[计算机资料]gps2第二章坐标系统和时间系统

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1、2.2 WGS-84坐标系和我国的大地坐标系 WGS84（World Geodetic System，1984 年） 是美国国防部研制确定的大地坐标系。 一、WGS-84 大地坐标系 （地心坐标系） CTP赤道平面 O PN E ZWGS84 PS BIH定义的零子午圈（1984.0） XWGS84 YWGS84 几何定义： 原点在地球质心 Z轴指向 BIH 1984.0 定义的协议地球 (CTP）方向。 X轴指向 BIH 1984.0 的零子午面和 CTP 赤道的交点。 Y轴与 Z、X 轴构成右 手坐标系。 WGS84 世界大地坐标系 对应于 WGS-8 大地坐标系有一个WGS-84椭球，

2、其常数采用 IAG和 IUGG第 17届大会大地测量常数 的推荐值。 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 WGS-84大地水准面高 N等于由GPS定位测定的点的大地高 H减该点的正高 H正。N 值可以利用地球重力场模型系数计算得出；也可以用特殊的数学方法精确计算局部大地水准面高 N。一旦 N确定，可利用 H正=H-N 计算 GPS各点的的正高 H正。 二、国家大地坐标系（参心坐标系） 1、1954 年北京坐标系 建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连

3、接处呼玛、吉拉宁、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区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为 1954年北京坐标系。 BJ54坐标系的几何定义： 大地原点在前苏联的普尔科沃天文台。空 间直角坐标系的原点在参考椭球的中心，Z 轴 平行于地球质心指向地极原点 JYD1968的方向， X轴在大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 零方向， Y轴与 Z、X 轴构成右手坐标系。 1954北京坐标系椭球常数采用克拉索夫斯基 Krassovsky椭球参数，基本常数为： 长半轴： 6378245（m）扁率： 1：298.3 BJ54 可归结为：a属参心大地坐

4、标系；b采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c. 大地原点在原苏联的普尔科沃；d采用多点定位法进行椭球定位；e高程基准为 1956年青岛验潮站求出的黄海平 均海水面。 f高程异常以原苏联 1955 年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得 。自 BJ54建立以来，在该坐标系内进行了许多地区的局部平差，其成果得到了广泛的应用。 C80是为了进行全国天文大地网整体平差而建立的。根据椭球定位的基本原理，在建立 C80坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳 县永乐镇；（2）C80 坐标系是参心坐标系，椭球短轴 Z轴平行 于地球质心指向地极原点方向，

5、大地起始子午 面平行于格林尼治平均天文台子午面；X 轴在 大地起始子午面内与 Z轴垂直指向经度 0 方 向；Y 轴与 Z、X 轴成右手坐标系；2、1980 年国家大地坐标系 （3）椭球参数采用 IUG 1975年大会推荐的参数 因而可得 C80椭球两个最常用的几何参数为：长轴：63781405（m） ；扁率：1：298.257椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数。（4）多点定位； （5）大地高程以 1956年青岛验潮站求出的黄海平 均水面为基准 。 3、1954 年新北京坐标系 尽管 1980年国家大地坐标系具有先进性和严密性，但 1954年原北京坐标系毕竟在我国测绘工作中

6、潜移默化，影响深远。 由于几十年来，我国数十万个国家控制点都是在 1954年原北京坐标系内完成计算的，一切测量工程和测绘成果均无一例外地采用着这个系统，考虑到 1980年国家大地坐标系有着它的先进性和严密性，于是就产生了 1954年新北京坐标系。1954年新北京坐标系的成果，就是将 1980年国家大地坐标系的空间直角坐标系经 3个平移参数平移变换至克拉索夫基椭球中心，就成了新北京坐标系的成果。据统计，新北京坐标系与原北京坐标系相比较，就控制点的平面直角坐标而言，纵坐标差值在-6.5+7.8 米之间，横坐标的差值在-12.9+9.0 米之间，差值在 5米以内者约占全国 80%的地区。 4、200

7、0 国家大地坐标系 （地心坐标系） 根据中华人民共和国测绘法 ，经国务院批准，我国自 2008年 7月 1日起，启用2000国家大地坐标系。现公告如下： 2000 国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质心。2000 国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：长半轴 a6378137m 扁率 f1/298.257222101 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2 自转角速度7.29211510-5rad s-1 2000 国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为 8年至 10年。现有各类测绘成果，在过渡期内可沿用现行国

8、家大地坐标系；2008 年 7月 1日后新生产的各类测绘成果应采用 2000国家大地坐标系。 现有地理信息系统，在过渡期内应逐步转换到 2000国家大地坐标系；2008年 7月 1日后新建设的地理信息系统应采用 2000国家大地坐标系。 国家测绘局负责启用 2000国家大地坐标系工作的统一领导，制定 2000国家大地坐标系转换实施方案，为各地方、各部门现有测绘成果坐标系转换提供技术支持和服务；负责完成国家级基础测绘成果向 2000国家大地坐标系转换，并向社会提供使用。国务院有关部门按照国务院规定的职责分工，负责本部门启用 2000国家大地坐标系工作的组织实施和本部门测绘成果的转换。 县级以上地

9、方人民政府测绘行政主管部门，负责本地区启用 2000国家大地坐标系工作的组织实施和监督管理，提供坐标系转换技术支持和服务，完成本级基础测绘成果向 2000国家大地坐标系的转换，并向社会提供使用。 3、高斯平面直角坐标系 （1）高斯投影的概念 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影” ，简称“高斯投影” 。 N S c 中央 子 午线 赤道 高斯投影平面 赤道 中央子午线 （2）高斯投影的原理 高斯投影采用分带投影。将椭球面按 一定经差分带，分别进行投影。

10、高斯投影必须满足： 1高斯投影为正形投影， 即等角投影； 2中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴； 3中央子午线投影后长度 不变。 高斯投影平面 赤道 中央子午线 （3）高斯投影的特性 1）中央子午线投影后为直线，且长度不变。 2） 除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。 3） 赤道线投影后为直线，但有长度变形。 赤道 中央子午线 平行圈 子午线 O x y 4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。 5）经线与纬线投影后仍然保持正交。 6） 所有长度变形的线段，其长度变形比均大于 l。 7）离中央子

11、午线愈远，长度变形愈大。 赤道 中央子午线 平行圈 子午线 O x y (4)投影带的划分 我国规定按经差 6o和 3o进行投影分带。 6o带自首子午线开始，按 6o的经差自西向东分成 60个带。 3o带自 1.5 o开始，按 3o的经差自西向东分成 120个带。 高斯投影带划分 6o带与 3o带中央子午线之间的关系如图 : 3o带的中央子午线与 6o带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。 工程测量采用 3 o带，特殊工程可采用 1.5 o带 或任意带。 (5)高斯平面直角坐标系 坐标系的建立： x轴 中央子午线的投影 y轴 赤道的投影 原点 O 两轴的交点 O x y P （X，Y

12、） 高斯自然坐标 注：X 轴向北为正， y轴向东为正。 赤道 中央子午线 由于我国的位于北半球，东西横跨 12个 6o带，各带又独自构成直角坐标系。 故：X 值均为正， 而 Y值则有正有负。 世界地图 赤 道 x y o 500km =500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m 国家统一坐标： （带号） （带号） 4、横轴墨卡托（UTM)投影 N S c 中央 子 午线 赤道 特性： 属于横轴等角割椭圆柱投影； 中央子午线投影长度比不等于 1而是等于 0.9996，两条割线上没有变形； 该投影在南纬 80至北纬 84范围内使用； 全球分60个

13、带，从西经 180连续向东编号。 4、地方独立坐标系 许多城市、矿区基于使用方便、和科学的目 的，将地方独立测量控制网建立在当地的平均海 拔高程面上，并以当地子午线作为中央子午线进 行高斯投影求得平面坐标。这些网都有自己的原 点，自己的定向。 返回 2.3 坐标系统之间的转换 在 GPS测量中，经常要进行坐标变换和基准变换。 坐标变换：在不同的坐标表示形式间进行变换。 基准变换：在不同的参考基准间进行变换。 基准：为描述空间位置的点、线、面。在大地测 量中基准是指用以描述地球形状的参考椭 球的参数。 坐标系的变换方法（同一基准） 1、空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换。 2、空间坐标系与平

14、面直角坐标系间的转换。 坐标系的转换方法（不同基准） 不同坐标系之间的转换实质上就是不同基准间 的转换，常用布尔萨七参数转换方法。即 3个平移 参数，3 个旋转参数，1 个尺度参数。 1、坐标平移 绕 x轴旋转：o x y z P z y （x） 绕 x轴旋转 y z y z 2、绕坐标轴旋转 绕 Z轴旋转： o Z x y x P ( Z ) y 绕 z轴旋转 * * * 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 2.2 WGS-84坐标系和我国的大地坐标系 2.3 坐标系统之间的转换 2.4 时间系统 为什么提出坐标系？描述物体运动，必须有参照物,为描述物 体运动而选择的所有参照物叫参照系（参考 系） 。参照系是粗略的，不精确的，必须建 立坐标系。准确和完善的描述物体的运动， 观测的结果模拟及 表示或解释需要建立一个 坐标系统。 怎样定义一个坐标系？坐标系固连在参照系上，且与参照系同 步运动。要完全定义一个三维空间直角坐标 系必须明确指出： 坐标原点的位置。