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江苏师范大学本科生毕业设计 不同坐标系的转换及其程序设计
2 相关理论和知识介绍
由于当今世界上有着有许多的参心坐标系和地心坐标系等,所以对于地球表
面上的任一一点 P,表述改点坐标的方式有很多。
因此对于地面上一点,由于所选择的坐标系不同,其表达方式也会不同。而
且,即使使用同一坐标系,也会有不同的表达方式。想要弄清楚它们之间的联系,
那么就会涉及到坐标转换的问题。
坐标系统之间的坐标转换既包括不同的参心坐标之间的转换,或者不同的地
心坐标系之间的转换,也包括参心坐标系与地心坐标系之间的转换以及同一坐标
系下的直角坐标与大地坐标之间的坐标转换,还有大地坐标与高斯平面坐标之间
的坐标转换等。
2.1 地球椭球
由于地球内部质量分布不均,导致大地体其实是一个不平的似球体,经过长
期的理论研究和实践认为,当一个通过南北两极的子午圈,绕地球南北极旋转一
周而形成一个椭球体,用这个椭球面来代替大地水准面,是一个很理想的计算基
准面。一个与大地体符合最好,最接近地球大小和形状的旋转椭球,称为总地球
椭球体。其具体条件为:
1.总地球椭球体的体积与大地体的体积一致,而且其表面与大地水准面之间
的差距的平方和最小。
2.总地球椭球体的总质量与地球的总质量一致,而且其中心与地球重心相重
合,总地球椭球的赤道面也应该与地球的赤道一致。
3.总地球椭球体的旋转角速度与地球的旋转角速度一致。
在众多椭球体中,WGS-84 椭球体被认为符合上述条件最好的椭球,由于经
典大地测量技术存在一定的局限性,大地测量工作者算出一个涵盖整个大陆和海
洋的总地球椭球,而是根据本国的测绘成果推求出一个最能表达本国或者是本地
区的地球椭球体,就是所谓的参考椭球。地球表面、大地水准面和椭球面三者的
关系及偏差如下图所示