关于我国三种参心大地坐标系的说明

1、1 9 9 0 年第3期 关于我 国三种参 心大地坐标系 的说 明 _放军测绘学院 来毕统 摘要 中华人民 共和国成立至今，在建立我县天文大地网期间和天文大地网整体平善前后 先后产生三种参心大地坐标 系：即 l e 5 4 年北京坐标系 ， l 9 8 0 年 国家大地坐标系 - 9 54 年北京坐标系 ( 整 体平差 转换值 ) 本文详细阐述了这三种参心大 地坐标系的意义 、建 立 方法 及过程以硬相互关系等 以供广大测绘工作者及 有关科学技 术员在使用时参考 主麓词 大地 坐标 系一 综述 一 、前言 中华人 民共和国成立以来，在建立我国 天文大地 网期 间和天 文 大 地 网整体平差前

2、后，先后 出现过三种参 心大 地坐标系，它们 的名 称是 ( 1 )1 9 5 4 年北京坐标系j ( 2)1 9 8 0 年国家大地 坐标系 ， ( 3 )1 9 5 4 年北京坐标系 ( 整体平差转 换值)。在一些文献中，还曾用名 “ 1 9 5 4 年 北京坐标系 ( 整体平差成果) ， “ 新1 9 5 4 年北京坐标系 。本文 以下简称1 9 5 4 年北京 坐标系( 转) 。 地面点p 地的大地坐标用大地经度l ，大 地 纬度b和大 地高h 表示， 见 图1 。 大地坐标系 需要 一个具有 一定形状 、大 小并 经过定 位， 定 向的参考 椭球。参考椭球 的中心称之为参 心。 由于

3、经 典大 地测量所建立 的各种大 地 坐 标系，其参心不和地心相一致，故称其为参 心大地 坐标系， 以示和现代空 间大地 测量 中 地心大地坐标系相区别。 我国三种参心大地坐标系有着不可分削 的联系。 1 9 5 4 年北京 坐标 系是建立1 9 8 0 年国 家大地坐标系 的基础，后 者是 在前 者的基础 上， 改变地球 椭球参数， 确立 新 的大 地原点， 通过重新定位、定向和进行整体平差后得来 的。1 9 8 0 年国家大地坐标系又是建 r 1 9 5 4 年 北京 坐标系 ( 转) 的基础， 后者是 在前者的 基础上，改变地球椭球参数，通过转换坐标 系 得来 的，详见后述。大地坐标 系

4、是大地 测 量 中一个十分重要 的大地基 准。 为此 ，搞 清 我国三种参心大地坐标系的意义 、建立方法 作者 i 9 6 4 年毕业于解放军飒 i 绘学院现是该校教 授 目前从事教学工作曾对大地坐标 系的 建立、研究发表过许多专著和论文 ，有些学 术论文在国际会议上进行了交流 维普资讯 2 测绘科技通讯 总第4 6 期 第1 3 巷 及过程 ，以及相 互关系等 ，对 于广大测绘工 作者来说无疑是十分必要的。为了更好地说 明这三种参心大地 坐标 系，首先讨论 建立 经 典 参 心大地 坐标 系的 基本原理。 = 、建立参 心大 地坐标系 的基 本原 理 建立一个经典的参心大地坐标系，包括 下面

5、几 个方面 的内容 t (1 ) 确定 椭球 的形状 、大 小 ， (2)确定椭球 中心 的 位置 ( 简称定 位) ， ( 3)确定 以椭球中心为原点 的空 问直 角坐标 系坐标轴 的方 向 ( 简称定 向)j ( 4) 确立大地原点 。 通 常采用 以下一 组方程 l= 一 s e c 叩一 ( y s i n k 8 c o s k ) t g + z 、 b =叩 一 喜 一 ， 。 一 i i a =a一 t g 叩一 ( i n + z 。 x ) s e c c p ： ：十 一 (， c。 s 一xsin ) e 。si c0s 甲 (1) 式 中， ， ，a是 天文经度、天文

6、纬度 和天 文方 位角，h 是 正高，n 是 大地 水 准面 差 距， 、1 是天文大地 垂线偏差 分别 在子午圈 和卯酉圈方 向上 的分量， ： 、 是旋 转 参 数，又称歇 勒 角。 一 般 来讲 ，在建立参 心大 地坐标系时， 为使 ( i )式最为简单，要求满足 “ 两个平 行 条件， 即要 求椭球 的短轴 乎行于地球某 一 历元的地轴 ( 相应地，则椭球的赤道面平 行 于大 地体 的赤道面 ) 起始大 地子午面 平 1 l 新 n 新 行于起始天文子午面，为此有e =e ， =e = 0 ， 代入(1)式得 ( y i “ ：十 ! 哆 ) t g 十 z 0 8 y c o s )

7、 , 一 z s j n )=0 ( 。 y s i n + z c o s ) s e c =0 ( 。 7 c o s ) , 一 s i nx ) ne 8 i n c 。 s =0 l ： 一 q s cc印 b= 一l a =a一 t g h=h正 +n ( 2 ) 对 于大 地原点k ，则 在 (1) 、( 2 )式 中 l 、b 、a、h 、 、叩 、a 、h正、n 毫 ， 中 均 应加 注下角k。 一 个国家或地 区， 在天文大地 测量工 作 的初期，由于缺乏必虽的资料来确定1 k ，l k 和nk 值， 通常只能简单地取 k =l k =n = 0。这 表明在大地原点 k处，

8、椭 球的法线方 向和铅垂线方 向重合，椭球面 与大地水 准面 相 切。此 时lx = k ，b k= t ，ak =0 k ，h k = hi e k 。这 就是所 谓 “ 一点定 位”。 一 点定 位的结果 ，在较大范 围内往往 难 以使椭球面和大地水准面有较好的密合。所 以， 在国家或地 区的天文大地 测量工作进 行 到一定的时候或基率完成后，利用所测量的 成果 ，根据弧度测量方程 ， 通过 计算， 求定新 的椭 球参数，进行新 的定 位和定 向，确立新 的大地原 点，从而 建立 新的 参 心大地 坐标 系 。 广义弧度测量方程是 ! l旦 ! ! ! 喧 n ( n+h )【 日 ( n

9、 +h) i h s i n bc o s l j 日 ( m +h )【日 s i n bl s j n li h ( m 十h)【日 c os b 1日 ( m +h) 旧 c o s bi h c o s l c o s bi h s i n li r s i n bt ax l z j 维普资讯 1 9 9 0 年 第 3期 关 于我 国三 种誊心 大地 坐标 系的说 研 3 + 一 s i n bl c o s l旧 一s i b旧s i n l旧 c o s bi r s i n ll -c o s ll 0 - nl a e 旧s i n b旧c 0 s b旧s i n l旧 n

10、l l e 旧s i n b旧c b旧c o s l旧 0 0 一 尝 e s in b 【日 c 。 sb 1日 ( m + h ) 1日 a 旧 。口 旧 旧 一n r r ( 1一 e 1 日 s i n。 b1 日 ) a旧 一 一 r【 一 li r ) c o s b1 日 + l 一b旧 l n 1日 其 未知 数是 a x、a y、az ， 、0 y 、 z 、 a 和 a ，共计8 个。在实用上，往往弃去8 z 8 ，e ( 即认为两个坐标 系坐标 轴 相 互 平 行) ， 平 j 用 ( 3)式 可 以推求椭球参数 和定 位参数等，共计 5个。 在天文大地网中，每一个天文大

11、地点上 都可 以列 出如 ( 3) 式 的弧度铡量方程式。依 据 (4) (5) 进行解算，就可以求出最适合于计算地区的 新椭球参 数 a 新=a 1 日 +a a ，n 新=a 旧+a a， 以及新椭 球定 位元素ax，a y，a z( 旧椭球 中心相对于新椭球 中心的三个坐标分量)。 鉴于n 的变化 较 、 的变化 平 缓，因 而 可 以较少受到局部异 常的影响。所 以，实 践中多数采用 ( 5 )式这一条件求解。 在解算弧度测量方程 ( 3)式 时，由于 包古了许多拉伯拉斯点，因此通常称为 多 点定 位”。 建立某一参心大地坐标系，通常选定某 一 等 鬻i 缸 c o s ( m + h

12、 ) 旧 ( 一 a 旧 ) 旧 嵋 ( 1 -e 2 1 i n i b 日 ) s i n = b1 日 (3) 一 大地原 点 k ，在该 点上精 密测定天文经度 k ，天文纬度 ，大 地原点 至另一点 的天文 方位 角 k 和芷高hi e k ，加之 由上述弧度测 量 方程 解得大地原点 上的 h k 和 ( 椭球 定位参数的另一表示形式)，由 ( 2)式得 大地原点 上大 地铡量 起算 数据lk ，b k ， ak 和h k 。 应该 指 出，尽管参 与弧 度测 量计 算的天 文大地点都可以解得 i 和 i 值，进而都可以 计算 出它们各 自的大地 坐标， 但是，鉴于 i 和 i 值

13、 不可能求得十分精确， 因此不能把 采 用这种方法求得的大地坐标均作为天文大地 点的最 终精确 的大地 坐标。 点 的精 确大 地坐 标只能是在椭球面上， 以大地原点的大地起 算数据为基准，将观测元素 ( 方向、长度) 严 格按投影法归算到椭球面 上，通过大地主 题 解算公式 逐点推算，最后 经过 整体平 差得 出。同样，大地水准面高n i ，也只能 以大 地原 点nk 为基准，按天文水 准或天文重 力 水 准方 法，通过逐点推算 得出。 所 以，对于 某一参心大地坐标系，必须而且只能有一个 大地原 点。 当然，也可 以将观 测元素归算到椭 球面 上后，进一步由椭球面元素归算到某一担影 “ 盯

14、 缸 ， 、 1_、 o 小 最 l i n n l n i 或 维普资讯 4 测 绘 科 技 通 讯 平面上，通过逐点推算平面 坐标后，再通过 坐标投影反算公式，求得点的大地坐标。 由上所述， 椭球 的形状 、大小，椭球 的 定 位和定 向与大 地原点上 大地起算数据 的确 定是相 互关联着 的。对 于经典 的参心大地 坐 标系的建立而言，参考椭球的定位和定向是 通 过确定 大地原点 的大地 起算 数 据 来 实现 的，大 地原点大地 起算数据确定后 ，参心大 地坐标 系即告建立 ，而大 地原点 的大地起 算 数据的确定是参考椭球定 位和定 向的必然结 果。 因此，一个 经典 的参 心大 地

15、坐标系 的建 立 由 8个参数确 定 ， 即ax，ay，a z ， a ， d 和 x e y= z = 0，或 k ，毫 k ，n k ，a ， 和 = y= =o ，并 有一 个 明确 的大 地原 点。 以上讨论 ， 由于采用 的是 正高 系统 ，因 此在(1)， (2)，( 3) ，( 5)式 中 分别采用了正高h正和大地水 准面 差距n 。 当采用正 常高系统时，则均 可相应 改为正常 高h常和高程异常 似大地水准面和大地水 准面 在海洋 上完全重合，只是 在 高山地 区相 差 1 2米，这样大小 的差异 ，对 于一定精 度 的弧度 测量 来讲 ，是没 有什 么意义 的。 显然， 不同

16、的地球椭球参数构成不同的 参心太地坐标系 相同的地球椭球参数，由 于定 位或定 向不同 ( 或定 位、定 向均 不同) 亦将构成系同的参心大地坐标系。大地原点 上 不同的大地起 算数据， 表明系不 同的参心 大 地坐标系 三、1 9 5 4 年北京坐标 系 1 9 5 4 年北京坐标系和苏联i 9 4 2 年普尔科 沃坐标系有着紧密 的联系，为此，从讨 论后 者入 1 9 4 6 年以前，苏联采用1 9 3 2 年普尔科沃 坐标系。 该坐标系 的大 地原点设 在普尔科 沃 天文 台圆形 大厅 中心，i 用 白塞 尔椭 球 参 数，基本上是一点定位，只是起始大地方位 总 第4 6 期 第1 3

17、卷 角是根据 天文 大地 同中 4 5个拉伯 拉斯方 位 角，通过平 差处理和计算 得到 的，其 大地 起 算数据是 z l k= k= 3 0。19 3 8 55 bk： k= 59。 4 6 18 71 ak =1 2 1 。 4 0 3 6 1 3 ( 至布格 拉方 向) nk =0 这 个坐标 系对苏 联 魏说是 不合适 的。首 先是 白塞 尔椭球的 长半轴太 小，误 差约有8 o o 米，其次。参考椭球的 定 位也不合适，在 远 东地 区大 地水准 面 偏 离 参考 椭球面 差达 4 1 0 米。 为此，在1 9 3 2 年普尔科沃 坐标系 的基 础 上， 改用克拉索夫斯 基椭 球参

18、数， 以普 尔 科 沃为大地 原点， 进 行 多 点定 位， 建立 了 1 9 4 2 年普 尔科 沃坐标系 ， 其 大地起 算数 据是 lk= k v l k s c c t=3 0 。 i 9 3 8 5 5 + 3 5 4 = 3 0 19 4 2 0 9 bk= k一t=5 9 。 4 6 1 8 z 1 一0 1 6 =59。 46 1 8 55 ak= k k t g k= 1 2 1 。 4 0 3 6 1 3 +2 6 6 =1 2 1 。 4 o 3 8 7 9 ( 至布格拉方 向) n k 0 二 十世纪五 十年代， 在我国天文大地 网 建立初 期， 为 了加速 社会 主义

19、 经济建设 和国 防建设 ，迅 速发展 我 国的测绘科学， 垒面 开 展 测图工作 ，迫 切需要建 立一个参心大地 坐 标系。为此，1 9 5 , 年总参谋部测绘局在有关 方面的建议与支持下 ， 鉴于当时的历史条件， 取先将我国一等锁与苏联远东等锁相联 接，然后以联接处呼玛、吉拉林、东宁基线 网扩大边端点的苏联1 9 4 2 年普尔科沃坐标系 的坐标 为起算数据，平差我 国 东北 及东部地 区一等锁 ，这样传算 来的坐标系 ，定名为1 9 5 4 年北京 坐标系。 由此 可见， 1 9 5 4 年北 京坐 标系可以认为是苏联1 9 4 2 年普尔科 沃坐标系 在我 国 的延伸。 但是 ， 严格

20、说来 和1 9 4 2 年普尔 科 沃坐标系还存在 有一 些小的差异 ，例 如， 葛中高程异常是以苏联1 9 5 5 年大地水准面重 维普资讯 1 9 9 0 年 第3期 关于我国三种参心大地坐标系的说日月 s 新平 差结果 为起算值，按我 国天文 水准 路线 推 算出来的 ，大地 点 高程是 以1 9 5 6 年青 岛验 潮站求 出的 黄海平均 海 ( 水)面 为基 准等。 总结 1 9 5 4 年北京 坐标系 的要 点是 t (1)属参 心大 地坐标 系 ， ( 2 ) 采用克拉索夫斯基椭球参数 长半轴 a：6 3 7 8 2 4 5 米 扁率a=1 i 2 9 8 3 (3)多 点定 位

21、。 1 k 、l k 由9 0 0 个点 ( 在 9 0 0 苏 联 ) 按 ( 1 一 q s ) i + 一 g ) i =最 小 1 解得 式 中 e ，l e 是 用重力 方 法得 出的重力 垂线偏差分量。n k 由4 3 点 ( 在苏联 天文大 4 3 地 网中均 匀选取) 按 n i 。 最小 解得 ( 4 ) e =0 y= z o j ( 5)大地原点是苏联的普尔科 沃l (6)大 地点 高程是 以1 9 5 6 年青 岛验 潮 站求 出的黄海平均海( 水 )面 为基准 (7) 高程异常是 以苏 联1 9 5 5 年大地水 准面 重新平差结果为起算值，按我国天文水 准路线推算

22、出来 的j (8) 1 9 5 4 年北京 坐标 系建立后 ，3 o 多 年来用它提供 的大地点 成 果 是局部平差结 果。 1 9 5 4 年北京坐 标系 在全 国的测绘生产 中 发挥了巨大 的作 用。 1 5 万个 国家 大地点 以及 数十万个铡 图控 制点 和军控点均按此 坐标 系 统计 算。 p 11 9 5 4 年北 京坐标系 为基础 的测 绘 成果 和文 档资料 ， 已渗透 到经济建设 和国防 建设的许多 领域 ，特 别是 用它测制 的全 国 1 5万及 1 t 1 0 万 比例尺 地形 图的任务 已基 本完成 ， l：1 万 比例尺 地形 图也在相 当范 围 内得 以完成 。 1

23、 9 5 4 年北 京坐标系 存 在 的缺点 和问题 是 i ( 1)克拉索夫斯基椭球参数间现代精 确椭球参数 相比，长半轴约大1 0 9 米 ( 和i u g g1 9 8 3 年第1 8 届大会大地测量常数 推 荐值 相 比 较 ) ( 2)只 涉及 两个 几何 性质 的 椭 球参 数 ( a ，a )，满足 不了当今理论研究 和实 际 工作 中所 需的 描述 地球 椭球 的四个基本参 数 ( 长半轴a ， 地球重力场二阶带球谐系数 ， 地心 引力常 数 m和地球 白转 角速度 )的要 求 ， (3)大 地测量计算 中采用克 拉索夫斯 基 椭球 ，面处理重 力数据时 采用的是 赫尔默 特

24、1 l 一 1 9 o 9 年正常重力公式 y。=9 7 8 0 3 0( 1+ o 0 0 5 3 0 2 az 一 o 0 0 0 0 0 7 s i n。 2 ) 与这 个公式相 应 的赫尔默特扁 球不是 旋转 椭 球 ，它与克拉索 夫斯基 椭球是 不一致的。 因 此，不能把克拉索夫斯基椭球的两个几何参 数a 和 同赫尔默特正常重力公式的两个物理 参数y =9 7 8 0 3 0 毫 伽，日 =o 0 0 5 3 0 2 合并在 一 起 ，作 为几何大 地测量和物理大 地测量统 一 使 用的参数 j ( 4)1 9 5 4 年北京坐标系所对 应 的参考 椭球面 与我国大地水准面存在着自西

25、向东明 显的系统性倾斜，在东部地区高程异常最大 达 + 6 5 米， 垒国范 引平 均为2 9 米，参见 图2 o 0 阻2 1 9 5 4年北 审坐标系太睦 分的大地水准面图 (5)定 向不明确。椭球短轴的指向既 不是 国际上较普遍采 用的国际协议 ( 习用) 维普资讯 e 测绘科技通讯 总第4 6 期 第l 3 巷 原点c i o，也不是藐国地板原点i y d ( 1 9 6 8 o ) ，起始大 地子午面 也不是 国际时 间 局bi h所定义的格林威治平均天文台子午 面 ，从 而给 坐标换算带来一些 不便 和误 差。 ( 6)1 9 5 4 年北京坐标系坐标与1 9 8 0 年 国家大

26、地坐标系 坐标 相比较，由于前者未 经 整体平差是局部 平差值 ， 后者是整体 平差值 ， 将它们 的坐标换 至地 心坐标时 ，前者精度 不 及后者 高。 根据实际计算表明， 对于三参数， 七参数，分区七参数和多项式等转换模型， 1 9 8 0 年国家 大地 坐标 系比1 9 5 4 年北京 坐标 系 坐标转换精度，分别提高1 8 2 ，3 4 1 ， 1 9 6 和2 8 4 i ( 7)名 不符实 ，容易引起一些 误解。 在解释其 定 义时 ，也不够简单 明膝。 另 外 ，鉴于 该坐标系是按局部平 差逐 步 提供大 地点成果 的，因而 不可避免地 出现 了 一 些矛 盾和不够 合 理 的地

27、 方 ，详见 文 献 1 0 。 当然应该指出，这些问题是由于历史原 因造成 的，对于一个初 建天 文 大地网的国 家 ，一般是难以避免的。 四 、1 9 8 0 年国家大地坐标系 早在六十年代初期，垒国天文大地羽 l 量 初具规模时 ，针对1 9 5 4 年北京坐标系存在的 缺点 和问艇 ，一些专家 、学者 已开始着手 研 究利用我国天文大地测量资料，推算和藐国 大地水准面较为密切的椭球参数，并获得 了 一 些初步 结果。 1 9 7 8 年 4月 在西 安召开 了 垒国天文大 地网整 体平 差会 议 ， 参加会议 的8 o 位专家 、 学 者对 建立 藐 国新 的大 地坐标系作 了充 分

28、的 讨 论和研究 ，认为1 9 5 4 年北京坐标系 ，在技 术上存在椭球参数不够精确，椭球与我国大 地水准面 拟合不好等缺点，因此，建立我国 新 的大 地 坐标系 是必要 的、适时 的。 在会 议 纪要 中 ，有关建 立大 地坐标系 的问艇 ，明确 了以下原则 (1)垒 国天文大 地 网整体 平差要在新 的坐标系的参考椭球面上进行。为此，首先 建立一个新的大地坐标系，并命名为1 9 8 0 年 国家大地坐标系 | (2) 1 9 8 9 年 国家大地 坐标系 的大地原 点 建在藐国 中部 ，具体 地点是 陕西省泾 阳县 永乐镇。 (3)国 际大 地测量和地 球物理 联合会 1 9 7 5 年

29、推荐的地球 椭球参数 ，综 合了世界最 新 数据 ， 同意 采用其 四个基本参 数 ( a ，t ： ， f m， )。并根据以上参数推算地球扁率 赤道正 常重 力值和正常 重 力 公式 的各项 系 数 i (4) 1 9 8 0 年 国家大 地坐标系 的椭球短 轴平行 于由地球质心指 向地极原点t yd1 9 6 8 0 的方 向，大地起始子午面应 平 行于格林 威 治 平均 天文 台 的子午面 ， ( 5 )椭球定位参数以藐国范围内高程 异常值平方和为最小为条件求定 ， ( 6)考虑到经典大地测量和空间大地 测 量的不同需求 ， 本着 独立 自主 ， 自力 更生 ， 有利保密，方便使用的原

30、则，分别建立两套 坐标系 ，即1 9 8 0 年国家大 地坐标系 和地心坐 标系。前者根据定位条件，必然属参心坐标 系 ，应 该保持其 在相 当 长时期 中稳定 不变 ， 供 垒国各部 门使用 后 者 在1 9 8 0 年国家大 地 坐标系 的基础上，通过精确求定坐标转换参 数 ，换算成地心坐标，以满足我国远程武器 和空间技 术发展 的需要。 地 心坐标转换参数 ， 可 随着 测绘技术的不断发展 和通 过综 合 利甩 天文 大地 重力和卫 星大地 测量资料不断 增加，不断精化。 会 后 ，有关部 门按 上述原则 ，建立 了l 9 8 0 年国家大 地坐标系。 应 该指出，由于藐 国地 极原 点

31、 为 i yd 1 9 6 8 0 ，不是a0，因此 ，要 求1 9 8 0年 国家 大 地 坐标系大 地起始 子 午面应 平 行于 格林 维普资讯 9 9 o 第 3期 关 于我 回三 种参 大地坐标 系的说 明 7 威 治平 均天文 台子午面 的说法 是 不 够 严密 的。如图 3所示。 d c l o e c ， o 为b i h定 义 的格林 威治 平 均 天文 台 子午面 ，ec l o为b h定 义的天文 经度 零 点，lp j y d e c i o ej y d 为我 国定 义 的起始天 文 子午面 ， e y d 为我 国定义 的天文 经度零 点。 但因相 差值太小 ，实际上

32、均 可以看 作是 一样 的。严 密地说 ，1 9 8 0 年 国家大 地坐标系 起始 大 地 子午面 应 平行 于我 国起始 天文 子午面 。 y d 谴 f o 赤谨 图 3 总结 9 8 0 年 国家大 地坐标系 的要点 是 t ( 1 )属参心大地坐标系j ( 2 )采用既含几何参数叉含物 理参 数 的四个 椭球基本参数 。数 值采用 9 7 5 年国 际 大地测量与地球物理联合会第1 6 届大会上的 推荐僵，其结果是 。 椭球长半轴a =8 3 7 8 1 4 0 米 地心引力常数 ( 与地球质量的乘积) f m =3 9 8 6 0 0 5i 0“米 秒 地球重力场=阶带谐系数 r

33、：=1 0 8 2 8 3 x1 o 地球 自转 角速度 =7 2 9 2 1 5 1 0 弧度 秒i 1 根据 以上四个参数可进一步求出t 地球椭球扁率a =1： 2 9 8 2 5 7 赤道 上的正常重力 y =9 7 8 0 3 2伽 极点 的正常重力 -=9 8 3 2 2伽 正常重力公式 中的系数b =0 0 0 5 3 0 2 p 1 =一 o 0 0 0 0 0 5 8 正常椭球面 上重力位u。 =6 2 6 3 8 8 千伽 米 (3)多 点定 位。在 我国按 i。 1 。 间 隔，均 匀选取9 2 2 点 ， 组成 弧度 测量方 程， 日 2 按 e =最 小，解 得大 地

34、原点 上 的 k ，1 t i 和e 值是 t k = 一1 9 qt= 一 1 6 t= 一1 4 2 米 ( 4)定向明确。地球椭球的短轴平行 于由地球质心 指 向t yd1 9 8 8 o 的方 向，起始 大 地子午面平 行于我国起始 天文子午面 ，e y： i=o j ( 5)大地 原点 在我国 中部地区，推 算 坐标的精度比较均匀。原点位于陕西省泾阳 县永乐镇 ，在西安市以北6 o 公 里，可简称西 安 原点 。 大 地经纬度 的概略值是 t l k =1 0 8 。 5 5 ，m =3 4 。 3 2 。大地 原点大地 起 算 数据 具体数值 有待国家正式发表。 ( 6)大地点高程

35、是 以1 9 5 6 年青岛验潮 站求出的黄海平均海 ( 水)面 为基准j ( 7 )1 9 8 0 年国家大地坐标系建立后， 用它计算了垒国天文大地网整体平差五万余 点 昀成果 。该坐标系体 现了我 国现阶段穗 i 绘 科学发展 的结果，在 今后 相 当长的历史时期 中可 以保 持稳定 不变 。 将 1 9 8 0 年国家大地 坐标 系 和1 9 5 4 年北京 坐标系相比 较，前 者优 于后 者是 明显 的。例 如，完垒符合建立经典参心大地坐标系的原 理容易解释j地球椭球参数 的个数和数值大 小 更加合 理 ，准确 坐标 系轴 的指 向明确 ， 椭球面 与大地承准面获得较好的密合，全国 平

36、均 差值由1 9 5 4 年北京 坐标 系 的2 9 米碱 至1 o 米，最大值出现在西藏西北角，垒国广大地 区多 数在1 5 米 以内，详见 图 4。 此外，由于严格埔按投影莹进 行蹰测教 维普资讯 8 测绘科艘通讯 总第4 6 期 第1 3 卷 据归算，垒国统一整体平差，消踩 了分区局 部平差 不台理 的控 翩影响 ，提 高了平差结果 精度。因 此， 用1 9 8 0 年国家大 地坐标 系 坐标 通过 不同类型数据模 型及其 转换参数，转 换 得到地 心坐标 的精度均有 提 高。 同4 1 9 8 0 年回象大地坐标系走睦 部舒的 k 地小 当然 ，建立 1 9 8 0 年 国家大地 坐标

37、 系后 ， 也会 带来一 些新 的问题 和附加工作 ，例如 t (1)原来 的各种有关地球椭 球参数 的 用表均要作相应的变更。众所周知，鉴于电 子计算机的应用日趋普及，原计算用表作用 己大 大降 低，因此 ，一般 来讲似乎 无需重 新 编 表 ，即使 还需编制少量 用表 ，其工 作罱也 较过 去大 为减少。 (2)低 等点 要重新平差 ，编纂新 的三 角点成 果表。这是整体 平差后必然 带来 的工 作 ，从某 种意义上 讲，可 以认 为和 坐标 系 的 变更无 关。 (3)地形 图图廓线和方 里线位置 的变 化。 大 地坐标系 的改变 ，必 将对 地形 图产 生 一 定 的影响。这 些影响是

38、 t 由于椭 球参数 和定 位 的改 变， 产生大 地罔尺度 的改变 ， 引起地形 图内地形 、 地物相 关 位置的改变。实际计算表明，这种改变， 对 任何 一种常用 比例尺 地形 图来 说，完 垒可 以略面 不计。 图廓线和方里线位置的改变。椭球参 数 和定 位的改变， 必将引起大 地坐标 的变化。 显然，遂将使 图廓墁的 位置 改变 改变大 小 随点位面异 ， 对 于我国东经1 0 2 。 以东地区， 其 变化最大约 为8 o 米，平均约 为6 o 米。 图廓 线位置 的变 化，使新 旧地形图接 边时 产生裂 隙。如8 o 米的变化， 在 1 5万地形 图上表 现 为 1 6毫米。方 里线

39、 位置 的改变 ，不 仅 与 大地坐标的变化有关，而且还将包括因椭球 参数 的改变所带来的投影后平面 坐标变化的 附加 影 响。 如 当大地经 度 为1 1 6 。 、 大 地纬度 为 4 6 。 时，方 里线 在x y 方 向上 变化值分别 为 4 6 米 和5 5 米，在 1 ：5万地形 图上分 别产 生 0 9 和 1 1 毫 米的改变 。 为 了减少新旧大 地坐标系所 测 的地形 图 的拼接 ，在测制新地 形 图时 ，应 尽量成 片进 行施测，成片地使用。在必须拼接新旧地形 图时 ，可 以 甩下述两个 方法 t一是 在新 地 形图上扩测一部份， 以弥补裂隙， 并绘出相应 于旧图坐标系

40、的图廓线 和方 里线 ( 类似 于重 叠带地 区的地形 图) ，以利拼接 ，二是 在相 邻新地形 图的一些 旧地形 图上，绘 出相应 于 新 坐标系 的图廓线 和方 里线 等，实 际工作 中 可根据需要随时改绘，不必要对现存垒部原 地 形 图作技 术处理。 因此，通过技术上加 以 适 当加工 ，新 旧地形 图的拼接也是 可 以解决 。 ( 4) 1 8 o 年国家大 地坐标系 的地极 原 点选用 ydl 9 6 8 0 ，从 目前 和发展来 看 ，也 带来一 些 问题 。从 当时确定呆用 i yd1 9 6 8 。 0 系统时 ，就有 一部分人 员认为不如 采 用c i o 系统好。鉴于1 y

41、 d1 9 6 8 0 系统存在有不是真 正独立 的系统 不能适 应 当代建 立高精 度天 文 地球动力学 参考系 的要求 ，特 别是 保 持 j yd 1 9 6 8 0 的国外 光学观 测资料 已濒 于断 鲍 ，故此系统 已很难维持下 去。 考虑 到历史 的沿革 、在l 9 8 0 年国家大地 坐标 系中 ，不应 也不必 再作 变动 。 应 该指 出，在 1 9 7 8 年召开 的 全 国天文 大地网整体平差会议上，对建立1 9 8 0 年且 家大地坐标系后，所可靛产生的问霹和解决 维普资讯 1 9 9 0 年第3期 关于我国三种誊心大地坐标 系的说明 9 办法 也是进 行 了比较充分讨论

42、 的。会议 中 也 指 出，由于会 议参加人 员，除极 个别的外均 是 从事大 地测量方面 的专家 、 学者 ， 没有航测 和制图方面 的专家、学 者，另外也没 有能 充 分听取广 大使用 地形 图人 员 的意见 ， 因此大 地坐标系 改变后 ， 在制图 、 用图上会 带来 哪些 问题 ，值 得进 一步深入 地进 行 研究 和探讨。 值) 五、1 9 5 4 年北京坐标 系 ( 整体平差转换 1 9 5 4 年北京坐标系 ( 整体平差转换值) 提供的成果是在1 9 8 0 年国家大地坐标系基础 上，把i ug g 1 9 7 5 年椭球改为原来 的竟拉索 夫斯基椭球通过在空间三个坐标轴上进行

43、平移转换而来的。因此。其 坐标不但体现 了 整体平差成果的优趣性。它的精度和1 9 8 0 年 国家大地坐标系坐标精度一样 。克服了原1 9 5 4 年北京 坐标 系是 局部平 差的 缺点 又 由于 恢复至原1 9 5 4 年北京坐标系的椭球参数，从 而使其 坐标值和原1 9 5 4 年北京坐标系局部平 差 坐标 值相 差较 小。 据 统计 ，对 于投 影平面 坐标来 说 ，两者坐标 差值在 垒国约8 o 地 区 在 5米 以内，超过 5米 的主要集 中在东北 地 区，其 中大 于1 o 米 又仅 在少数 边缘 地区，最 大达 1 2 9 米。纵 坐标x差 值在- 6 5 至+ r 8 米 之

44、 间 i 横坐标y 差值 在 一1 2 9 至 +9 o 米之 间。 这样 的差异实 际并没有超过 以往 资用坐标 与 平差坐 标之 差的范 围，反映 在 l；5万 地图 上 ，绝 大部 分不 超过 0 1毫 米，这样新 旧 图 拼接将 不会 产生 明显 裂隙。 因此 ，新 圈既达 到了使用精度好的整体平差成果作为控制基 嵇 i 【 ，又 不必作特 殊处理 就能 和旧 图互 相拼 接，具 有明显的经济效益 特别是 在军 队系 统 ，因 为用 圉量 、存 图量擐 多 的是 l；5万 以下 比例尺地 图，采用这种坐标系 作为 制图 坐标系 ， 对 于地 图更新、 战 时快 速保 障和方便 广大指

45、战员用 围等 方面 ， 具有明显 的优 点。 其所以不取另一个新坐标系名称，il_ii 取 名1 9 5 4 年北京坐标系 ( 整体平差转换值)是 由于该 坐标 系所提供 坐标值 和原 1 9 5 4 年北京 坐标系提供 的坐标值差异 不大 ，为了不使广 大 使用人员 引起混淆 ，因此仍 用1 9 5 4 年北京 坐标系 名 | 另外 ， 鉴 于是 从 1 9 8 0 年 国家大 地 坐 标 系整体平 差成果 转换而来 ， 为了和原 1 9 5 4 年北京 坐标 系 以示 区别，故用 括号加注 “ 整 体 平差 转换值一。 作 者认为 ，将 这样一个参 心大 地坐标 系 取 名1 9 5 4

46、年北京 坐标系( 整 体平 差转换值 ) 是 比较合适 的。但是 ，严密说来 ，应 该理解 是 一种 “ 协议 ”或一种 “ 约定”。 因为 ，它 和建立经典的大地坐标系的原 理 是 有差别 日 1 9 5 4 年北京 坐标系 ，1 9 8 0 年国家大 地坐 标 系 和 1 9 5 4 年北 京坐标系 ( 整体平差 转换 值) 间的关系 ，可 以形 象地用 图 5表示。 从椭蛛参数 、定位 、定 向、大 地 原点 及 大 地 起算数据 等诸个方面 ， 比较三种参心大 地坐标系 ，可列 表如 下 ； 融球参数 相 同 不 同 不 同 定位 不同 不同 l 不同 定向 不同 相同 l 不同 大地

47、原点 不同 相 同 ! 不同 蠢 肇 起 算 不 同 不 同 i不 同 1 9 8 0 年国家大地坐标系大地原点在西 安 ，以原点大地 起算数 据 ，整 体平差垒 国大 地网，面1 9 5 4 年北京 坐标系( 整体平 差转 换 值)坐标是从1 9 8 0 年 国家 大 地坐标 系坐标转 换而来 ，从这个 意义上 来讲 ，可 以认为1 9 5 4 年北京 坐标系 ( 整 体平差 转换值 )大地原点 也是西安 但两种参心坐标系大地起葬数据 国标北 年 坐年 系 卸地“标 大 与 垒 家系京 京体 家 北 整 懂国 系 年 换年 标 耕艘 坐 平与大 京体 京 北整值北 年 换年 h系转 系 标差

48、 标 坐 平 与坐 维普资讯 1 0 洲绘科技通讯 总第4 6 期 第l 3 卷 不同，其差异可以按 ( 9 )式计算，据计算 差0 3 9 。 两 者大 地经度相差 - 2 9 ，两 者大 地纬度相 x 9 5 4 璩 图 5 总结1 9 5 4 年北京坐标系 ( 整体平差转换 样 ， 值)的要点是 ( 8 )原1 9 5 4 年北京坐标系局部平差成 (1)属参 心大 地 坐标系 i 果不宜再继 续使 用，除特 殊情况外 ，应停 止 ( 2)采用克拉索夫斯基椭球参数 使用， 长半轴 a=6 3 7 8 2 4 5 米 (9) 用它作 为测 图坐标系 ，对于 1 扁率 口=1 2 9 8 3

49、5万 以下 比例尺测 图， 新旧 图接边 ， 不会产 生 ( 3 )多点定位。参心虽和1 9 5 4 年北京 明显裂瞎。 坐标系参心不相一致 ，但十分接近 ， 1 9 5 4 年北京坐标系( 整体平差转换值) 的 ( 4)定向明确。地球椭球的短轴平行 优点在于不但避免了原1 9 5 4 年北京坐标系局 于 由地球质心指 向 yd1 9 6 8 o h 向，起始大 部平差 提供 的点 的成果不是单值等矛 盾，而 地 子午面 平行于 我国定义 的起始天文子午面 且 用它 测制新地形 图时 和旧地形图相拼接 ， 8 z=0 y=8 0 在一 般情况下 ，对 于 1 i 5万 以下 比饲尺地 ( 5)大地原点也位于陕西省泾阳县永 图，不产生明显的裂晾，对于当前我国国情 乐镇 ，但 和1 9 8 0 年国家大 地坐标 系大地 原点 来 说，具有 明显 的经 济效益。但是 ，也有一 大 地 起算数据 不 同，其具体数值 有待于 正式 些部门人 员认为 ，采 用1 9 5 4 年北京 坐标系 ( 发表 i 整 体平差转换值)对 于 1 2 5 万、11万 (6)大 地点高程是 以1 9 5 6 年 青 岛验潮 等 以上大比例尺测 图，仍不可避免 地在新 旧 站求