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一、參考框架

雖然坐標(biāo)參照系的定義明確且嚴(yán)密, 但卻非常抽象, 且不易于使用, 必須通過一種具體形式加以實(shí)現(xiàn), 才具實(shí)際意義。在實(shí)踐中, 坐標(biāo)參照系通過參考框架( Reference Frame) 來實(shí)現(xiàn)。

參考框架是一組具有相應(yīng)坐標(biāo)參照系下坐標(biāo)及其時(shí)間演變的點(diǎn)。例如, 天球參考框架( CRF—Celestial Reference Frame ) 是一 組空間位置已知的恒星和類星體, 而地球參考框架( TRF—Terrestrial Reference Frame) 則是坐標(biāo)及其速度已知的一組地面點(diǎn)。之所以稱參考框架是參照系的實(shí)現(xiàn), 原因其實(shí)非常簡單: 在一組相容的坐標(biāo)中, 實(shí)際上隱含了定義一個(gè)坐標(biāo)參照系所必需的一個(gè)原點(diǎn)、一組正交坐標(biāo)軸的指向和一個(gè)尺度。

只要涉及與空間位置有關(guān)的問題, 就會(huì)涉及參照系; 只要涉及參照系, 則必將涉及參考框架。

例如, 在天文學(xué)中作為國際天球參照系( ICRS—International Celestial Reference System) 實(shí)現(xiàn)的國際天球參考框架( ICRF—International Celestial Reference Frame) , 在普通 GPS 測量應(yīng)用中作為 1984 年世界大地系統(tǒng)( WGS-84—World Geodetic System 1984) 實(shí)現(xiàn)的 WGS-84 參考框架, 在空間大地測量中作為國際地球參照系( ITRS—International Terrestrial Reference System)實(shí)現(xiàn)的國際地球參考框架( ITRF—International Terrestrial Reference Frame) 以及作為工程應(yīng)用所采用的局部參照系實(shí)現(xiàn)的測量控制網(wǎng)等, 都可以被稱為參考框架。

二、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

由于不同坐標(biāo)系、不同基準(zhǔn)和不同坐標(biāo)參照系的存在, 因而常常需要在它們之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。這些轉(zhuǎn)換可以分為兩種基本類型: 一類是坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換( Coordinate System Transforma_x0002_tion) , 另一類是基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換( Datum Transformation) 。

1、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換指的是同一點(diǎn)的坐標(biāo)在相同基準(zhǔn)或坐標(biāo)參照系下由一種坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為另一種坐標(biāo)系下的坐標(biāo), 如在同一坐標(biāo)參照系下的空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換。顯然, 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換實(shí)際上是不同坐標(biāo)表達(dá)方式間的變換。

2、基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換指的是將同一點(diǎn)在基于某一基準(zhǔn)或坐標(biāo)參照系的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為基于另一基準(zhǔn)或坐標(biāo)參照系的坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

如 WGS-84 與1954 年北京坐標(biāo)系下大地坐標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換, 或 WGS-84 下空間直角坐標(biāo)與 1954 年北京坐標(biāo)系下大地坐標(biāo)間的相互轉(zhuǎn)換。

與眾多空間定位技術(shù)一樣, 直接通過 GPS 測量定位所得到的坐標(biāo), 屬于一個(gè)全球坐標(biāo)參照系。但對于大多數(shù)的工程應(yīng)用來說, 它們往往需要在某個(gè)局部坐標(biāo)參照系下的坐標(biāo)。這一局部坐標(biāo)參照系, 既可能是一個(gè)全球坐標(biāo)參照系, 也可能是一個(gè)國家坐標(biāo)參照系或獨(dú)立坐標(biāo)參照系。對于前兩種情況, 處理方法基本相同, 既可以直接進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換, 也可以進(jìn)行在數(shù)學(xué)模型中包含有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換過程的 GPS 網(wǎng)約束平差或聯(lián)合平差。對于第三種情況, 處理過程則較為復(fù)雜, 實(shí)際采用的方法也多種多樣。