座標參考系統和定位

簡介

本書旨在為全球空間資料基礎設施 (GSDI) 計劃開發的空間資料基礎設施手冊中關於座標參考系統和GNSS 測量的新章節開發內容。本章的目的是提供關於全球座標參考系統（例如，WGS 84，ITRFxx/GRS80）的基礎理解的較高層次資訊，以及來自世界不同地區和國家的案例研究，這些案例研究講述了將他們的基準與全球座標參考系統聯絡起來所面臨的挑戰。由於最終產品將被整合到行動式文件格式 (PDF) 文件中，因此從開放原始碼中提取足夠的資訊非常重要，以便使用者無需從一篇又一篇的文章中跳轉來獲取關於全球座標參考系統和定位的較高層次資訊。內容將濃縮成一個包含 15-20 頁的章節。

華夏公益教科書方法被用來促進國際合作並快速開發內容。任何人都可以貢獻和修改現有內容，並且無需註冊。但是，如果您希望對您的貢獻進行歸屬，鼓勵您註冊。如果您決定貢獻，建議您熟悉維基標記。華夏公益教科書方法不適合那些不想讓自己的傑作被修改的人！

截至 2005 年 1 月 26 日，我們對貢獻的願望清單如下

1. 從開放原始碼中提取資訊，以納入本章
2. 圖形和圖表
3. 來自世界不同地區和國家的案例研究，用於與全球座標參考系統（例如 WGS 84 和 ITRFxx/GRS80）建立聯絡
4. 任何標記為 TBSL (To Be Supplied Later) 的內容

背景和理由

與 SDI 手冊一致，本節建立了主題的背景、上下文和理由，適合作為所有讀者的概覽，但目標是管理人員和終端使用者。

大地基準

橢球

在大地測量學中，參考橢球是一個數學定義的表面，它近似於地球的真實形狀或大地水準面。它被用作執行大地測量網路計算和計算[地理]點座標的表面。

在數學上，參考橢球是一個扁率 (扁平) 的旋轉橢球，它有兩個不同的軸，一個赤道半長軸 $a$ 和一個極半短軸 $b$。旋轉橢球是透過繞半短軸 $b$ 旋轉橢圓而得到的（參見參考橢球）。

扁率 $f$ 定義為

$f={\frac {a-b}{a}}$

- 來自參考橢球

GRS80 被國際大地測量與地球物理學聯合會 (IUGG) 於 1979 年 12 月在澳大利亞堪培拉舉行的第 XVII 屆大會上採用。

對於 GRS80，$a$ = 6 378 137 米，並且 $f$ = 0.003 352 810 681 18

外部連結

1. IUGG 主頁
2. IAG 測地學家手冊 - 1980 年測地參考系

大地水準面

大地水準面是地球形狀的近似表示。根據 C.F. 高斯 的說法，它是“地球的數學圖形”，事實上，它是地球的 重力場。大地水準面是平均與平均 海平面 重合的等勢面。- 改編自 大地水準面

大地水準面具有不規則的表面，與橢球體不同，它無法用數學公式表達。

高度

在 大地測量學 中，高度是某點（通常在地形表面，例如山頂）垂直於參考面的距離。- 改編自 高度

橢球高度以參考橢球為其參考面。大地高度以大地水準面為其參考面。

座標系

笛卡爾座標系

笛卡爾座標

地理座標系

地理座標系
緯度
經度

網格/影像座標系

未校正影像 CRS
地理校正影像 CRS
w:Image georeferencing Transformation影像地理配準變換

全球座標參考系

國際地球參考系 (ITRS)

國際地球參考系 (ITRS)

國際地球參考框架 (ITRF)

國際地球參考框架 - 國際地球參考框架 (ITRF) 是一組具有其三維笛卡爾座標的點，它們實現了理想的參考系，即國際地球參考系 (ITRS)

1984 年世界大地測量系統 (WGS 84)

NIMA 技術報告 TR8350.2，“國防部 1984 年世界大地測量系統，其定義及其與區域性大地測量系統的關係”

板塊構造和定位

板塊構造

全球導航衛星系統 (GNSS)

概念

如何確定位置

GNSS 透過 三邊測量 確定地球上的位置。

衛星星座

全球定位系統 (GPS)
GLONASS
伽利略定位系統

組織問題

與 SDI 食譜一致，本節介紹旨在互動的組織、角色和軟體系統的設計架構。

本節將提供案例研究，展示世界各地不同地區和國家如何與全球空間參考系統相銜接。

區域參考框架

國際大地測量協會 (IAG) 第 1.3 小組委員會：區域參考框架

亞太地區 (TBSL)

IAG SC1.3e：區域參考框架 - 亞太地區
亞太地區地理空間基礎設施常設委員會 (PCGIAP) 工作組 1：區域大地測量

國家基準

澳大利亞

澳大利亞大地基準 (GDA)
參考框架：ITRF92（國際地球參考框架 1992），曆元 1994.0，橢球：GRS80

紐西蘭

紐西蘭大地基準 2000 (NZGD2000)
參考框架：ITRF96（國際地球參考框架 1996），曆元 2000.0，橢球：GRS80

紐西蘭位於澳大利亞板塊和太平洋板塊的邊界線上，因此是一個地球物理活躍地區。緩慢的地殼變形（板塊構造）的影響約為每年 5 釐米。這些變化將透過使用速度模型來管理，從不同於基準參考曆元的時間點進行的觀測中生成 NZGD2000 座標。這將允許專業使用者為不同於參考曆元的時間生成座標。

英國

OSGB36（英國測量局大不列顛 1936）
參考框架：OSGB36，橢球：Airy 1830

實施問題 (TBSL)

標準和規範

ISO 19111:2003，地理資訊 - 座標空間參考 - 僅範圍；ISO 標準擁有版權
ISO 19127，地理資訊 - 大地測量程式碼和引數 - 僅範圍；ISO 標準擁有版權
OpenGIS 實施規範：座標轉換服務，修訂版 1.00
OGC 摘要規範：主題 2 - 座標空間參考
OGC Web 座標轉換服務 (WCTS)
推薦的常見 CRS 定義的 XML/GML 3.1.1 編碼（CRS 的 XML）
推薦的影像 CRS 定義的 XML/GML 3.1.1 編碼（ImageCRS）