大地坐標系

中文名稱：大地坐標系英文名稱：geodetic coordinate system定義：以參考橢球中心為原點、起始子午面和赤道面為基準面的地球坐標系。應用學科：測繪學（一級學科）；大地測量學（二級學科）

geodetic coordinate system

大地坐標系是大地測量中以參考橢球面為基準面建立起來的坐標系。地面點的位置用大地經度、大地緯度和大地高度表示。大地坐標系的確立包括選擇一個橢球、對橢球進行定位和確定大地起算數據。一個形狀、大小和定位、定向都已確定的地球橢球叫參考橢球。參考橢球一旦確定，則標誌著大地坐標系已經建立。大地坐標系亦稱為地理坐標系。大地坐標係為右手系。

是以地球橢球赤道面和大地起始子午面為起算面並依地球橢球面為參考面而建立的地球橢球面坐標系。它是大地測量的基本坐標系，其大地經度L、大地緯度B和大地高H為此坐標系的3個坐標分量。它包括地心大地坐標系和參心大地坐標系。

其中，對於地心大地坐標系，其地面上一點的大地經度L為大地起始子午面與該點所在的子午面所構成的二面角，由起始子午面起算，向東為正，稱為東經（0~180），向西為負，稱為西經（0~180）；大地緯度B是經過該點作橢球面的法線與赤道面的夾角，由赤道面起算，向北為正，稱為北緯（0~90），向南為負，稱為南緯（0~90）；大地高H是地面點沿橢球的法線到橢球面的距離。

大地坐標系和子午面直角坐標系的關係式中，a為地球橢球的長半軸，e為地球橢球的第一偏心率，B為大地緯度。

大地坐標系和空間直角坐標系的關係e'為橢圓的第二偏心率，B為大地緯度，L為大地經度，a、b為地球橢球的長、短半軸。

半個多世紀以來，隨著我國經濟社會的發展與大地測量技術的進步，我國大地坐標系經歷了幾次重要變化。建國初期，為滿足國家經濟建設和國防建設的急需，在天文大地網邊布設邊平差的基礎上建立了1954北京坐標系。20世紀80年代，在全國天文大地網整體平差的基礎上建成了1980西安坐標系。20世紀末至21世紀初，在中國地殼運動觀測網路、全國UPS一/二級網和全國UPS A/B級網等整體平差的基礎上又建成了新一代國家大地坐標系—2000中國大地坐標系。新一代大地坐標系的建成標誌著我國大地坐標系向現代化目標邁進了重要一步。

國家大地坐標系的更新換代涉及到測繪標準、地理信息生產以及到現有測繪產品的改化等。啟用新一代國家大地坐標系涉及到測繪行業的方方面面，還涉及到社會公眾對新坐標系的認知與使用等。大地坐標系的維持是一項長期的任務。關於這方面，有不少問題需要研究、需要解決。

國內測繪工作主要涉及三類常用的大地坐標系統，即參心坐標系統、地心坐標系統和地方獨立坐標系統。參心坐標系是我國基本測圖和常規大地測量的基礎。天文大地網整體平差后，我國形成了三種參心坐標系統，即：1954北京坐標系凋部平差結果天1980西安坐標系和新1954北京坐標系整體平差換算值)。這三種參心坐標系都在應用，預計今後還將並存一段時間。

地心坐標系是為滿足遠程武器和航空航天技術發展需要而建立的一種大地坐標系統。從20世紀70年代起，我國先後建立和引進了四種地心坐標系統，分別是：1978地心坐標系(DX-1），1988地心坐標系(DX-2），無1984世界大地坐標系(WGS 84）環口國際地球參考系（IIRS）。前兩種地心坐標系只在少數部門使用，后兩種地心坐標系已廣泛用於GPS測量。

大地坐標系是大地測量的基本坐標系，其大地經度L、大地緯度B和大地高H為此坐標系的3個坐標分量。它包括地心大地坐標系和參心大地坐標系。

其中，對於地心大地坐標系，其地面上一點的大地經度L為大地起始子午面與該點所在的子午面所構成的二面角，由起始子午面起算，向東為正，稱為東經（0~180），向西為負，稱為西經（0~180）；大地緯度B是經過該點作橢球面的法線與赤道面的夾角，由赤道面起算，向北為正，稱為北緯（0~90），向南為負，稱為南緯（0~90）；大地高H是地面點沿橢球的法線到橢球面的距離。大地坐標系和子午面直角坐標系的關係 式中，a為地球橢球的長半軸，e為地球橢球的第一偏心率，B為大地緯度。大地坐標系和空間直角坐標系的關係 e'為橢圓的第二偏心率，B為大地緯度，L為大地經度，a、b為地球橢球的長、短半軸。

我國採用1975年在法國召開的國際大地測量與地球物理聯合會會議推薦的地球橢球體。

橢球面上一點的位置，通常用大地經度和大地緯度來表示，某點的大地經緯度稱為該點的大地坐標。NS為橢球旋轉軸，S稱南極，N稱北極。包括旋轉軸NS的平面稱為子午面，子午面與橢球面的交線稱為子午線，也稱為經線。垂直於旋轉軸NS的平面與橢球面的交線稱為緯線。圓心為橢球中心O的平行圈稱為赤道。

建立大地坐標系，規定以橢球的赤道為基圈，以起始子午線（經過英國格林威治天文台的子午線）為主圈。對於圖中橢球面上任一點而言，其大地坐標為：

大地經度L－－－過P點的子午面與起始子午面間的夾角。由格林威治子午線起算，向東為正，向西為負。

大地緯度B－－－在P點的子午面上，P點的法線PK與赤道面的夾角。由赤道起算，向北為正，向南為負。

在大地坐標系中，兩點間的方位是用大地方位角來表示。例如P點至R點的大地方位角A，就是P點的子午面與過P點法線及R點所作平面間的夾角，由子午面順時針方向量起。

大地坐標是大地測量的基本坐標系，它是大地測量計算，地球形狀大小研究和地圖編製等的基礎。