[科普中国]-大地基准

“大地基准”（Geodetic Datum）指的就是大地测量时作为计算依据的“事物”，其可为“实际”的真实物理面，如大地体或大地水准面，亦可为“假设”的数学体面，如旋转椭球体或参考椭球体。简单地说，大地基准乃是一种作为测量计算的参考依据。

大地基准用作大地坐标系的基本参考依据和大地坐标计算的起算数据。包括参考椭球参数和定位参数以及大地坐标的起算数据。

引言大地基准是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中各点大地坐标的基本依据，也是国土测绘和地理空间研究的重要基础框架。在当代大地测量领域，目前应用着三种不同类型的大地基准，即传统大地基准、现代大地基准和卫星大地基准。

大地基准包括一组大地测量参数和一组起算数据，其中，大地测量参数主要包括作为建立大地坐标系依据的地球椭球的四个常数，即地球椭球赤道半径，地心引力常数GM，带球谐系数J2（由此导出椭球扁率f）和地球自转角速度w，以及用以确定大地坐标系统和大地控制网长度基准的真空光速c；而一组起算数据是指国家大地控制网起算点（成为大地原点）的大地经度、大地纬度、大地高程和至相邻点方向的大地方位角1。

传统大地基准基于一些物理因素及决定地球形状的历史性发展，传统大地控制测量通常是把建立水平控制网和垂直控制网分开进行，分别以参考椭球面和大地水准面为参考面确定地面点的坐标和高程。因此，作为计算依据的大地基准也被分开为水平（平面）基准和垂直（高程）基准两部分来分别定义。也就是说，传统大地基准应涵盖水平基准与垂直基准两部分。

传统大地基准又称参心大地基准或局部大地基准，由天文测量和地面测量定义。定义传统大地基准的关键在于如何对所选择的椭球进行定位和定向。确定椭球中心的位置叫定位，确定椭球轴的方向叫定向。传统大地基准由椭球参数、坐标原点的位置和坐标轴的方位等三个基本要素构成。

现代大地基准现代大地基准又称全球大地基准或地心大地基准，由空间测量定义。

现代大地基准的定义国际上已基本趋于一致，国际地球自传服务（IERS）关于协议地球参考系的定义已被学术界所普遍接受。按照IERS的定义，现代大地基准的原点为包括海洋和大气的整个地球质量的中心；尺度为在引力相对论意义下局部地球框架的尺度；定向的初始值由1984.0时国际时间局（BIH）定向给定；定向的时间演化遵循相对地壳不产生残余全球旋转。

现代大地基准包含一个坐标系及其定义，还包括一整套几何和物理常数，椭球重力公式，地球重力场模型，地极运动模型，板块运动模型，大地水准面，同时还涉及到卫星跟踪站的数量和分布，以及一批体现该基准的地面点坐标（和速度）。

卫星大地基准卫星大地基准是卫星导航和定位的起算标准。卫星大地基准是三维、全球、地心、高精度、动态的。它和现代大地基准的定义一致，都符合定义地心大地基准的基本原理，实现的方法也相同，都由参考框架实现。卫星大地基准与现代大地基准的区别，主要表现在以下几个方面。一是卫星大地基准侧重于导航应用，而现代大地基准则主要应用于测量与制图。二是卫星大地基准的地面参考框架点数较少，只有廖廖可数的几个或十几个，而现代大地基准的地面参考框架点数较多，可能达数百或数千个。三是卫星大地基准具有动态的性质，框架点坐标随着时间的变化，需经常更新，而现代大地基准则具有半动态或准动态的性质，框架点坐标可以在一段较长的时间内保持不变。四是卫星大地基准由精密星历或广播星历计算的卫星位置组成的空间参考框架实现，而现代大地基准则由实现它的一组参考框架点坐标隐含。

大地基准特点目前在导航和测绘领域，应用着三种不同类型的大地基准，它们各有特定的服务对象和适用范围。传统大地基准是以常规测量技术为基础建立的，它是二维、局部、参心、低精度、静态的。现代大地基准是以空间测量技术为基础建立的，它是三维、全球、地心、高精度、半动态的。卫星大地基准也是以空间测量技术为基础建立的，它是三维、全球、地心、高精度、动态的。前两种大地基准主要应用于测量与制图，它的具体表现形式是分布于全球各地的大地控制网及其测量标志2。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所