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GIS基础

大地水准面

地球是一个不规则的椭球，表明更是有高山，有海洋，有低地洼地。所以要对地球进行数字化就必须把这个表明不平的地球，用一个相对靠近的平滑曲面去逼近这个凹凸不平的地球表面，这里就需要有一个大地水准面了。

大地水准面是通过将平静的平均海水面延伸通过陆地而形成的封闭曲面，在海面上它与平静的平均海水面相重合。它是一种等位面，是测量工作的外业基准面。也是海拔高程系统的起算面。由于大地水准面受地球质量分布等因素的影响，导致它不是一个可以用数学公式表述的规则曲面，也因为地球表面各个点的重力方向不同，而地球本来又不是一个规则椭球，因此大地水准面是个不规则的椭球体，所以不利于测量数据的处理。

参考椭球体

因此考虑选择一个能有数学公式表述的规则的旋转椭球面，力求使该椭球面与大地水准面的差距最小，以用来可以数字化。可以想见，对于不同地区应当选择与当地大地水准面最密合的旋转椭球面，这个椭球面就称为该地区的参考椭球面。参考椭球体是大地测量中用来近似代替地球大地水准面以地球极轴为旋转轴的旋转椭球。因为

要更好的逼近大地水准面，所以每个国家，每个地方的参考椭球体

是不一样的。有克拉索夫斯基(Krassovsky椭)球体（北京54坐标系

用这个椭球体），更有之前世界规定的IAG75地球椭球体（西安80坐标系用这个椭球体），现在国际通用WGS-84椭球体（2000国家大地坐标系用这个椭球体，全球定位GPS也是用这个椭球体）。

一般一个参考椭球体参数报考，长短半轴长，扁率，地心引力常数和自转角度速度。

参心坐标系，地心坐标系（目的：定位椭球球心）

为何出现参心坐标系，和地心坐标系呢？因为上面讲到：参考椭球体只是确定了这个规则的椭球，但是却没有确定这个规则的椭球的球心和地球球心的关系！而椭球的定位是指确定椭球球心的位置,而确定椭球球心位置可分为两类:局部定位和地心定位。

局部定位：要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,

而对椭球的中心位置无特殊要求，也就是不要求和地球的球心重合；（这就出现参心坐标系）

地心定位：要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,

同时要求椭球中心与地球球心一致或最为接近。

下面是参心坐标系和地心坐标系定义：

参心坐标系：是以参考椭球的几何中心为原点的大地坐标系。

所谓参心，就是参考大地原点 再通过选取的参考椭球体，来确定参考椭球体原点（球心）

在地球的位置。具体原理就是：大地原点确定后，在该点上高精度测定它的天文经纬度和到另一个点（随意点）的天文方位角（大地原点是和天文经纬度重合的，就是说大地原点最准确），然后再通过这个大地原点的经纬度和所选择的参考椭球体来确定椭球体球心位置！参心坐标系的椭球中心点和地球球心不重合的！

（上图就是参心坐标系和地心坐标系对比，0是通过大地原点和所选的参考椭球体确定的椭球体球心，而01就是地球球心）

地心坐标系：就是以地球质心为原点建立的空间直角坐标系，或以球心与地球质心重合的地球椭球面为基准面所建立的大地坐标系。地心坐标系不需要坐标原点，因为不需要通过坐标原点来求出参考椭球体球心在地球内部的位置。这里参考椭球体球心就和地球球心

重合！（地心坐标系图）：

我国四大坐标系：（北京54，西安80，WGS-84，国家大地2000）1） 北京54坐标系：新中国成立后，很长一段时间采用1954年北京坐标系统，它与苏联1942年建立的以普尔科夫天

文台为大地原点（不是北京）的大地坐标系统相联系，相

应的参考椭球为克拉索夫斯基(Krassovsky椭)球。但是毕

竟是苏联人为了让苏联这个国家更加逼近大地基准面而定的坐标系，我国用肯定误差大。

西安80坐标系：由于以后科技发展，发现误差大，于是

1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定

重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系的地球椭球基本参数，不再采用克拉索夫斯基椭球为参考椭球体了，改为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据（也就是IAG75地球椭球体）为参考椭球体。

而该坐标系的大地原点也改设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里。故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952－1979年确定的黄海平均海水面（即1985国家高程基准）。

WGS-84（WorldGeodicalSystem-84世界大地坐标系-84）WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS 所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。WGS-84