地心空间直角坐标系和地心大地坐标系

时间:2015-02-02     点击:加载中   【打印此页】  【关闭

  地心空间直角坐标系(Geocentric Space Rectangular Coordinate System)和地心大地坐标系(Geocentric Geodetic Coordinate System)是GPS 定位常用的坐标系统。地心空间直角坐 标系与地球椭球无关,而地心大地坐标系则是一种以椭球面和法线(Normal)为基准的地球 坐标系,如图2-6 所示。

  在地心空间直角坐标系中,原点O 与地球质心重合,Z 轴指向地球北极,X 轴指向经度原点E,Y 轴垂直于XOZ 平面构成右手坐标系。于是,P 点的坐标可以表示为P(X,Y,Z)。

  在地心大地坐标系中,地球椭球的中心与地球质心重合,椭球短轴与自转轴重合,起始 大地子午面(Initial Geodetic Meridian Plane)与起始天文子午面重合。这样,P 点的坐标可 以表示为P(L,B,H)。其中,L 表示大地经度(Geodetic Longitude),即过P 点的大地子 午面与起始大地子午面的夹角。B 表示大地纬度(Geodetic Latitude),即P 点的法线方向与 赤道面的夹角。H 表示大地高(Ellipsoidal Height),即P 点沿法线方向到椭球面的距离。

  需要指出的是,天文坐标系的建立与地球自身物理特性关系密切,而大地坐标系则是建 立在椭球面上的,椭球面缺乏明确的物理意义,只是一个几何曲面。所以地表上两点之间的 正高之差可以决定水的流向,而它们的大地高之差则不能。此外,同一个点的大地高与正高 的大小和方向也不一样,它们之差称为该点大地水准面差距Ng;而它们的方向之差,也就是 过某点的铅垂线方向与法线方向之间的夹角,称为垂线偏差(Deflection of Vertical)。

  天文坐标系、地心空间直角坐标系和地心大地坐标系同属地心坐标系,因此可以根据大 地测量和球面天文学的有关理论相互转化,而转化的过程并不涉及任何观测历元。设任一地 面点P,其天文坐标系、地心空间直角坐标系和地心大地坐标系分别为( λ ,ϕ ,H 正)、(X, Y,Z)和(L,B,H), 它们之间的换算关系为:

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