坐标系统基本概念—参心坐标

坐标系统基本概念—参心坐标 坐标系统与时间系统是描述卫星运动、处理观测数据和表达观测站位置的数学 与物理基础点的位置可用坐标系统来表示同一个点的位置，在不同的坐标 系统中，可有不同的表达方式和数据，而不同的坐标系统，则是由不同的坐标 原点位置、坐标轴的指向和尺度比例所决定 在宇宙中，地球有两种不同的运转方式，就是围绕地球转轴的自转和围绕太阳 的公转同理就有两种不同的坐标系统：一种是与地球体相固连的坐标系统， 它对表达地面观测站的位置和处理 GPS 观测数据非常方便，它在经典大地测量 学中，具有多种表达形式和广泛的应用；另一类与地球自转无关、在空间固定 的坐标系统，对于描述卫星的运行位置和形状极其方便 参心坐标系 “参心”意指参考椭球的中心 在测量中，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 参心大地坐标的应用十分广泛，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，在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 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 1、1954 年北京坐标系 [BJZ54（原）] 解放初期，中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 随着中国大地网的扩展，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和支持下，采取中国 和前苏联远东一等锁相连接、平差，这样传过来的坐标定名为 1954 年北京坐标 系，且以 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准面，按中国天文水准 路线推算出来的 几十年来，中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，测绘了各种比例尺的地形图 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以下缺点： 1） 因 1954 年原北京坐标系采用了克拉索夫基椭球，与现在的精确椭球参数相 比，长半轴约长 109 米。

2）参考椭球面与中国所在地区的大地水准面不能达到最佳拟合，在中国东部地 区大地水准面差距自西向东增加最大达+68 米 3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一中国在处理重力数据时 采用赫尔默特 1900～1909 年正常中重力公式，与公式相适应的赫尔默特扁球和 克拉索夫基椭球不一致4）定向不明确椭球短轴未指向国际协议原点 CIO，也不是中国地极原点 JYD1968.0；起始大地子午面也不是国际时间局 BIH 所定义的格林尼治平均天 文台子午面 5）椭球只有两个几何参数（长半轴、扁率） ，缺乏物理意义，不能全面反映地 球的几何与物理特征同时，1954 年北京坐标系的大地原点在前苏联的普尔科 沃，是前苏联进行多点定位的结果 另外，该坐标系是按分区平差逐步提供大地点成果的，在分区的结合部产生了 较大的不符值但该坐标系确实在测绘生产中发挥了巨大的作用，至今仍在一 些部门使用 2、1980 年国家大地坐标系 （GDZ80） 为了解决 1954 年北京坐标系中存在的椭球参数不够精确、参考椭球与中国大地 水准面拟合不好等缺点，1978 年 4 月，我国在西安召开了全国天文大地网整体 平差会议，决定建立新的国家大地坐标系—1980 年国家大地坐标系（GDZ80） ， 简称 80 西安坐标系。

大地坐标系的原点设在中国中部—陕西省泾阳县永乐镇， 在西安以北 60 公里 3、1954 年新北京坐标系（BJZ54） 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。