大地测量参考框架武汉大学测绘学院

1概论大地基准〔GeodeticDatum〕：用以代表地球形体的旋转椭球，建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向〔椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面〕和定位〔旋转椭球中心与地球中心的关系〕。ab9/18/20231大地测量参考系统〔GeodeticReferenceSystem〕：坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统1〕坐标参考系统：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。2〕高程参考系统：以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高，以旋转椭球面为参照面的高程系统称为大地高。3〕重力参考系统：重力观测值的参考系统坐标系原点、坐标轴、尺度及其有关计算公式9/18/202329/18/20233大地测量参考框架(GeodeticReferenceFrame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网〔点〕所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。〔〕9/18/20234国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,含三角点、导线点共154348个。9/18/20235国家高程控制网按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619.1公里。

9/18/20236国家重力根本网是确定我国重力加速度数值的参考框架。2000国家重力根本网包括21个重力基准点和126个重力根本点。9/18/202372000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPSA、B级网,总参测绘局GPS一、二级网，中国地壳运动观测网组成,共2609个点。

9/18/20238讨论题：1大地基准、坐标系统、参考框架之间的关系。2“从整体到局部〞的测量原那么是如何通过坐标参考框架表达的？3大地原点、水准原点在建立大地测量参考框架中的作用是什么？9/18/202392大地基准

经典大地测量基准(几何特征)：经过定位定向且具有确定参数的椭球—参考椭球

Therearemanydifferentellipsoidsonwhichpositionsmaybeexpressed.Thesize,shapeandpositioningoftheellipsoidalreferencesystemwithrespecttotheareaofinterestislargelyarbitrary,anddeterminedindifferentwaysaroundtheglobe.Thedefiningparametersofsuchareferencesystemareknownasthegeodeticdatum.Thegeodeticdatummaybedefinedbythefollowingconstants:9/18/202310thesizeandshapeoftheellipsoid,usuallyexpressedasthesemi-majoraxis(a)andtheflattening(f)oreccentricitysquared(e2).Thereareanumberoftechniquesusedtodeterminethebestfitellipsoidforanarea;thedirectionoftheminoraxisoftheellipsoid;thepositionofitscentre,eitherimpliedbyadoptingageodeticlatitudeandlongitude(B,L)andgeoid/ellipsoidseparation(N)atone(一点定位),ormorepoints(datumstations，多点定位),orinabsoluteterms(X0,Y0,Z0)withreferencetothecentreofmassoftheearth;thezerooflongitude(conventionallytheGreenwichMeridian).

9/18/202311ThemannerinwhichtheGeodeticDatumisdefinedvariesfromcountrytocountry(orregiontoregion).Ellipsoidhasbeenusedinclassicalgeodesyforover200yearstoprovideafigureoftheearthonwhichpositionsmaybegivenintermsoflatitude,longitudeandheightabovetheellipsoidalsurface.Theellipsoidthususedistermedareferenceellipsoid.9/18/202312Theshapeofthegeoidvariesaroundtheglobe,thereforedifferentsizedellipsoidshavebeenusedfordifferentregions.Eachischosentofitthegeoidascloselyasmeasurementtechnologiesandcomputationalabilitiesallowedatthetimetheywereestablished.Forexample,anellipsoidwhichprovidesagoodfitofthegeoidoverthewholeglobeisnotnecessarilythemostsuitableforNorthAmerica,andneitherwouldbethemostappropriateforIreland(seethediagrambelowforanexaggerateddepiction).9/18/2023139/18/202314参考椭球实例：贝塞尔椭球(1841年)，克拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年)和克拉索夫斯基椭球(1940年)等

名称年代长半径(m)1/f贝塞尔椭球(Bessel)18416377397299.15克拉克椭球(Clarke)18666378206294.98海福特椭球(Hayford)19106378388297.00克拉索夫斯基椭球(Krassovsky)19406378245298.39/18/202315参考椭球大小、定位与定向

①选择或求定椭球的几何参数(长半径a和扁率α)②确定椭球短轴的指向(椭球定向)③确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点〕9/18/202316椭球定向9/18/202317一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定椭球定位9/18/202318多点定位：椭球中心位置由一组大地点的大地坐标所确定，大地原点的起算数据按下式求得。9/18/202319大地原点和大地起算数据大地原点也叫大地基准点或大地起算点，大地原点的经纬度/大地高/至某一固定点的大地方位角称为大地起算数据。9/18/202320现代大地测量基准/卫星大地测量基准〔几何特征+物理特征〕：总地球椭球〔椭球中心与地球质心重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球外表最正确拟合〕地球椭球的四个根本常数：地球椭球赤道半径a，地心引力常数GM，地球重力场2阶带谐系数J2〔由此导出椭球扁率f,〕和地球自转角速度w。9/18/202321定义卫星大地测量基准，将涉及到地球重力场模型、地极运动模型、地球引力常数、地球自转速度等。不同大地测量基准的差异对坐标的影响，可根据公共点的大地观测数据求得，并进而求解出转换模型，实现不同基准下的坐标转换，但由于观测误差的存在，导致转换模型误差，其精度取决于公共点的数量和分布、观测精度、数据处理方法等。9/18/202322总地球椭球实例：WGS84,GRS80

WGS84(GPS)GRS80(ITRS)a63781376378137fJ21/298.257223563108262.999·10-81/298.257222101108263·10-8ω(rad/s)7292115·10-117292115·10-11GM(m3s-2)3986005·1083986005·1089/18/202323WUHAN-2267749.1625009154.3253221290.762BEIJING-2148743.7844426641.2364044655.935SHANGHAI-2831733.2684675666.0393275369.521KUNMING-1281255.4735640746.0792682880.117URUMQI193030.8734606851.3244393311.421LHASA-106937.6695549269.5913139215.7629/18/202324

WUHAN67.471907924253.54159725325.8259BEIJING87.5631003462573337SHANGHAI69.025901447269.05534319522.0670KUNMING55.342076376228.1416524471986.2195URUMQI97.155632104194.295087226858.8410LHASA65.505069941202.1632887733624.6574

WUHAN67.471907924253.54159725325.8259BEIJING87.5631003472573337SHANGHAI69.025901448269.05534319522.0671KUNMING55.342076376228.1416524471986.2195URUMQI97.155632105194.295087226858.8410LHASA65.505069942202.1632887733624.6575WGS84VS.GRS809/18/202325讨论题1旋转椭球作为大地测量基准，其特征是什么？2地球椭球的常数J2与扁率f的关系式为：用WGS84的椭球数据进行验证。3椭球定位是如何通过大地原点的起算数据表达的？9/18/2023263坐标参考系统

以参考椭球为基准的坐标系，叫做参心坐标系；以总地球椭球为基准的坐标系，叫做地心坐标系。无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而又称为地固坐标系，以地心为原点的地固坐标系那么称为地心地固坐标系(ECEF)，主要用于描述地面点的相对位置；另一类是空间固定的坐标系，与地球自转无关，称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。9/18/202327坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向、尺度和相关的计算模型所定义的。对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中心或地心；坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(ConventionalTerrestrialPole)作为Z轴指向，因而称为协议坐标系；尺度采用国际标准长度单位；实现方式为大地测量理论、技术与方法。地球旋转轴的指向1)空间指向的变化〔岁差、章动〕2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化〔极移〕

9/18/2023289/18/202329空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation)

9/18/202330地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化(极移,polarmotion，国际协议原点CIO)地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球外表上的位置是随时间而变化的，这种现象称为地极移动，简称极移。某一观测瞬间地球北极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。9/18/202331国际天文联合会(IAU)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)在1967年于意大利共同召开的第32次讨论会上，建议采用国际上5个纬度效劳(ILS)站以1900～1905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO(ConventionalInternationalOrigin)，它相对于1900～1905年平均历元1903.0。另外国际极移效劳(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点，与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。9/18/2023329/18/2023339/18/2023343.11954年北京坐标系

1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。

椭球参数有较大误差。

参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达67m。定向不明确

9/18/2023353.21980年国家大地坐标系(1980西安坐标系)

1980年国家大地坐标系的特点是：①采用1975年国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)第16届大会上推荐的4个椭球根本参数。地球椭球长半径a=6378140m，地心引力常数GM=3.986005×1014m3/s2,地球重力场二阶带球谐系数J2=1.08263×10-8,地球自转角速度ω=7.292115×10-5rad/s。9/18/202336②参心大地坐标系是在1954年北京坐标系根底上建立起来的。③椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。④定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0的方向⑤大地原点地处我国中部，位于西安市以北60km处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。

⑥大地高程基准采用1956年黄海高程系9/18/202337平差后提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须注意所用成果相应的坐标系统。

9/18/2023383.3新1954年北京坐标系(BJ54新)新1954年北京坐标系，是在GDZ80根底上，改变GDZ80相对应的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点(椭球中心)平移，使坐标轴保持平行而建立起来的。9/18/2023399/18/2023409/18/202341BJ54新的特点是：①采用克拉索夫斯基椭球参数。②是综合GDZ80和BJ54建立起来的参心坐标系。③采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国境内不是最正确拟合。④定向明确，坐标轴与GDZ80相平行，椭球短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点的方向⑤大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。9/18/202342⑥大地高程基准采用1956年黄海高程系。⑦与旧BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。旧BJ54的坐标是局部平差结果，而新BJ54是GDZ80整体平差结果的转换值，两者之间无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。9/18/2023433.4地心地固坐标系

地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。

地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐标轴方向的变化。

9/18/202344地心地固大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最正确符合，椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极)9/18/202345以协议地极CTP(ConventionalTerrestrialPole)为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系CTS(ConventionalTerrestrialSystem)，而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIO为指向点，因而也是协议地球坐标系，一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表相同的含义。

3.5协议地球坐标系9/18/20234620世纪60年代以来，美国和原苏联等国家利用卫星观测等资料，开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部曾先后建立过世界大地坐标系(WorldGeodeticSystem，简称为WGS)WGS60，WGS66和WGS72，并于1984年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精确的地心坐标系统，称为WGS84。

9/18/2023473.6WGS84世界大地坐标系WGS84是一个协议地球参考系CTS。该坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极CTP方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系

9/18/202348WGS84坐标系统采用的4个根本参数是：a=6378137mGM=3986005×108m3s-2C2,0=-484.16685×10-6ω=7292115×10-11rad/s9/18/202349为了改善WGS84系统的精度，1994年6月，由美国国防制图局(DMA)将其和美国空军(AirForce)在全球的10个GPS跟踪站的数据加上局部IGS站的ITRF91数据，进行联合处理，并以IGS站在ITRF91框架下的站坐标为固定值，重新计算了这些全球跟踪站在1994.0历元的站坐标，更新为WGS84(G730)1996年，WGS84坐标框架再次进行更新，得到了WGS84(G873)9/18/202350WGS84的表达与维持9/18/202351WGS84高程异常正常重力:WGS84所定义的地球椭球面是一个地心旋转椭球等位面，椭球面上的重力称为正常重力(索密里安公式C.Somigliana)对于高出椭球面H的地面点：9/18/202352地球重力场模型-EGM96:360X360阶次的球谐展开式(:///GandG/wgsegm/egm96.html)，求定高程异常：9/18/2023539/18/2023549/18/2023559/18/202356对于武汉IGS站wuhn：L=114.212613407B=30.315395288H=25.8259GeoidHeight=-14.43

9/18/2023579/18/2023583.7地方坐标系1〕目的减小图上距离或坐标反算距离与实测距离的差值；工程建设的急需；满足特定工程的精度要求；满足工程特定的使用习惯。2〕依据：长度归化从观测外表到投影面，当投影面低于观测外表时变短，反之变长；高斯投影的长度比大于1，并且离中央子午线越远，长度比越大。在城市或工程建设地区要求归化变形和投影变形的代数和不超过1:40000(相当于每公里2.5cm)9/18/202359边长的高程归化公式H(m)10-1:600000100-1:60000160-1:400001000-1:6000Rm=6370km当观测地面的大地高小于160m时，边长的高程归化变形在1:40000内9/18/202360高斯投影长度改化y(km)11.61:60000036.81:6000045.01:40000116.31:6000Rm=6370km当观测点位离中央子午线小于45km时，边长的高斯投影变形在1:40000内9/18/2023613)方法中央子午线选在城市或工程地区的中心，投影面选择平均高程面。这样既可使该测区的高程归化改正和地区中央的投影变形几乎为零，又可保证在离中央子午线45km内的地区其投影变形的相对误差小于是1：40000。这种独立坐标系最适合一般城市需要，因为其所辖面积不会太大，东西跨度90km完全可以满足需要。利用高程归化改正和投影变形可以相互抵消的特点，把它们结合起来进行设计。9/18/202362如果中央子午线设在城市或工程建设地区中央，高程归化面在地区平均高程面以下100m左右，离开中央子午线各约57km的地方亦可保证长度变形小于1：40000。9/18/202363不变动高程面，只变动中央子午线最大Y例如9/18/202364只改变归化高程面，不改变高斯投影参数9/18/202365椭球膨胀法建立地方坐标系：保持参考椭球扁率不变，伸缩其长半轴，从而使观测地点的平均高程面与采用的椭球面相切。椭球参数与坐标计算9/18/202366城市坐标系以过城市中心的子午线为中央子午线，按高斯投影建立平面直角坐标系O-xy。工程坐标系主体建筑轴线为坐标轴，原点位于主体建筑中心。9/18/202367讨论题1地球旋转轴的指向变化特点及其与大地测量坐标系的关系。2岁差、章动、极移的不同点是什么？3WGS84的Z轴指向哪里？4当采用改变椭球参数法建立地方坐标系时，x坐标是否会有很大〔数10米〕变化？9/18/2023684国际地球参考框架ITRFITRF〔InternationalTerrestrialReferenceFrame〕是由IERS〔InternationalEarthRotationService〕提供的国际地球参考框架，其构成是基于甚长基线干预VLBI、激光测月LLR、激光测卫SLR、GPS和卫星轨道跟踪和定位DORIS等空间大地测量技术的观测数据。这些观测数据首先由不同技术各自的分析中心进行处理，最后由IERS中心局〔IERSCB〕根据各分析中心的处理结果进行综合分析，得出ITRF的最终结果，并由IERS年度报告和技术备忘录向世界发布，提供各方面的应用。9/18/2023694.1ITRF系列IERSCB每年将全球站的观测数据进行综合处理和分析，得到一个ITRF框架，并以IERS年报和IERS技术备忘录的形式发布。自1988年起，IERS已经发布ITRF88，89，90，91，92，93，94，96，97，ITRF2000，ITRF2005等全球坐标参考框架。目前，IGS各种轨道产品的坐标参考基准采用的是ITRF2005参考框架。

9/18/2023704.1.1ITRF2000与其他框架的转换TRANSFORMATIONPARAMETERSANDTHEIRRATESFROMITRF2000TOPREVIOUSFRAMESSOLUTIONT1T2T3DR1R2R3EPOCHRef.UNITS---------->cmcmcmppb.001".001".001"IERSTech........Note#RATEST1T2T3DR1R2R3UNITS---------->cm/ycm/ycm/yppb/y.001"/y.001"/y.001"/y-------------------------------------------------------------------------------------ITRF970.670.61-1.851.550.000.000.001997.027rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF960.670.61-1.851.550.000.000.001997.024rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF940.670.61-1.851.550.000.000.001997.020rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.029/18/202371ITRF931.270.65-2.091.95-0.390.80-1.141988.018rates-0.29-0.02-0.060.01-0.11-0.190.07ITRF921.471.35-1.390.750.000.00-0.181988.015rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF912.672.75-1.992.150.000.00-0.181988.012rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF902.472.35-3.592.450.000.00-0.181988.09rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF892.974.75-7.395.850.000.00-0.181988.06rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF882.471.15-9.798.950.100.00-0.181988.0rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.029/18/202372TransformationParametersfromITRF2005toITRF2000

atepoch2000.0

T1T2T3DR1R2R3

mmmmmm10-9masmasmas

0.1-0.8-5.80.400.0000.0000.0000.30.30.30.050.0120.0120.012

Rates-0.20.1-1.80.080.0000.0000.0000.30.30.30.050.0120.0120.012

9/18/202373wuhn的ITRF2000下1997.0参考历元的坐标(m)及变化率(m/y)为：-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.0119求：1〕wuhn的ITRF2000下2005年3月20日为参考历元的坐标；2〕wuhn的ITRF97下2005年3月20日为参考历元的坐标。9/18/2023744.1.2ITRF与WGS84的转换-ParametersfromITRF90toWGS84-Dopplerrealizedsystem:

T1(m)T2(m)T3(m)D(ppm)R1(“)R2(“)R3(“)0.060-0.517-0.223-0.0110.0183-0.00030.0070-NewrealizationsofWGS84basedonGPSdata,suchasWGS84(G730orG873):ThesenewWGS84realizationsarecoincidentwithITRFatabout10-centimeterlevel.Fortheserealizationstherearenoofficialtransformationparameters.ThismeansthatonecanconsiderthatITRFcoordinatesarealsoexpressedinWGS84at10cmlevel.9/18/2023754.2IERS[/]TheIERSwasestablishedastheInternationalEarthRotationServicein1987bytheInternationalAstronomicalUnionandtheInternationalUnionofGeodesyandGeophysicsanditbeganoperationon1January1988.In2003itwasrenamedtoInternationalEarthRotationandReferenceSystemsService.9/18/2023769/18/202377IERS的任务主要有以下几个方面：①维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)；②维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)；③为当前应用和长期研究提供及时准确的地球自转参数(EOP)。9/18/202378IERSProductsTheIERSmaintainsthefollowingmainproducts:EarthorientationdataConventionsInternationalCelestialReferenceSystemInternationalCelestialReferenceFrameInternationalTerrestrialReferenceSystemInternationalTerrestrialReferenceFrame[:///iers/publications/tn/tn31/]Geophysicalfluidsdata9/18/202379ITRF2000STATIONPOSITIONS〔m)ATEPOCH1997.0ANDVELOCITIES(m/y)

BJFS-2148743.7844426641.2364044655.935-.0444.0141-.0013WUHN-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.01199/18/2023804.3IGS4.3.1HISTORYInternationalGlobalPositioningSystem(GPS)ServiceforGeodynamics(IGS)formallybeganon1January1994.DuetotheexpansionofIGSobjectives,thenameoftheservicewaschangedtoInternationalGPSService(IGS)on1January1999.FollowingfurtherexpansionofIGS,integratingdatafromGLONASSsystemandplanningforthedeploymentofGalileosystem,thenamewaschangedtoInternationalGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)Service(IGS)on14March2005.9/18/2023814.3.2GOALSANDOBJECTIVESTheIGSstrivesto:Providethehighestquality,reliableGNSSdataandproducts,openlyandreadilyavailabletoall.PromoteuniversalacceptanceofIGSproducts,standardsandconventions.Continuouslyinnovatebyattractingleading-edgeexpertiseandpursuingchallengingprojectsandideas.Seekandpursuenewgrowthopportunitieswhilerespondingtochanginguserneeds.9/18/202382SustainandnurturetheIGScultureofcollegiality,openness,inclusiveness,andcooperation.Maintainavoluntaryorganizationwitheffectiveleadership,governance,andmanagement.9/18/2023834.3.3Data&productsTrackingdata(dailyRINEXfiles)

(Global)Navigationmessagefiles(broadcastmessagesoftrackingstations)MeteorologicalFilesandSummaryfilesGPSsatelliteephemerides

Earthrotationparameters

IGStrackingstationcoordinatesandvelocities

GPSsatelliteandIGStrackingstationclockinformation

Zenithpathdelayestimates

9/18/2023844.3.4IGS组织主要由以下几局部组成：1)跟踪站网〔TrackingStations〕IGS跟踪站网由全球24小时全天候观测的GPS跟踪站组成，IGS跟踪站划分为全球跟踪站〔GlobalSites〕、区域跟踪站〔RegionalSites〕和地方跟踪站〔LocalSites〕。建立连续观测跟踪站网的目的是计算卫星轨道，确定地球参考框架及地球自转参数等。9/18/202385Thereare382stationsasof3Apr2006.Eachstationisassigneda4-charactersiteID.TherawstationdataisconvertedtoRINEXformatandaccessedthroughInternet.9/18/2023862)操作中心(OperationalCenters)该中心负责一个地方跟踪站网的运作，进行GPS原始观测数据的格式转换，以及为网内各跟踪站提供管理和技术支持。3〕数据中心(DataCenters)全球数据中心〔GlobalDataCenter〕主要任务是为分析中心及外部用户提供数据效劳。包括：CDDIS:CrustalDynamicsDataInformationSystemSIO:ScrippsInstitutionofOceanographyIGN:InstitutGeographiqueNational9/18/202387区域数据中心〔ReginalDataCenter〕区域数据中心的目的是从数个地方数据中心收集数据，满足本区域的需求，减少数据传输流量，并且将数据传输至全球数据中心，包括：BKG:BundesamtfuerKartographieundGeodaesieAUSLIG:AustralianSurveyingandLandInformationNRCAN:NaturalResourcesofCanadaGODC(formerlyCIGNET):GeoscienceLaboratory,NOAAJPL:JetPropulsionLaboratory9/18/202388地方数据中心〔LocalDataCenter〕地方数据中心与跟踪站直接相联系，他们的任务是进行数据格式转换、压缩数据、备份数据及传输数据至区域数据中心。4〕分析中心(AnalysisCenters)分析中心每天的根本任务是从全球数据中心获取GPS跟踪站观测数据，独立地进行数据处理和分析，估计得到GPS卫星轨道、地球自转参数和站坐标及其速度，并将各自的分析成果返回给数据中心。分析中心包括NRCan、GFZ、JPL、CODE、ESA、SIO和NGS等七个。9/18/2023895〕协调分析中心〔AnalysisCentersCoordinator〕协调分析中心负责监督分析中心的工作，并且对各个分析中心的产品进行质量分析、评价，最后进行加权平均，得到最终的IGS产品。并在数据采集后十天内，发送给IGS数据中心和IGS中心局信息系统CBIS。6〕中心局(CentralBureau)中心局主要负责IGS日常工作，包括组织会议，制定标准及出版相关出版物等。由中心局维护的中心局信息系统CBIS，包含IGS的各种产品和信息，设有web网站和ftp效劳器。位于法国巴黎的全球数据中心IGN设有其ftp效劳的镜像站。用户通过web网站或ftp效劳器都可以访问IGS跟踪站数据及IGS轨道产品。9/18/2023904.3.5获取IGS观测数据和产品1)文件命名规那么ThetrackingdataismadeavailableindailyRINEXfiles.AlltrackingsitesgenerateatleastadailyRINEXobservationandnavigationmessagefile.Thefilesareorganizedbytype,year,dayofyear,GPSweek,dayofweek,siteID.9/18/202391LocatingIGSdata,products,andformatdefinitionsKeytodirectoryandfilenamevariablesddayofweek(0-6)ssss4-characterIGSsiteIDor4-characterLEOIDddddayofyear(1-366)ww2-digitweekofyear(00-51)hh2-digithourofday(00-23)wwww4-digitGPSweekhsingleletterforhourofday

(a-x=0-23)yy2-digityearmmminuteswithinhouryyyy4-digityearleonameoflow-earthorbitingsatelliteSoftwaretouncompressfilesendingin.Zisavailablefrom(ThiswillassistyouinlocatingandusingIGSdataandproducts.ItisnotanexhaustivecompilationofallfilesanddirectoriesavailableattheDataCenters)9/18/202392ObservationFilesNamingconventionsssssdddf.yyD.Z,ssssdddf.yyO.Z

(/)NavigationMessageFilesNamingconventionsssssdddf.yyN.Z

(/)GlobalNavigationMessageFile

brdcdddf.yyN.Z(/)Convertsoftwarebetween.yyDand.yyO:CRX2RNX.exeandRNX2CRX.exe(/pub/software/RNXCMP_2.4.2/dos/exe_win2000/)9/18/2023932)HowtoAccessIGSTrackingDataIdentificationoftheTrackingSitesDataDownloadConnecttothecenterbyftporanddownloadthefiles.Forexample:

//Example:wuhn0230.05o,wuhn0230.05n9/18/2023943〕DownloadPreciseEphemerisigs13170.sp3(3Apr.2005)4)GPSCalendarforApril,2005

9/18/2023955ITRF框架坐标的传递方法：与IGS连续运行跟踪站的数据进行联合处理，得到待求点与IGS站之间的准确的基线向量，从而求得测区内一点的ITRF坐标，再以该点作为点进行控制网平差，得到全部其他点的ITRF坐标。特殊性：由于在我国IGS站较少，测区与IGS站的距离往往很长，甚至到达1000km以上，解算这种超长基线，一般需要特殊软件，我国用的较多的是Gamit.应用实例(某工程控制网)9/18/2023969/18/202397WUHN-2267749.46175009154.29283221290.6716BJFS-2148744.11624426641.27764044655.8947LHAS-106938.08215549269.52743139215.8675SHAO-2831733.53634675665.94943275369.397900G2-2081460.56265097545.56103208420.97660.310.550.379/18/2023989/18/2023999/18/20231005.1Gamit简介GAMITisthecollectionofprogramsusedfortheanalysisofGPSdata.ItusestheGPSbroadcastcarrierphaseandpseudorangeobservablestoestimatethree-dimensionalrelativepositionsofgroundstationsandsatelliteorbits,atmosphericzenithdelays,andearthorientationparameters.ThesoftwareisdesignedtorununderanyUNIXoperatingsystem.AversionforRedhatLinuxisalsoavailable.9/18/2023101GAMITisacomprehensivesuiteofprogramsdevelopedbyMIT,ScrippsInstitutionofOceanography,andHarvardUniversityforanalyzingGPSmeasurementsprimarilytostudycrustaldeformation.Theymadebeobtainedwithoutwrittenagreementorroyaltyfeebyindividuals,universities,andgovernmentagenciesforanynon-commericalpurposes.Toobtainthedownloadpasswordandbeaddedtothemaillistforfutureupdates,pleasesende-mailtoDr.RobertWKing().Youmustincludeinthee-mailthefullname,address,andtelephoneandfaxnumbersofyourinstitution.9/18/20231021)GettingGAMIT•Freeforresearch/non-commerciallicense•FortranSourcecode•ExecutablesforHP,SolarisandLinux•Clickonicontodownloadsoftware•Completethelicenseinformation,andsendviae-mailto•Passwordchangeswitheverynewrelease.–Registereduserswillreceiveanemailmessagewhennewpasswordsareset9/18/20231032〕GAMIT求解的参数ItisaseriesofprogramsthatanalyzeGPSphasedatatoestimateparameters:–Stationpositions(coordinates)andBaselines•assumedconstantatepochofdata–Satelliteorbitalparameters•Initialconditions•Radiationparameters•Phasecenteroffsets–Earthorientationparameters(EOP)–Atmosphericdelayparameters•Time-dependentZenithdelaysandgradients–Carrierphaseambiguities9/18/20231043〕GAMITHistory•Developmentstartedinlate1970swhenMITwasbuildingGPSreceivers•Codederivedfrom1960-1970planetaryephemerisandVLBIsoftware•PortedtoUnixin1987•StartofIGSin1992prompteddevelopmentofautomaticprocessingschemes•Fullyautomaticprocessingmid-1990sincludingcontinuousstationsandcampaignGPSmeasurements9/18/20231054)Gamit安装步骤〔RedhatLinux)安装Linux以root用户登录Linux，安装Fortran创立/home/gg/source,CopyallGamitfilesto/home/gg/source/在source路径下执行./install_software–cg77，中间提示修改./libraries/Makefile.config中的设置，主要有：最多同步设站数,最大历元数，最多卫星数，Maxatm设置系统路径和环境变量9/18/2023106--安装Fortran从获取%tarxvfzgcc-2.95.3.tar.gzModifythelibI77/fio.hfortranincludefiletoallowaccessto10000unitnumbers:修改

Replace#defineMXUNIT100With#defineMXUNIT10000Makethebuilddirectoryandrunconfigure:%mkdir%cd%/configure--prefix/usrBuildGCC/G77%makebootstrapInstallGCC/G77%makeinstall9/18/2023107--设置系统路径和环境变量在.bashrc中设置：aliasgg=’/home/gg/source’在.bash_profile中设置：PATH=/home/gg/source/com:$PATHPATH=/home/gg/source/gamit/bin::$PATHPATH=/home/gg/source/kf/bin:$PATHHELP_DIR=/home/gg/source/help/ExportPATHHELP_DIRgg

9/18/20231085)GAMITDatatypes•LCphase–proportionaltogeometricrange–ionosphericdelayfree–linearcombinationofL1andL2•L1andL2phase–usedforparameterestimation•P1andP2rangemeasurements–usedtohelpcleanphasedata–usedtoestimatereceiverclockoffsetwithtoleranceof1microsecond(=300m)9/18/2023109DataTypes(cont’d)•LGphase–measuresionosphericdelayonly–insensitivetogeometry•WidelaneWL

WL=n2-n1=fL2-fL1+(P1+P2)(f1-f2)/(f1+f2)–linearcombinationofL1,L2,P1andP2–Melbourne-Wubbena–Shouldbeconstant(+/-noise)9/18/20231106)Filesneededforprocessing•ControlfilesforGAMIT•Initialorbitinformationfrom:–Broadcastephemerisfromreceivers–SP3orbitfilesfromIGS–GAMITg-files•EarthOrientationParameters(EOP)files:–arcintegratesininertialframe•Satelliteclockfiles(J-files)•Oceantidefiles9/18/2023111Files(continued)•MoonandSunephemerides–orbitintegration–solidEarthtides•leap-secondfile(UTCversusGPSTorTAI)•Satelliteinformationfiles•Informationaboutstations–prior(approximate)estimatesofcoordinates–receiverandantennatypes–antennaheights•modelsforGPSantennaphase9/18/20231127)GPSObservationDataFiles•Rawreceiverfiles–UNAVCOteqcprogramtranslatestoRINEX•RINEXfiles:–GAMITconvertstoownformatx-files•Datafiles:–local,or–ftp'dfrominternationalarchives9/18/20231138)GAMITFilesummary•GAMITusesmanyfiles•Manyofthesefilesarestandardandautomaticallycreated•Automaticprocessingscriptseitherlinkorftpthesefiles.•SomefilesshouldbeupdatedfromMITftpsite()–Forexample,thesatelliteinformationfilesneedtobeupdatedwhennewsatellitesarelaunched9/18/20231149)GAMITdocumentationGAMITdocumentationavailableasPDF,PostscriptandRTFfiles•Chapter1:Overview•Chapter2:Theory•Chapter3:Filestructureandnames•Chapter4:Creatinginputfiles•Chapter5:BatchProcessing•Chapter6:DataEditing•Chapter7:Runningmodules•Chapter8:Atmosphericdelaymodels•Chapter9:Utilityprograms•Chapter10:AutomaticBatchProcessing•Appendices•Shellscriptsdocumentthemselves9/18/20231155.2GAMIT文件准备与程序运行1〕PrimaryUserfiles–•receivertype,antennatypeandheightasf(t)–L-file•Priorestimatesofstationcoordinates–sestbl.•Controlsmodelingandestimationforsession–sittbl.•Sitespecificcontrols9/18/20231162)运行程序实例：sh_makexp-expttran-orbttran-yr2004-doy223-sess1-srin-navbrdc2230.04n-aprlfile.223-sinfo3000002880sh_sp3fit-figs12832.sp3-otran-d2004223-rBERNE-t-umakejbrdc2230.04njbrdc4.223makexfixdrvdtran4.223cshbtran4.bat>/dev/null9/18/20231173〕结果文件：q-文件〔详细〕，o-文件〔简要〕4〕Linux常用命令UnixCommandMeaningcd

pathnameChangedirectorytopathnamecp

fromtoCopyafileclearClearthescreenrm

objectDelete(remove)afilels

-flagsListthecontentsofcurrentdirectorymkdir

directoryMakeanewdirectorymv

fromtoRenameafile(ormoveitinUnix)rmdir

directoryRemoveadirectorycat

file...Concatenatefilesmore

fileDisplayfileascreenfulatatimeps

-flagsDisplaystatusofprocessesinsystem9/18/20231186不同框架间的坐标转换不同坐标系统之间的转换模型是以多个公共点的框架坐标为依据而建立的，依据该转换模型可实现其他非公共点之间的框架坐标的相互转换。根据实际情况分为三维转换模型和二维转换模型。如果两系统被转换点的大地高比较精确，一般采用三维转换的方法，否那么采用二维转换的方法。目前我国有多种框架坐标正在使用，例如1980西安坐标，1954年北京坐标，WGS84坐标，ITRF坐标，以及在许多大中城市和工矿区，为了本身的特殊需要，还建立有一些地方独立坐标框架。为了满足不同的需要，需建立这些框架坐标之间的相互转换关系。9/18/2023119(1)GPS测量已在我国广泛应用。它属于地心坐标系，往往需要将其转换到国家参心大地坐标系或某些独立坐标系后才便于使用。(2)为了加速1980西安坐标系在全国各部门的使用，需要尽快地将已有未保存观测值结果的1954年北京坐标系的点转换为1980西安坐标系，以便更好地发挥作用。(3)在利