 圆称为天球赤道。
某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段时 间内地极的平均位置称为平极。地球极点的变化，导致地 面点的纬度发生变化。 天文联合会(IAU)和大地测量与地球物理联合会(IUGG) 建 议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以1900～1905年的平均 纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点 CIO (Conventional International Origin)
第2章坐标系统与时间系统
国际极移服务 ( IPMS ) 和国际时间局( BIH )等机构分别用 不同的方法得到地极原点。 与CIO相应的地球赤道面称为 平赤道面或协议赤道面 。
第2章坐标系统与时间系统
(3)地球自转速度变化（日长变化）
地球自转不是均匀的，存在着多种短周期变化和长期 变化，短周期变化是由于地球周期性潮汐影响，长期变化 表现为地球自转速度缓慢变小。地球的自转速度变化，导 致日长的视扰动和缓慢变长，从而使以地球自转为基准的 时间尺度产生变化。
春分点与秋分点 黄道与赤道的两个交点称为春分点和秋分点。视太阳在黄 道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的交点称 为春分点，用 γ表示。 在天文学中和研究卫星运动时，春分点和天球赤道面，是 建立参考系的重要基准点和基准面
赤经与赤纬 地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为赤纬, 春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的夹角为赤经。

第二章 坐标系统和时间系统

第二章 坐标系统和时间系统
" "
" sin y p " cos y p 0
• 7、了解天球坐标系建立的意义和方法；
• 8、GPS时间系统。
第二章坐标系统和时间系统 2
GPS定位所采用的坐标系与经典测量的坐标 系的特点
• GPS卫星的运行是建立在地球与卫星之间的万有引力基础 上的，而经典大地测量主要是以几何原理为基础的，因而 GPS定位中采用的地球坐标系的原点与经典大地测量坐标 系的原点不同。经典大地测量是根据本国的大地测量数据 进行参考椭球体定位，以此参考椭球体中心为原点建立坐 标系，称为参心坐标系。而GPS定位的地球坐标系原点在 地球的质量中心，称为地心坐标系。因而进行GPS测量， 常需进行地心坐标系与参心坐标系的转换。
第二章坐标系统和时间系统 27
2、平地球坐标系
• 取平地极为原点，z轴指向CIO，x轴指向协定赤道面与格 林尼治子午线的交点，y轴指向经度270度的方向，与xoz 构成右手系统而成的坐标系统称为平地球坐标系。 • 平地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：
x y z
如果月球的引力及其运行的轨道都 是固定不变的，同时忽略其它行星引力 的微小影响，那么日月引力的影响，仅 将使北天极绕北黄极以顺时针方向缓慢 地旋转，构成一个圆锥面；这时，在天 球上，北天极的轨迹近似地构成一个以 北黄极n为中心，以黄赤交角为半径 的小圆。在这个小圆上，北天极每年西 移约为50.371"。周期大约为25800年。
一、地球坐标系 1、地球直角坐标系 • 原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴 指向地球赤道面与格林尼治子午面的交点，Y轴 在赤道平面里与XOZ构成球椭球的中心与地球质心重合椭球的短轴与地 球自转轴重合。空间点位臵在该坐标系中表述为 （L，B，H）。

GPS课件-坐标系统和时间系统

GPS课件-坐标系统和时间系统

1
3 2
3
1
1
2 1
1
§2.4 WGS84坐標系
1、WGS84坐標系的定義
Z
協議地極
零子午面
協議地球坐標系
原點：地球質心M
M Y
X
Z軸：指向BIH1985.0定義的協議地極
X軸：指向BIH1985.0定義的零子午面與CTP相應的赤道交點
Y軸：垂直於XMZ平面，構成右手直角坐標系
ZCTS
ZT
xp yp
XCTS
M
協議赤道
XT
暫態赤道
YT
YCTS
X
X
Y
Ry
( x p )Rx
(
y p )Y
Z CTS
Z T
1
Ry
(
x
p
)Rx
(
y
p
)
0
0 1
xp yp
x p y p 1
4、協議天球坐標系到協議地球坐標系的轉換
兩坐標系之間的關係：
1）原點相同，均位於地球質心；
2）暫態天球坐標系的z軸和暫態地球坐標系的Z軸指向相同；
Rz
(ζ
)
sin
ζ
cos ζ
0
0
0 1
z 0.6406161T 0.0003041T 2 0.0000051T 3 ζ 0.6406161T 0.0000839T 2 0.0000050T 3 θ 0.6406161T 0.0001185T 2 0.0000116T 3
T (t t0 ) 從標準曆元 t0 到觀測曆元 t 的儒略世紀數
Y
X
x D sin Z cos A
y
D

四种卫星定位导航系统的坐标系统与时间系统以及他们的转换关系 ppt课件

四种卫星定位导航系统的坐标系统与时间系统以及他们的转换关系 ppt课件

定义
Galileo的时间系统(Galileo system time，GST)：由周数 和周秒组成，也是一个连续计数的时间系统。起算时刻 为UTC时间的1999-08-22 T00：00：00。GST比UTC快 13s。因此，GST和GPST之间相差1024周和一个很小的 偏差(GPS to GalileO time offset，GGTO)。值得注意的 是在RINEX文件中习惯将Galileo周数设为与GPS周数相 同。
导
航 四 大
定位系
统
GPS
坐标系统名：WGS-84 时间系统名：GPS时
-2-
定义
GPST规定它的起点在1980年1月6日UTC的0点, 它的秒长始终与主控站的原子钟同步,启动之后不 采用跳秒调整。根据对GPS时间系统起点的规定, 知道GPST与国际原子时有固定19秒的常数差,而 且在1980年之后与UTC另外还有随时间不断变化 的常数差。如1985年12月,常数差为4秒。 GPST=UTC十4秒 总结 原点:1980年1月6日UTC零时 秒长：原子时秒长 不跳秒
GLONASS
坐标系统名：PE-90 时间系统名：GLONASS时
-5-
定义
GLONASS坐标系统：采用的是基于Parameters of the Earth 1990框架的PE-90大地坐标系，其 几何定义为：原点位于地球质心，Z轴指向IERS 推荐的协议地球极（CTP）方向,即1900-1905年 的平均北极，X指向地球赤道与BH定义的零点子 午线交点，Y轴满足右手坐标系。 GLONASS时间系统：采用原子时AT1秒长作为 时间基准，是基于前苏联莫斯科的协调世界时 UTC(SU)，采用的UTC时并含有跳秒改正。
四种时间转换关系

坐标系统与时间系统PPT教学课件

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岁差与章动
四、协议天球坐标系
1）瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点 （真春分点）。
2）平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。 3）协议天球坐标系
1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天 极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴 指向协议春分点。 4）三者间的转换：
第四节 地球坐标系的其他表达形式
一、参心坐标系
坐标原点在参考椭圆体中心而不在地球质心
二、站心坐标系 三、平面直角坐标系
高斯投影与横轴墨卡托投影
高斯投影时，中央子午线长度不变，离中央子午线愈远，长度变形愈 大，对于6°带，赤道与边界子午线交点处的投影变形为0.138%。
在投影带宽度不变的情况下，采用横轴墨卡托投影，使中央子午线长 度缩短为原长度的0.9996倍（通用横轴墨卡托），以减小长度变形的绝对 值。
的夹角 赤纬δ：天体与地心连线和天球赤道
地心 δ
面的夹角
春分点
向径r ：天体到地心的距离
x
y
α
Y
X
天球坐标系
3）空间直角坐标系与球面坐标系的转换
x cos cos
y r cos sin
z sin
r x2 y2 z2
arctan y
x
arctan
z
x2
y2
卫星位置用天球坐标系的坐标表示，而测站点位置用地球坐标系的坐 标表示，要用卫星坐标求测站坐标，需将天球坐标系的坐标转换成地球 坐标系的坐标。
转换的步骤是： 协议天球坐标系——平天球坐标系——瞬时天球坐标系——瞬时地球坐标
系——协议地球坐标系。 在转换过程中，因两者的坐标原点一致，故只需多次旋转坐标轴即可。

坐标系统及时间系统

坐标系统及时间系统

数GP字S技摄术影Байду номын сангаас测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
影坐像标>系采统样与时间系统>坐标系统
测测绘绘学工院程
§2.1 坐标系统 系
坐标系统
地球坐标系统
地心坐标系 参心坐标系
WGS84坐标系 北京54坐标系 西安80坐标系
天球坐标系统
数GP字S技摄术影与测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
参心大地坐标系的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通 用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投 影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制 基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定位与定向不同， 我国历史上出现的参心大地坐标系，主要有BJZ54（原）、 GDZ80和BJZ54等三种。
二、1954年北京坐标系（BJZ54（原））
解放初期，我国大地坐标系是采用河北石家庄市的柳新庄一等天 文点作为原点的独立坐标系统，采用该点的天文坐标作为其大地坐 标，以海福特椭球进行定位。
数GP字S技摄术影与测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
影坐像标>系采统样与时间系统>坐标系统
测测绘绘学工院程
（1）因1954年原北京坐标系采用了克拉索夫斯基椭球，与现在的精 确椭球参数相比，长半轴约长109m。
（2）参考椭球面与我国所在地区的大地水准面不能达到最佳拟合， 在我国东部地区大地水准面差距自西向东增加最大达＋68m。
一、 概述
在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐 标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为 大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来 确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的“参心” 二字意指参考椭球的中心，所以参心坐标系和参考椭球密切相关。 由于参考椭球中心无法与地球质心重合，故又称其为非地心坐标 系。参心坐标系按其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角 坐标系两种。
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协调世界时(UTC)、GPS时(GPST)
数GP字S技摄术影与测应量用
辽石宁家工庄程铁技路术职大业学技
影坐像标>系采统样与时间系统>坐标系统
测测绘绘学工院程
§2.1 坐标系统 系
◇研究意义和目的
坐标系统和时间系统是 描述卫星运动、处理观测数 据和表达定位结果的数学与 物理基础。
数GP字S技摄术影与测应量用
一、 概述
在经典大地测量中，为了处理观测成果和传算地面控制网的坐 标，通常须选取一参考椭球面作为基本参考面，选一参考点作为 大地测量的起算点（大地原点），利用大地原点的天文观测量来 确定参考椭球在地球内部的位置和方向。参心坐标系中的“参心” 二字意指参考椭球的中心，所以参心坐标系和参考椭球密切相关。 由于参考椭球中心无法与地球质心重合，故又称其为非地心坐标 系。参心坐标系按其应用又分为参心大地坐标系和参心空间直角 坐标系两种。
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§2.1 坐标系统 系
◇坐标系统
坐标系统组成:坐标系和基准 坐标系指的是描述空间位置的表达形式； 基准指的是为描述空间位置而定义的一系 列点、线、面。 在大地测量中的基准一般是指为确定点在 空间中的位置，而采用的地球椭球或参考椭球 的几何参数和物理参数，及其在空间的定位、 定向方式，以及在描述空间位置时所采用的单 位长度的定义。
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§2.1.1参心坐标系系
一、 概述
参心空间大地直角坐 标系是用三维坐标x、y、 z表示点位的，它可按一 定的数学公式与参心大 地坐标系相互换算。通 常在由GPS定位结果 （地心空间大地直角坐 标系）计算参心大地坐 标系时，作为一种过渡 换算的坐标系。
二、1954年北京坐标系（BJZ54（原））
解放初期，我国大地坐标系是采用河北石家庄市的柳新庄一等天 文点作为原点的独立坐标系统，采用该点的天文坐标作为其大地坐 标，以海福特椭球进行定位。
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§2.1.1参心坐标系系
一、 概述
建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：（1）确定椭球的 形状和大小；（2）确定椭球中心的位置，简称定位；（3）确定椭 球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；（4）确 定大地原点。解决这些问题的过程，也就是建立参心大地坐标系的 过程。
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§2.1 坐标系统 系
◇ GPS 测量中常用的坐标系统
WGS-84 坐标系 北京54坐标系 西安80坐标系
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§2.1.1参心坐标系系
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第二章坐标系统与时间系系统
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第二章坐标系统与时间系系统
主要内容：
◇ GPS坐标系统
坐标系统分类 WGS-84 坐标系、 北京54坐标系 西安80坐标系
◇ GPS时间系统
§2.1.1参心坐标系系
二、1954年北京坐标系（BJZ54（原））
随着我国大地网的扩展，采用海福特椭球元素误差太大，且没有 顾及垂线偏差的影响。为此，1954年总参谋部测绘局在有关方面的建 议与支持下，采取先将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后 以连接呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科 沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部地区一等锁。这样 传算过来的坐标，定名为1954年北京坐标系。该坐标系是以原苏联当 时采用的1942年普尔科沃坐标系为基础建立起来的，所不同的是 1954年北京坐标系的高程异常是以原苏联1955年大地水准面差距重 新平差结果为起算值，且以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面 为基准面，按我国天文水准路线推算出来的。
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§2.1 坐标系统 系
◇ 坐标系的分类
天球坐标系:与地球自转无关，故称为空固坐 标系或惯性坐标系，其坐标原点和各坐标轴指 向在空间保持不变，用于描述卫星运行位置和 状态；
地球坐标系:则与地球体相固连，故又称为地 固坐标系，用于描述地面点的位置。
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§2.1 坐标系统 系
坐标系统
地球坐标系统
地心坐标系 参心坐标系
WGS84坐标系 北京54坐标系 西安80坐标系
天球坐标系统
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§2.1.1参心坐标系系
二、1954年北京坐标系（BJZ54（原））
几十年来，我国在该坐标系上完成了大量的测绘工作，实施了天文 大地网局部平差，通过高斯－克吕格投影，得到点的平面坐标。测制 了各种比例尺地形图。但是随着测绘新理论、新技术的不断发展，人 们发现该坐标系存在如下缺点：
参心大地坐标系的应用十分广泛，它是经典大地测量的一种通 用坐标系。根据地图投影理论，参心大地坐标系可以通过高斯投 影计算转化为平面直角坐标系，为地形测量和工程测量提供控制 基础。由于不同时期采用的地球椭球不同或其定位与定向不同， 我国历史上出现的参心大地坐标系，主要有BJZ54（原）、 GDZ80和BJZ54等三种。
（1）因1954年原北京坐标系采用了克拉索夫斯基椭球，与现在的精 确椭球参数相比，长半轴约长109m。