坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)第二章坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)主要內(nèi)容：

GPS坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)分類WGS-84坐標(biāo)系、北京54坐標(biāo)系西安80坐標(biāo)系

GPS時(shí)間系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)、GPS時(shí)(GPST)坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1坐標(biāo)系統(tǒng)

研究意義和目的坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)是描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)、處理觀測(cè)數(shù)據(jù)和表達(dá)定位結(jié)果的數(shù)學(xué)與物理基礎(chǔ)。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)組成:坐標(biāo)系和基準(zhǔn)坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式；基準(zhǔn)指的是為描述空間位置而定義的一系列點(diǎn)、線、面。在大地測(cè)量中的基準(zhǔn)一般是指為確定點(diǎn)在空間中的位置，而采用的地球橢球或參考橢球的幾何參數(shù)和物理參數(shù)，及其在空間的定位、定向方式，以及在描述空間位置時(shí)所采用的單位長(zhǎng)度的定義。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1坐標(biāo)系統(tǒng)

坐標(biāo)系的分類天球坐標(biāo)系:與地球自轉(zhuǎn)無(wú)關(guān)，故稱為空固坐標(biāo)系或慣性坐標(biāo)系，其坐標(biāo)原點(diǎn)和各坐標(biāo)軸指向在空間保持不變，用于描述衛(wèi)星運(yùn)行位置和狀態(tài)；地球坐標(biāo)系:則與地球體相固連，故又稱為地固坐標(biāo)系，用于描述地面點(diǎn)的位置。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系統(tǒng)地球坐標(biāo)系統(tǒng)地心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系WGS84坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系西安80坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1坐標(biāo)系統(tǒng)

GPS

測(cè)量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系北京54坐標(biāo)系西安80坐標(biāo)系一、概述

在經(jīng)典大地測(cè)量中，為了處理觀測(cè)成果和傳算地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)，通常須選取一參考橢球面作為基本參考面，選一參考點(diǎn)作為大地測(cè)量的起算點(diǎn)（大地原點(diǎn)），利用大地原點(diǎn)的天文觀測(cè)量來(lái)確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向。參心坐標(biāo)系中的“參心”二字意指參考橢球的中心，所以參心坐標(biāo)系和參考橢球密切相關(guān)。由于參考橢球中心無(wú)法與地球質(zhì)心重合，故又稱其為非地心坐標(biāo)系。參心坐標(biāo)系按其應(yīng)用又分為參心大地坐標(biāo)系和參心空間直角坐標(biāo)系兩種。參心大地坐標(biāo)系的應(yīng)用十分廣泛，它是經(jīng)典大地測(cè)量的一種通用坐標(biāo)系。根據(jù)地圖投影理論，參心大地坐標(biāo)系可以通過(guò)高斯投影計(jì)算轉(zhuǎn)化為平面直角坐標(biāo)系，為地形測(cè)量和工程測(cè)量提供控制基礎(chǔ)。由于不同時(shí)期采用的地球橢球不同或其定位與定向不同，我國(guó)歷史上出現(xiàn)的參心大地坐標(biāo)系，主要有BJZ54（原）、GDZ80和BJZ54等三種。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系一、概述

參心空間大地直角坐標(biāo)系是用三維坐標(biāo)x、y、z表示點(diǎn)位的，它可按一定的數(shù)學(xué)公式與參心大地坐標(biāo)系相互換算。通常在由GPS定位結(jié)果（地心空間大地直角坐標(biāo)系）計(jì)算參心大地坐標(biāo)系時(shí)，作為一種過(guò)渡換算的坐標(biāo)系。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系一、概述建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系，必須解決以下問(wèn)題：（1）確定橢球的形狀和大??；（2）確定橢球中心的位置，簡(jiǎn)稱定位；（3）確定橢球中心為原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向，簡(jiǎn)稱定向；（4）確定大地原點(diǎn)。解決這些問(wèn)題的過(guò)程，也就是建立參心大地坐標(biāo)系的過(guò)程。二、1954年北京坐標(biāo)系（BJZ54（原））

解放初期，我國(guó)大地坐標(biāo)系是采用河北石家莊市的柳新莊一等天文點(diǎn)作為原點(diǎn)的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，采用該點(diǎn)的天文坐標(biāo)作為其大地坐標(biāo)，以海福特橢球進(jìn)行定位。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系二、1954年北京坐標(biāo)系（BJZ54（原））隨著我國(guó)大地網(wǎng)的擴(kuò)展，采用海福特橢球元素誤差太大，且沒(méi)有顧及垂線偏差的影響。為此，1954年總參謀部測(cè)繪局在有關(guān)方面的建議與支持下，采取先將我國(guó)一等鎖與原蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相連接，然后以連接呼瑪、吉拉林、東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端點(diǎn)的原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國(guó)東北及東部地區(qū)一等鎖。這樣傳算過(guò)來(lái)的坐標(biāo)，定名為1954年北京坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系是以原蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)采用的1942年普爾科沃坐標(biāo)系為基礎(chǔ)建立起來(lái)的，所不同的是1954年北京坐標(biāo)系的高程異常是以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面差距重新平差結(jié)果為起算值，且以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)面，按我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算出來(lái)的。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系二、1954年北京坐標(biāo)系（BJZ54（原））幾十年來(lái)，我國(guó)在該坐標(biāo)系上完成了大量的測(cè)繪工作，實(shí)施了天文大地網(wǎng)局部平差，通過(guò)高斯－克呂格投影，得到點(diǎn)的平面坐標(biāo)。測(cè)制了各種比例尺地形圖。但是隨著測(cè)繪新理論、新技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)該坐標(biāo)系存在如下缺點(diǎn)：（1）因1954年原北京坐標(biāo)系采用了克拉索夫斯基橢球，與現(xiàn)在的精確橢球參數(shù)相比，長(zhǎng)半軸約長(zhǎng)109m。（2）參考橢球面與我國(guó)所在地區(qū)的大地水準(zhǔn)面不能達(dá)到最佳擬合，在我國(guó)東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距自西向東增加最大達(dá)＋68m。（3）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。我國(guó)在處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特1900～1909年正常重力公式，與公式相適應(yīng)的赫爾默特扁球和克拉索夫斯基橢球不一致。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系三、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（GDZ80）

為了進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差，采用新的橢球參數(shù)和進(jìn)行新的定位與定向，來(lái)彌補(bǔ)因1954年北京坐標(biāo)系存在的橢球參數(shù)不夠精確、參考橢球與我國(guó)大地水準(zhǔn)面擬合不好等缺點(diǎn)，所以建立我國(guó)新的大地坐標(biāo)系是必要的、適時(shí)的。1.橢球的參數(shù)在幾何大地測(cè)量學(xué)中，通常用橢球長(zhǎng)半徑a和扁率f兩個(gè)參數(shù)表示橢球的形狀和大小，但是從幾何和物理兩個(gè)方面來(lái)研究地球，僅有兩個(gè)參數(shù)是不夠的。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系2.極移和地極原點(diǎn)

在1979年4月前的國(guó)際時(shí)間局（BIH）數(shù)據(jù)均相對(duì)于1968年BIH系統(tǒng)。此后，因加入了美國(guó)國(guó)防部測(cè)繪局（DMA）的多譜勒極移成果而改用1979年BIH系統(tǒng)。隨著觀測(cè)技術(shù)和手段的發(fā)展，以及觀測(cè)臺(tái)站和數(shù)據(jù)的增加，國(guó)際極移服務(wù)機(jī)構(gòu)（IPMS）所定期公布的瞬時(shí)地極坐標(biāo)，嚴(yán)格地說(shuō)，已不在是以原來(lái)所定義的CIO為極移原點(diǎn)。國(guó)際時(shí)間局所建立的1979BIH系統(tǒng)作為協(xié)議地面參照系以及所發(fā)布的瞬時(shí)地極坐標(biāo)已加入了衛(wèi)星多譜勒及激光測(cè)月技術(shù)來(lái)求定極移，其地極原點(diǎn)與原有的CIO自然也不一致，1988年后完全摒棄了天文光學(xué)觀測(cè)成果，國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)（CIO）作為歷史上曾沿用過(guò)的名詞已失去原來(lái)的意義，目前我們可以這樣認(rèn)為，由國(guó)際時(shí)間局所公布的瞬時(shí)地極坐標(biāo)所相應(yīng)的坐標(biāo)原點(diǎn)即為BIH系統(tǒng)中的協(xié)議地極原點(diǎn)。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系2.極移和地極原點(diǎn)在1967年國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)和國(guó)際大地測(cè)量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)合會(huì)共同召開(kāi)的32次討論會(huì)上，建議平極的位置用國(guó)際緯度服務(wù)站五個(gè)臺(tái)站的“1900～1905年新系統(tǒng)”的平均緯度來(lái)確定。平極的這個(gè)位置相對(duì)于1900～1905年平均歷元（1903.0），叫做國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)，簡(jiǎn)稱CIO。

1977年我國(guó)極移協(xié)作小組利用1949～1977年期間的國(guó)內(nèi)外36個(gè)臺(tái)站的光學(xué)儀器的測(cè)緯資料，分別就地極的長(zhǎng)期與周期分量進(jìn)行分析研究后，確定了我國(guó)的地極原點(diǎn)，記作JYD1968.0（歷元平極）。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系2.極移和地極原點(diǎn)地球自轉(zhuǎn)軸與地球表面的交點(diǎn)叫地球極點(diǎn)。由于地球內(nèi)部和外部的動(dòng)力學(xué)因素、地球極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，這種現(xiàn)象叫做極移。隨時(shí)間而變化的極點(diǎn)叫瞬時(shí)極，某一時(shí)期瞬時(shí)極的平均位置，叫做平地極，簡(jiǎn)稱平極。極移運(yùn)動(dòng)是比較復(fù)雜的，其中主要由張德勒運(yùn)動(dòng)和受迫季節(jié)性運(yùn)動(dòng)兩項(xiàng)周期性運(yùn)動(dòng)所合成，包括有1.2年、1.0年和0.5年三種周期，另外還有一些不規(guī)則的變化。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系3.起始天文子午線1884年國(guó)際經(jīng)度會(huì)議決定，以通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)艾黎儀器中心的子午線作為全世界計(jì)算天文經(jīng)度的起始天文子午線。起始天文子午線與赤道的交點(diǎn)E，就是天文經(jīng)度零點(diǎn)。但是，地極位置的變化，勢(shì)必引起起始子午線的變化。加之格林尼治天文臺(tái)已于1959年搬遷至75km以外的赫斯特莫尼尤克斯，新的格林尼治天文臺(tái)已經(jīng)失去了它的特殊意義?？紤]到極移的影響和格林尼治天文臺(tái)遷址，為使沿用成習(xí)的經(jīng)度計(jì)算盡量不變，1968年國(guó)際時(shí)間局（BIH）決定，采用通過(guò)國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)（CIO）和原格林尼治天文臺(tái)的經(jīng)線為起始子午線。起始子午線與相應(yīng)于CIO的赤道的交點(diǎn)E為經(jīng)度零點(diǎn)。這個(gè)系統(tǒng)稱為“1968BIH”系統(tǒng)。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.1參心坐標(biāo)系3.起始天文子午線

顯然，起始子午線或經(jīng)度零點(diǎn)，只靠一個(gè)天文臺(tái)是難以保持的。所以國(guó)際時(shí)間局的1968BIH系統(tǒng)是由分布在世界各地的許多天文臺(tái)所觀測(cè)的經(jīng)度，反求出各自的經(jīng)度原點(diǎn)，取它們的權(quán)中數(shù)，作為平均天文臺(tái)所定義的經(jīng)度原點(diǎn)。國(guó)際時(shí)間局再根據(jù)1954～1956年的觀測(cè)資料求出格林尼治天文臺(tái)所定義的經(jīng)度零點(diǎn)E與平均天文臺(tái)所定義的經(jīng)度原點(diǎn)的經(jīng)度差值，來(lái)修定各天文臺(tái)的經(jīng)度值，從而保持了用E點(diǎn)作為經(jīng)度零點(diǎn)。由于上述原因，國(guó)際時(shí)間局的1968BIH系統(tǒng)改為以平均天文臺(tái)為準(zhǔn)，習(xí)慣上仍稱以“格林尼治平均天文臺(tái)”為準(zhǔn)。自然，這種稱呼事實(shí)上已經(jīng)和格林尼治沒(méi)有直接的關(guān)系。起始天文子午線和起始大地子午線緊密相關(guān)，后者直接關(guān)系到大地坐標(biāo)系的定義和不同系統(tǒng)的大地坐標(biāo)換算。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)1980西安大地坐標(biāo)系1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（要點(diǎn)）針對(duì)1954年北京坐標(biāo)系，在技術(shù)上存在橢球參數(shù)不夠精確（與現(xiàn)代精確橢球參數(shù)相比，長(zhǎng)半軸約大109m）、參考橢球與我國(guó)大地水準(zhǔn)面擬合不好（存在自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)高程異常最大達(dá)＋65m，全國(guó)范圍平均為29m）等缺點(diǎn)而建立的。屬參心大地坐標(biāo)系。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)1980西安大地坐標(biāo)系1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（要點(diǎn)）4個(gè)橢球基本參數(shù)，數(shù)值采用1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16屆大會(huì)的推薦值：①橢球長(zhǎng)半軸a＝6378140m；②地球引力常數(shù)（與地球質(zhì)量的乘積）

GM＝3.986005×1014m3/s2；

③地球重力場(chǎng)二階帶諧系數(shù)J2＝1.08263×10－3；④地球自轉(zhuǎn)角速度ω＝7.292115×10－5

rad/s。根據(jù)以上4個(gè)地球橢球的基本參數(shù)可進(jìn)一步求出：地球橢球扁率f＝1：298.257坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系一、建立地心坐標(biāo)系的意義和方法

地心坐標(biāo)系中的“地心”二字意指地球的質(zhì)心。在地心空間大地平直角坐標(biāo)系中用XD、YD、ZD表示點(diǎn)的位置，地心大地坐標(biāo)系中用LD、BD、HD表示點(diǎn)的位置。由于前者可以通過(guò)衛(wèi)星大地測(cè)量獲得點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)，并不涉及橢球及其定位。但地心大地坐標(biāo)系則要涉及橢球的大小和定位。所以地心直角坐標(biāo)系是GPS定位中采用的基本坐標(biāo)系。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系一、建立地心坐標(biāo)系的意義和方法

僅就從地形圖測(cè)繪來(lái)說(shuō)，地心直角坐標(biāo)系并不十分需要，因?yàn)閰⒖紮E球面已經(jīng)和測(cè)區(qū)范圍的大地水準(zhǔn)面達(dá)到最佳密合，按參心坐標(biāo)系測(cè)繪地形圖還是方便的。但是，就整個(gè)地球空間而言，參心坐標(biāo)系就表現(xiàn)出不足，主要是以下3點(diǎn)：（1）不適合建立全球統(tǒng)一坐標(biāo)系的要求；（2）不便于研究全球重力場(chǎng)；（3）水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)分離，破壞了空間點(diǎn)三維坐標(biāo)的完整性。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系

一、建立地心坐標(biāo)系的意義和方法

在上述這3方面，地心坐標(biāo)系就表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。因人造地球衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，其軌道平面隨時(shí)通過(guò)地球質(zhì)心，所以通過(guò)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤觀測(cè)來(lái)處理與觀察站位置有關(guān)的問(wèn)題時(shí)，就需要建立以地心為坐標(biāo)原點(diǎn)、與地球體相固連的三維空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)。因此，建立并不斷精化地心直角坐標(biāo)系統(tǒng)，對(duì)于發(fā)展空間技術(shù)和解決衛(wèi)星大地測(cè)量等問(wèn)題具有特殊意義。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系

一、建立地心坐標(biāo)系的意義和方法

從理論上講，建立地心直角坐標(biāo)系的方法很多，例如可以按重力方法建立，還可以按天文大地測(cè)量方法建立，但實(shí)際上又各有困難，難以完成。更嚴(yán)重的是橢球中心很難做到和地球質(zhì)心重合。建立地心坐標(biāo)系的最理想方法是采用空間大地測(cè)量的方法。60年代以來(lái)，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，美、蘇等國(guó)利用衛(wèi)星進(jìn)行洲際聯(lián)測(cè)，并綜合天文、大地、重力測(cè)量等資料，開(kāi)展了建立地心坐標(biāo)系的工作。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系二、地心坐標(biāo)系的表述形式

地心直角坐標(biāo)系如圖2-2所示，它的定義是：原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合；Z軸指向國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO，X軸指向1968BIH定義的格林尼治平均天文臺(tái)的起始子午線與CIO的赤道焦點(diǎn)E，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地面點(diǎn)D的位置XD、YD、ZD三個(gè)坐標(biāo)量來(lái)表示（圖2-2）圖2-2地心直角坐標(biāo)系

圖2-3地心大地坐標(biāo)系

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.1.2地心坐標(biāo)系二、地心坐標(biāo)系的表述形式

地心大地坐標(biāo)系如圖2-3所示，它的定義是：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度B為過(guò)地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度L為過(guò)地面點(diǎn)的橢球子午面與BIH定義的起始大地子午面之間的夾角，大地高H為地面點(diǎn)沿橢球面法線至橢球面的距離。地面點(diǎn)D的位置用LD、BD、HD三個(gè)量來(lái)表示。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)

自60年代以來(lái)，美國(guó)國(guó)防部制圖局（DMA）為建立全球統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，利用了大量的衛(wèi)星觀測(cè)資料以及全球地面天文、大地和重力測(cè)量資料，先后建成了WGS-60、WGS-66和WGS-72全球坐標(biāo)系統(tǒng)。于1984年，經(jīng)過(guò)多年修正和完善，發(fā)展了一種新的更為精確的世界大地坐標(biāo)系，稱之為美國(guó)國(guó)防部1984年世界大地坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱WGS-84。WGS-84于1985年開(kāi)始使用，1986年生產(chǎn)出第一批相對(duì)于地心坐標(biāo)系的地圖、航測(cè)圖和大地成果。由于GPS導(dǎo)航定位全面采用了WGS-84，用戶可以獲得更高精度的地心坐標(biāo)，也可以通過(guò)轉(zhuǎn)換，獲得較高精度的參心大地坐標(biāo)系坐標(biāo)。WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)

WGS-84坐標(biāo)系的幾何定義是：坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。如右圖所示。圖2-4WGS-84世界大地坐標(biāo)系

WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系橢球基本參數(shù)①橢球長(zhǎng)半軸a＝（6378137±2）（m）②地球引力常數(shù)（含大氣層）

GM＝（3986005×108±0.6×108）m3/s2；③正常二階帶諧系數(shù)＝－484.16685×10－6±0.6×10－6④地球自轉(zhuǎn)角速度ω＝（7292115×10－11±0.1500×10－11）rad/s。根據(jù)以上4個(gè)地球橢球的基本參數(shù)可進(jìn)一步求出：扁率的倒數(shù)f－1＝298.257223563坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)橢球幾何常數(shù)匯總表坐標(biāo)系名稱對(duì)應(yīng)橢球橢球幾何常數(shù)備注a（m）1954年北京坐標(biāo)系（參心）克拉索夫斯基橢球6378245298.3大地原點(diǎn)在前蘇聯(lián)的普爾科沃1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（參心）80橢球6378140298.257參數(shù)為1975年IUGG16推薦值WGS-84坐標(biāo)系（地心）WGS-84橢球6378137298.257223563參數(shù)為1980年IUGG17推薦值橢球幾何常數(shù)匯總表坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.2獨(dú)立坐標(biāo)系獨(dú)立坐標(biāo)系

1）由來(lái)：因遠(yuǎn)離中央子午線或測(cè)區(qū)平均高程較大，而導(dǎo)致長(zhǎng)度投影變形較大，難以滿足工程上的精度要求；對(duì)于一些特殊的測(cè)量，如大橋施工測(cè)量、水利水壩測(cè)量、滑坡變形監(jiān)測(cè)等，采用國(guó)家坐標(biāo)系在實(shí)用中很不方便。

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.2獨(dú)立坐標(biāo)系獨(dú)立坐標(biāo)系2）建立：

地方參考橢球一般選擇與當(dāng)?shù)仄骄叱滔鄬?duì)應(yīng)的參考橢球，該橢球的中心、軸向和扁率與國(guó)家參考橢球相同，其橢球半徑a增大為

式中為當(dāng)?shù)仄骄叱?；為該地區(qū)平均高程異常。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.2獨(dú)立坐標(biāo)系獨(dú)立坐標(biāo)系2）建立：

在地方投影面的確定過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)選取過(guò)測(cè)區(qū)中心的經(jīng)線或某個(gè)起算點(diǎn)的經(jīng)線作為獨(dú)立中央子午線；以某個(gè)特定使用的點(diǎn)和方位為地方獨(dú)立坐標(biāo)系的起算原點(diǎn)和方位，并選取當(dāng)?shù)仄骄叱堂鏋橥队懊?。坐?biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.2獨(dú)立坐標(biāo)系實(shí)例：阜新市80地方坐標(biāo)系高斯投影分帶圖坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.2獨(dú)立坐標(biāo)系實(shí)例：阜新市80地方坐標(biāo)系建立120o4140121o30′阜新123o市區(qū)位于東經(jīng)121o33’～121o52’，北緯41o58′～41o10′之間，距標(biāo)準(zhǔn)分帶的123o帶100多公里。通過(guò)計(jì)算論證，確定改造后的中央子午線為121o30′，這樣經(jīng)高斯投影后計(jì)算的變形值很小。為減小地區(qū)的投影變形，選擇了測(cè)區(qū)附近的子午線為中央子午線（非標(biāo)準(zhǔn)中央子午線）；而投影面仍采用80橢球面——這樣建立起來(lái)的坐標(biāo)系稱為“阜新地方80坐標(biāo)系”。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.3天球坐標(biāo)系統(tǒng)天球坐標(biāo)系統(tǒng)定義：所謂天球，是指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想的球體。好似晴朗的夜晚仰望天空，滿天的星斗就分布在這個(gè)半圓球面上。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.3天球坐標(biāo)系統(tǒng)天球的基本概念天軸與天極天球赤道面與天球赤道天球子午面與子午圈時(shí)圈黃道黃極春分點(diǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.3天球坐標(biāo)系統(tǒng)歲差：在日月引力和其它天體引力對(duì)地球隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變，從而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移，這種現(xiàn)象在天文學(xué)中稱為歲差。章動(dòng)：在日月引力等因素的影響下，瞬時(shí)北天極將繞瞬時(shí)平北天極產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，大致成橢圓形軌跡，這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。歲差和章動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.3天球坐標(biāo)系統(tǒng)地面點(diǎn)的位置是在地球坐標(biāo)系內(nèi)表示，而GPS衛(wèi)星的位置則在天球坐標(biāo)系內(nèi)表示更為方便。因?yàn)镚PS定位需要把衛(wèi)星與地面點(diǎn)的幾何位置統(tǒng)一在一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)，所以天球坐標(biāo)系的選擇應(yīng)該盡量便于兩種坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換。如果兩個(gè)坐標(biāo)系的原點(diǎn)均取地球質(zhì)心，且使兩個(gè)坐標(biāo)系的Z軸重合，取為瞬時(shí)地球自轉(zhuǎn)軸，此時(shí)所定義的天球坐標(biāo)系與地心直角坐標(biāo)系具有最簡(jiǎn)便的變換關(guān)系。天球坐標(biāo)系建立的原則坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>坐標(biāo)系統(tǒng)§2.3天球坐標(biāo)系統(tǒng)天球空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心M，Z軸指向天球北極P，X軸指向春分點(diǎn)，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。天球球面坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心M，赤經(jīng)為過(guò)春分點(diǎn)的天球子午面與過(guò)天體的天球子午面之間的夾角，赤緯為原點(diǎn)M和天體的連線與天球赤道面之間的夾角，向徑長(zhǎng)度為原點(diǎn)M至天體之間的距離。天球坐標(biāo)系的兩種形式坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)在現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)中，為了研究諸如地殼升降和板塊運(yùn)動(dòng)等地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，時(shí)間也和描述觀測(cè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)一樣，成為研究點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)過(guò)程和規(guī)律的一個(gè)重要分量，從而形成空間與時(shí)間參考系中的四維大地測(cè)量學(xué)。在天文學(xué)和空間科學(xué)技術(shù)中，時(shí)間系統(tǒng)是精確描述天體和衛(wèi)星運(yùn)行位置及其相互關(guān)系的重要基準(zhǔn)，也是利用衛(wèi)星進(jìn)行定位的重要基準(zhǔn)。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)

GPS衛(wèi)星作為高空觀測(cè)目標(biāo)，位置不斷變化，在給出衛(wèi)星運(yùn)行位置同時(shí)，必須給出相應(yīng)的瞬間時(shí)刻。例如當(dāng)要求GPS衛(wèi)星的位置誤差小于1cm，則相應(yīng)的時(shí)刻誤差應(yīng)小于2.610-6s。

準(zhǔn)確地測(cè)定觀測(cè)站至衛(wèi)星的距離，必須精密地測(cè)定信號(hào)的傳播時(shí)間。若要距離誤差小于1cm，則信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)定誤差應(yīng)小于310-11sGPS時(shí)間系統(tǒng)的重要意義坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)由于地球的自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在天球坐標(biāo)系統(tǒng)中，地球上點(diǎn)的位置是不斷變化的。若要求赤道上一點(diǎn)的位置誤差不超過(guò)1cm，則時(shí)間的測(cè)定誤差得小于210-5s。GPS時(shí)間系統(tǒng)的重要意義時(shí)刻和時(shí)間間隔時(shí)刻：發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間，也稱為歷元；時(shí)間間隔：是發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的始末時(shí)刻之差。坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.4時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)世界時(shí)原子時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)力學(xué)時(shí)GPS時(shí)計(jì)時(shí)系統(tǒng)分類坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.2時(shí)間系統(tǒng)定義：以經(jīng)度為零度的格林尼治子午圈起算的一種地方時(shí)。各國(guó)的地方時(shí)＝世界時(shí)＋時(shí)區(qū)號(hào)。特點(diǎn)：以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)（與日出而作，日末而息的習(xí)慣相適應(yīng)）；不均勻性；精度低。影響地球自轉(zhuǎn)變化的因素：長(zhǎng)期變化；季節(jié)性變化；不規(guī)則變化。世界時(shí)系統(tǒng)（UniversalTime－UT）坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)>時(shí)間系統(tǒng)§2.2時(shí)間系統(tǒng)定義：以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)