〖测天绘地〗如果没有这个坐标系，那GPS就是假的假的假的~
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上期回顾：天球坐标系与地球坐标系；卫星测量中的常用坐标系。可以这样说，如果没有这期要介绍的WGS-84大地坐标系和其他大地坐标系，那GPS基本上也毫无用武之地，卫星也只能在太空里流浪，而我们使用的GPS，也是假的了~上期介绍了‘GPS’和“卫星测量”都会采用哪些坐标系统，这期就接着介绍用来表示GPS卫星位置的“WGS-84大地坐标系”、我国的大地坐标系、以及其他一些坐标系统。本期预览：一、WGS-84大地坐标系；二、我国所采用的国家大地坐标系；三、地方独立坐标系；四、GLONASS卫星导航系统所采用的PZ-90坐标系。首先我们明确一个概念，GPS单点定位的坐标以及相对定位中解算的基线向量，都属于WGS-84大地坐标系，这是因为GPS广播星历是以WGS-84坐标系为根据而提供的。而实际应用中，我们的测量成果往往是属于某一国家的坐标系或局部的坐标系（又称参考坐标系）。那么，应用中就必须进行“坐标转换”。一、WGS-84大地坐标系WGS-84大地坐标系的几何定义是：原点位于地球质心，Z轴指向BIH 1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向BIH 1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与X、Z轴则构成了右手坐标系。对应WGS-84大地坐标系的椭球称为WGS-84椭球。WGS-84坐标系（参考框架）是由美国军方于1987年建立，当时是用于子午卫星系统（TRANSIT）。美国在发展第二代卫星导航系统GPS时，仍采用了WGS-84坐标系。在实际使用后发现，同一观测点上的GPS和TRANSIT测定的点位坐标有较大的差异，尤其是在大地高方向，存在系统性的偏差。经过分析，偏差是由TRANSIT局限性造成的。为了消除这一偏差，根据GPS在全球的跟踪站的观测结果，解算出了对WGS-84的修正参数。截止到2004年8月，WGS-84总共进行了3次修正。在上表中，括号内的G表示该参数是用GPS观测解算得出，G后面的数字则表示GPS的周数。二、我国所采用的国家大地坐标系我国目前仍在常用的两个国家大地坐标系：①1954年北京坐标系；②1980国家大地坐标系。1、1954年北京坐标系在20世纪的50年代，我国天文大地网的建立初期，鉴于当时的历史条件，我国采用了“克拉索夫斯基椭球元素”（a=6378245m，α=1/298.3），并与老大哥前苏联的“1942年普尔科沃坐标系”进行了联测，然后通过解算，由此建立起了我国的大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。我们的1954年北京坐标系，和前苏联的1942年普尔科沃坐标系存在着一定的关系（即椭球参数和大地原点相同），但又不完全是1942年普尔科沃坐标系。①我们的大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准；②高程异常时以苏联的1955年大地水准面重新平差结果为起算值，然后按我国的天文水准路线推算出来的。几十年来，我国在1954年北京坐标系的基础上，完成了建国以来大量的测绘工作，实施了天文大地网的局部平差，通过“高斯-克吕格投影”，得到点的平面坐标，测绘了各种比例尺地形图。这一坐标系在国家经济建设和国防建设的各个领域中发挥了巨大的作用，虽然现在有了更新更好的坐标系统，但是在一些部门内、一些地区里还在发挥它的余热。2、1980年国家大地坐标系我国为了进行全国天文大地网的整体平差，随后采用了新的椭球元素，并进行了新的定位和定向，在1978年以后，建立了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系的大地原点设在了我国的中部——陕西省的泾阳县永乐镇。因此，1980年国家大地坐标系又称作“1980西安坐标系”。由以上的四个参数，可以求得：a=6378140m，α=1/298.257。在椭球定位时，以我国范围内高程异常值平方和最小为原则，来求解参数。高程系统基准和1954年北京坐标系一样，还是采用1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。1980年国家大地坐标系建立后，我国接着实施了全国天文大地网的整体平差，提供了属于1980年国家大地坐标系内的大地点测绘成果。这种测绘成果，和原大地点局部平差成果，两者是属于不同的参心坐标系内的。这就给实际的使用带来了问题。全国范围内的测绘部门和单位的大量成果都是在1954年北京坐标系内的，因而有的部门和单位将1980年国家大地坐标系的空间直角坐标经过三个平移参数来平移变换到克氏椭球中心，椭球参数则保持与1954年北京坐标系相同，从而建立起一个新的1954年北京坐标系。这样，新1954北京坐标系与原来的1954北京坐标系的坐标值接近，但精度和1980年国家大地坐标系已经完全一样了，从而解决了测绘成果的坐标系应用问题。3、2000国家大地坐标系前面提到的1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系，都是采用常规的大地测量技术建立的二维参心坐标系。而随着科学技术的发展，尤其是空间技术的发展，我国迫切需要一个三维的地心坐标系来满足日益发展的测绘行业，因此，2000国家大地坐标系应运而生。2000国家大地坐标系，是由2000国家GPS大地控制网、2000国家重力基本网、以及用常规大地测量技术建立的国家天文大地网，三者通过联合平差后，获得的三维地心坐标系统。2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000），它的参考历元为2000.0，坐标系的定义如下：①原点：包括大气和海洋的整个地球的质心；②定向：初始定向有1984.0时BIH（国际时间局）定向给定；③CGCS2000是右手地固直角坐标系，原点在地心，Z轴为国际地球旋转局（IERS）参考极（IRP）方向，X轴为IERS的参考子午面（IRM）与垂直于Z轴的赤道面的交线，Y轴与Z轴、X轴一起构成右手正交坐标系。三、地方独立坐标系我国的许多城市、矿区等地方基于实用、方便和科学的目的，将地方独立测量控制网建立在当地的平均海拔高程面上，并以当地子午线作为中央子午线，进行高斯投影，从而求得平面坐标。仔细分析研究这些地方的独立测量控制网，可以发现，这些控制网都有自己的原点、自己的定向，也就是说，这些控制网都是以地方独立坐标系为参考的。而地方独立坐标系则隐含着一个与当地平均海拔高程对应的参考椭球。该椭球的中心、轴向和扁率与国家参考椭球相同，它的长半径则有一个改正量。我们将这个参考椭球称为“地方参考椭球”。下面来讨论这个地方参考椭球长半径与国家参考椭球长半径的关系。四、GLONASS卫星导航系统所采用的PZ-90坐标系在1993年之前，GLONASS卫星导航系统是采用前苏联的1985年地心坐标系（1985 Sovit Geodetic System，SGS-85），1993年后则改用了PZ-90坐标系（Parameter of the Earth）。PZ-90坐标系和GPS采用的WGS-84坐标系均属于地心地固坐标系。PZ-90坐标系的定义如下：①坐标原点位于地球质心；②Z轴指向国际地球自转服务局（IERS）推荐的协议地极原点，即年的平均北极；③X轴指向地球赤道与BIH定义的零子午线的交点；Y轴按右手坐标系定义。篇幅有限，本期的内容就分享到这里。不对之处，欢迎指正。下期预告：ITRF坐标框架的介绍；详解坐标系统之间的转换。关于GPS等卫星导航系统和技术的内容欢迎点击本头条号的“测天绘地”栏目查看。欢迎订阅，每天都分享不一样的“干货”。
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简介: 看到未来！敢囤！抓住！
作者最新文章工程测量平面控制网的坐标系统多为假设坐标系统，以满足各种专用控制网的特殊要求，例如采用建筑坐标系统，常将坐标轴选择与生产主系统轴线或建筑群主轴线相平行。
控制网类型工程勘察测量的平面控制网分二、三、四等3个等级和一、二、三级导线。常用的类型有三角网(锁)、导线网和三边网等；对某些特殊工程可采用边角网(锁)。
三角网(锁)在地面上布设一系列连续三角形，组成网状或锁状，称为三角网或三角锁(图2)，三角形的顶点称为三角点。三角网(锁)中的单个图形可以是单三角形、双对角线四边形(又称大地四边形)和多边中心形(图3)。以三角测量的方法和要求在野外测定一些三角形的边长和方位角作为起始数据，测出所有三角形顶角，然后解算各三角点的平面直角坐标。
图2 三角网和三角锁
a-三角网；b-三角锁
图3 三角网(锁)中的单个图形
a-单三角形；b-双对角线四边形；c-多边中心形
导线网由选定的一系列控制点连成的折线称为导线；若干条导线组成多边形或网状形称为导线网，这些控制点称为导线点(图4)。以导线测量方法，测定全部导线边的长度和所有夹角，从一起始点坐标和方位角出发，解算各导线点的平面直角坐标。由于导线布设仅要求相邻两导线点间互相通视，因而较适宜布设在建筑区、荫蔽区等视野不甚开阔地区；也常用于狭长地带的平面控制测量。随着电磁波测距仪的发展，导线网的应用日益广泛。
三边网图形布设与三角网相同，使用电磁波测距仪测定所有边长后即可解算各三角点的平面直角坐标。由于三边网多余观测少，建网时常增加多余观测来加强网的可靠性。
边角网(锁)在三角网(锁)中测定全部或部分
图4 导线和导线网
a-导线；b-导线网
边长和内角，解算各三角点的平面直角坐标。测边有利于控制长度误差，测角有利于控制方向误差，边角同测可充分发挥两者的优点，提高点位精度，常为某些专用控制网采用。
插点、插网加密平面控制网的一种方式。在已知高等级控制网的三角形中插设1～2个待定点称为插点；在两个和两个以上高等级三角点间布设线形三角网(锁)称为插网。此外，交会定点也是加密平面控制网的一种方法。在两个和两个以上已知点上对待定点观测水平角而求出待定点平面位置的，称为前方交会法；在待定点上对三个以上已知点观测水平角而求出待定点平面位置的，称为后方交会法。
建网程序和方法其程序和方法如下：(1)野外踏勘和控制网设计。(2)选点。根据控制网设计方案，在实地选定控制点位，要求相邻点间通视良好，觇标高度合理，作业安全，便于长期保存和加密扩展。(3)建立测量标志。(4)水平角观测。测定一点到两个或两个以上目标的方向线垂直投影在水平面上所成的夹角，称为水平角观测(简称测角)。测角是确定平面控制点的要素之一，主要使用的仪器是
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