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地心坐标系和参心坐标系  

2014-11-22 19:29:37|  分类: 测天绘地 |  标签: |举报 |字号 订阅

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地心坐标系和参心坐标系

      大地坐标系是一种固定在地球上,随地球一起转动的非惯性坐标系。大地坐标系根据其原点的位置不同,分为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系的原点与地球质 心重合,参心坐标系的原点与某一地区或国家所采用的参考椭球中心重合,通常与地球质心不重合。我国先后建立的1954年北京坐标系、1980西安坐标系和 1954年北京坐标系,都是参心坐标系。这些坐标系为我国经济社会发展和国防建设作出了重要贡献。但是,随着现代科技的发展,特别是全球卫星定位技术的 发展和应用,世界上许多发达国家和中等发达国家都已在多年前就开始使用地心坐标系。

参心坐标系:

      参心坐标系是以参考椭球的集合中心为原点的大地坐标,通常分为:参考空间直角坐标系(以XYZ为其坐标元素)和参心大地坐标系(以BLH为其坐标元素)。

     1、参心坐标系是在参考椭球内建立OXYZ坐标系。原点O为参考椭球的几何中心,X轴与赤道面和零子午线的交线重合,向东为正。Z轴与旋转椭球的短轴重合,向北为正。Y轴与XZ平面构成右手系。

    2、参心意指参考椭球的中心。在测量中,为了处理观测成果和测算控制网的坐标,通常选取以参考椭球面为基本参考面,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。参考大地坐标的应用十分广泛,他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机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()GDZ80BJZ54等三种。 

地心坐标系:

      地心坐标系(geocentric coordinate system )以地球质心为原点建立的空间直角坐标系,或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。以地球质心(总椭球的几何中心)为原点的大地坐标系,通常分为地心直角坐标系(以 XYZ为其坐标元素)和地心大地坐标系(以BLH为其坐标元素)。1,地心坐标系是在大地体系内建立的oxyz坐标系,向东为正。Z轴与地球旋转轴重合,向北为正,Y轴与XZ平面构成右手系。 GPS是采用WGS-84坐标系,GLONASS是采用PZ-90坐标,都是属于地心坐标系。

   无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系,他们都与地球体固连在一起,与地球同步运动,因而又称为地固坐标系,以地心为原点的地固坐标系则称为地心地固坐标系,主要用于描述地面点的相对位置;另一类是空间固定的坐标系,与地球自转同步,称为惯性坐标系或天球坐标系,主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。

      20世纪50年代之前,一个国家或一个地区都是在使所选择的参考椭球与其所在地区的大地水准面最佳拟合的条件下,按弧度测量方法来建立各自的局部大地坐标系的。由于当时除海洋上只有稀疏的重力测量外,大地测量工作只能在各个大陆上进行,而各大陆的局部大地坐标系间几乎没有联系。不过在当时的科学发展水平上,局部大地坐标系已能基本满足各国大地测量和制图工作的要求。但是,为了研究地球形状的整体及其外部重力场以及地球动力现象;特别是50年代末,人造地球卫星和远程弹道武器出现后,为了描述它们在空间的位置和运动,以及表示其地面发射站和跟踪站的位置,都必须采用地心坐标系。因此,建立全球地心坐标系(也称为世界坐标系)已成为大地测量所面临的迫切任务。

建立地心坐标系的方法:

       第一类是重力测量方法,它是利用重力测量资料,按斯托克斯公式和韦宁-迈内兹公式全球积分,联同天文坐标得出大地原点或若干地面点的地心大地坐标 (L,B,H)。但由于重力资料在全球分布还很不均匀,多数地区还相当稀疏,按此法所得地心大地坐标精度目前仅约为10米以内。

       第二类是卫星大地测量方法,这又可分为卫星动力法和卫星定位法。卫星动力法是单独利用人造卫星观测资料或综合人造卫星和地面大地测量观测资料,按动力法原理同时解算出地球重力场模型和全球分布的若干地面跟踪站的地心坐标。例如,美国戈达德空间飞行中心(GSFC)的地球重力场模型GEM-10GEM-10C,都包括全球146个跟踪站的地心大地坐标,法国和联邦德国联合研究的地球重力场模型GRIM-3,包括95个跟踪站的地心大地坐标。这两种模型地心坐标的精度约为15米。卫星定位法是利用地面站接收机接收某种导航卫星的信息,直接测定地面接收站的地心大地坐标。例如美国海军导航卫星系统(NNSS)或全球定位系统 (GPS)所测定的地心坐标。

     

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