54和80以及2000坐标系分析

•一、大地坐标系统简介–坐标系简介–北京54坐标系–西安80坐标系–2000国家坐标系•二、坐标系间的转换方法•大地坐标系•用来表述地球上点的位置的一种地区坐标系统。它采用一个十分近似于地球自然形状的参考椭球作为描述和推算地面点位置和相互关系的基准面。。它包括地心大地坐标系（CGCS2000）和参心大地坐标系（西安80、北京54）。•一个形状、大小和定位、定向都已确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建立。•若使参考椭球中心与地球平均质心重合，则定义和建立了地心大地坐标系。它是航天与远程武器和空间科学中各种定位测控测轨的依据。•若椭球表面与一个或几个国家的局部大地水准面吻合最好，则建立了一个国家或区域的局部大地坐标系。•椭球面上一点的位置，通常用大地经度和大地纬度来表示，某点的大地经纬度称为该点的大地坐标。•如图示，NS为椭球旋转轴，S称南极，N称北极。包括旋转轴NS的平面称为子午面，子午面与椭球面的交线称为子午线，也称为经线。垂直于旋转NS的平面与椭球面的交线称为纬线。圆心为椭球中心O的平行圈称为赤道。•建立大地坐标系，规定以椭球的赤道为基圈，以起始子午线（经过英国格林威治天文台的子午线）为主圈。对于图中椭球面上任一点而言，其大地坐标为：•大地经度L：过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林威治子午线起算，向东为正，向西为负。•大地纬度B：在P点的子午面上，P点的法线PK与赤道面的夹角。由赤道起算，向北为正，向南为负。•大地高H：是指从一地面点沿过此点的地球椭球面的法线到地球椭球面的距离。•基本情况•北京54坐标系为参心大地坐标系，大地上的一点可用经度L54、纬度M54和大地高H54定位，它是以克拉索夫斯基椭球为基础，经局部平差后产生的坐标系•椭球坐标参数：–长半轴a=6378245m；–短半轴=6356863.0188m；–扁率α=1/298.3。1954年北京坐标系统•它是1942普尔柯夫坐标系在中国的延伸。20世纪50年代开始使用。•未根据我国情况，进行椭球定位，由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区的呼玛、吉拉林、东宁三个基准网传算；基于1954年北京坐标系的我国天文大地网未进行整体平差；高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。1954年北京坐标系统•存在问题•椭球参数有较大误差。克拉索夫斯基椭球差数与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m。•椭球参数与现代精确的椭球参数的差异较大，不包含表示地球物理特性的参数，给理论研究和实际工作带来不便；•椭球定向不十分明确，既不是指向CIO极，也不是指向我过的目前使用的JYD；•通过局部分区平差得到，致使参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜，东部高程异常最大达67米。1954年北京坐标系统1980年西安坐标系•基本情况:•1978年决定对我国天文大地网进行整体平差,重新选定椭球，采用国际地理联合会（IGU）第十六届大会推荐的椭球参数，大地坐标原点在陕西省泾阳县永乐镇的大地坐标系，又称西安坐标系。并进行椭球的定位、定向。•基本参数–长半轴a=6378140±5（m）–短半轴b=6356755.2882m–扁率α=1/298.257–第一偏心率平方=0.00669438499959–第二偏心率平方=0.00673950181947•定位、定向•起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面与大地水准面在我国境内符合最好，高程系统采用1956年黄海平均海水面为高程起算基准。•特点：1.采用多点定位原理建立，理论严密，定义明确；2.椭球参数为现代精确的地球总椭球参数；3.椭球面与我国大地水准面吻合得较好；4.椭球短半轴指向明确；5.经过了整体平差，点位精度高。2000国家大地坐标系•基本参数•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量中心。Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局），X轴指向BIH1984.0定义的零子午面与协议赤道的交点，Y轴按右手坐标系确定。2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数如下：•长半轴a=6378137m•扁率f=1/298.257222101•地心引力常数GM=3.986004418×1014m3s-2•自转角速度ω=7.292l15×10-5rads-1•必要性•北京54坐标系与西安80坐标系都是参心坐标系，即局部坐标系，坐标系的原点与地心有较大偏差，因此造成了以下问题：•首先，自上世纪50年代卫星上天，人类进入空间时代，大地测量也进入空间时代，现在大地测量是以GPS为代表的空间时代。时代变了，测量手段也变了。以前用经纬仪和测距仪；现在则用GPS，角度测量和距离测量与坐标系没有关系，而GPS测量与坐标系有直接关系。用GPS进行控制测量时，地面点坐标应参考于地心坐标系，不可参考于局部坐标系。•必要性•北京54坐标系与西安80坐标系都是参心坐标系，即局部坐标系，坐标系的原点与地心有较大偏差，因此造成了以下问题：•首先，自上世纪50年代卫星上天，人类进入空间时代，大地测量也进入空间时代，现在大地测量是以GPS为代表的空间时代。时代变了，测量手段也变了。以前用经纬仪和测距仪；现在则用GPS，角度测量和距离测量与坐标系没有关系，而GPS测量与坐标系有直接关系。用GPS进行控制测量时，地面点坐标应参考于地心坐标系，不可参考于局部坐标系。•首先，自上世纪50年代卫星上天，人类进入空间时代，大地测量也进入空间时代，现在大地测量是以GPS为代表的空间时代。时代变了，测量手段也变了。以前用经纬仪和测距仪；现在则用GPS，角度测量和距离测量与坐标系没有关系，而GPS测量与坐标系有直接关系。用GPS进行控制测量时，地面点坐标应参考于地心坐标系，不可参考于局部坐标系。•其次，在卫星导航日益普及的今天，与导航配套使用的地图也应采用同卫星导航一致的坐标系。否则，卫星导航的有效性将受到严重影响。以1954年北京坐标系的地形图为例，导航位置与图上位置之差可以达到100多米，这样大的误差是不允许的。•再次，航天器测控和武器制导一定在地心坐标系进行。使用局部坐标系，将会引入很大测控误差。局部坐标系不支持空间科学和远程武器对大地测量的要求。现代大地坐标系应满足下列基本要求：①地心；②三维；③高精度；④定义符合IERS（国际地球自转和参考系服务）协议。这四点也是现代大地坐标系的基本特征，体现了现代大地坐标系的科学性、先进性和统一性。1954年北京坐标系与1980西安坐标系，显然不具备这些特性，因而都算不上现代大地基准了。我们的结论是：为了适应空间时代我国经济社会发展以及测绘科技本身的发展，适应大地坐标系的发展趋势，我国大地坐标系应当更新换代，应当现代化。•为了适应空间时代我国经济社会发展以及测绘科技本身的发展，适应大地坐标系的发展趋势，我国大地坐标系应当更新换代，应当现代化。•因此2000国家坐标系应运而生•意义第一、采用地心坐标系有助于充分享用空间技术的成果，具体而言，能方便使用GPS。第二、采用地心坐标系有助于推动大地测量以至整个测绘科技的发展。第三、采用地心坐标系有利于地球空间信息产业的发展。第四、采用地心坐标系有利于航天技术与武器的发展。第五、采用地心坐标系有助于推动卫星导航产业，进而推动陆、海、空交通运输业的发展。第六、采用地心坐标系，有利于世界大地坐标系的统一，进而有利于我国参与全球化，有利于社会的可持续发展