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大地基准的定义与实现宋紫春（西安 710054）Definition and Realization of the Geodetic Datum摘要：简述大地基准的概念与意义，讨论传统大地基准、现代大地基准和卫星大地基准的定义与实现。关键字：大地基准概念；传统大地基准；现代大地基准；卫星大地基准一、引言大地基准是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中各点大地坐标的基本依据，也是国土测绘和地理空间研究的重要基础框架。在当代大地测量领域，目前应用着三种不同类型的大地基准，即传统大地基准、现代大地基准和卫星大地基准。传统大地基准是经典大地测量技术的产物，它是二维、局部、参心、低精度、静态的；现代大地基准是空间大地测量技术的产物，它是三维、全球、地心、高精度、半动态的；卫星大地基准是卫星导航技术的产物，它是三维、全球、地心、高精度、动态的。虽然这几种大地基准在概念上的差别并不大，但它们的具体实现方法却相差很大。本文在简略叙述大地基准概念与意义的基础上，着重讨论了传统大地基准、现代大地基准和卫星大地基准的定义与实现。二、大地基准的概念与意义按有关文献的阐述，“基准”（Datum）这个词可定义为“根据已知的或被假设的事实，作为计算和推理的基础”。依韦氏字典的解释，“基准”乃是一种作为计算参考依据的“实际”或“假设”之事物。因此，“大地基准”（Geodetic Datum）指的就是大地测量时作为计算依据的“事物”，其可为“实际”的真实物理面，如大地体或大地水准面，亦可为“假设”的数学体面，如旋转椭球体或参考椭球体。简单地说，大地基准乃是一种作为测量计算的参考依据。众所周知，大地测量的基本任务之一，就是精密测定地球表面任意点的位置，为各种比例尺地形测图和大型工程测量提供控制，为宇宙航行和远程武器发射提供高精度点位坐标，而这一切都需要选用一个定义良好的大地基准来作为大地位置计算的依据。传统上，人们先在一些特定的地面点之间利用观测系统量测角度、距离和水准高差等，然后将它们归算到所选定的大地基准上，通过计算系统的各种计算公式来算出各地面点的坐标值。这些特定的地面点被称为控制点，他们彼此间连接而构成的网称为大地控制网，如三角网、 导线网、水准网以及卫星网皆是。如果大地控制网内控制点间的几何关系良好，就可有效地作为该地区测定其它地面点位的参考依据，这些网即构成俗称的区域性大地参考框架。从“量测”的“观测系统”到获得“大地位置”的“计算系统”，大地基准即为建立这两个系统之间函数关系的参考依据。大地基准有时也称为大地参考系（Geodectic Reference System），两者都用于表示物体的位置和描述问题的模型。但在概念上，两者之间仍存在着细微差别。大地基准着重强调大地测量计算时的依据作用，即任何测量都要与基准相一致，而大地参考系则侧重强调对物体位置与运动的参照物作用。在测量与制图中多用大地基准，在空间技术与物理学中多用大地参考系。用于测量与制图的大地基准应保持相对稳定，而用于空间技术与物理学的大地参考系可以不断地进行精化。大地基准与坐标系（Coordinate System）两个术语在我国也常常互相代替，但二者在概念上是不同的。大地基准是大地测量计算时的参考依据和尺度，而坐标系则是说明地球表面位置的一组坐标值规则。对于一个国家和地区的测绘工作来说，大地基准是唯一的，不应当也不允许同时使用许多大地基准，但地面一点的位置却可以在不同的坐标系中表示，如大地坐标系、空间直角坐标系、大地极坐标系等等。据统计，在测绘范畴内，这样的坐标系多达数十种。如果将大地基准与坐标系两个术语互指，很容易在概念和含义上引起不必要的混淆。三、传统大地基准的定义与实现基于一些物理因素及决定地球形状的历史性发展，传统大地控制测量通常是把建立水平控制网和垂直控制网分开进行，分别以参考椭球面和大地水准面为参考面确定地面点的坐标和高程。因此，作为计算依据的大地基准也被分开为水平（平面）基准和垂直（高程）基准两部分来分别定义。也就是说，传统大地基准应涵盖水平基准与垂直基准两部分。传统大地基准又称参心大地基准或局部大地基准，由天文测量和地面测量定义。按经典概念，传统大地基准一般由五个参数定义，即椭球的长半轴a，扁率f及椭球中心对地球质心的位移?X0、?Y0、?Z0。后三个参数也可用大地原点上的垂线偏差ξ0、η0和大地水准面差距N0来代替。这种传统大地基准的定义隐含一个假设，即该大地基准的三轴与平均地球坐标系统的轴向平行，亦即εx=εY=εZ=0。事实上，完全平行是很难办到的。所以，一个传统大地基准的完整描述应包含九个参数。即椭球参数a、f，平移参数?X0、?Y0、?Z0，旋转参数εx、εY、εZ和尺度参数s。定义传统大地基准的关键在于如何对所选择的椭球进行定位和定向。确定椭球中心的位置