大地坐标系

大地测量的基本坐标系

大地坐标系是大地测量中以参考椭球面为基准面建立起来的坐标系。地面点的位置用大地经度、大地纬度和大地高度表示。大地坐标系的确立包括选择一个椭球、对椭球进行定位和确定大地起算数据。

历史进程

半个多世纪以来，随着我国经济社会的发展与大地测量技术的进步，我国大地坐标系经历了几次重要变化。建国初期，为满足国家经济建设和国防建设的急需，在天文大地网边布设边平差的基础上建立了1954北京坐标系。20世纪80年代，在全国天文大地网整体平差的基础上建成了1980西安坐标系。20世纪末至21世纪初，在中国地壳运动观测网络、全国UPS一/二级网和全国UPS A/B级网等整体平差的基础上又建成了新一代国家大地坐标系—2000中国大地坐标系。新一代大地坐标系的建成标志着我国大地坐标系向现代化目标迈进了重要一步。

国家大地坐标系的更新换代涉及到测绘标准、地理信息生产以及到现有测绘产品的改化等。启用新一代国家大地坐标系涉及到测绘行业的方方面面，还涉及到社会公众对新坐标系的认知与使用等。大地坐标系的维持是一项长期的任务。关于这方面，有不少问题需要研究、需要解决。

大地坐标系分类

国内测绘工作主要涉及三类常用的大地坐标系统，即参心坐标系统、地心坐标系统和地方独立坐标系统。参心坐标系是我国基本测图和常规大地测量的基础。天文大地网整体平差后，我国形成了三种参心坐标系统，即：1954北京坐标系局部平差结果天1980西安坐标系和新1954北京坐标系整体平差换算值)。这三种参心坐标系都在应用，预计今后还将并存一段时间。

地心坐标系是为满足远程武器和航空航天技术发展需要而建立的一种大地坐标系统。从20世纪70年代起，我国先后建立和引进了四种地心坐标系统，分别是：1978地心坐标系(DX-1）， 1988地心坐标系(DX-2），1984世界大地坐标系(WGS 84）和国际地球参考系（IIRS）。前两种地心坐标系只在少数部门使用，后两种地心坐标系已广泛用于GPS测量。

表示方法

大地坐标系是大地测量的基本坐标系，其大地经度L、大地纬度B和大地高H为此坐标系的3个坐标分量。它包括地心大地坐标系和参心大地坐标系。

其中，对于地心大地坐标系，其地面上一点的大地经度L为大地起始子午面与该点所在的子午面所构成的二面角，由起始子午面起算，向东为正，称为东经（0~180），向西为负，称为西经（0~180）；大地纬度B是经过该点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为正，称为北纬（0~90），向南为负，称为南纬（0~90）；大地高H是地面点沿椭球的法线到椭球面的距离。大地坐标系和子午面直角坐标系的关系式中，a为地球椭球的长半轴，e为地球椭球的第一偏心率，B为大地纬度。大地坐标系和空间直角坐标系的关系 e'为椭圆的第二偏心率，B为大地纬度，L为大地经度，a、b为地球椭球的长、短半轴。

实际应用

我国采用1975年在法国召开的国际大地测量与地球物理联合会会议推荐的地球椭球体。

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1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。垂直于旋转轴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。

在大地坐标系中，两点间的方位是用大地方位角来表示。例如P点至R点的大地方位角A，就是P点的子午面与过P点法线及R点所作平面间的夹角，由子午面顺时针方向量起。

大地坐标是大地测量的基本坐标系，它是大地测量计算，地球形状大小研究和地图编制等的基础。

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