第六章GPS定位测量数据处理（DATAPROCESSINGFORGPS）6.2国家坐标系与地方独立坐标系大地水准面是对地球的物理逼近，它可以较真实地反映地球的形状，但是地壳内部物质密度分布的不均匀，造成地面各点重力大小和方向不同，因此，与铅垂线处处正交的大地水准面是起伏不平的，因而它也很难以用简单的数学模型描述。要用它作为各种地面测量数据的计算基准面比较困难，必须寻找一个简单的适合测量计算的基准面。大地水准面相当接近于一个规则的具有微小扁率的数学曲面——旋转椭球。旋转椭球可用两个几何参数确定，即为椭球的长半径a和扁率f。这两个参数解决了椭球的形状和大小。为了将地面测量数据归算到椭球面上，仅仅知道它的形状和大小是不够的，还必须确定它与大地水准面的相关位置，也就是所谓的椭球定位和定向。另外，为了从几何特性和物理特性两个方面来研究全球的形状，则还要使椭球与全球大地水准面结合最为密切。为了研究局部球面的形状，且使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小，各个国家和地区分别选择和某一局部区域的大地水准面最为密合的椭球建立坐标系。这样选定和建立的椭球称为参考椭球，对应的坐标系称为参心坐标系。显然，该坐标系的中心一般和地球质心不一致，所以参心坐标系又称为非地心坐标系、局部坐标系或相对坐标系，由于参心坐标系处理局部区域数据带来的变形较小，所以，参心坐标系至今对大地测量仍有重要作用。同样，参心坐标系可分为参心空间直角坐标系和参心大地坐标系。参心空间直角坐标系参心空间直角坐标系是：（1）以参心O为坐标原点；（2）Z轴与参考椭球的短轴(旋转轴)相重合；（3）X轴与起始子午面和赤道的交线重合；（4）Y轴在赤道面上与X轴垂直，构成右手直角坐标系O-XYZ。地面点P的点位用(X，Y，Z)表示。参心大地坐标系参心大地坐标系是以参考椭球的中心为坐标原点，椭球的短轴与参考椭球旋转轴重合。大地纬度B—以过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角为大地纬度B；大地经度L—以过地面点的椭球子午面与起始子午面之间的夹角为大地经度L；大地高H—地面点沿椭球法线至椭球面的距离为大地高H(如图)。地面点的点位用(B，L，H)表示。B=19.5705047353，L=110.0143500924，H=46.727在同一参心坐标系中，地面点的参心空间直角坐标与相应的参心大地坐标之间存在如下的互换关系。（1）参心大地坐标转换为参心空间直角坐标：式中，N为椭球面卯酉圈的曲率半径，e为椭球的第一偏心率：（2）空间直角坐标转换为大地坐标：确定参考椭球是建立参心坐标系的主要依据。通常包括确定参考椭球的形状和大小，确定它的空间位置(参考椭球的定位与定向)，以及确定大地原点T的大地纬度BT、大地经度LT及它至一相邻点的大地方位角AT。参考椭球的定位和定向是通过确定大地原点的大地经纬度、大地高和大地方位角来实现的，参考椭球一般采用“双平行”定向条件，即要求椭球的短轴与地球某一历元的自转轴平行，起始大地子午面与起始天文子午面平行。6.2.2P54北京和C80西安国家坐标系6.2.2.11954年北京坐标系1954北京坐系采用了前苏联的克拉索夫斯基椭球体，其椭球参数是：长半轴a为6378245m，扁率f为1/298.3，其原点为原苏联的普尔科沃。1954年北京坐标系虽然是苏联1942年坐标系的延伸，但也还不能说它们完全相同。因为该椭球的高程异常是以苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。1954年北京坐标系建立之后，在这个系统上，３０多年来，我国用该坐标系统完成了大量的测绘工作，获得了许多的测绘成果，在国家经济建设和国防建设的各个领域中发挥了巨大作用。但是，随着科学技术的发展，这个坐标系的先天弱点也显得越来越突出，难以适应现代科学研究、经济建设和国防尖端技术的需要，它的缺点主要表现在：(1)克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数相比，误差较大，长半径约大105～109m，这不仅对研究地球几何形状有影响，特别是该椭球参数只有两个几何参数，不包含表示物理特性的参数，不能满足现今理论研究和实际工作的需要，对于发展空间技术也带来诸多不便。(2)椭球定向不明确，即不指向国际通用的CIO极，也不指向目前我国使用的JYD极，椭球定位实际上采用了前苏联的普尔科沃定位，该定位椭球面与我国的大地水准面呈系统性倾斜。东部高程异常达60余米。而我国东部地势平坦、经济发达，要求椭球面与大地水准面有较好的密合，但实际情况与此相反。(3)该坐标系统的大地点坐标是经局部平差逐次得到的，全国天文大地控制点坐标值实际上连不成一个统一的整体。不同区域的接合部之间存在较大隙距，