1、WGS-84坐标系和我国大地坐标系 2022-6-32 1WGS-84大地坐标系WGS-84的定义：WGS-84是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协定地球极（CTP）方向，X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。 WGS84（World Geodetic System，1984年）是美国国防部研制确定的大地坐标系。 1WGS-84大地坐标系CTP赤道平面OPNEZWGS84PSBI
2、H定义的零子午圈（1984.0）XWGS84YWGS84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WGS-84椭球及其有关常数：WGS-84采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数： 长半径：a=63781372（m）； 地球引力常数：GM=3986005108m3s-20.6108m3s-2； 正常化二阶带谐系数：C20= -484.1668510-61.310-9； J2=108
3、26310-8 地球自转角速度：=729211510-11rads-10.15010-11rads-1 2022-6-34由GPS卫星发布的星历参数是WGS-84坐标系的数据，故GPS测量时，先求得测站点的WGS-84坐标，再换算为当地使用的坐标。2022-6-352022-6-36 2国家大地坐标系 1 1954年北京坐标系 2 1980年国家大地坐标系 3 2000年国家大地坐标系2022-6-37 1 1954年北京坐标系20世纪50年代，在我国天文大地网建立初期，鉴于当时的历史条件， 采用了克拉索夫斯基椭球元素，并与前苏联1942年普尔科沃坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，
4、定名为1954年北京坐标系（BJ54旧）。大地原点俄罗斯圣彼得堡普尔科沃天文台中央2022-6-38 1 1954年北京坐标系存在的问题：（1）克拉索夫斯基椭球，与现代值相差较大；（2）指向不明；（3）参考椭球面与大地水准面差距大；（4）误差积累大；（5）未整体平差，各部分结合部有2m误差。普尔科沃天文台距北京6074km2022-6-39 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。 2022-6-310 2 1980年国家大地坐标系特点： （1）采用1975年国际椭球。 （2）参心大地坐标系是在19
5、54年北京坐标系基础上建立起来的。 （3）椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。 （4）定向明确。 （5）大地原点地处我国中部。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 新1954年北京坐标系（BJ54新）新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标（GDZ80）转换得来的。 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。2022-6-311 3 2000年国家大地坐标系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。2022-6-312定义定义China Geodetic Coordinate
6、 System 2000（CGCS2000）：）：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 a6378137m扁率 f=1/298.257222101 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2 自转角速度 7.292l1510-5rad s-12022-6-313采用2000国家大地坐标系后仍采用无潮汐系统（无潮汐影响的大地水准面）。2022-6-314采用2000国家大地坐标系的意义1、采用2000国家大地坐标系具有科学意义 随着经济发展和社会的进步，我国航天、海洋、地震、气象、水利、建设、规划、地质调查、国土资源管理等领域的科学
7、研究需要一个以全球参考基准为背景的、全国统一的、协调一致的坐标系统，来处理国家、区域、海洋与全球化的资源、环境、社会和信息等问题，需要采用定义更加科学、原点位于地球质量中心的三维国家大地坐标系。2022-6-315采用2000国家大地坐标系的意义2、采用2000国家大地坐标系可对国民经济建设、社会发展产生巨大的社会效益。 采用2000国家大地坐标系，有利于应用于防灾减灾、公共应急与预警系统的建设和维护。 2022-6-316采用2000国家大地坐标系的意义3.采用2000国家大地坐标系将进一步促进遥感技术在我国的广泛应用，发挥其在资源和生态环境动态监测方面的作用。 比如汶川大地震发生后，以国内
8、外遥感卫星等科学手段为抗震救灾分析及救援提供了大量的基础信息，显示出科技抗震救灾的威力，而这些遥感卫星资料都是基于地心坐标系。2022-6-317采用2000国家大地坐标系的意义4.采用2000国家大地坐标系也是保障交通运输、航海等安全的需要。 车载、船载实时定位获取的精确的三维坐标，能够准确地反映其精确地理位置，配以导航地图，可以实时确定位置、选择最佳路径、避让障碍，保障交通安全。随着我国航空运营能力的不断提高和港口吞吐量的迅速增加，采用2000国家大地坐标系可保障航空和航海的安全。 2022-6-318采用2000国家大地坐标系的意义5.卫星导航技术与通信、遥感和电子消费产品不断融合，将会
9、创造出更多新产品和新服务，市场前景更为看好。 现已有相当一批企业介入到相关制造及运营服务业，并可望在近期形成较大规模的新兴高技术产业。卫星导航系统与GIS的结合使得计算机信息为基础的智能导航技术，如车载GPS导航系统和移动目标定位系统应运而生。移动手持设备如移动电话和PDA已经有了非常广泛的使用。2022-6-3192022-6-320 3 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。2022-6-321 4 ITRF坐标框架简介ITRF是Int
10、ernational Terrestrial Reference Frame的缩写，即国际地球参考框架，是一个地心参考框架。它是由空间大地测量观测站的坐标和运动速度定义的，是国际地球自转服务的地面参考框架。ITRF是以最先进的测量技术获得的数据确定的大地测量基准。是世界公认的精度最高的大地测量基准。2022-6-322 4 ITRF坐标框架简介ITRF为高精度的GPS定位测量提供较好的参考系统，近几年已被广泛地用于地球动力学研究，高精度、大区域控制网的建立等方面，如青藏高原地球动力学研究、国家A级网平差、深圳市GPS框架网的建立等都采用了ITRF框架。2022-6-323 4 ITRF坐标框架
11、简介目前几乎所有的IGS（International GNSS Service ）精密星历都是在ITRF框架下提供的。所以在应用精密星历进行GPS数据处理时，应当注意所提供的精密星历的参考框架问题。 5GLONASS系统采用的PZ-90坐标系GLONASS导航系统在1993年采用的坐标系，它与GPS所用的WGS-84同属地心地固坐标系。定义：原点位于地球质心，Z轴指向国际地球自传服务局推荐的协议地极原点，X轴指向赤道与国际时间局定义的零子午线的交点，Y轴按右手法则构成。2022-6-324 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
12、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。OOnewXnewYnewZoldXoldYoldZPnewroldrrnewoldrrr,newoldXnewnewoldoldYnewoldZXXTrYrYrTZZTnewoldXnewoldYnew
13、oldZXXTYYTZZT1、坐标平移100( )0cossin0sincosxxxxyRyyzzz 绕x轴旋转：oxyzPzy（x）绕x轴旋转yzyz(tan)sincoscossinyyzyyz(tan)cossincoszzyyz 2、绕坐标轴旋转xx绕Z轴旋转：zyxzyxRzyxz1000cossin0sincos)(oZxyxP(Z)y绕z轴旋转oxzPzy(y)绕y轴旋转x绕y轴旋转：zyxzyxRzyxycos0sin010sin0cos)(绕三轴旋转：newXoldXnewYoldYnewZoldZXYZ123100()0cossin0sincoscos0sin()010si
14、n0coscossin0()sincos0001XXXXXYYYYYZZZZZ RRR321()()()newoldnewZYXoldnewoldXXYYZZRRR()newoldXX()newoldYY()newoldZZnewSoldSnewoldoldSSmS(1)newoldnewoldnewoldXXYmYZZ尺度比例因子： 3、尺度变换尺度变换：在坐标转换过程中由两坐标系的长度单位不一致引起的变换叫尺度变换。newXnewYnewZoldXoldYoldZnewroldrrnewOoldOPXYZ4、布尔萨（Bursa-Wolf）七参数模型： 1(1)11newXZYoldnewY
15、ZXoldnewZYXoldXTXYTmYZTZ321(1)()()()newZYXoldrrm RRRr当： 均为小角度时：XYZ、1(1)11newXZYoldnewYZXoldnewZYXoldXTXYTmYZTZ一、空间大地坐标与空间直角坐标的转换 （B，L，H) (X，Y，Z)LBHNXcoscos)(LBHNYsincos)(BHeNZsin)1 (2式中，BeaN22sin1/，N为该点的卯酉圈曲率半径。 二、不同空间直角坐标系之间的转换(X，Y，Z)84 (X，Y，Z)54 布尔萨七参数转换模型：YZmZYXZYX0)1 (54XZ0840ZYXXYZYX,式中：，为3个平移参
16、数； m为比例参数；zyx,，为3个旋转参数。 通常，选择同时具有两套坐标的三个地面控制点，通过平差的方法，解算七参数。若要提高参数的精度，在数据处理时，常采用GPS基线向量网与地面网联合平差。XYLarctan)tan1tantan(1arctan22 222BeBecZYXBNBYXHcos22(X，Y，Z) （B，L，H) 式中，BeaN22sin1/，N为该点的卯酉圈曲率半径。 三、空间直角坐标向大地坐标的转换 222 21/,/eeebac四、大地坐标向高斯平面直角坐标的转换 )49tan5(cossin24cossin2422242BBBNBBSX )tantan185(cos12
17、0)tan1 (cos6cos42552233BBBNBBNBNY式中：B为参考椭球面的大地坐标，以弧度计； 为点经度到中央子午线的经差； S 为点到赤道的子午线弧长；2cos2 e。GPS坐标与我国北京54（西安80）坐标的转换流程图：GPS大地坐标（B，L，H）GPS空间直角坐标（X，Y，Z）空间直角坐标（X，Y，Z）54（80）大地坐标（B，L，H）54（80）高斯平面直角坐标（x，y）小结：GPS测量坐标系分类坐标系分类坐标系特征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。地心坐标系
18、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圆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。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。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圆体面进行高斯投影而建立的坐标系。2022-6-33940Thank you!
