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第一章座標轉換之座標轉換概述

最近接觸到一些座標轉換的專案,其實之前也總接觸到座標轉換的專案,但是由於我辦公室有一個座標轉換大神,不會了就去問他,他都會細心解答,人非常的nice。最近回想起來,發現不能總依賴於別人,自己得把大學的知識總結和回顧一下,至少做到心中有數,不能給大學老師丟臉呀,遂準備寫一寫關於大地座標轉換的知識,與諸君共勉。
今天首先了解一下座標系的概念:什麼是座標系?重點看加粗部分
1、我的理解:人們為了描述某個位置而在空間建立起來的一個基準(並不準確,具體的可以看一看物理書)。測繪里邊我們通常會聽到天球座標系和地球座標系,我們這裡主要了解一下地球座標系,它是用某種確定的方式聯絡到地球的座標系。確定地球參考系時,必須定義它 的原點、尺度、定向。這些通常採用國際協議一致的方式來決定(IERS規範)。不能隨意定義。
2、大地座標系,通常大地座標系分為參心座標系和地心座標系。
參心座標系:是按參考橢球與區域性區域的大地水準面最佳擬合的原則而建立的座標系,所以原點會偏離地球質心。例如我們通常所說的西安80和北京54都屬於參心座標系。
地心座標系:是指座標系原點位於地球質心而建立起來的座標系,通過衛星大地測量的手段建立的。由空間的三維網和速度實現。例如我國的CGCS2000座標系。
無論的參心座標系還是地心座標系都包含地球橢球引數。因為都是建立在地球這個大橢圓的基礎上的。橢球引數包含:長半軸、短半軸、扁率、第一偏心率、第二偏心率等。其中最為重要的是前三個引數。因為他們三個定了,基本就確定了這個橢球。在這裡插入圖片描述


3、我國自2008年7月1日開始啟動2000國家大地座標系,就是CGCS2000座標系。到2018年7月1日止要求所有資料必須完成向2000座標系轉換的任務。 國家不再接受非2000座標系上報的專案。
現在我們來了解一下CGCS2000座標系,就是對準ITRF97框架,參考曆元是2000.0。
什麼是ITRF97? 它是全球分佈1千多個有可靠座標和速度的觀測站,通過下載其GNSS觀測資料可與測量點組成同步觀測網。
年積日:從當年1月1日開始到當前累計日期,例如1月1日的年積日為1,7月1日的年積日為182。
曆元:這個是很重要的概念,歷指曆法,元指首。就是曆法之元,是古代曆法的起始時刻。我們也可以通俗的理解為時刻的意思,例如GNSS觀測時,觀測10個曆元的資料,就是觀測10個時刻的資料。
我國2000座標系的參考曆元是2000.0,整數部分是年份,就是2000年,小數部分是年積日除以365(平年)或366(閏年),那麼2000.0曆元就是2000年1月1日。
因為我們CGCS2000座標系的參考曆元是2000.0,所以採用這個名字,而不是CGCS1980或者其他名字。
4、我們常說的地球上的座標實際上分為靜態座標和動態座標。這裡的靜態和動態是相對於起算點來說的。
4.1靜態座標:傳統大地測量的座標是沒有考慮地球板塊運動的。例如我們的西安80座標系,因為他的座標是通過大地原點引出的座標,所以雖然客觀上存在地球板塊的運動,但是我們認為板塊的運動地剛性的平移運動,因此點與點間的相對位置認為是不變的,在我們低精度的應用中,這樣的座標完全滿足我們的應用。
4.2動態座標:現代我們的測量技術都是空間定位技術,原點在地球的質心,或者說相對於動態框架點的座標。因此這種高精度的地心座標必須要考慮到板塊運動的影響。我國大陸的地心座標每年大約有3-4cm的變化。那麼動態座標的描述就必須分成兩部分:點位在某個瞬時曆元的座標+點位的運動速度。如果知道某點的某個曆元的座標和速度,就可以算出任意曆元的座標。那麼以2000座標系為例,知道某點在2000曆元下的瞬時座標,然後用全國的速度場模型算出該點的速度,就可以得到該點CGCS座標任意曆元下的座標。
特別注意:一個空間測量技術實現的地心座標,必須註明其曆元,這樣才能歸算到CGCS2000座標系下。