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一、参考框架

虽然坐标参照系的定义明确且严密, 但却非常抽象, 且不易于使用, 必须通过一种具体形式加以实现, 才具实际意义。在实践中, 坐标参照系通过参考框架( Reference Frame) 来实现。

参考框架是一组具有相应坐标参照系下坐标及其时间演变的点。例如, 天球参考框架( CRF—Celestial Reference Frame ) 是一 组空间位置已知的恒星和类星体, 而地球参考框架( TRF—Terrestrial Reference Frame) 则是坐标及其速度已知的一组地面点。之所以称参考框架是参照系的实现, 原因其实非常简单: 在一组相容的坐标中, 实际上隐含了定义一个坐标参照系所必需的一个原点、一组正交坐标轴的指向和一个尺度。

只要涉及与空间位置有关的问题, 就会涉及参照系; 只要涉及参照系, 则必将涉及参考框架。

例如, 在天文学中作为国际天球参照系( ICRS—International Celestial Reference System) 实现的国际天球参考框架( ICRF—International Celestial Reference Frame) , 在普通 GPS 测量应用中作为 1984 年世界大地系统( WGS-84—World Geodetic System 1984) 实现的 WGS-84 参考框架, 在空间大地测量中作为国际地球参照系( ITRS—International Terrestrial Reference System)实现的国际地球参考框架( ITRF—International Terrestrial Reference Frame) 以及作为工程应用所采用的局部参照系实现的测量控制网等, 都可以被称为参考框架。

二、坐标系转换与基准转换

由于不同坐标系、不同基准和不同坐标参照系的存在, 因而常常需要在它们之间进行相互转换。这些转换可以分为两种基本类型: 一类是坐标系转换( Coordinate System Transforma_x0002_tion) , 另一类是基准转换( Datum Transformation) 。

1、坐标系转换

坐标系转换指的是同一点的坐标在相同基准或坐标参照系下由一种坐标系下的坐标转换为另一种坐标系下的坐标, 如在同一坐标参照系下的空间直角坐标与大地坐标间的相互转换。显然, 坐标系转换实际上是不同坐标表达方式间的变换。

 

2、基准转换

基准转换指的是将同一点在基于某一基准或坐标参照系的坐标系下的坐标转换为基于另一基准或坐标参照系的坐标系下的坐标。

如 WGS-84 与1954 年北京坐标系下大地坐标间的相互转换, 或 WGS-84 下空间直角坐标与 1954 年北京坐标系下大地坐标间的相互转换。

 

与众多空间定位技术一样, 直接通过 GPS 测量定位所得到的坐标, 属于一个全球坐标参照系。但对于大多数的工程应用来说, 它们往往需要在某个局部坐标参照系下的坐标。这一局部坐标参照系, 既可能是一个全球坐标参照系, 也可能是一个国家坐标参照系或独立坐标参照系。对于前两种情况, 处理方法基本相同, 既可以直接进行基准转换, 也可以进行在数学模型中包含有基准转换过程的 GPS 网约束平差或联合平差。对于第三种情况, 处理过程则较为复杂, 实际采用的方法也多种多样。