[20][ch7][协议地球参考系]

1、整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系一、地心坐标系及其应用需求一、地心坐标系及其应用需求n 地心坐标系在地球动力学、物理大地测量学和空间技术中地心坐标系在地球动力学、物理大地测量学和空间技术中的应用需求的应用需求1 1）无论地球内部质量怎么迁移，地球形状发生怎样的变化，）无论地球内部质量怎么迁移，地球形状发生怎样的变化，地球质心都沿着一条确定的轨道运行。地球质心都沿着一条确定的轨道运行。2 2）物理大地测量需要一个与全球大地水准面最为密和的正常）物理大地测量需要一个与全球大地水准面最为密和的正常椭球体，其几何中心应与地球质心一致。椭球体，其几何中心应与地球质心一致。3 3）人造地球卫

2、星和弹道导弹在围绕地球飞行时，其轨道平面）人造地球卫星和弹道导弹在围绕地球飞行时，其轨道平面通过地球质心，因此轨道计算和测定应该在地心坐标系中进通过地球质心，因此轨道计算和测定应该在地心坐标系中进行。行。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系一、地心坐标系及其应用需求一、地心坐标系及其应用需求n 地心坐标系在测绘工程中的应用需求地心坐标系在测绘工程中的应用需求1 1）导航等集成应用的要求，以地心基准作为地图的数学基础，）导航等集成应用的要求，以地心基准作为地图的数学基础，能使能使GPSGPS等技术的空间导航结果直接在地图平台上定位；等技术的空间导航结果直接在地图平台上定位；2 2）地理

3、信息的应用在空间域上的整体性要求，导航系统与地）地理信息的应用在空间域上的整体性要求，导航系统与地图平台、海图与地形图、跨国界洲际图平台、海图与地形图、跨国界洲际GISGIS、遥感信息等；、遥感信息等；3 3）地理信息的应用在时间域上的整体性要求，参心基准时静）地理信息的应用在时间域上的整体性要求，参心基准时静态基准，而地心基准则可长期维持。态基准，而地心基准则可长期维持。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义n 极移极移地球极点地球极点是地球自转轴与地球表面是地球自转轴与地球表面的交点。由于地球自转轴

4、在地球本的交点。由于地球自转轴在地球本体内的运动，地球极点在地球表面体内的运动，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象上的位置随时间而变化，这种现象叫做地极移动，简称叫做地极移动，简称极移极移。随时间。随时间而变化的地球自转轴为瞬时轴，相而变化的地球自转轴为瞬时轴，相应的极点叫应的极点叫瞬时极瞬时极。地极坐标系地极坐标系 1、极移和国际协议原点（、极移和国际协议原点（Conventional International Origin） 整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义n 国际协议原点（国

5、际协议原点（CIO）：）：1967年年IAU和和IUGG建议平极的建议平极的位置用位置用5个台站个台站1900至至1905年的年的平均纬度来确定，平极的这个位平均纬度来确定，平极的这个位置相对于置相对于1900至至1905年平均历元年平均历元（1903.0），叫做），叫做国际协议原点，国际协议原点，简称简称CIO。协议赤道面、协议地。协议赤道面、协议地极。极。1、极移和国际协议原点（、极移和国际协议原点（Conventional International Origin） 整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框

6、架的定义1、极移和国际协议原点（、极移和国际协议原点（Conventional International Origin） 协议地球参考系与瞬时协议地球参考系与瞬时地球参考系的关系：地球参考系的关系： 瞬时协议ZYXAZYX)()(pXpYyRxRA整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义2、协议地球参考系和协议地球参考框架、协议地球参考系和协议地球参考框架 地球参考系地球参考系是以某种确定的方式联系到地球是以某种确定的方式联系到地球的坐标系。的坐标系。理想的地球参考系理想的地球参考系：相对于它地壳只存：

7、相对于它地壳只存在形变，不存在整体的旋转和平移；而它相对于惯在形变，不存在整体的旋转和平移；而它相对于惯性参考系只包含地球的公转和自转等整体运动。性参考系只包含地球的公转和自转等整体运动。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义2、协议地球参考系和协议地球参考框架、协议地球参考系和协议地球参考框架ccdmdm00vxv理想地球参考框架的理想地球参考框架的TisserandTisserand条件：条件： 第一个条件表示相对于所定义的参考系，地球的线动第一个条件表示相对于所定义的参考系，地球的线动量为量为0

8、0，表明地球不存在整体的平移；，表明地球不存在整体的平移；第二个条件表示相对于所定义的参考系，地球的角动第二个条件表示相对于所定义的参考系，地球的角动量为量为0 0，表明地球不存在整体的旋转，表明地球不存在整体的旋转 整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义2、协议地球参考系和协议地球参考框架、协议地球参考系和协议地球参考框架参考系的建立：参考系的建立：一是指物理基准（即原点、尺度、定向等）的选择；一是指物理基准（即原点、尺度、定向等）的选择；二是指实现的方法。二是指实现的方法。对特定的理论和模型的选择，

9、即对特定的理论和模型的选择，即CTRS ；对实现系统；对实现系统所采用方法的选择，即所采用方法的选择，即CTRF 。协议约定，即相对于理想情况，当表达理想情况有协议约定，即相对于理想情况，当表达理想情况有不同方式时，要约定。不同方式时，要约定。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义2、协议地球参考系和协议地球参考框架、协议地球参考系和协议地球参考框架 协议地球参考系协议地球参考系CTRSCTRS的定义的定义n 原点在地心，地心定义为包括海洋和大气的整个地球原点在地心，地心定义为包括海洋和大气的整个地球的

10、质量中心；的质量中心；n 尺度单位为米（国际单位制），即在引力相对论意义尺度单位为米（国际单位制），即在引力相对论意义下的局部地球框架内定义的米；下的局部地球框架内定义的米；n 定向由定向由BIH1984.0BIH1984.0给出；给出；n 定向的时间演化相对于地壳不产生残余的全球性旋转，定向的时间演化相对于地壳不产生残余的全球性旋转，如采用近似满足这个条件的绝对板块运动模型如采用近似满足这个条件的绝对板块运动模型NNRNNRNUVEL1NUVEL1。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义二、协议地球参考系和协议地球参考框架的定义2、协议地球参

11、考系和协议地球参考框架、协议地球参考系和协议地球参考框架 地球参考系地球参考系CTRS的具体化：给出若干地面点坐标的具体化：给出若干地面点坐标第一，必须详细定义基本物理基准构形和其坐标间关系第一，必须详细定义基本物理基准构形和其坐标间关系的模型（的模型（CTRSCTRS）。此时，坐标要能完全定义，但不必考）。此时，坐标要能完全定义，但不必考虑实现的途径；虑实现的途径；第二，一旦协议地球参考系选定了，便使之能为各类用第二，一旦协议地球参考系选定了，便使之能为各类用户可用，就要通过许多实际的地面点具体化。户可用，就要通过许多实际的地面点具体化。这样一组这样一组协议选定的使系统具体化的地面点及其坐标

12、（三维）就协议选定的使系统具体化的地面点及其坐标（三维）就定义了协议地球参考框架（定义了协议地球参考框架（CTRFCTRF）。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系三、协议地球参考框架的建立和维持三、协议地球参考框架的建立和维持1、建立和维持步骤、建立和维持步骤1 1）给出地球参考系的理论定义和协议约定；）给出地球参考系的理论定义和协议约定；2 2）建立地面观测台站，并进行空间大地测量；）建立地面观测台站，并进行空间大地测量；3 3）根据对协议地球参考系的约定，采用国际推荐的一组）根据对协议地球参考系的约定，采用国际推荐的一组模型和常数，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台模型和常数

13、，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台站在某一历元的站坐标，即站在某一历元的站坐标，即建立协议地球参考框架建立协议地球参考框架；4 4）对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，）对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相应的时变模型，以建立相应的时变模型，以维持协议地球参考框架维持协议地球参考框架的稳定。的稳定。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系三、协议地球参考框架的建立和维持三、协议地球参考框架的建立和维持1、建立和维持步骤、建立和维持步骤 地球质心位置的确定（协议地球参考框架原点）地球质心位置的确定（协议地球参考框架原点） 通过激光测卫（通过激光测卫（SL

14、RSLR）等卫星动力学方法确定了地面）等卫星动力学方法确定了地面 n( nn( n大于大于3)3)个点至地球质心的距离，然后再采用个点至地球质心的距离，然后再采用GPSGPS、VLBIVLBI等测量方法把这几个点之间的距离确定下来，于是通等测量方法把这几个点之间的距离确定下来，于是通过几何约束条件即可确定地心的位置，考虑到地球的粘弹过几何约束条件即可确定地心的位置，考虑到地球的粘弹性，需要长期监测这些点的变化性，需要长期监测这些点的变化，以改善地心位置。，以改善地心位置。 该方法确定的地心位置与地面台站的个数及图形结构该方法确定的地心位置与地面台站的个数及图形结构有关。有关。整理ppt7.4

15、协议地球参考系协议地球参考系三、协议地球参考框架的建立和维持三、协议地球参考框架的建立和维持1、建立和维持步骤、建立和维持步骤协议地球参考框架坐标轴向的确定协议地球参考框架坐标轴向的确定 地球地球瞬时自转轴瞬时自转轴必定通过质心，必定通过质心，由于极移运动，瞬时由于极移运动，瞬时自转轴运动轨道构成了一个近似的圆锥面，以地球质心为自转轴运动轨道构成了一个近似的圆锥面，以地球质心为其锥顶。取平均自转轴，即圆锥面的对称轴，为其锥顶。取平均自转轴，即圆锥面的对称轴，为Z Z轴，将轴，将X X轴限定在格林尼治天文台的子午面内，再选定轴限定在格林尼治天文台的子午面内，再选定Y Y轴，使轴，使O-O-XYZ

16、XYZ构成右手直角坐标系。这样我们就建立了地球质心坐构成右手直角坐标系。这样我们就建立了地球质心坐标系。实用中参考系的三轴指向由标系。实用中参考系的三轴指向由BIH/IERSBIH/IERS提供的地球自提供的地球自转参数（转参数（ERPERP）确定。）确定。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系三、协议地球参考框架的建立和维持三、协议地球参考框架的建立和维持2、数据处理、数据处理几种空间技术在确定几种空间技术在确定CTRFCTRF中的作用中的作用nSLRSLR技术可以独立地完成地球参考架的建立和维持。技术可以独立地完成地球参考架的建立和维持。nVLBIVLBI技术可以高精度地确定参考坐

17、标系的定向和尺度。技术可以高精度地确定参考坐标系的定向和尺度。nLLRLLR网、网、GPSGPS网也可按各自的技术特点建立地球参考架。网也可按各自的技术特点建立地球参考架。 对上述全球各个对上述全球各个SLRSLR网、网、VLBIVLBI网、网、LLRLLR网和网和GPSGPS网联合平网联合平差，即可建立差，即可建立CTRFCTRF。 整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系三、协议地球参考框架的建立和维持三、协议地球参考框架的建立和维持2、数据处理、数据处理000000000(0030303)()(ZYXmZYXRRRZYXZYXZXYYXZobs形变位移形变位移zYXCTRFobsV

18、VVZYXZYXZYX（误差方程）（误差方程）各观测技术的转换坐标各观测技术的转换坐标整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系四、国际地球参考框架四、国际地球参考框架ITRF和和WGS841、ITRF建立建立：通过一组站的坐标和速度来完成的，这些站的坐标：通过一组站的坐标和速度来完成的，这些站的坐标和速度通过和速度通过VLBIVLBI、SLRSLR、LLRLLR、GPSGPS（起于（起于19911991年）和年）和DORISDORIS（起于（起于19941994年）等空间大地测量手段得到。计算的年）等空间大地测量手段得到。计算的ITRFITRF解解发表在发表在IERSIERS的年度报告上

19、，已有的的年度报告上，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也已经建立。也已经建立。 整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系四、国际地球参考框架四、国际地球参考框架ITRF和和WGS841、ITRF大地坐标的获得：大地坐标的获得：IERSIERS推荐采用全球通用的推

20、荐采用全球通用的GRSGRS（Geodetic Geodetic Reference SystemReference System）的大地测量基本常数，目前采用的）的大地测量基本常数，目前采用的GRS80GRS80是是IUGG1979IUGG1979年推荐的，其椭球参数是：年推荐的，其椭球参数是：1521410292115. 710986005. 32572.298:16378137sradsmGMmas整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系四、国际地球参考框架四、国际地球参考框架ITRF和和WGS841、ITRFITRFITRF与与IGSIGS关系：关系：随着国际随着国际GPSGPS

21、服务（服务（IGSIGS）的建立，）的建立，ITRFITRF与与GPSGPS的关系变得更加密切，的关系变得更加密切，IGSIGS同同ITRFITRF紧密合作，一方面紧密合作，一方面IERSIERS负责建立和维持负责建立和维持ITRFITRF的测站坐标、速度和地球自转参的测站坐标、速度和地球自转参数，另一方面数，另一方面IGSIGS提供全球提供全球GPSGPS观测数据并改进观测数据并改进ITRFITRF解。解。 GPS GPS数据处理中人们可能会遇到两种精密星历：一种是数据处理中人们可能会遇到两种精密星历：一种是基于基于WGS84WGS84坐标系的星历，另一种是基于坐标系的星历，另一种是基于IT

22、RFITRF的星历（如的星历（如IGSIGS精密星历）。使用坐标系不同的精密星历，得到的测站精密星历）。使用坐标系不同的精密星历，得到的测站坐标将属于不同的坐标系。坐标将属于不同的坐标系。整理ppt7.4 协议地球参考系协议地球参考系四、国际地球参考框架四、国际地球参考框架ITRF和和WGS841、ITRFITRFITRF在建立和维持地区性大地坐标系中的作用在建立和维持地区性大地坐标系中的作用首首先，地区坐标系建立时用到了先，地区坐标系建立时用到了IGSIGS的精密星历和地球定向的精密星历和地球定向参数（参数（EOPEOP），而），而IGSIGS精密星历的参考框架是属于精密星历的参考框架是属于ITRFITRF的。的。其次，地区坐标系建立所用的起始站为其次，地区坐标系建立所用的起始站为ITRFITRF框架中的站点，框架中的站点，计算时大多给这些站以很强的约束，这样建立的坐标系应计算时大多给这些站以很强