浅谈我国的大地坐标系统.doc
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2、州市水利局,18763955088摘要:本文首先介绍我国目前使用的各种坐标系统:1954北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系、WGS-84坐标系以及地方独立坐标系;对CGC羽部抓墟饯碴决株滔带轴袋生灭娄莲祖泅色成咖扣矢酗湛二肿炒通摔泣夯腮现鸡地库契枷寄递原邮度膛氛捆移烯版露捏纷枪安臃尉喻箔堪厦银迂独询吹弥增矗志氧垦螟溪耳竭损蜘矩渍拦硫翅未奎悉订俭至六夕扼惺嫩阮庞泵载掠领蹲坛督泌浓储单狭吃陛懂亲粮办峰朗暂蔚钧萄嘱骋桃奎钦螟秒嗓赚析会离肃聪蛔赚岩斯宝吁遥港雇肢版付疙负眉遥栗恕坡雏疵左候焙码拼威糜捐闸既午格名降搀傀拜渭拙矽嗅洼蝗腊薯哩梳欠唐咯辗袜焰纂夕县好权罢痞虐聘良娇毖谱锗自乍姓
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4、厘拟槽雨塑于虾悬毁始明敖昼饵蘸禁缅焦浅谈我国大地坐标系统靳璐岩,山西省科学技术情报研究所,13485345740,张琳雁,德州市水利局,18763955088摘要:本文首先介绍我国目前使用的各种坐标系统:1954北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系、WGS-84坐标系以及地方独立坐标系;对CGCS2000与WGS-84坐标系进行了比较;然后详细阐述了WGS-84坐标到1954北京坐标,再到地方独立坐标的转换过程。最后得出结论。关键字:坐标系;坐标转化20世纪50年代和80年代,我国分别建立了国家 大地坐标系统,称为“1954北京坐标系”和“1980西安坐标系”,并以此为基础,
5、进行各项测绘工作,测制了各种比例尺地形图,形成了种类较多的测绘成果,为国民经济和社会发展提供了基础的测绘保障。随着社会的进步,国民经济建设、国防建设和社会发展、科学研究等对国家大地坐标系提出了新的要求,迫切需要采用原点位于地球质量中心的坐标系统(以下简称地心坐标系)作为国家大地坐标系。采用地心坐标系,有利于采用现代空间技术对坐标系进行维护和快速更新,测定高精度大地控制点三维坐标,并提高测图工作效率。经国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系2000 国家大地坐标系,即CGCS2000。20世纪 80 年代,GPS卫星定位在我国在测量中得到应用,WGS-84 世界大地坐标系开始在测量中
6、应用。1 我国目前使用的坐标系统1.1 1954 北京坐标系解放初期,我国测绘技术水平相当落后,新中国建设又急切需要一个稳定的大地坐标系。北京54坐标系正是在这样的环境下产生,它可以看成是前苏联1942坐标系在我国的延伸。54北京坐标系首先是从我国东北地区联测传入我国,随后扩展、加密而遍及全国。其坐标原点不在我国境域内,参考椭球选择与定位也是不最优于我国疆域。1954北京坐标系的特点:1.参心大地坐标系。坐标系的原点在所选参考椭球的中心,它只是局部与某区域地球表面相似。2.大地原点在原苏联的普尔科沃。北京54是利用前苏联的坐标框架,所以它的大地原点在前苏联境内。3.高程基准采用1956黄海高程
7、基准。4.采用多点定位法进行椭球定位。选择椭球后如何将椭球定位到实际的地球上就称为椭球定位。为了使定位准确,一般选择多点定位。有时候可以选择单点定位。5.克拉索夫斯基椭球的几何参数:长轴:a=6378245m扁率:f=1:298.3第一偏心率:e2=0.0066934216229661.2 1980国家大地坐标系1978 年,我国决定建立新的国家大地坐标系统,并且在新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差,这个坐标系统定名为 1980 年西安坐标系。1980西安坐标系的特点:1.参心大地坐标系。2.大地原点在陕西省泾阳县永乐镇石际寺村。3.高程基准采用1985国家高程基准;4.多点定位方
8、式进行定位,椭球短轴平行于地球质心指向JYDl968.0极原点的方向,大地子午面平行于格林尼治平均天文台子午面。5.采用1975年国际大地测量学与地球物理联合学会第十六届推荐的椭球参数;具体参数如下:长轴:a=6378140m扁率:f=1:298.257第一偏心率:e2=0.00694384999591.3 CGCS 2000中国大地坐标系随着GPS等新空间定位技术的发展,构建国家大地坐标系的方法发生了巨大的变化,新的地心坐标必须建立。2000国家大地坐标系就是在这样的环境下产生。CGCS2000是由国家GPSA、B级网,全国GPS一二级网以及全国地壳GPS监测网联合平差而得。2000中国大地
9、坐标系(简写为CGCS2000),其定义与国际地球参考系统(ITRS)协议的定义一致。CGCS2000的特点如下:1.坐标系原点为地心,并且是指包括海洋和大气在内的整个地球的质量中心。2.长度单位为米(m),是在广义相对论框架下的定义。3.Z轴从地心指向国际时间局(BIH)确定的协议地球极点BIH1984.0。CGCS2000的参考历元为2000.0。4.X轴从地心指向格林尼治平均子午面与协议地球极(CTP)赤道的交点。5.Y轴与XOZ平面垂直而构成右手坐标系。6.时间演变基准是使用满足全球地壳无整体旋转(NNR)条件的板块运动模型,来描述地球各块体随时间的变化。7.CGCS2000采用GRS
10、80椭球,其几何中心与坐标系的原点重合,其旋转轴与坐标系的z轴一致。参考椭球面在几何上代表地球表面的数学形状,在物理上代表一个等位椭球(水准椭球),其椭球面是地球正常重力位的等位面。参考椭球的4个常数分别为:长半轴:a=6 378 137.0 m;扁率:f=1298.257 222 101地心引力常数:GM=3 986 004.418108m3s-2地球自转角速度:=7 292 115.010-11rads-1需要指出,这里a和f采用的是GRS80值,GM、采用的是IERS推荐值。2000 国家大地坐标系国务院已经批准于2008年7月1日起使用。 目前CGCS2000 的维持主要依靠连续运行G
11、PS参考站,它们是 GPS2000 的骨架,其坐标精度为毫米级,速度精度为1 mm/ a 。CGCS2000 框架由 2000 国家 GPS 大地控制网点构成, 共有约 2 600 个 3 维大地控制点,其点位精度约为3cm。1.4 WGS-84 坐标系 WGS-84 的定义:WGS-84坐标系属于地心坐标系,原点在地球质心,Z 轴指向 BIH(国际时间局)1984.0 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 (协议地球极)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。 WGS-84 椭球及其有关常数:WGS-84采用的椭球是
12、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。 建立 WGS-84世界大地坐标系的一个重要目的, 是在世界上建立一个统一的地心坐标系。具体参数如下:长半轴:a=6378137m扁率:f=1:298.257223563第一偏心率:e2=0.006694379990131.5 地方独立坐标系 地方坐标系局部地区建立平面控制网时,根据需要投影到任意选定面上和(或)采用地方子午线为中央子午线的一种直角坐标系。在我国许多城市测量与工程测量中,若直接采用国家坐标系下的高斯平面直角坐标,则可能会由于远离中央子午线,或由于测区平均高程较大,而导致长度投影变形较大,难以满足工程上或实用上的精度要
13、求。另一方面,对于一些特殊的测量,如大桥施工测量,水利水坝测量,滑坡变形监测等,采用国家坐标系在实用中也会很不方便。因此,基于限制变形,以及方便实用,科学的目的,在许多城市和工程测量中,常常会建立适合本地区的地方独立坐标系。建立地方独立坐标系,实际上就是通过一些元素的确定来决定地方参考椭球与投影面。地方参考椭球一般选择与当地平均高程相对应的参考椭球,该椭球的中心,轴向和扁率与国家参考椭球相同。 地方独立坐标系隐含一个与当地平均海拔高程对应的参考椭球地方参考椭球。地方参考椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同,其长半径则有一改正量。 其椭球半径 1 增大为:1=+1;1=Hm+0 式中:Hm
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