大地测量中常用的坐标系

a＝6378137米， α =1:298.257223563
新华网北京2001年２月２３日电（记者张继民）覆盖我国全部国土，其分 辨率东部为３０公里见方格网、西部为６０公里见方格网，精度为３０厘 米至６０厘米的２０００中国似大地水准面，近日通过国家验收。这表明， 新一代分米级精度大地水准面已在我国建立。 曾确定了被称为１９８０中国大地水准面。这一水准面的精度为±３ 米至±５米，分辨率为２２０公里见方网格。随着科学技术特别是卫星空 间技术的飞速发展，测绘生产技术发生了重大变革，１９８０中国大地水 准面已远远不能满足现代大地测量发展以及地学研究、国民经济建设的需 要。为此，国家测绘局在“九五”期间设立了重点科技攻关项目——建立 我国分米级精度大地水准面研究。 使用大量我国大陆及其周边海洋地区的重力、高精度ＧＰＳ水准、 多代卫星测高数据和数字高程模型及海深模型等国内外资料，并结合国情， 最终建立了我国新一代分米级精度大地水准面。通过用中国地壳运动观测 网络的７３个ＧＰＳ水准点进行独立检核，表明其精度在我国东部即东经 １０２度以东地区，优于０．３米。西部即东经１０２度以西、北纬３６ 度以北优于０．４米，东经１０２度以西、北纬３６度以南优于０．６米。 首次以整体分米级精度覆盖了我国全部国土。
WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS所发布的星历参数就 是基于此坐标系统的。 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标 系-84），它是一个地心地固坐标系统。 WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS 所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。 WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的 协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X 轴和Z轴构成右手系。 WGS-84系所采用椭球参数为：
三 大地水准面
X Y Z 2 2 1 2 a a b 参考椭球体扁率 a b ＝ a
2
2
2
a，b为参考椭球体的几何参数
1954年北京坐标系
1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测 量坐标系。该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔 科夫坐标系。 建国前，我国没有统一的大地坐标系统，建国初 期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况， 建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系采用 的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：
1 空间直角坐标系
空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心， Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道 的交点，Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90° 夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各 个坐标轴上的投影来表示。
2 空间大地坐标系
空间大地坐标系是采用大地经度（L）、纬度（B） 和大地高（H）来描述空间位置的。纬度是空间的点 与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间 中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的 起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的 法线方向到参考椭球面的距离。
a) 采用等角投影（又称正形投影）。在有限的范围内使地图 上图形同椭球上原形保持相似，免除了大量投影计算工作。
B) 在所采用的正形投影中，要求长度和面积变形不大。
C) 投影后应该保证具有一个单一起算点的统一的坐标系。
高斯平面直角坐标系
高斯投影 将一个横椭圆柱 套在地 球上。椭球体中心o在椭 圆柱中心轴上，椭球体 南北极与椭圆柱相切， 并使某一子午线与圆柱 相切。此子午线称为中 央子午线。然后将椭球 体面上的点，线按正形 投影条件投影投影到椭 圆柱上，再沿椭圆柱n， s点母线割开，并展成平 面，称为高斯投影平面。
高斯平面直角坐标系
L6 0
6°带投影是从英国格林威治子午线开始，自西向东，每 隔6°投影一次，编号1~60带（n）。各带中央子午线经度 6
L 6n 3
6 0
L0
高斯平面直角坐标系
L6 0
已知某点大地经度L，可按下式计算该点所属的带号： n＝L/6(的整数商）＋1(有余数时） 中国11个6°带，13~23带（中央子午线75 °~135 °) 北京位于6°带的第20带，中央子午线的经度117度。
3 平面直角坐标系
平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标 （空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数 学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变 换。投影变换的方法有很多，如UTM投影、 Lambuda投影等，在我国采用的是高斯-克吕格 投影，也称为高斯投影。
5 高斯平面直角坐标系
5.1 基本概念 地图数学投影：将椭球面上元素（包括坐标、方位和距离） 按一定的数学法则投影到平面上。 高斯投影对地图投影的要求：
三 大地水准面 二 大地测量学的基本概念
3.1 大地水准面的概念
大地测量学所研究的是在整体上非常接近于地球自 然表面的水准面。设想与平均海水面相重合，不受潮汐、 风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线 相垂直的水准面的连续封闭曲面。由它包围的形体称为大 地体。 3.2 似大地水准面 由于地球质量特别是外层质量分布的不君性，使得 大地水准面形状非常复杂。引入不需要任何关于地壳结构 方面的假设而确定的似大地水准面，它与大地水准面很接 近。
a) 几何大地测量学：基本任务是确定地球的形状和 大小及确定地面点的几何位置。 B) 物理大地测量学：基本任务是用物理方法（重力 测量）确定地球形状及其外部重力场。 C) 空间大地测量学：以人造地球卫星及格其他空间 探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。
二 大地测量的基本概念
2.3 大地测量学的基本体系
a＝6378140米， α =1:298.257
椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文 子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程 系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准
中华人民共和国大地原点 －中国的地理坐标 为了在国家领土上进行大地测量，必须采用一个参 考椭球体。其数学的参考椭球面必须与物理的大地水则是定位中的基准点，也是地理坐标－经 度、纬度的起算点。 中国的大地原点坐落在距西安市36千米的咸阳市泾 阳县境内。原点在地下室，标志用红色玛瑙石制成，直 径10厘米，中部突起的半球上，刻有精密十字。如果谁 有幸用手触摸那指甲盖大的十字，就等于按在中国大地 经纬坐标的起算点和基准点—中华大地的“原点”上。
高程系统
在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。 一、 大地高系统 大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大 地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的 距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号 Hr 表示。 大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基 准下，具有不同的大地高。 二、 正高系统 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高 是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高 用符号 表示。 三、 正常高 正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正 常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离 ，正常高用 表示。 四、 高程系统之间的转换关系
大地水准面
大地水准面是水准 面中的一个特殊水 准面。即在海洋中 与静止海水面重合， 最接近地球的真实 形态和大小。
大地水准面是不规则曲面，不便于进行测量数据处理
三
大地水准面
三
大地水准面
为便于准确计算测量 成果，用一个接近大 地体的旋转椭圆球体 作为地球的参考大小 和形状－－－－称为 参考椭球体，称其外 表为参考椭球面。
高斯平面直角坐标系的建立
Y（东）
根据高斯投影的特点，以赤 道和中央子午线的交点为坐 标原点o，中央子午线方向 为x轴，北方向为正。赤道 投影线为y轴，东方向为正。
高斯平面直角坐标系的建立
5.2 国家统一坐标 在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值（在赤道上）约 为330为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500,000m。 此外还应在坐标前面冠以带号。
大地测量中常用的坐标系
一 定向井工程中大地测量的应用
二
三 1 2 3
大地测量的基本概念
大地水准面 参考椭球面 空间直角坐标系 空间大地坐标系
5
6 7
高斯平面直角坐标系
高程系统 GPS全球定位系统
一 定向井工程中大地测量的应用
二 大地测量的基本概念
2.1 大地测量学的定义
主要任务是测量和描绘地球并监测其变化，为人类 活动提供关于地球的空间信息。是一门地球信息学科。是 一切测绘科学技术的基础。 2.2 大地测量学的基本分支
N为卯酉圈的半径；
a 为地球椭球 b 为地球椭球的短半轴。
2 空间直角坐标系向空间大地坐标系的转换方法为：
在采用上式进行转换时，需要采用迭代的方法， 先将B求出，最后在确定H。
3 空间坐标系与平面直角坐标系间的转换
空间坐标系与平面直角坐标系间的转 换采用的是投影变换的方法。在我国 一般采用的是高斯投影。
a＝6378245米， α =1:298.3
1980年西安大地坐标系
1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平 差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在新大地 坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980年西安大地坐标 系统。1980年西安大地坐标系统所采用的地球椭球参数的 四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推荐值，它们是：
例如，有一点Y=19 123456.789m，该点位在19带内，其相对于
中央子午线而言的横坐标是：首先去掉带号，再减去500000m， 最后得Y=-376543.211m。
高斯平面直角坐标系的建立
Y（东）