協(xié)議地球參考系

1、協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系一、地心坐標(biāo)系及其應(yīng)用需求一、地心坐標(biāo)系及其應(yīng)用需求n 地心坐標(biāo)系在地球動力學(xué)、物理大地測量學(xué)和空間技術(shù)中地心坐標(biāo)系在地球動力學(xué)、物理大地測量學(xué)和空間技術(shù)中的應(yīng)用需求的應(yīng)用需求1 1）無論地球內(nèi)部質(zhì)量怎么遷移，地球形狀發(fā)生怎樣的變化，）無論地球內(nèi)部質(zhì)量怎么遷移，地球形狀發(fā)生怎樣的變化，地球質(zhì)心都沿著一條確定的軌道運行。地球質(zhì)心都沿著一條確定的軌道運行。2 2）物理大地測量需要一個與全球大地水準(zhǔn)面最為密和的正常）物理大地測量需要一個與全球大地水準(zhǔn)面最為密和的正常橢球體，其幾何中心應(yīng)與地球質(zhì)心一致。橢球體，其幾何中心應(yīng)與地球質(zhì)心一致。3 3）人造地

2、球衛(wèi)星和彈道導(dǎo)彈在圍繞地球飛行時，其軌道平面）人造地球衛(wèi)星和彈道導(dǎo)彈在圍繞地球飛行時，其軌道平面通過地球質(zhì)心，因此軌道計算和測定應(yīng)該在地心坐標(biāo)系中進通過地球質(zhì)心，因此軌道計算和測定應(yīng)該在地心坐標(biāo)系中進行。行。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系一、地心坐標(biāo)系及其應(yīng)用需求一、地心坐標(biāo)系及其應(yīng)用需求n 地心坐標(biāo)系在測繪工程中的應(yīng)用需求地心坐標(biāo)系在測繪工程中的應(yīng)用需求1 1）導(dǎo)航等集成應(yīng)用的要求，以地心基準(zhǔn)作為地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，）導(dǎo)航等集成應(yīng)用的要求，以地心基準(zhǔn)作為地圖的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，能使能使GPSGPS等技術(shù)的空間導(dǎo)航結(jié)果直接在地圖平臺上定位；等技術(shù)的空間導(dǎo)航結(jié)果直接在地圖平臺上定位；2

3、2）地理信息的應(yīng)用在空間域上的整體性要求，導(dǎo)航系統(tǒng)與地）地理信息的應(yīng)用在空間域上的整體性要求，導(dǎo)航系統(tǒng)與地圖平臺、海圖與地形圖、跨國界洲際圖平臺、海圖與地形圖、跨國界洲際GISGIS、遙感信息等；、遙感信息等；3 3）地理信息的應(yīng)用在時間域上的整體性要求，參心基準(zhǔn)時靜）地理信息的應(yīng)用在時間域上的整體性要求，參心基準(zhǔn)時靜態(tài)基準(zhǔn)，而地心基準(zhǔn)則可長期維持。態(tài)基準(zhǔn)，而地心基準(zhǔn)則可長期維持。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義n 極移極移地球極點地球極點是地球自轉(zhuǎn)軸與地球表面是地球自轉(zhuǎn)軸與地球表面的交點。由

4、于地球自轉(zhuǎn)軸在地球本的交點。由于地球自轉(zhuǎn)軸在地球本體內(nèi)的運動，地球極點在地球表面體內(nèi)的運動，地球極點在地球表面上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象叫做地極移動，簡稱叫做地極移動，簡稱極移極移。隨時間。隨時間而變化的地球自轉(zhuǎn)軸為瞬時軸，相而變化的地球自轉(zhuǎn)軸為瞬時軸，相應(yīng)的極點叫應(yīng)的極點叫瞬時極瞬時極。地極坐標(biāo)系地極坐標(biāo)系 1、極移和國際協(xié)議原點（、極移和國際協(xié)議原點（Conventional International Origin） 協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義n

5、國際協(xié)議原點（國際協(xié)議原點（CIO）：）：1967年年IAU和和IUGG建議平極的建議平極的位置用位置用5個臺站個臺站1900至至1905年的年的平均緯度來確定，平極的這個位平均緯度來確定，平極的這個位置相對于置相對于1900至至1905年平均歷元年平均歷元（1903.0），叫做），叫做國際協(xié)議原點，國際協(xié)議原點，簡稱簡稱CIO。協(xié)議赤道面、協(xié)議地。協(xié)議赤道面、協(xié)議地極。極。1、極移和國際協(xié)議原點（、極移和國際協(xié)議原點（Conventional International Origin） 協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參

6、考系和協(xié)議地球參考框架的定義1、極移和國際協(xié)議原點（、極移和國際協(xié)議原點（Conventional International Origin） 協(xié)議地球參考系與瞬時協(xié)議地球參考系與瞬時地球參考系的關(guān)系：地球參考系的關(guān)系： 瞬時協(xié)議ZYXAZYX)()(pXpYyRxRA協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義2、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架 地球參考系地球參考系是以某種確定的方式聯(lián)系到地球是以某種確定的方式聯(lián)系到地球的坐標(biāo)系。的坐標(biāo)系。理想的地球參考系理想的地球參

7、考系：相對于它地殼只：相對于它地殼只存在形變，不存在整體的旋轉(zhuǎn)和平移；而它相對存在形變，不存在整體的旋轉(zhuǎn)和平移；而它相對于慣性參考系只包含地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)等整體運于慣性參考系只包含地球的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)等整體運動。動。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義2、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架ccdmdm00vxv理想地球參考框架的理想地球參考框架的TisserandTisserand條件：條件： 第一個條件表示相對于所定義的參考系，地球的線動第一個條件表示相對于所定義的參

8、考系，地球的線動量為量為0 0，表明地球不存在整體的平移；，表明地球不存在整體的平移；第二個條件表示相對于所定義的參考系，地球的角動第二個條件表示相對于所定義的參考系，地球的角動量為量為0 0，表明地球不存在整體的旋轉(zhuǎn)，表明地球不存在整體的旋轉(zhuǎn) 協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義2、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架參考系的建立：參考系的建立：一是指物理基準(zhǔn)（即原點、尺度、定向等）的選擇；一是指物理基準(zhǔn)（即原點、尺度、定向等）的選擇；二是指實現(xiàn)的方法。二是指實現(xiàn)的

9、方法。對特定的理論和模型的選擇，即對特定的理論和模型的選擇，即CTRS ；對實現(xiàn)系統(tǒng)；對實現(xiàn)系統(tǒng)所采用方法的選擇，即所采用方法的選擇，即CTRF 。協(xié)議約定，即相對于理想情況，當(dāng)表達理想情況有協(xié)議約定，即相對于理想情況，當(dāng)表達理想情況有不同方式時，要約定。不同方式時，要約定。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義2、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系CTRSCTRS的定義的定義n 原點在地心，地心定義為包括海洋和大氣的整個地球原點在地心，

10、地心定義為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心；的質(zhì)量中心；n 尺度單位為米（國際單位制），即在引力相對論意義尺度單位為米（國際單位制），即在引力相對論意義下的局部地球框架內(nèi)定義的米；下的局部地球框架內(nèi)定義的米；n 定向由定向由BIH1984.0BIH1984.0給出；給出；n 定向的時間演化相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球性旋轉(zhuǎn)，定向的時間演化相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球性旋轉(zhuǎn)，如采用近似滿足這個條件的絕對板塊運動模型如采用近似滿足這個條件的絕對板塊運動模型NNRNNRNUVEL1NUVEL1。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系二、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架的定義二、協(xié)議地球參考

11、系和協(xié)議地球參考框架的定義2、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架、協(xié)議地球參考系和協(xié)議地球參考框架 地球參考系地球參考系CTRS的具體化：給出若干地面點坐標(biāo)的具體化：給出若干地面點坐標(biāo)第一，必須詳細定義基本物理基準(zhǔn)構(gòu)形和其坐標(biāo)間關(guān)系第一，必須詳細定義基本物理基準(zhǔn)構(gòu)形和其坐標(biāo)間關(guān)系的模型（的模型（CTRSCTRS）。此時，坐標(biāo)要能完全定義，但不必考）。此時，坐標(biāo)要能完全定義，但不必考慮實現(xiàn)的途徑；慮實現(xiàn)的途徑；第二，一旦協(xié)議地球參考系選定了，便使之能為各類用第二，一旦協(xié)議地球參考系選定了，便使之能為各類用戶可用，就要通過許多實際的地面點具體化。戶可用，就要通過許多實際的地面點具體化。這樣一組這樣一

12、組協(xié)議選定的使系統(tǒng)具體化的地面點及其坐標(biāo)（三維）就協(xié)議選定的使系統(tǒng)具體化的地面點及其坐標(biāo)（三維）就定義了協(xié)議地球參考框架（定義了協(xié)議地球參考框架（CTRFCTRF）。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持1、建立和維持步驟、建立和維持步驟1 1）給出地球參考系的理論定義和協(xié)議約定；）給出地球參考系的理論定義和協(xié)議約定；2 2）建立地面觀測臺站，并進行空間大地測量；）建立地面觀測臺站，并進行空間大地測量；3 3）根據(jù)對協(xié)議地球參考系的約定，采用國際推薦的一組）根據(jù)對協(xié)議地球參考系的約定，采用國際推薦的一組模型和常數(shù)，對觀

13、測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，解算出各觀測臺模型和常數(shù)，對觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，解算出各觀測臺站在某一歷元的站坐標(biāo)，即站在某一歷元的站坐標(biāo)，即建立協(xié)議地球參考框架建立協(xié)議地球參考框架；4 4）對于影響地面臺站穩(wěn)定的各種形變因素進行分析處理，）對于影響地面臺站穩(wěn)定的各種形變因素進行分析處理，建立相應(yīng)的時變模型，以建立相應(yīng)的時變模型，以維持協(xié)議地球參考框架維持協(xié)議地球參考框架的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持1、建立和維持步驟、建立和維持步驟 地球質(zhì)心位置的確定（協(xié)議地球參考框架原點）地球質(zhì)心位置的確定（協(xié)議地球

14、參考框架原點） 通過激光測衛(wèi)（通過激光測衛(wèi)（SLRSLR）等衛(wèi)星動力學(xué)方法確定了地面）等衛(wèi)星動力學(xué)方法確定了地面 n( nn( n大于大于3)3)個點至地球質(zhì)心的距離，然后再采用個點至地球質(zhì)心的距離，然后再采用GPSGPS、VLBIVLBI等測量方法把這幾個點之間的距離確定下來，于是通等測量方法把這幾個點之間的距離確定下來，于是通過幾何約束條件即可確定地心的位置，考慮到地球的粘彈過幾何約束條件即可確定地心的位置，考慮到地球的粘彈性，需要長期監(jiān)測這些點的變化性，需要長期監(jiān)測這些點的變化，以改善地心位置。，以改善地心位置。 該方法確定的地心位置與地面臺站的個數(shù)及圖形結(jié)構(gòu)該方法確定的地心位置與地面臺

15、站的個數(shù)及圖形結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持1、建立和維持步驟、建立和維持步驟協(xié)議地球參考框架坐標(biāo)軸向的確定協(xié)議地球參考框架坐標(biāo)軸向的確定 地球地球瞬時自轉(zhuǎn)軸瞬時自轉(zhuǎn)軸必定通過質(zhì)心，必定通過質(zhì)心，由于極移運動，瞬時由于極移運動，瞬時自轉(zhuǎn)軸運動軌道構(gòu)成了一個近似的圓錐面，以地球質(zhì)心為自轉(zhuǎn)軸運動軌道構(gòu)成了一個近似的圓錐面，以地球質(zhì)心為其錐頂。取平均自轉(zhuǎn)軸，即圓錐面的對稱軸，為其錐頂。取平均自轉(zhuǎn)軸，即圓錐面的對稱軸，為Z Z軸，將軸，將X X軸限定在格林尼治天文臺的子午面內(nèi)，再選定軸限定在格林尼治天文

16、臺的子午面內(nèi)，再選定Y Y軸，使軸，使O-O-XYZXYZ構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。這樣我們就建立了地球質(zhì)心坐構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。這樣我們就建立了地球質(zhì)心坐標(biāo)系。實用中參考系的三軸指向由標(biāo)系。實用中參考系的三軸指向由BIH/IERSBIH/IERS提供的地球自提供的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（轉(zhuǎn)參數(shù)（ERPERP）確定。）確定。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持2、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理幾種空間技術(shù)在確定幾種空間技術(shù)在確定CTRFCTRF中的作用中的作用nSLRSLR技術(shù)可以獨立地完成地球參考架的建立和維持。技術(shù)可以獨立地完成地球參考架的

17、建立和維持。nVLBIVLBI技術(shù)可以高精度地確定參考坐標(biāo)系的定向和尺度。技術(shù)可以高精度地確定參考坐標(biāo)系的定向和尺度。nLLRLLR網(wǎng)、網(wǎng)、GPSGPS網(wǎng)也可按各自的技術(shù)特點建立地球參考架。網(wǎng)也可按各自的技術(shù)特點建立地球參考架。 對上述全球各個對上述全球各個SLRSLR網(wǎng)、網(wǎng)、VLBIVLBI網(wǎng)、網(wǎng)、LLRLLR網(wǎng)和網(wǎng)和GPSGPS網(wǎng)聯(lián)合平網(wǎng)聯(lián)合平差，即可建立差，即可建立CTRFCTRF。 協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持三、協(xié)議地球參考框架的建立和維持2、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)處理000000000(0030303)()(ZYXmZYXRRRZYXZ

18、YXZXYYXZobs形變位移形變位移zYXCTRFobsVVVZYXZYXZYX（誤差方程）（誤差方程）各觀測技術(shù)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)各觀測技術(shù)的轉(zhuǎn)換坐標(biāo)協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系四、國際地球參考框架四、國際地球參考框架ITRF和和WGS841、ITRF建立建立：通過一組站的坐標(biāo)和速度來完成的，這些站的坐標(biāo)：通過一組站的坐標(biāo)和速度來完成的，這些站的坐標(biāo)和速度通過和速度通過VLBIVLBI、SLRSLR、LLRLLR、GPSGPS（起于（起于19911991年）和年）和DORISDORIS（起于（起于19941994年）等空間大地測量手段得到。計算的年）等空間大地測量手段得到。計

19、算的ITRFITRF解解發(fā)表在發(fā)表在IERSIERS的年度報告上，已有的的年度報告上，已有的ITRFITRF解有解有ITRF0ITRF0、ITRF88ITRF88、ITRF89ITRF89、ITRF90ITRF90、ITRF91ITRF91、ITRF92ITRF92、ITRF93ITRF93、ITRF94ITRF94、ITRF96ITRF96、ITRF97ITRF97和和ITRF2000ITRF2000，目前，目前ITRF2005ITRF2005也已也已經(jīng)建立。經(jīng)建立。 協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系四、國際地球參考框架四、國際地球參考框架ITRF和和WGS841、ITRF

20、大地坐標(biāo)的獲得：大地坐標(biāo)的獲得：IERSIERS推薦采用全球通用的推薦采用全球通用的GRSGRS（Geodetic Reference SystemGeodetic Reference System）的大地測量基本常數(shù)，）的大地測量基本常數(shù)，目前采用的目前采用的GRS80GRS80是是IUGG1979IUGG1979年推薦的，其橢球參數(shù)是：年推薦的，其橢球參數(shù)是：1521410292115. 710986005. 32572.298:16378137sradsmGMmas協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系四、國際地球參考框架四、國際地球參考框架ITRF和和WGS841、ITRF

21、ITRFITRF與與IGSIGS關(guān)系：關(guān)系：隨著國際隨著國際GPSGPS服務(wù)（服務(wù)（IGSIGS）的建立，）的建立，ITRFITRF與與GPSGPS的關(guān)系變得更加密切，的關(guān)系變得更加密切，IGSIGS同同ITRFITRF緊密合作，一方面緊密合作，一方面IERSIERS負責(zé)建立和維持負責(zé)建立和維持ITRFITRF的測站坐標(biāo)、速度和地球自轉(zhuǎn)參的測站坐標(biāo)、速度和地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，另一方面數(shù)，另一方面IGSIGS提供全球提供全球GPSGPS觀測數(shù)據(jù)并改進觀測數(shù)據(jù)并改進ITRFITRF解。解。 GPS GPS數(shù)據(jù)處理中人們可能會遇到兩種精密星歷：一種數(shù)據(jù)處理中人們可能會遇到兩種精密星歷：一種是基于是基于WG

22、S84WGS84坐標(biāo)系的星歷，另一種是基于坐標(biāo)系的星歷，另一種是基于ITRFITRF的星歷的星歷（如（如IGSIGS精密星歷）。使用坐標(biāo)系不同的精密星歷，得到的精密星歷）。使用坐標(biāo)系不同的精密星歷，得到的測站坐標(biāo)將屬于不同的坐標(biāo)系。測站坐標(biāo)將屬于不同的坐標(biāo)系。協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考系四、國際地球參考框架四、國際地球參考框架ITRF和和WGS841、ITRFITRFITRF在建立和維持地區(qū)性大地坐標(biāo)系中的作用在建立和維持地區(qū)性大地坐標(biāo)系中的作用首首先，地區(qū)坐標(biāo)系建立時用到了先，地區(qū)坐標(biāo)系建立時用到了IGSIGS的精密星歷和地球定向的精密星歷和地球定向參數(shù)（參數(shù)（EOPEOP），而），而IGSIGS精密星歷的參考框架是屬于精密星歷的參考框架是屬于ITRFITRF的。的。其次，地區(qū)坐標(biāo)系建立所用的起始站為其次，地區(qū)坐標(biāo)系建立所用的起始站為ITRFITRF框架中的站點，框架中的站點，計算時大多給這些站以很強的約束，這樣建立的坐標(biāo)系應(yīng)計算時大多給這些站以很強的約束，這樣建立的坐標(biāo)系應(yīng)與與ITRFITRF有很好的一致性有很好的一致性協(xié)議地球參考系7.4 協(xié)議地球參考系協(xié)議地球參考