本书面向大地测量与导航相关专业人员介绍大地基准和坐标系。第1章介绍大地测量学研究内容、发展简史和大地基准的概念与发展，第2章介绍常用大地坐标系及其转换，第3章介绍我国国家大地控制网的建立与发展，第4章介绍作为大地测量数学基准参考椭球的一些数学关系及解算方法，第5章介绍地球参考框架的建立与维持方法，第6章介绍WGS84世界大地坐标系的概念与坐标转换，第7章介绍2000国家大地坐标系的建设与现状，第8章介绍作为地图绘制数学基础面的高斯投影和墨卡托投影等，第9章简要介绍其他常用大地坐标系和基准，第10章介绍地球重力基准和正常重力场，第11章介绍地球磁场基准与世界地磁场模型。
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第1章 绪论 1
1.1 大地测量学的任务和研究内容 1
1.1.1 大地测量学的任务 1
1.1.2 大地测量学的研究内容 2
1.2 大地测量学的发展 3
1.2.1 国外大地测量学的发展 4
1.2.2 我国大地测量学的发展 6
1.3 大地测量学发展现状与特征 7
1.4 大地水准面和参考椭球面 9
1.4.1 水准面和大地水准面 9
1.4.2 总地球椭球和参考椭球 10
1.5 大地基准的发展与展望 11
第2章 常用坐标系统与大地测量基准 14
2.1 空间直角坐标系与空间大地坐标系 14
2.1.1 空间直角坐标系 14
2.1.2 空间大地坐标系 14
2.1.3 空间直角坐标系与空间大地坐标系转换 15
2.2 天文坐标系与垂线偏差 17
2.2.1 天文坐标系 17
2.2.2 垂线偏差和大地水准面差距 18
2.3 天球的基本概念与天球坐标系 20
2.3.1 天球的基本概念 20
2.3.2 天球坐标系 22
2.4 站心切平面坐标系 22
2.5 正交椭球双曲线坐标系 23
2.6 大地测量基准与正常重力场 24
2.6.1 基本大地测量常数 24
2.6.2 正常重力场 25
2.7 不同空间直角坐标转换 26
2.7.1 欧拉角 27
2.7.2 七参数空间直角坐标转换公式 28
2.8 大地坐标微分公式 29
2.9 大地测量时间基准 31
2.9.1 世界时时间基准 31
2.9.2 原子时基准 32
2.9.3 协调世界时系统 32
2.9.4 GPS时间系统 33
2.9.5 北斗时间系统 33
第3章 国家大地控制网及我国大地基准 34
3.1 国家大地控制网概述 34
3.1.1 国家大地控制网简介 34
3.1.2 国家大地控制网的作用 35
3.2 国家大地控制网的建立 36
3.2.1 国家水平控制网的建立方法 36
3.2.2 国家高程控制网的建立方法 39
3.3 国家三角网的布设及其精度 40
3.3.1 国家三角网的布设原则 40
3.3.2 国家三角网的布设 42
3.3.3 我国各级三角网的布设规格和精度 43
3.4 国家水准网的布设及其精度 45
3.4.1 国家水准网的布设 45
3.4.2 国家水准网的精度 46
3.5 1954北京坐标系 47
3.6 1980国家大地坐标系 48
3.7 1954北京坐标系（整体平差转换值） 50
3.8 2000国家大地坐标系 51
3.8.1 2000国家大地坐标系的建设背景 51
3.8.2 2000国家大地坐标系的定义 52
3.8.3 2000国家大地坐标系的建设意义 53
3.9 国家重力基准网和地球重力场 53
3.10 我国高精度GPS控制网的建立 55
3.10.1 全国GPS一级、二级网 55
3.10.2 国家GPS A、B级网 56
3.11 中国大陆地壳运动观测网络 57
3.11.1 CMONOC系统构成 57
3.11.2 CMONOC在地球科学研究中的应用前景 58
3.12 高精度GNSS基准站网 60
3.12.1 国际GNSS基准站网 60
3.12.2 国内GNSS基准站网 61
3.12.3 我国GNSS基准站网建立的机遇与挑战 62
第4章 椭球坐标系与椭球几何学 63
4.1 椭球几何参数定义及其相互关系 63
4.1.1 基本点线面与基本几何参数 63
4.1.2 几何参数间关系 64
4.2 大地纬度、地心纬度与归化纬度 65
4.2.1 大地纬度B与子午面直角坐标 65
4.2.2 归化纬度及其与大地纬度关系 66
4.2.3 地心纬度及其与大地纬度关系 66
4.3 椭球平均半径和平均向径 67
4.3.1 地球向径和常用地球半径表达式 68
4.3.2 地球向径和平均曲率半径的椭圆曲线积分 69
4.3.3 地球向径和平均曲率半径的椭球面曲面积分 70
4.3.4 地球向径和平均曲率半径曲面积分平均值与4种球体半径差异符号表达式 71
4.4 法截线、子午圈和卯酉圈曲率半径 75
4.4.1 任意方向法截线曲率半径 75
4.4.2 卯酉圈、子午圈曲率半径 76
4.4.3 平均曲率半径 76
4.5 子午线弧长、平行圈弧长和椭球表面积 77
4.5.1 子午线弧长正解公式 77
4.5.2 子午线弧长反解公式 77
4.5.3 平行圈弧长计算 78
4.5.4 椭球表面积 78
4.6 相对法截线与大地线 79
4.6.1 相对法截线 79
4.6.2 大地线 80
4.6.3 法截线与大地线比较 80
4.7 Bessel大地问题解算 81
4.7.1 大地线弧长与球面大圆弧微分方程的解 82
4.7.2 椭球面经度与球面经度微分方程的解 83
4.7.3 大地线与球面弧长微分方程非迭代解法 83
4.8 法截线方位角与Bessel大地问题反解直接法 85
4.8.1 椭球面两点法截线方位角 85
4.8.2 Bessel大地问题反解 87
4.9 大椭圆法解大地问题 87
4.10 顾及高程时大地距离计算 88
4.10.1 新椭球的构造及其参数计算 88
4.10.2 大地高对大地距离计算的影响分析 90
第5章 地球参考框架的建立 92
5.1 地球参考框架的发展现状 92
5.1.1 国际地球参考框架 92
5.1.2 1984世界大地坐标系统 93
5.1.3 俄罗斯坐标系统PZ90 94
5.1.4 伽利略地球参考框架 95
5.1.5 北斗地球参考框架 95
5.2 地球参考框架的建立方法 95
5.2.1 利用GNSS基准站网建立地球参考框架 96
5.2.2 技术组合原理及算法 96
5.3 毫米级地球参考框架的展望 97
5.3.1 精密空间大地测量数据处理技术 97
5.3.2 基准站非线性运动建模 98
5.3.3 空间大地测量技术组合 100
5.3.4 地心运动 100
5.3.5 其他问题 101
第6章 世界大地坐标系 102
6.1 世界大地坐标系概述 102
6.2 WGS-84 102
6.2.1 WGS-84定义 103
6.2.2 时间变化的影响 104
6.2.3 协议天球参考系与WGS-84的数学关系 105
6.3 WGS-84椭球基本常数 105
6.4 WGS-84基本常数导出的常用几何量与物理量 108
6.4.1 几何常数 108
6.4.2 物理常数 108
6.5 WGS-84水准椭球正常重力公式 109
6.6 WGS-84地球重力场模型EGM2008 111
6.6.1 地球重力场基本理论 111
6.6.2 EGM2008地球重力场模型的构建 112
6.7 WGS-84中的大地水准面 113
6.7.1 基本公式和解算 114
6.7.2 WGS-84永久潮汐系统 115
6.7.3 对WGS-84大地水准面图描述和分析 115
6.8 WGS-84与其他大地坐标系的关系 115
6.8.1 与ITRF的关系 116
6.8.2 与NAD83的关系 116
6.8.3 局部大地基准与WGS-84大地基准的转换 117
6.8.4 WGS-72与WGS-84转换 121
6.9 WGS-84坐标的精度 121
6.10 WGS-84应用指南 121
6.10.1 一般性建议 122
6.10.2 在精确大地测量和制图中的应用 122
6.10.3 在导航中的应用 123
6.10.4 在地理空间信息中的应用 123
6.10.5 应用展望 123
第7章 2000国家大地坐标系 125
7.1 CGCS2000建立的背景概述 125
7.1.1 1954北京坐标系与1980西安坐标系存在的缺陷 125
7.1.2 CGCS2000坐标系的启用成为必然 126
7.2 CGCS2000的定义及其参考框架 126
7.3 CGCS2000与ITRF之间的转换关系 127
7.3.1 历元转换 127
7.3.2 框架转换 128
7.4 CGCS2000与GRS80、WGS-84的比较分析 129
7.4.1 椭球基本常数的比较 129
7.4.2 不同椭球几何参数和物理参数的比较 129
7.4.3 不同椭球下大地坐标的比较 134
7.4.4 不同椭球下正常重力和正常重力垂直梯度的比较 137
7.5 采用CGCS2000对现有地图的影响分析 139
7.5.1 对1980西安坐标系下地图的影响分析 139
7.5.2 对1954北京坐标系下地图的影响分析 142
7.6 CGCS2000发展现状与展望 146
第8章 常用地图投影及其变换 147
8.1 地图投影概述 147
8.2 高斯投影的复变函数表示 148
8.2.1 高斯投影的传统实数表示 148
8.2.2 高斯投影正反解的迭代复变函数表示 151
8.2.3 高斯投影正反解的非迭代复变函数表示 153
8.2.4 高斯投影尺度比和子午线收敛角的复变函数表示 155
8.3 墨卡托投影和等角圆锥投影的复变函数表示 156
8.4 等角圆锥投影的复变函数表示 157
8.5 常用投影间变换的复变函数表示 157
8.5.1 高斯投影和墨卡托投影间变换的复变函数表示 157
8.5.2 高斯投影和等角圆锥投影间变换的复变函数表示 158
8.5.3 等角圆锥投影和墨卡托投影间变换的复变函数表示 159
第9章 其他常用大地坐标系 160
9.1 PZ-90坐标系 160
9.2 PZ-90与WGS-84坐标转换 161
9.2.1 坐标转换参数的求解方法 161
9.2.2 PZ-90与WGS-84坐标转换参数 162
9.3 国际地球参考框架 164
9.3.1 ITRF及其建立方法 164
9.3.2 ITRF系列情况 164
9.3.3 ITRF2020 165
9.3.4 ITRF在建立和维持地区性大地坐标系中的作用 166
9.4 北美大地坐标系与大地基准 166
9.4.1 1927年北美大地坐标系 166
9.4.2 1983年北美大地坐标系 167
9.5 欧洲大地基准 168
9.5.1 欧洲大地基准ED50 168
9.5.2 欧洲大地基准ED79 168
9.5.3 欧洲大地基准ED50、ED97与WGS-84转换参数 169
9.5.4 ETRF 169
9.6 苏联和俄罗斯大地坐标系 170
9.6.1 苏联大地基准概述 170
9.6.2 1942普尔柯夫大地坐标系SK-42 170
9.6.3 1942普尔柯夫大地坐标系与WGA84转换参数 170
9.6.4 1995年国家大地坐标系SK-95 171
9.6.5 俄罗斯新一代地心坐标框架 171
9.7 印度大地坐标系与大地基准 171
9.7.1 概述 171
9.7.2 印度大地基准历史沿革 172
9.7.3 印度大地基准与WGS-84转换关系 172
9.8 日本大地基准 172
第10章 地球重力基准和正常重力场 174
10.1 地球重力基准 174
10.1.1 国际重力基准 174
10.1.2 我国重力基准 175
10.2 正常重力场 177
10.2.1 正常重力场的确定方法 177
10.2.2 水准椭球面和扁球体水准面的方程 177
10.2.3 扁球体水准面和水准椭球面的形状差异 179
10.3 正常重力公式 185
10.3.1 扁球体正常重力公式 185
10.3.2 水准椭球正常重力公式 186
第11章 地球磁场基准与世界地磁场模型 191
11.1 地球磁场及地磁场模型概述 191
11.2 构建地磁场模型的数据源 194
11.2.1 地磁观测台站数据 194
11.2.2 卫星磁测数据 195
11.2.3 其他数据 197
11.3 确定WMM2020的台站分布 197
11.3.1 建立长期变化模型的数据 197
11.3.2 主磁场模型数据 198
11.4 确定WMM2020的数学方法 198
11.4.1 长期变化预测 198
11.4.2 模型的参数表示 198
11.4.3 最小二乘法确定模型参数 200
11.4.4 坐标转换 200
11.5 WMM2020地磁要素 201
11.5.1 WMM2020系数 201
11.5.2 地理极点奇异值 203
11.5.3 地磁极和地磁坐标系统 203
11.5.4 屏蔽区域 204
11.6 WMM2000各地磁要素等值线图及其分析 205
参考文献 212
京公网安备 11010102004214号