1、第一章 大地坐标第一节 大地坐标系统科技名词定义中文名称：大地坐标系 英文名称：geodetic coordinate system 定 义：以参考椭球中心为原点、起始子午面和赤道面为基准面的地球坐标系。 应用学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科） 大 地 坐 标 系 （ geodetic coordinate system） 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
2、 椭 球 进 行 定 位 和 确 定 大 地 起 算 数 据 。 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 。 大 地 坐 标 系 亦 称 为 地 理 坐 标系 。 大 地 坐 标 系 是 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 。 一
3、个 大 地 坐 标 系 统 必 须 明确 定 义 其 三 个 坐 标 轴 的 方 向 和 其 中 心 的 位 置 。 通 常 人 们 用 旋 转 椭球 的 短 轴 与 某 一 规 定 的 起 始 子 午 面 分 别 平 行 干 地 球 某 时 刻 的 平 均自 转 轴 和 相 应 的 真 起 始 子 午 面 来 确 定 坐 标 轴 的 方 向 。 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
4、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 。 大 地 坐 标 系 中 点 的 位 置 是以 其 大 地 坐 标 表 示 的 ， 大 地 坐 标 均 以 椭 球 面 的 法 线 来 定 义 。 其 中 ，过 某 点 的 椭 球 面 法 线 与 椭 球 赤 道 面 的 交 角 为 大 地 纬 度 ； 包 含 该 法线 和 大 地 子 午 面 与 起 始 大 地 子 午 面 的 二 面 角 为 该 点 的 大 地 经 度 ；沿 法 线 至 椭 球 面 的 距 离 为 该 点 的 大
5、 地 高 。 大 地 纬 度 、 大 地 经 度 和大 地 高 分 别 用 大 写 英 文 字 母 B、 L、 H 表 示 。大 地 坐 标 系 是 以 地 球 椭 球 赤 道 面 和 大 地 起 始 子 午 面 为 起 算 面并 依 地 球 椭 球 面 为 参 考 面 而 建 立 的 地 球 椭 球 面 坐 标 系 。 它 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
6、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 （ 0180） ， 向 西 为 负 ， 称 为 西经 （ 0180） ； 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 （ 090） ， 向 南 为 负 ，称 为 南 纬 （ 090） ； 大 地 高 H 是 地 面 点 沿 椭 球 的 法 线 到 椭
7、 球 面 的距 离 。 第 二 节 大 地 坐 标科技名词定义中文名称：大地坐标 英文名称：geodetic coordinate 定义：大地坐标系中的坐标分量，即大地经度、大地纬度、大地高。 应用学科：测绘学（一级学科）；大地测量学（二级学科） 大 地 坐 标 是 大 地 测 量 中 以 参 考 椭 球 面 为 基 准 面 的 坐 标 。 地 面点 P 的 位 置 用 大 地 经 度 L、 大 地 纬 度 B 和 大 地 高 H 表 示 。 当 点 在参 考 椭 球 面 上 时 ， 仅 用 大 地 经 度 和 大 地 纬 度 表 示 。 大 地 经 度 是 通过 该 点 的 大 地 子 午
8、面 与 起 始 大 地 子 午 面 之 间 的 夹 角 ， 大 地 纬 度 是通 过 该 点 的 法 线 与 赤 道 面 的 夹 角 ， 大 地 高 是 地 面 点 沿 法 线 到 参 考椭 球 面 的 距 离 。第 二 章 地 心 空 间 直 角 坐 标第 一 节 地 心 坐 标 系 统科技名词定义中文名称：地心坐标系 英文名称：geocentric coordinate system 定 义 1：以地球质心或几何中心为原点的坐标系。 应用学科：测绘学（一级学科） ；测绘学总类（二级学科） 定 义 2：原点位于地心，其中一轴与地心垂线重合的右手直角坐标系。 应用学科：船舶工程（一级学科） ；
9、船舶通信导航（二级学科） 定 义 3：将地球视作圆球，地心为原点，赤道平面为基本面，一条轴垂直此基本面，基本面内地心与格林尼治天文台所在点连线为另一条轴，按右手定则形成第三条轴的坐标系。 应用学科：航空科技（一级学科） ；航空电子与机载计算机系统（二级学科） 1、 简介地心坐标系（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 空 间 直 角 坐 标 系 (以 x，
10、y， z 为 其 坐 标 元 素 )和 地 心 大 地坐 标 系 (以 B， L， H 为 其 坐 标 元 素 )。 地 心 坐 标 系 是 在 大 地 体 内 建 立 的 O-XYZ 坐 标 系 。 原 点 O设 在 大 地 体 的 质 量 中 心 ， 用 相 互 垂 直 的 X， Y， Z 三 个 轴 来 表示 ， X 轴 与 首 子 午 面 与 赤 道 面 的 交 线 重 合 ， 向 东 为 正 。 Z 轴 与地 球 旋 转 轴 重 合 ， 向 北 为 正 。 Y 轴 与 XZ 平 面 垂 直 构 成 右 手 系 。2、 产 生 原 因20 世 纪 50 年 代 之 前 ， 一 个 国
11、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
12、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 。3、 建 立 方 法第 一 类 是
13、 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
14、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-10 至 GEM-10C等 ,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
15、 站 的 地 心 大 地坐 标 。 这 两 种 模 型 地 心 坐 标 的 精 度 约 为 1 5 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 。 第 三 类 方 法 是 综 合 利 用 全 球 地 面 大 地 测 量 资 料 和 人 造 卫 星 观测 资 料 组 成 新 型 弧 度 测 量 方 程 ， 推 求 局 部 坐 标 系 对 地
16、 心 坐 标 系 的转 换 参 数 。 根 据 转 换 参 数 就 可 把 局 部 坐 标 系 换 算 为 地 心 坐 标 系 。换 算 公 式 是 ： r =r0+(1+m)Rr , 式 中 r 是 测 点 的 地 心 坐 标 矢 量 ;r0 是 局 部 坐 标 系 原 点 的 地 心坐 标 矢 量 ； r 是 测 点 在 局 部 坐 标 系 中 的 位 置 矢 量 ； m 是 尺 度 改正 数 ； R 是 一 个 旋 转 矩 阵 ,它 的 元 素 是 独 立 的 欧 拉 角 x、 y、 z,表 示 围 绕 局 部 坐 标 系 x、 y、 z 轴 的 旋 转 。 计 算 这些 转 换 参 数
17、 至 少 要 有 3 个 公 共 点 ,它 们 在 两 种 坐 标 系 中 的 位 置 都是 已 知 的 。 目 前 由 此 法 所 得 地 心 坐 标 转 换 参 数 的 精 度 可 达 1 3 米 。 建 立 地 心 坐 标 系 的 第 一 类 经 典 重 力 测 量 方 法 ， 由 于 目 前 全 球重 力 资 料 还 不 足 ， 故 所 得 坐 标 精 度 还 较 低 ， 但 随 着 全 球 重 力 资 料的 增 加 ， 其 精 度 还 会 提 高 。 第 二 类 方 法 可 以 直 接 得 出 跟 踪 站 或 接收 站 的 地 心 坐 标 。 第 三 类 则 可 利 用 转 换 参
18、数 将 局 部 大 地 坐 标 系 中任 一 大 地 点 的 坐 标 换 算 为 地 心 坐 标 系 中 的 相 应 数 值 。第 二 节 地 心 空 间 直 角 坐 标 系地 心 空 间 直 角 坐 标 系 定 义 为 原 点 O 与 地 球 质 心 重 合 ， Z轴 指 向 地 球 北 极 ， X 轴 指 向 格 林 尼 治 子 午 面 与 地 球 赤 道 的 交 点 ，Y 轴 垂 直 于 XOZ 平 面 构 成 右 手 坐 标 系 。 地 心 空 间 直 角 坐 标 系 是 坐 标 系 的 一 种 ， 测 量 学 上 用 于 描 述 任一 点 的 位 置 。 第 三 节 地 心 大 地
19、坐 标 系地 心 大 地 坐 标 系 定 义 为 地 球 椭 球 的 中 心 与 地 球 质 心 （ 质量 中 心 ） 重 合 ， 椭 球 的 短 轴 与 地 球 自 转 轴 重 合 。 地 心 大 地 经 度L， 是 过 地 面 点 的 椭 球 子 午 面 与 格 林 尼 治 天 文 台 子 午 面 的 夹 角 ；地 心 大 地 纬 度 B， 是 过 点 的 椭 球 法 线 （ 与 参 考 椭 球 面 正 交 的 直 线 ）和 椭 球 赤 道 面 的 夹 角 ； 大 地 高 H， 是 地 面 点 沿 椭 球 法 线 到 地 球 椭球 面 的 距 离 。第 三 章 球 面 坐 标坐标系原点与直
20、角坐标系重合，以原点 O 到所讨论空间点 P 的距离作为第一参数，第二参数为 OP 与 OZ 的夹角，第三参数为 ZOX平面与 ZOP 平面的夹角，自 ZOX 平面起算。坐标表示方式：(r, , )第四章 坐标转换第一节地心直角坐标和地心球坐标的转换X YZMP(X,YZ)rX YZMP(X,YZ)r1、球坐标到地心直角坐标2、 地 心 直 角 坐 标 到 地 心 球 坐 标由上式得：第二节 地心直角坐标和大地坐标的转换sinicossrzyx )arctn()rt(22222yxzyzx1、大地坐标到地心直角坐标2、地心直角坐标到大地坐标由上式得：式中 N=a/ 卯酉圈曲率半径：21sineB22()/eab第三节 大地坐标到球坐标的转换（一）点在椭球面外1、大地坐标到地心球坐标BHeNZLYXsin)1(co2)1(iarctn)()(rt2221eNZHXYLHeNZB2()cos(1)arctntan)NHBLeHB2、地心球坐标到大地坐标 22sinarctn()cosi(1)nNeBLHeB利 用 迭 代 方 法 求 出 B， 即 可 。（二）点在椭球面上1、大地坐标到地心球坐标 2cos(1)arctntan)NBLeB2、地心球坐标到大地坐标 2sinarctn()co0NeBBLH利用迭代方法求出 B，即可。
