2000國家大地坐標(biāo)系與GRS80及WGS84的比較

1、152論文天地】1521522000國家大地坐標(biāo)系與GRS80及WGS84的比較徐登云'郁麗媳21.內(nèi)象古自治醫(yī)地質(zhì)測(cè)袋院 呼和皓特0100102.內(nèi)嚴(yán)古自治區(qū)炕空聲顯測(cè)第院呼和潔特010010摘要:本文介紹了 2000國家天地處標(biāo)系(CGCS2000)產(chǎn)生的背景,分析了采用2000國家大地坐標(biāo)系的重要慧 義井根據(jù)其定義給出CGCS2000橢球的主要兒何和物理參數(shù)，比較這些參數(shù)與GRS80.WGS84橢球相應(yīng)參數(shù)之 何的差異，給出CGCS2000梅球與GRS80及WGS84橢球定義的正常重刀值的差異，并分祈在CGCS2000和 GRS80及WGS84系下問一點(diǎn)經(jīng)緯度的差啟關(guān)鍵冃:200

2、0國家大地坐標(biāo)系GRS80 WGS84大鮭標(biāo)系 歲絲標(biāo)蓉152152圖21 CCCS2000定義的示意圖數(shù)值長半軸a/m6378137扁率/f】298257222101地心引力常數(shù)GM/(m忖)3.986004418 xlOH自轉(zhuǎn)角速度s/(red®7.292115x 10表21 CGCS2000楠球定義的基本參數(shù)1. II*我國于上世紀(jì)50年代和80年代分 別建立了 1954年北京坐標(biāo)系利1980西 安坐標(biāo)系。1954坐標(biāo)系釆用的是克拉索夫 斯壟橢球體。該楠球在汁算和定位的過程 中沒有采用中國的數(shù)據(jù),該系統(tǒng)在我國 范圍內(nèi)符合得不夠好，不能滿足離梢度定 位以及地球科學(xué)、空間科學(xué)和戰(zhàn)略

3、武器發(fā) 展的需要 上世紀(jì)70色代，經(jīng)過努力完成 f全國一.二等天文大地網(wǎng)的布測(cè)，為了 進(jìn)行全國天文大地網(wǎng)整體半差，采用1975 年IUGC第十兀屆大會(huì)推薦的參考楠球參 數(shù)進(jìn)行新的定位和定向，從而建立r 1980 西安坐標(biāo)系(GRS80),該大堆坐標(biāo)在我國 的經(jīng)濟(jì)建設(shè)國防建設(shè)和科學(xué)研究中發(fā)揮 了巨大作用。然而,上世紀(jì)80年代以來以全球衛(wèi) 星導(dǎo)航定位系統(tǒng)為主的現(xiàn)代空間定位技 術(shù)快速發(fā)展,致使國際上獲取位置的瀝雖 技術(shù)和方法迅速發(fā)生變革。目前我國的北 斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)與黃國的G P S、俄羅斯 的Glanas歐洲的Galileo并列成為全球四 大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。國際上通行以地球 質(zhì)呂中心作為聲標(biāo)系原

4、點(diǎn)采用以地球質(zhì) 心為大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)，可以更好地解釋 地球上各種地理和物理現(xiàn)象有利于采用 現(xiàn)代空間技術(shù)對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行維護(hù)和快速 更新.別定高精度大覽控制點(diǎn)三維坐標(biāo). 并提高測(cè)國工作效率c采用地心坐標(biāo)系作 為國家大地坐標(biāo)系勢(shì)在必行。在此背景 下，國務(wù)院批準(zhǔn)自2008年7月1日啟用 我國最新一代地心坐標(biāo)系一2000國家大 地坐標(biāo)系。22000國家大堆堂標(biāo)*的定義大地坐標(biāo)系的定義包括坐標(biāo)系的原 點(diǎn)3個(gè)坐標(biāo)他的抬向、尺度以及地球橢球 的4個(gè)基本常數(shù)的定義。2000國家大地坐 標(biāo)系的原點(diǎn)為包括海洋和大勺的整個(gè)地 球的質(zhì)量中心;2000國家大地絕標(biāo)系的Z 軸由原點(diǎn)指向歷元2000.0的地球參考極 的方向，該

5、歷元的指向由國際時(shí)間局給定 的歷元為1984.0的初始指向推算定向的(論文天地I淞灣仏孔澆P154(論文天地1(論文天地I淞灣仏孔澆P154(論文天地I淞灣仏孔澆P154常數(shù)數(shù)值長半軸/m6378140 ±5短半軸/m6356755.2882扁率/f1/298.257第一侗心率平方0.00669438499959第二偏心率平方0.00673950181947表3GRS80橢球定義的基本參數(shù)2"。常數(shù)數(shù)值長半軸a/m6378137 ±2扁率/f1/29&257222101地心引力常數(shù)GmVs2)3986005x 1(/±0.6x12自轉(zhuǎn)角速度0)/

6、(red/s)0.003352810664表3.2 WGS84橢球定義的基本參數(shù)cocs 2ooo(31310WCBI4知1“S37BIJ74J7tl)7«mi3731 力離 3 (>">)3.9M 0044IB XJ0M3.9M0QS XI護(hù)3.9t6004 4lt XI0M初力 JMUHf/>1O«2QXIO9imiis wo17.2921” X10"M/I/2W.2T 222 101I/2U.2S7 22H8表4.1 CGCS2000.GRS80及WGS84橢球基本常數(shù)比較時(shí)間演化保證相對(duì)于地殼不產(chǎn)生殘余的全 球旋轉(zhuǎn),X軸由原點(diǎn)指

7、向格林尼治參考子午 線與地球赤逍面(歷元2000.0)的交點(diǎn),軸 與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系02000中國大地坐標(biāo)系符合ITRS (國際 地球參考系統(tǒng))的如下定義：(1) 原點(diǎn)在包括海洋和大P的整個(gè)地球 的質(zhì)敵中心；(2) 長度單位為米)。這一尺度同地心 局部框架TCG(地心坐標(biāo)時(shí)附間坐標(biāo)一致；(3) 定向在1984.0時(shí)與BIH(國際時(shí)間 局)的定向一致；(4) 定向隨時(shí)間的演變由整個(gè)地球的水 平構(gòu)造運(yùn)動(dòng)無凈旋轉(zhuǎn)條件保證。以上定義對(duì)應(yīng)一個(gè)直角坐標(biāo)系(見圖 2.1),它的原點(diǎn)和軸定義如下：(1) 原點(diǎn):地球的質(zhì)慣中心；(2) Z軸:指向IERS參考極方向；(3) X軸JERS參考子午面與通

8、過原點(diǎn) 且同z軸正交的赤道面的交線；(4) ¥軸：構(gòu)成右手地心地固直角坐標(biāo) 條。CGCS2000的參考楠球?yàn)橐坏任恍D(zhuǎn)橢 球。等位橢球(或水準(zhǔn)橢球)定義為其橢球面 是一等位面的橢球。CGCS2000的參考橢球 的幾何中心與坐標(biāo)系的原點(diǎn)蚩合旋轉(zhuǎn)軸與 坐標(biāo)系的2軸一致。參考橢球既足幾何應(yīng)用 的參考面又是地球表面及空間正常電力場(chǎng) 的參考面。等位旋轉(zhuǎn)橢球由4個(gè)獨(dú)立常數(shù)定 義一CGCS2000參考橢球的定義常數(shù)見表 2.1所示。3. 1980西安燮標(biāo)系敷WGS84坐標(biāo) 察的定義3. 】西安80坐標(biāo)系的定義1980西安坐標(biāo)系(G R S80)O心坐 標(biāo)系其橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向 地極原點(diǎn)

9、方向大地起始子午面平行于格林 尼治平均天文臺(tái)子午面;X軸在大地起始子 午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度零方向;Y軸與 Z、X軸成右手坐標(biāo)系。楠球參數(shù)采用IUGC1975年大會(huì)推薦 的參數(shù)，由推薦參權(quán)可求得西安80楠球其 余常用的幾何參數(shù)如我31所示。橢球定位 時(shí)按我國范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)3.2.WGS84坐標(biāo)系的定義WGS-84 坐標(biāo)系(Worid Geodetic System1984 Coordinate System)是一種國際上采用的地心坐標(biāo)系。坐標(biāo)原點(diǎn)為地球質(zhì) 心，其地心空間直角坐標(biāo)系的Z軸指向BIH (國際時(shí)間)1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP) 方向.X軸指向BI

10、H1984.0的零子午面和 CTP赤道的交點(diǎn).Y軸與Z軸、X軸垂直構(gòu) 成右手坐標(biāo)系，稱為1984年世界大地坐標(biāo)(論文天地I淞灣仏孔澆P154(論文天地I淞灣仏孔澆P154RESOURCES/153(論文天地I淞灣仏孔澆P154從這里了解西從這里了解西部經(jīng)/COCSXXOas ioWGIM43M7S2.3MI40J3SII1M7S2.3I4 140 M74IWS43WW).<2JN4a2J2 msn.asmwii.MlO.MI tlf 191 OQtiltO.Otl tl«IWt42CI IO.OMCM)BOtt2 9«3 40.012 0M4)1 ISI 9172O.

11、OQOM4MISI W 40.0t2 0M 437M9M7滬oom mwmmoooammmuu/0.00) )S2 licai 112)O OO33SSIO4II IBo oa WII0U4 7Sm 2572Q l(H2N.2S7222 100 SC?m.2S7223$43Q10001323IOOOIMS.?2$12)I000IMS.72940S00171 M<J?I 041 77131077141$ m 007.189254>?I007.I»«235 87 18X0<371 0C0 7WF44171000 ?90 009表4.2 CGCS2OOO.GRS

12、8O及WGS84橢球推導(dǎo)的幾何參數(shù)比較圖5.1 CGCS2000與GRS80橢球面上正 常璽力值差值系統(tǒng)(見圖11)0WGS-84采用的橢球是國際大地測(cè)賈 與地球物理聯(lián)合會(huì)第1?屆大會(huì)大地測(cè)員 常數(shù)推薦值，其四個(gè)基本參數(shù)如表32所 ZRo4. 不同構(gòu)球幾何數(shù)的比較CGCS2000的地心引力常數(shù)(GM)采用 IERS推薦的數(shù)值。表4.1比較了 CGCS2000.GRS80 及 WGS84 所采用的橢 球常數(shù)。表4.2給出了 CGCS2000橢球與 GRS80橢球和WGS84楠球的主要幾何參 數(shù)?？梢钥闯?由于CGCS2000橢球與 圖 5.2 CGCS2000 與 WGS84 橢球面 上正常重力

13、值差值GRS80橢球的扁率相差極小.CGCS2000 橢球的J2比GRS80的J3小1.677 x 10叫 對(duì)主要的幾何參數(shù)的影響極其微小 CGCS2000橢球的短半軸比GRS80的短 半軸長3 x 10An,CGCS2000橢球的第一 和第二備心率比GRS80橢球的小6 x 10-boCGCS2000橢球的人比WGS84橢球 的J?大1.095 x WCGCS2000橢球的扁 率比WGS84橢球的扁率大1.47 x 1011, CGCS2000 Iffi球的短半軸比WGS84橢球的 短半軸短0.106mm,CCCS2000橢球的第一 和第二偏率比WGS84楠球大2 x 10叫5. 不砒祥下正

14、杠力H經(jīng)緯度比較圖5.1和圖5.2分別顯示了 CGCS2000與CRS80和WGS84正常重力 值差異釀緯度的變化.其中正常更力值 單位為105/譏由圖5.1可看出， CGCS2000橢球面上正常重力值比 CRS80橢球面上的正常重力值小，在赤9道上的差異較大，為-143.54 x 10-Ws 在兩極處的差異較小，為-143.059 x l(TWs兩者差異的變化做級(jí)約o5x 105n/s2o由圖5.2可看岀.CGCS2000橢球面 上的正常直力值比WGS84楠球面上的 正常重力值稍大.在赤道上的差異為 0.02 x 10-Ws在兩極處的差異為 0.004x 105/亂兩者差異的變化倉級(jí)約 0.

15、016 xl05n/s2o6. 總結(jié)通過以上分析比較可知.CGCS2000 権球上的正常重力值與CRS80橢球上 的正常重力值的差異約為-143.54 x llfn/H。CGC52000橢球上的止常更力 值與WGS84橢球上的正常重力值的差 異約為0.02 x 105n/s2o同一點(diǎn)在 CGCS2000橢球下與CRS80橢球下的經(jīng) 度相同緯度的最大差值為&26x 時(shí)，相當(dāng)于2.5xKrtnmt同一點(diǎn)在 CGCS2000橢球和WGS84橢球下經(jīng)度 相同，緯度的最大差值約為3.6 x 1嚴(yán)相當(dāng)于O.llmmo這里主要是指 橢球參數(shù)的不同而引起的同一點(diǎn)經(jīng)緯 度的差異給定點(diǎn)位在某一框架和某一

16、歷元下的空間直角坐標(biāo).投影到 CGCS2000橢球和WGS84橢球上所得 的緯度的最大差異相當(dāng)于O.llmmo(論文天地I淞灣仏孔澆P154(論文天地I淞灣仏孔澆P154第考文獻(xiàn)：0)陳後勇中國現(xiàn)代大地基準(zhǔn)中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000 (CGCS2000I及其権架U1測(cè)繪學(xué)報(bào).2008,37(31：269-271.(2)陳陵勞關(guān)于中采用恤3維坐標(biāo)系統(tǒng)的探討U)測(cè)繪學(xué)報(bào).2003,32141； 283-288.!子瓶我國大地坐標(biāo)系的換代問越5試漢大學(xué)學(xué)報(bào):信患科學(xué)版，2003.28(2)： 138-14314)陳俊勇我國建立現(xiàn)代大地基準(zhǔn)的思畧U1武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版,2002,27(5)： 44

17、1444.寧津生現(xiàn)代大地測(cè)考系統(tǒng)U1測(cè)繪學(xué)報(bào).2002隱刊)：7-11.16 MORITZ H. The Geodetic Reference System 1980U)Journal of Geodesy. 2000.74： 128-133.(7) HEISKANEN W A MORITZ H. Physical GeodesylMJ.San Frandsco： W H Freemon. 1967.(論文天地I淞灣仏孔澆P1542000國家大地坐標(biāo)系與GRS8及WGS的比較作者：徐登云，郝麗娟作者單位：徐登云（內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)測(cè)繪院呼和浩特010010），郝麗娟（內(nèi)蒙古自治區(qū)航空遙感測(cè)繪院呼和浩特010010）刊名：西部資源英文刊名：RESOURCES年，卷（勒：2012（2）參考文獻(xiàn)（7條）1.陳俊勇中國現(xiàn)代大地基準(zhǔn)-中國大地坐標(biāo)系統(tǒng)2000