【正文】 、資源勘查、災(zāi)情預(yù)報、環(huán)境監(jiān)測、以及軍事科學(xué)諸領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。 為了說明點的位置 、 運動的快慢、方向等，必須選取其坐標(biāo)系。在參照系中，為確定空間一 點的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)據(jù)， 這就叫做 “ 坐標(biāo) ” 。在某一問題中規(guī)定坐標(biāo)的方法，就是該問題所用的坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的種類很多，常用的坐標(biāo)系有：笛卡爾直角坐標(biāo)系、平面極坐標(biāo)系、柱面坐標(biāo)系 (或稱柱坐標(biāo)系 )和球面坐標(biāo)系 (或稱球坐標(biāo)系 )等。在一個國家或一個地區(qū)范圍內(nèi)統(tǒng)一規(guī)定地圖投影的經(jīng)緯線作為坐標(biāo)軸，以確定國家或某一地區(qū)所有測量成果在平面或空間上的位置的坐標(biāo)系統(tǒng)。 圖 11 為高斯投影坐標(biāo)系。 圖 11 高斯投影坐標(biāo)系 測繪常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有北京 1954 坐標(biāo)系統(tǒng)、西安 1980 坐標(biāo)系 統(tǒng)、 WGS1984坐標(biāo)系統(tǒng)以及 CGCS2020 坐標(biāo)系統(tǒng)，再加上地方常用的坐標(biāo)系統(tǒng)。在工程應(yīng)用中我們經(jīng)常會遇到已知坐標(biāo)不是此工程所涉及到的坐標(biāo)系統(tǒng)，為此大大影響到工程 2 的進(jìn)度。所以我們急需采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法求，把已知點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到我們需要的坐標(biāo)系統(tǒng)中去。這就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的意義。 3 第 二 章 坐標(biāo)系統(tǒng) 簡介 由物理學(xué)可知， 為了說明點的位置 、 運動的快慢、方向等，必須選取其坐標(biāo)系。在參照系中，為確定空間一點的位置，按規(guī)定方法選取的有次序的一組數(shù)據(jù)，這就叫做 “ 坐標(biāo) ” 。 天文測量和大地測量工作中，常常把 想象的天球和地球（橢球）作為參考系，并在 天球和地球（橢球）上簡歷了多種坐標(biāo)系統(tǒng)。 坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點位置、坐標(biāo)軸的指向和尺度三個要素決定的。坐標(biāo)系統(tǒng)通常有三種定義方式：理論坐標(biāo)系統(tǒng)、協(xié)定坐標(biāo)系、協(xié)議坐標(biāo)系。我們在測繪中常用到的是協(xié)議坐標(biāo)系。按描述對向分類，可以把坐標(biāo)系統(tǒng)分為天球坐標(biāo)系統(tǒng)和地球（橢球）坐標(biāo)系統(tǒng)。 天球坐標(biāo)系 天球坐標(biāo)系是利用基本星歷表的數(shù)據(jù)把基本坐標(biāo)系固定在天球上，星歷表中列出一定數(shù)量的恒星在某歷元的天體赤道坐標(biāo)值，以及由于歲差和自轉(zhuǎn)共同影響而產(chǎn)生的坐標(biāo)變化。常用的天球坐標(biāo)系：天球 赤道坐標(biāo)系、天球地平坐標(biāo)系和天文坐標(biāo)系。 在天球坐標(biāo)系中，天體的空間位置可用天球空間直角坐標(biāo)系或天球球面坐標(biāo)系兩種方式來描述。 1. 天球空間直角坐標(biāo)系的定義 地球質(zhì)心 O 為坐標(biāo)原點， Z 軸指向天球北極， X 軸指向春分點， Y 軸垂直于XOZ平面，與 X 軸和 Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。則在此坐標(biāo)系下，空間點的位置由坐標(biāo)（ X， Y， Z）來描述。 2．天球球面坐標(biāo)系的定義 地球質(zhì)心 O為坐標(biāo)原點，春分點軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)）測量基準(zhǔn) —— 基準(zhǔn)子午面，赤道為天球緯度測量基準(zhǔn)而建立球面坐標(biāo)。空間點的位置在天球坐標(biāo)系下的表述為（ r，α，δ）。 天球空間直角坐標(biāo)系與天球球 面坐標(biāo)系的關(guān)系可用圖 21表示： 4 圖 21 天球直角坐標(biāo)系與球面坐標(biāo)系 對同一空間點，天球空間直角坐標(biāo)系與其等效的天球球面坐標(biāo)系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系： （ 21） 式中， 2 2 222a r c ta nr X Y ZYXZXY? ? ?????????? ?????α =arctanδ （ 22） 地球坐標(biāo)系 地 球坐標(biāo)系有兩種幾何表達(dá)方式，即地球直角坐標(biāo)系和 地球大地坐標(biāo)系。 地球直角坐標(biāo)系的定義 地球直角坐標(biāo)系的定義是：原點 O 與地球質(zhì)心重合， Z 軸指向地球北極， X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點， Y軸在赤道平面里與 XOZ 構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 地球大地坐標(biāo)系的定義 地球大地坐標(biāo)系的定義是：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與c o ssinsinXrYrZr???α cos δα cos δδ 5 地球自轉(zhuǎn)軸重合?？臻g點位置在該坐標(biāo)系中表述為（ L， B， H）。 地球直角坐標(biāo)系和地球大地坐標(biāo)系可用圖 22表示： 圖 22 地球直角坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系 參心系 與地心系 參心系 大地坐標(biāo)系是一種固定在 地球上，隨地球一起轉(zhuǎn)動的非慣性坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系根據(jù)其原點的位置不同，分為地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系的原點與地球質(zhì)心重合，參心坐標(biāo)系的原點與某一地區(qū)或國家所采用的參考橢球中心重合，通常與地球質(zhì)心不重合。我國先后建立的 1954 年北京坐標(biāo)系、 1980 西安坐標(biāo)系和新 1954 年北京坐標(biāo)系，都是參心坐標(biāo)系。這些坐標(biāo)系為我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和國防建設(shè)作出了重要貢獻(xiàn)。但是，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，特別是全球衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，世界上許多發(fā)達(dá)國家和中等發(fā)達(dá)國家都已在多年前就開始使用地心坐標(biāo)系。 地心系 以地球質(zhì)心為 原點建立的空間直角坐標(biāo)系，或以球心與地球質(zhì)心重合的地球橢球面為基準(zhǔn)面所建立的大地坐標(biāo)系。 以地球質(zhì)心 (總橢球的幾何中心 )為原點的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系 (以 x， y， z 為其坐標(biāo)元素 )和地心大地坐標(biāo)系 (以 B， L， H 為其坐標(biāo)元素 )。 地心坐標(biāo)系是在大地體內(nèi)建立的 OXYZ 坐標(biāo)系。原點 O 設(shè)在大地體的質(zhì)量中心，用相互垂直的 X， Y， Z 三個軸來表示， X軸與首子午面與赤道面的交線重合，向東為正。 Z軸與地球旋轉(zhuǎn)軸重合，向北為正。 Y 軸與 XZ平面垂直 6 構(gòu)成右手系。 常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 我國常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有： 1大地坐標(biāo)系統(tǒng)， WGS84 坐標(biāo)系， ITRF 框架 BJ54 坐標(biāo)系， 坐標(biāo)系， 新 BJ54 坐標(biāo)系， CGCS2020 坐標(biāo)系統(tǒng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)是表示點在大地坐標(biāo)系中的位置，用經(jīng)度、緯度和高程表示 （ 1）經(jīng)、緯度 經(jīng)緯度有天文經(jīng)緯度和大地經(jīng)緯度之分。天文經(jīng)、緯度用λφ表示，以鉛垂線為基準(zhǔn)線，用天文測量方法測定。 在測量學(xué)中常用到的是大地經(jīng)緯度。大地經(jīng)、緯度用 L、 B 表示，以地球橢球的發(fā)現(xiàn)為計算的基準(zhǔn)線，用大地測量的方法計 算得到。 大地 同一點的天文經(jīng)緯度和大地經(jīng)緯度不相同，原因在于同點上的鉛垂線和地球橢球的法線不相重合。兩者產(chǎn)生的夾角稱之為垂線偏差。 大地坐標(biāo)系是采用大地緯度、經(jīng)度和大地高程來描述空間位置的。緯度是空間的點與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經(jīng)度是空間的點與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角；大地 高斯 空間的點沿著參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。 、 WGS84 坐標(biāo)系 WGS84 的定義： WGS84 是修正 NSWC9Z2 參考系的原點和尺度變化，并旋轉(zhuǎn)其參考子午面與 BIH 定義的零度子午面一致而得到的一個新參考系， WGS84坐標(biāo)系的原點在地球質(zhì)心， Z 軸指向 定義的協(xié)定地球極（ CTP）方向，X軸指向 的零度子午面和 CTP 赤道的交點， Y軸和 Z、 X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。它是一個地固坐標(biāo)系。 WGS84 橢球及其有關(guān)常數(shù)： WGS84 采用的橢球是國際大地測量與地球物理 7 聯(lián)合會第 17屆大會大地測量常數(shù)推薦值，其四個基本參數(shù) 長半徑： a=6378137177。 2（ m）； 地球引力常數(shù)： GM=3986005 108m3s2177。 108m3s2； 正?；A帶諧系數(shù)： C20= 106177。 109； J2=108263 108 地球自轉(zhuǎn)角速度： ω =7292115 1011rads1177。 1011rads1 建立 WGS84 世界大地坐標(biāo)系的一個重要目的，是在世界上建立一個統(tǒng)一的地心坐標(biāo)系。 、 ITRF 框架 ITRF， International Terrestrial Reference Frame，國際地球參考框架。它是由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局 (IERS) 按一定要求建立地面觀測臺站進(jìn)行空間大地測量，并根據(jù)協(xié)議地球參考系的定義，采用一組國際推薦的模型和常數(shù)系統(tǒng)對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，解算出各觀測臺站在某一歷元的坐標(biāo)和速度場，由此建立的一個協(xié)議地球參考框架。它是協(xié)議地球參考系（ CTRS， Conventional Terrestrial Reference System）的具體實現(xiàn)。 CTRS 由原點、定向、尺度和時變四個基本元素來 定義，各元素定義如下： 1）原點定為包括海洋和大氣的地球質(zhì)量中心； 2）定向采用國際時間局（ BIH， Bureau International de I’Heure ） 結(jié)果； 3）尺度是廣義相對論意義下，局部地球框架的尺度； 4）時變遵循地殼板塊