大地测量参考框架武汉大学测绘学院

2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)11 概论概论 大地基准大地基准（Geodetic Datum）：用以代表地球形体的旋转椭球，建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋转椭球中心与地球中心的关系）。ab2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)2 大地测量参考系统大地测量参考系统（Geodetic Reference System）：坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统 1）坐标参考系统：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。2）高程参考系统：以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高，以旋转椭球面为参照面的高程系统称为大地高。3）重力参考系统：重力观测值的参考系统坐标系原点、坐标轴、尺度及其有关计算公式2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)32022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)4 大地测量参考框架大地测量参考框架(Geodetic Reference Frame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。（http:/）2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)5国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,含三角点、导线点共 154348个。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)6国家高程控制网按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619.1公里。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)7国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架。2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)82000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPS A、B级网,总参测绘局GPS 一、二级网，中国地壳运动观测网组成,共2609个点。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)9讨论题：1 大地基准、坐标系统、参考框架之间的关系。2“从整体到局部”的测量原则是如何通过坐标参考框架体现的？3 大地原点、水准原点在建立大地测量参考框架中的作用是什么？2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)102大地基准大地基准 经典大地测量基准(几何特征)：经过定位定向且具有确定参数的椭球参考椭球 There are many different ellipsoids on which positions may be expressed.The size,shape and positioning of the ellipsoidal reference system with respect to the area of interest is largely arbitrary,and determined in different ways around the globe.The defining parameters of such a reference system are known as the geodetic datum.The geodetic datum may be defined by the following constants:2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)11 the size and shape of the ellipsoid,usually expressed as the semi-major axis(a)and the flattening(f)or eccentricity squared(e2).There are a number of techniques used to determine the best fit ellipsoid for an area;the direction of the minor axis of the ellipsoid;the position of its centre,either implied by adopting a geodetic latitude and longitude(B,L)and geoid/ellipsoid separation(N)at one(一点定位),or more points(datum stations，多点定位),or in absolute terms(X0,Y0,Z0)with reference to the centre of mass of the earth;the zero of longitude(conventionally the Greenwich Meridian).2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)12The manner in which the Geodetic Datum is defined varies from country to country(or region to region).Ellipsoid has been used in classical geodesy for over 200 years to provide a figure of the earth on which positions may be given in terms of latitude,longitude and height above the ellipsoidal surface.The ellipsoid thus used is termed a reference ellipsoid.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)13The shape of the geoid varies around the globe,therefore different sized ellipsoids have been used for different regions.Each is chosen to fit the geoid as closely as measurement technologies and computational abilities allowed at the time they were established.For example,an ellipsoid which provides a good fit of the geoid over the whole globe is not necessarily the most suitable for North America,and neither would be the most appropriate for Ireland(see the diagram below for an exaggerated depiction).2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)142022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)15 参考椭球实例：贝塞尔椭球(1841年)，克拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年)和克拉索夫斯基椭球(1940年)等 名称年代长半径(m)1/f贝塞尔椭球(Bessel)18416377397299.15克拉克椭球(Clarke)18666378206294.98海福特椭球(Hayford)19106378388297.00克拉索夫斯基椭球(Krassovsky)19406378245298.32022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)16参考椭球大小、定位与定向参考椭球大小、定位与定向选择或求定椭球的几何参数(长半径 a和扁率)确定椭球短轴的指向(椭球定向)确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点）2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)17椭球定向椭球定向2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)18 一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定00,0KKKNKKKiKiKKKKHHABL正,椭球定位2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)19 多点定位：椭球中心位置由一组大地点的大地坐标所确定，大地原点的起算数据按下式求得。kKKkkKiKikkkkkkkNHHABL正tansecmin)min(22新新或N2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)20大地原点和大地起算数据大地原点和大地起算数据大地原点也叫大地基准点或大地起算点，大地原点的经纬度/大地高/至某一固定点的大地方位角称为大地起算数据。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)21 现代大地测量基准/卫星大地测量基准（几何特征+物理特征）：总地球椭球（椭球中心与地球质心重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟合）地球椭球的四个基本常数：地球椭球赤道半径a，地心引力常数GM，地球重力场2阶带谐系数J2（由此导出椭球扁率f,）和地球自转角速度w。0,225 CJ2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)22 定义卫星大地测量基准，将涉及到地球重力场模型、地极运动模型、地球引力常数、地球自转速度等。不同大地测量基准的差异对坐标的影响，可根据公共点的大地观测数据求得，并进而求解出转换模型，实现不同基准下的坐标转换，但由于观测误差的存在，导致转换模型误差，其精度取决于公共点的数量和分布、观测精度、数据处理方法等。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)23总地球椭球实例：WGS84,GRS80 WGS84(GPS)GRS80(ITRS)a63781376378137fJ21/298.257223563108262.99910-81/298.25722210110826310-8(rad/s)729211510-11729211510-11GM(m3s-2)398600510839860051082022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)24WUHAN -2267749.162 5009154.325 3221290.762 BEIJING -2148743.784 4426641.236 4044655.935 SHANGHAI -2831733.268 4675666.039 3275369.521 KUNMING -1281255.473 5640746.079 2682880.117 URUMQI 193030.873 4606851.324 4393311.421 LHASA -106937.669 5549269.591 3139215.762 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)25 WUHAN 67.471907924 253.541597253 25.8259 BEIJING 87.563100346 257.184698733 87.3337SHANGHAI 69.025901447 269.055343195 22.0670KUNMING 55.342076376 228.141652447 1986.2195 URUMQI 97.155632104 194.295087226 858.8410 LHASA 65.505069941 202.163288773 3624.6574 WUHAN 67.471907924 253.541597253 25.8259 BEIJING 87.563100347 257.184698733 87.3337 SHANGHAI 69.025901448 269.055343195 22.0671 KUNMING 55.342076376 228.141652447 1986.2195 URUMQI 97.155632105 194.295087226 858.8410 LHASA 65.505069942 202.163288773 3624.6575 WGS84 VS.GRS802022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)26 讨论题1 旋转椭球作为大地测量基准，其特征是什么？2 地球椭球的常数J2与扁率f的关系式为：用WGS84的椭球数据进行验证。3 椭球定位是如何通过大地原点的起算数据体现的？GMammmJmJJmmJJmJf3232222322222298978493989162756111438921232022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)273坐标参考系统坐标参考系统 以参考椭球为基准的坐标系，叫做参心坐标系；以总地球椭球为基准的坐标系，叫做地心坐标系。无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而又称为地固坐标系，以地心为原点的地固坐标系则称为地心地固坐标系(ECEF)，主要用于描述地面点的相对位置；另一类是空间固定的坐标系，与地球自转无关，称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)28 坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向、尺度和相关的计算模型所定义的。对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中心或地心；坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(Conventional Terrestrial Pole)作为 Z 轴指向，因而称为协议坐标系；尺度采用国际标准长度单位；实现方式为大地测量理论、技术与方法。地球旋转轴的指向 1)空间指向的变化（岁差、章动）2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化（极移）2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)292022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)30空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation)2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)31地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化变化(极移极移,polar motion，国际协议原点，国际协议原点CIO)地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的，这种现象称为地极移动，简称极移。某一观测瞬间地球北极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)32 国际天文联合会(IAU)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)在1967年于意大利共同召开的第32次讨论会上，建议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以19001905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO(Conventional International Origin)，它相对于19001905年平均历元1903.0。另外国际极移服务(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点，与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)332022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)342022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)353.1 1954年北京坐标系年北京坐标系 1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。椭球参数有较大误差。参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达67m。定向不明确 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)363.2 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系(1980(1980西安坐标系西安坐标系)1980年国家大地坐标系的特点是：采用1975年国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)第16届大会上推荐的4个椭球基本参数。地球椭球长半径 a=6 378 140 m，地心引力常数 GM=3.986 0051014m3/s2,地球重力场二阶带球谐系数J2=1.082 6310-8,地球自转角速度=7.292 11510-5 rad/s。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)37 参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 JYD1968.0的方向 大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。大地高程基准采用1956年黄海高程系 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)38 平差后提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须注意所用成果相应的坐标系统。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)393.3 3.3 新新1954年北京坐标系年北京坐标系(BJ54新新)新1954年北京坐标系，是在GDZ80基础上，改变GDZ80相对应的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点(椭球中心)平移，使坐标轴保持平行而建立起来的。080540805408054ZZZYYYXXXGDZBJGDZBJGDZBJ新新新2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)402022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)41HHHBBBLLLGDZBJGDZBJGDZBJ805480548054新新新aBBeMBeaNBBHMBeMBBeaHMNZYXBLBLBHMBHMLBHMLBBHNLBHNLHBLGDZGDZ802222222200080sin)sin1(1)sin1(cossin)1)()sin2(cossin)(00sinsincoscoscoscossinsincossin0cos)(coscos)(sin2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)42BJ54新的特点是：采用克拉索夫斯基椭球参数。是综合 GDZ80和BJ54建立起来的参心坐标系。采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。定向明确，坐标轴与 GDZ80 相平行，椭球短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点的方向 大地原点与 GDZ80 相同，但大地起算数据不同。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)43 大地高程基准采用1956年黄海高程系。与 旧BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。旧BJ54的坐标是局部平差结果，而新BJ54是GDZ80 整体平差结果的转换值，两者之间无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)443.4 3.4 地心地固坐标系地心地固坐标系 地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐标轴方向的变化。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)45 地心地固大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极)2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)46以协议地极CTP(Conventional Terrestrial Pole)为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系CTS(Conventional Terrestrial System)，而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIO为指向点，因而也是协议地球坐标系，一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表相同的含义。3.5 3.5 协议地球坐标系协议地球坐标系2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)47 20世纪60年代以来，美国和原苏联等国家利用卫星观测等资料，开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部曾先后建立过世界大地坐标系(World Geodetic System，简称为WGS)WGS60，WGS66和WGS72，并于1984年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精确的地心坐标系统，称为WGS84。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)483.6 WGS84世界大地坐标系世界大地坐标系WGS84是一个协议地球参考系CTS。该坐标系的原点是地球的质心，Z 轴指向BIH1984.0定义的协议地球极CTP方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X 轴构成右手坐标系 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)49WGS84坐标系统采用的4个基本参数是：a=6 378 137mGM=3 986 005108m3s-2C2,0=-484.166 8510-6=7 292 11510-11rad/s2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)50 为了改善WGS84系统的精度，1994年6月，由美国国防制图局(DMA)将其和美国空军(Air Force)在全球的10个GPS跟踪站的数据加上部分IGS站的ITRF91数据，进行联合处理，并以IGS站在ITRF91框架下的站坐标为固定值，重新计算了这些全球跟踪站在1994.0历元的站坐标，更新为WGS84(G730)WGS84(G730)1996年，WGS84坐标框架再次进行更新，得到了WGS84(G873)2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)51WGS84的体现与维持的体现与维持2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)52WGS84高程异常高程异常 正常重力:WGS84所定义的地球椭球面是一个地心旋转椭球等位面，椭球面上的重力称为正常重力(索密里安公式C.Somigliana)BeaBbBape22220sin1sincos2/1220)sin90130066943799.01()sin86390019318513.01(03267714.978BB对于高出椭球面H的地面点：H3086.002022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)53 地球重力场模型-EGM96:360X360阶次的球谐展开式(http:/earth-info.nga.mil/GandG/wgsegm/egm96.html)，求定高程异常：NnnmnmnmnmnmSmCPrarGM20)sincos)(sin)(nnnnndxxdnxP)1(!21)(2NkknnknxknknkknxP021)!2()!(!2)!22()1()()2/int(nN 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)54cos23cos25)(cos21cos23)(coscos)(cos1)(cos332210PPPP2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)552022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)56)!()2)(12()!(0mnnmnmnmNkkmnnkmnmxkmnknkknxxP022/2)!2()!(!2)!22()1()1()(nmnmnmnmnmnmnmnmnmSSCCxPxP/)()(mnmmnmdxxPdxxP)()1()(2/2int()/2)Nnm2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)57 对于武汉IGS站wuhn：L=114.212613407 B=30.315395288 H=25.8259 Geoid Height=-14.43 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)58nmnmnmnmnnmsSmsCPsE00)sincos)(sin),(max2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)593.7 地方坐标系地方坐标系1）目的减小图上距离或坐标反算距离与实测距离的差值；工程建设的急需；满足特定工程的精度要求；满足工程特定的使用习惯。2）依据：长度归化从观测表面到投影面，当投影面低于观测表面时变短，反之变长；高斯投影的长度比大于1，并且离中央子午线越远，长度比越大。在城市或工程建设地区要求归化变形和投影变形的代数和不超过1:40000(相当于每公里2.5cm)2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)60mmmmmmhHNMRRHDDDDS边长的高程归化公式H(m)10-1:600000100-1:60000160-1:400001000-1:6000DD/Rm=6370km当观测地面的大地高小于160m时，边长的高程归化变形在1:40000内2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)61SRySSSSmm222高斯投影长度改化y(km)11.61:60000036.81:6000045.01:40000116.31:6000SS/Rm=6370km当观测点位离中央子午线小于45km时，边长的高斯投影变形在1:40000内2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)623)方法中央子午线选在城市或工程地区的中心，投影面选择平均高程面。这样既可使该测区的高程归化改正和地区中央的投影变形几乎为零，又可保证在离中央子午线45 km内的地区其投影变形的相对误差小于是1：40 000。这种独立坐标系最适合一般城市需要，因为其所辖面积不会太大，东西跨度90 km完全可以满足需要。利用高程归化改正和投影变形可以相互抵消的特点，把它们结合起来进行设计。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)63如果中央子午线设在城市或工程建设地区中央，高程归化面在地区平均高程面以下100m左右，离开中央子午线各约57km的地方亦可保证长度变形小于1：40 00 0。smmmmVRHDRYS2222022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)64不变动高程面，只变动中央子午线最大Y例如kmYSVkmRmHsmm6.6740000:1/,6370,200maxsmmmmVRHDRYS2222022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)65只改变归化高程面，不改变高斯投影参数)()(11000YYkYYXXkXXkRHRHRSSccmmmmm2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)66椭球膨胀法建立地方坐标系：保持参考椭球扁率不变，伸缩其长半轴，从而使观测地点的平均高程面与采用的椭球面相切。椭球参数与坐标计算32222222222222)1(sin1cossin)(11/)sin1()sin1/(1)sin1/(1WeaMBeWBBaWeMdBdBBBeBeRaBeeaRBeeaNMRHRRmmmmmmmmm2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)67 城市坐标系以过城市中心的子午线为中央子午线，按高斯投影建立平面直角坐标系O-xy。工程坐标系主体建筑轴线为坐标轴，原点位于主体建筑中心。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)68 讨论题1 地球旋转轴的指向变化特点及其与大地测量坐标系的关系。2 岁差、章动、极移的不同点是什么？3 WGS84的Z轴指向哪里？4 当采用改变椭球参数法建立地方坐标系时，x坐标是否会有很大（数10米）变化？2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)694 国际地球参考框架国际地球参考框架ITRF ITRF（International Terrestrial Reference Frame）是由IERS（International Earth Rotation Service）提供的国际地球参考框架，其构成是基于甚长基线干涉VLBI、激光测月LLR、激光测卫SLR、GPS和卫星轨道跟踪和定位DORIS等空间大地测量技术的观测数据。这些观测数据首先由不同技术各自的分析中心进行处理，最后由IERS中心局（IERS CB）根据各分析中心的处理结果进行综合分析，得出ITRF的最终结果，并由IERS年度报告和技术备忘录向世界发布，提供各方面的应用。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)704.1 ITRF系列系列IERS CB每年将全球站的观测数据进行综合处理和分析，得到一个ITRF框架，并以IERS年报和IERS技术备忘录的形式发布。自1988年起，IERS已经发布ITRF88，89，90，91，92，93，94，96，97，ITRF2000，ITRF2005等全球坐标参考框架。目前，IGS各种轨道产品的坐标参考基准采用的是ITRF2005参考框架。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)714.1.1 ITRF2000与其他框架的转换与其他框架的转换TRANSFORMATION PARAMETERS AND THEIR RATES FROM ITRF2000 TO PREVIOUS FRAMESSOLUTION T1 T2 T3 D R1 R2 R3 EPOCH Ref.UNITS-cm cm cm ppb .001 .001 .001 IERS Tech.Note#RATES T1 T2 T3 D R1 R2 R3UNITS-cm/y cm/y cm/y ppb/y .001/y.001/y.001/y-ITRF97 0.67 0.61-1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 27 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF96 0.67 0.61-1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 24 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF94 0.67 0.61-1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 20 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ZYXDRRRDRRRDTTTZYXZSYSXS1213233212022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)72 ITRF93 1.27 0.65-2.09 1.95 -0.39 0.80 -1.14 1988.0 18 rates -0.29-0.02-0.06 0.01 -0.11 -0.19 0.07 ITRF92 1.47 1.35-1.39 0.75 0.00 0.00 -0.18 1988.0 15 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF91 2.67 2.75-1.99 2.15 0.00 0.00 -0.18 1988.0 12 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF90 2.47 2.35-3.59 2.45 0.00 0.00 -0.18 1988.0 9 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF89 2.97 4.75-7.39 5.85 0.00 0.00 -0.18 1988.0 6 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF88 2.47 1.15-9.79 8.95 0.10 0.00 -0.18 1988.0 rates 0.00-0.06-0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)73 Transformation Parameters from ITRF2005 to ITRF2000 at epoch 2000.0 T1 T2 T3 D R1 R2 R3 mm mm mm 10-9 mas mas mas 0.1 -0.8 -5.8 0.40 0.000 0.000 0.000 0.3 0.3 0.3 0.05 0.012 0.012 0.012 Rates-0.2 0.1 -1.8 0.08 0.000 0.000 0.000 0.3 0.3 0.3 0.05 0.012 0.012 0.0122022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)74已知wuhn的ITRF2000下1997.0参考历元的坐标(m)及变化率(m/y)为：-2267749.162 5009154.325 3221290.762 -.0325 -.0077 -.0119求：1）wuhn的ITRF2000下2005年3月20日为参考历元的坐标；2）wuhn的ITRF97下2005年3月20日为参考历元的坐标。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)754.1.2 ITRF与与WGS84的转换的转换-Parameters from ITRF90 to WGS84-Doppler realized system:T1(m)T2(m)T3(m)D(ppm)R1(“)R2(“)R3(“)0.060 -0.517 -0.223 -0.011 0.0183 -0.0003 0.0070-New realizations of WGS84 based on GPS data,such as WGS84(G730 or G873):These new WGS84 realizations are coincident with ITRF at about 10-centimeter level.For these realizations there are no official transformation parameters.This means that one can consider that ITRF coordinates are also expressed in WGS84 at 10 cm level.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)764.2 4.2 IERShttp:/www.iers.org/The IERS was established as the International Earth Rotation Service in 1987 by the International Astronomical Union and the International Union of Geodesy and Geophysics and it began operation on 1 January 1988.In 2003 it was renamed to International Earth Rotation and Reference Systems Service.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)78IERS的任务主要有以下几个方面：维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)；维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)；为当前应用和长期研究提供及时准确的地球自转参数(EOP)。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)79IERS ProductsThe IERS maintains the following main products:Earth orientation dataConventionsInternational Celestial Reference SystemInternational Celestial Reference FrameInternational Terrestrial Reference SystemInternational Terrestrial Reference Framehttp:/www.iers.org/iers/publications/tn/tn31/Geophysical fluids data2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)80ITRF2000 STATION POSITIONS（m)AT EPOCH 1997.0 AND VELOCITIES(m/y)BJFS -2148743.784 4426641.236 4044655.935 -.0444 .0141 -.0013WUHN-2267749.162 5009154.325 3221290.762 -.0325 -.0077 -.01192022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)814.3 IGS4.3.1 HISTORY International Global Positioning System(GPS)Service for Geodynamics(IGS)formally began on 1 January 1994.Due to the expansion of IGS objectives,the name of the service was changed to International GPS Service(IGS)on 1 January 1999.Following further expansion of IGS,integrating data from GLONASS system and planning for the deployment of Galileo system,the name was changed to International Global Navigation Satellite System(GNSS)Service(IGS)on 14 March 2005.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)824.3.2 GOALS AND OBJECTIVESThe IGS strives to:Provide the highest quality,reliable GNSS data and products,openly and readily available to all.Promote universal acceptance of IGS products,standards and conventions.Continuously innovate by attracting leading-edge expertise and pursuing challenging projects and ideas.Seek and pursue new growth opportunities while responding to changing user needs.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)83 Sustain and nurture the IGS culture of collegiality,openness,inclusiveness,and cooperation.Maintain a voluntary organization with effective leadership,governance,and management.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)844.3.3 Data&products Tracking data(daily RINEX files)(Global)Navigation message files(broadcast messages of tracking stations)Meteorological Files and Summary files GPS satellite ephemerides Earth rotation parameters IGS tracking station coordinates and velocities GPS satellite and IGS tracking station clock information Zenith path delay estimates 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)854.3.4 IGS组织主要由以下几部分组成组织主要由以下几部分组成：1)跟踪站网（Tracking Stations）IGS跟踪站网由全球24小时全天候观测的GPS跟踪站组成，IGS跟踪站划分为全球跟踪站（Global Sites）、区域跟踪站（Regional Sites）和地方跟踪站（Local Sites）。建立连续观测跟踪站网的目的是计算卫星轨道，确定地球参考框架及地球自转参数等。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)86 There are 382 stations as of 3 Apr 2006.Each station is assigned a 4-character site ID.The raw station data is converted to RINEX format and accessed through Internet.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)872)操作中心(Operational Centers)该中心负责一个地方跟踪站网的运作，进行GPS原始观测数据的格式转换，以及为网内各跟踪站提供管理和技术支持。3）数据中心(Data Centers)全球数据中心（Global Data Center）主要任务是为分析中心及外部用户提供数据服务。包括：CDDIS:Crustal Dynamics Data Information SystemSIO:Scripps Institution of Oceanography IGN:Institut Geographique National 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)88区域数据中心（Reginal Data Center）区域数据中心的目的是从数个地方数据中心收集数据，满足本区域的需求，减少数据传输流量，并且将数据传输至全球数据中心，包括：BKG:Bundesamt fuer Kartographie und GeodaesieAUSLIG:Australian Surveying and Land InformationNRCAN:Natural Resources of CanadaGODC(formerly CIGNET):Geoscience Laboratory,NOAA JPL:Jet Propulsion Laboratory 2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)89地方数据中心（Local Data Center）地方数据中心与跟踪站直接相联系，他们的任务是进行数据格式转换、压缩数据、备份数据及传输数据至区域数据中心。4）分析中心(Analysis Centers)分析中心每天的基本任务是从全球数据中心获取GPS跟踪站观测数据，独立地进行数据处理和分析，估计得到GPS卫星轨道、地球自转参数和站坐标及其速度，并将各自的分析成果返回给数据中心。分析中心包括NRCan、GFZ、JPL、CODE、ESA、SIO和NGS等七个。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)905）协调分析中心（Analysis Centers Coordinator）协调分析中心负责监督分析中心的工作，并且对各个分析中心的产品进行质量分析、评价，最后进行加权平均，得到最终的IGS产品。并在数据采集后十天内，发送给IGS数据中心和IGS中心局信息系统CBIS。6）中心局(Central Bureau)中心局主要负责IGS日常工作，包括组织会议，制定标准及出版相关出版物等。由中心局维护的中心局信息系统CBIS，包含IGS的各种产品和信息，设有web网站和ftp服务器。位于法国巴黎的全球数据中心IGN设有其ftp服务的镜像站。用户通过web网站或ftp服务器都可以访问IGS跟踪站数据及IGS轨道产品。2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)914.3.5 获取获取IGS观测数据和产品观测数据和产品1)文件命名规则文件命名规则The tracking data is made available in daily RINEX files.All tracking sites generate at least a daily RINEX observation and navigation message file.The files are organized by type,year,day of year,GPS week,day of week,site ID.2022-12-20大地测量参考框架大地测量参考框架(郭际明郭际明)92Locating IGS data,products,and format definitionsKey to directory and file name variablesdday of week(0-6)ssss4-character IGS site ID or 4-character LEO IDdddday of year(1-366)ww2-digit week of year(00-51)hh2-digit hour of day(00-23)wwww4-digit GPS weekhsingle letter for hour of day(a-x=0-23)yy2-digit yearmmminutes within houryyyy4-digit yearleoname of low-earth orbiting satelliteSoftware to uncom