协议天球和地球坐标系转换

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-104协议天球坐标系与协议地球坐标系转换

4.6.1.1　坐标系统的定义与分类

确定椭球面上某一点的位置，一定要建立相应的坐标系统，从而用其对应的坐标参数来描绘其点位。坐标系包括坐标原点、基本平面和坐标轴的指向，还应有基本的数学与物理模型。常用的坐标系统依据坐标原点位置的不同，分为站心坐标系、地心坐标系和参心坐标系等。如果从坐标的表现形式上分类，可分为大地坐标、空间直角坐标、站心直角坐标、曲面坐标和极坐标等。与地球相固连，并一起自转的坐标系叫做地固坐标系，主要用其来确定地面点的坐标。相应的另一种与地球自转无关的，空间固定的坐标系叫做天球坐标系，用其来确定地球及卫星的运行位置。

参心坐标系是指按照地面测量的数据归算到椭球时各项改正值最小的原则，以与某一区域的大地水准面贴合最为密切的椭球作为参考椭球而建立起来的坐标系。参心坐标系和参考椭球的中心密切相关，可以通过高斯投影转换为平面直角坐标，从而方便了地形和工程测量工作。建立一个参心坐标系，需要确定椭球的几何参数、椭球的中心位置、椭球坐标轴的指向和大地原点。设定原点O是参考棉球的几何中心，x轴和首子午面与赤道面的交线重合，以东为正。z轴和椭球的短轴重合，以北为正。y轴则与x，z构成的平面垂直形成右手系。

地心坐标系是以总地球椭球为基准，以地球质量中心为原点的坐标系，椭球定位与全球大地水准面贴合最为密切。地心坐标系的坐标系原点O为地球的质心，x轴和赤道面与首子午面的交线重合，以东为正。z轴与地球旋转轴重合，以北为正。y轴则与x，z构成的平面形成右手系。随着地球动态研究的深入和全球导航定位技术的发展，描述人造地球卫星的空间位置和运动等，都必须以地心坐标系为基准，因此建立地心坐标系是大地测量系统的发展趋势。

站心坐标系的坐标原点为站心（如GPS接受天线中心），通常用来研究以观测者为中心的物体的位置和运动规律，或作为坐标转换过程中的过渡坐标系。一般可分为站心直角坐标系和站心极坐标系。站心直角坐标系的x轴与椭球长半轴重合，y轴与短半轴重合，z轴与椭球法线重合。站心极坐标系以水平面为基准面，以x轴为极轴，P为卫星到站点的距离，az为星视方向角，d为星视仰角。

地方独立坐标系是指当局部地区需要构建平面控制网而建立的一种直角坐标系。为方便城市建设和规划，经常需要在局部地区建立起相对独立的平面坐标系，系统根据需要可投影到任意选定的平面上，或者以地方子午线作为中央子午线。为了检测测量的准确性及精度，可与国家坐标系联测，通过坐标转换来检核。地方独立坐标系的投影平面一般选择局部地区的椭球体面或者平均高程面，坐标纵轴为该区域的地方子午线。《中华人民共和国测绘法》规定，大、中城市和大型建设项目需建立相对独立的平面坐标系统时，需按照相关规定上报国务院相关部门或省、市、自治区、直辖市人民政府，并经国务院测绘行政主管部门备案、批准后方可建立。

4.6.1.2　常用的坐标表现形式

为了表示椭球面上的点的位置，必须建立相应的坐标系。选用不同的坐标系，其坐标表现形式也不同。椭球点上的位置，在大地测量学中通常采用的坐标系有空间直角坐标系、平面直角坐标系，大地坐标系等。在同一参考椭球基准下，大地坐标系、空间直角坐标系、平面直角坐标系是等价的，是一一对应的，只是不同的坐标表现形式。图4-103列出了几种常用的坐标表现形式。

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