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1、地壳形变地壳形变第三章第三章地球参考系与参考框架地球参考系与参考框架武汉大学武汉大学许才军许才军地壳形变地壳形变1 1、绪论、绪论2 2、地壳形地壳形变测变测量量 3 3、地球参考系与参考框架、地球参考系与参考框架4 4、板板块块构造学构造学说说与活与活动动地地块块学学说说 5 5、地壳运地壳运动监测动监测与数据与数据处处理理 6 6、地壳、地壳应应力与力与应变应变分析分析 7 7、连续连续形形变变、应变观测应变观测与数据与数据处处理理 8 8、地震活地震活动动的大地的大地测测量研究方法量研究方法一、建立大地坐标系的基本原理（一、建立大地坐标系的基本原理（椭球定椭球定位、定向的概念位、定向的概
2、念，坐标系类型及转换关坐标系类型及转换关系系）（复习）（复习）二、参考系统、参考框架和参考基准二、参考系统、参考框架和参考基准 三、建立全球最优的协议地球参考架三、建立全球最优的协议地球参考架CTRF 四、协议地球参考架的维持四、协议地球参考架的维持 五、五、ITRF国际地球参考框架及国际地球参考框架及ITRF框架之框架之间的转换间的转换 一、建立大地坐标系的基本原理一、建立大地坐标系的基本原理1、椭球定位、定向的概念、椭球定位、定向的概念 大地坐标系大地坐标系是建立在一定的大地基准上的用于表达地球表面是建立在一定的大地基准上的用于表达地球表面空间位置及其相对关系的数学参照系，这里所说的大地基
3、准空间位置及其相对关系的数学参照系，这里所说的大地基准是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向。定向。椭球定位椭球定位是指确定椭球中心的位置是指确定椭球中心的位置,可分为两类可分为两类:局部定位和局部定位和地心定位地心定位。局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面。局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合有最佳的符合,而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,同时要求同时要求椭球中心与
4、地球质心一致或最为接近。椭球中心与地球质心一致或最为接近。复习复习椭球定向椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向是指确定椭球旋转轴的方向,不论是局部定位还是不论是局部定位还是地心定位地心定位,都应满足两个平行条件都应满足两个平行条件:椭球短轴平行于地球自转轴椭球短轴平行于地球自转轴;大地起始子午面平行于天文起始子午面大地起始子午面平行于天文起始子午面 具有确定参数具有确定参数(长半径长半径a和扁率和扁率),经过局经过局部定位和定向部定位和定向,同某一地区大地水准面最同某一地区大地水准面最佳拟合佳拟合的地球椭球的地球椭球,叫做叫做参考椭球。参考椭球。除了满足地心定位和双平行条件外除了满足地心定位和双平
5、行条件外,在确在确定椭球参数时能使它定椭球参数时能使它在全球范围内与大在全球范围内与大地体最密合地体最密合的地球椭球的地球椭球,叫做叫做总地球椭球。总地球椭球。参考椭球参考椭球 无论参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标无论参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种系和大地坐标系两种,它们都与地球体固连在一起它们都与地球体固连在一起,与地球同与地球同步运动步运动,因而又称为因而又称为地固坐标系地固坐标系,以地心为原点的地固坐标系以地心为原点的地固坐标系则称则称地心地固坐标系地心地固坐标系，主要用于描述地面点的相对位置；另，主要用于描述地面点的相对位置；另一类是空间固定
6、坐标系与地球自转无关，称为一类是空间固定坐标系与地球自转无关，称为天文坐标系或天文坐标系或天球坐标系或惯性坐标系天球坐标系或惯性坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。位置和状态。参心坐标系参心坐标系:以参考椭球为基准的坐标系以参考椭球为基准的坐标系地心坐标系地心坐标系:以总地球椭球为基准的坐标系。以总地球椭球为基准的坐标系。坐标系的类型坐标系的类型参考椭球定位与定向的实现方法参考椭球定位与定向的实现方法建立（地球）参心坐标系，需进行下面几个工作：建立（地球）参心坐标系，需进行下面几个工作：选择或求定椭球的几何参数（长短半径）；选择或求定椭球的几何参数（长
7、短半径）；确定椭球中心位置（定位）；确定椭球中心位置（定位）；确定椭球短轴的指向（定向）；确定椭球短轴的指向（定向）；建立大地原点。建立大地原点。（地球）参心坐标系（地球）参心坐标系椭球中椭球中心心O相相对于地对于地心的平心的平移参数移参数 三个绕坐标三个绕坐标轴的旋转参轴的旋转参数（表示参数（表示参考椭球定向）考椭球定向）参考椭球的定位与定向参考椭球的定位与定向 选定某一适宜的点选定某一适宜的点K作为大地原点，在该点上实施精密的天作为大地原点，在该点上实施精密的天文测量和高程测量，由此得到该点的天文经度文测量和高程测量，由此得到该点的天文经度，天文纬度，天文纬度，至某一相邻点的天文方位角，至
8、某一相邻点的天文方位角和正高和正高 得到得到K点相应的大地经度点相应的大地经度，大地纬度，大地纬度，至某一，至某一相邻点的大地方位角相邻点的大地方位角和大地高和大地高大地原点垂线偏差的大地原点垂线偏差的子午圈分量和卯酉子午圈分量和卯酉圈分量及该点的大地圈分量及该点的大地水准面差距水准面差距 天文坐标天文坐标大地坐标大地坐标参考椭球定位定向方法参考椭球定位定向方法表明在大地原点表明在大地原点K处，椭球的法线方处，椭球的法线方向和铅垂线方向重向和铅垂线方向重合，椭球面和大地合，椭球面和大地水准面相切水准面相切确定椭球的定位确定椭球的定位和定向和定向一点定位一点定位一点定位的结果在较大范围内往往难以
9、使椭球面与大地水准一点定位的结果在较大范围内往往难以使椭球面与大地水准面有较好的密合。所以在国家或地区的天文大地测量工作进面有较好的密合。所以在国家或地区的天文大地测量工作进行到一定的时候或基本完成后，利用许多拉普拉斯点（即测行到一定的时候或基本完成后，利用许多拉普拉斯点（即测定了天文经度、天文纬度和天文方位角的大地点）的测量成定了天文经度、天文纬度和天文方位角的大地点）的测量成果和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程按果和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程按=最小最小（或（或=最小）这一条件，通过计算进行新的定位和定最小）这一条件，通过计算进行新的定位和定向，从而建立新的参心大地坐标系。按
10、这种方法进行参考椭向，从而建立新的参心大地坐标系。按这种方法进行参考椭球的定位和定向，由于包含了许多拉普拉斯点，因此通常称球的定位和定向，由于包含了许多拉普拉斯点，因此通常称为为多点定位法多点定位法。多点定位的结果使椭球面在大地原点不再同大地水准面相多点定位的结果使椭球面在大地原点不再同大地水准面相切，但在所使用的天文大地网资料的范围内，椭球面与大切，但在所使用的天文大地网资料的范围内，椭球面与大地水准面有最佳的密合。地水准面有最佳的密合。多点定位多点定位大地测量基准，也叫大地测量基准，也叫大地测量起算数据大地测量起算数据一定的参考椭球和一定的大地原点起算数据，一定的参考椭球和一定的大地原点起
11、算数据，确定了一定的坐标系。通常就是用参考椭球确定了一定的坐标系。通常就是用参考椭球和大地原点上的起算数据的确立作为一个和大地原点上的起算数据的确立作为一个参参心大地坐标系建成的标志。心大地坐标系建成的标志。大地原点和大地起算数据大地原点和大地起算数据1954年北京坐标系年北京坐标系建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联边端点的原苏联1942年普尔科
12、沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。年北京坐标系。1954年北京坐标系归结为：年北京坐标系归结为：a属参心大地坐标系；属参心大地坐标系；b采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；大地原点在原苏联的普尔科沃；d.采用多点定位法进行椭球定位；采用多点定位法进行椭球定位；e.高程基准为高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；年青岛验潮站求出的黄海平均海水面；f.高程异常
13、以原苏联高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我按我国天文水准路线推算而得国天文水准路线推算而得。我国大地坐标系我国大地坐标系1954年北京坐标系的缺点：年北京坐标系的缺点：椭球参数有较大误差。与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大椭球参数有较大误差。与现代精确的椭球参数相比，长半轴约大109m；参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，东部地参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，东部地区大地水准面差距最大区大地水准面差距最大+68m。使得大比例尺地图反映地面的精度受到影响，。使得大比例尺地图反映
14、地面的精度受到影响，也对观测元素的归算提出了严格要求；也对观测元素的归算提出了严格要求；几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特采用赫尔默特1900年年1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球不一致，给实际工作带来麻烦；扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球不一致，给实际工作带来麻烦；定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用的国际协议（习用）定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用的国际协议
15、（习用）原点原点CIO（ConventionalInternationalOrigin）,也不是我国地极原点；起也不是我国地极原点；起始大地子午面也不是国际时间局始大地子午面也不是国际时间局BIH所定义的格林尼治平均天文台子午面，所定义的格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来一些不便和误差。从而给坐标换算带来一些不便和误差。另外，该坐标系是按局部平差逐步提供大地点成果的，因而不可避免地出现一另外，该坐标系是按局部平差逐步提供大地点成果的，因而不可避免地出现一些矛盾和不够合理的地方。些矛盾和不够合理的地方。C80坐标系是在完成全国天文大地网基础上建立的坐标系是在完成全国天文大地网基础上建立
16、的。根据椭球定根据椭球定位的基本原理，在建立位的基本原理，在建立C80坐标系时有以下先决条件：坐标系时有以下先决条件：（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省径阳县永乐镇；（2）C80坐标系是参心坐标系，极点采纳我国在坐标系是参心坐标系，极点采纳我国在1949到到1977年年期间期间36个台站的观测资料归算得到的个台站的观测资料归算得到的1968年极原点，即年极原点，即JYD1968.0，起始子午线采纳格林尼治子午线，起始子午线采纳格林尼治子午线；（3）椭球参数采用）椭球参数采用IUGG1975年大会推荐的年大会推荐的(IAG-75椭球椭球
17、)参数参数因而可得因而可得C80椭球两个最常用的几何参数为：椭球两个最常用的几何参数为：长轴：长轴：63781405（m）；扁率：）；扁率：1：298.257（4）多点定位；椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最多点定位；椭球定位时按我国范围内高程异常值平方和最小为原则求解参数小为原则求解参数（5）大地高程以）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准西安西安1980（C80）坐标系统）坐标系统1980国家大地坐标系国家大地坐标系Geodetic origin,PR ChinaGeodetic origin,PR ChinaTriangulat
18、ion and traverse points 4843348433Laplacian pointsLaplacian points458458458458Starting linesStarting lines467467467467Geodetic network of China(horizontal datum)新新1954北京坐标系北京坐标系将将C80大地坐标系的空间直角坐标经过三个平移参大地坐标系的空间直角坐标经过三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，椭球参数保数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，椭球参数保持与持与1954年北京坐标系相同。年北京坐标系相同。问题：问题：Geod
19、eticReferenceSystem1980(GRS80）与）与C80有何不同？有何不同？GeodeticReferenceSystem1980(GRS80)Adopted by the International Association of Geodesy(IAG)during the General Assembly 1979 equatorial radius of the Eartha6378137 mgeocentric gravitational constant(including the atmosphere)GM3986005 108 m3s-2dynamical for
20、m factor(excluding permanent tides)J2108263 10-8angular velocity of the Earthw7292115 10-11 rad s-1f:=1:298.257222101欧勒角欧勒角对于二维直角坐标，如图所对于二维直角坐标，如图所示，有：示，有：不同坐标系之间的变换不同坐标系之间的变换在三维空间直角坐标系中，具有相同原点的两坐标系间的变换在三维空间直角坐标系中，具有相同原点的两坐标系间的变换一般需要在三个坐标平面上，通过三次旋转才能完成。如图所一般需要在三个坐标平面上，通过三次旋转才能完成。如图所示，设旋转次序为：示，设旋转次序为
21、：为三维空间直角坐标变换的三个旋转角，也称为三维空间直角坐标变换的三个旋转角，也称欧勒角欧勒角当两个空间直角坐标系的坐标换算既有旋转又有平移时，则存在当两个空间直角坐标系的坐标换算既有旋转又有平移时，则存在三个平移参数和三个旋转参数，再顾及两个坐标系尺度不尽一致，三个平移参数和三个旋转参数，再顾及两个坐标系尺度不尽一致，从而还有一个尺度变化参数，共计有七个参数从而还有一个尺度变化参数，共计有七个参数相应的坐标变换公式为：相应的坐标变换公式为：上式为两个不同空间直角坐标之间的转换上式为两个不同空间直角坐标之间的转换模型模型(布尔莎模型布尔莎模型)，其中含有，其中含有7个转换参数，个转换参数，为了
22、求得为了求得7个转换参数，至少需要个转换参数，至少需要3个公共个公共点，当多于点，当多于3个公共点时，可按最小二乘个公共点时，可按最小二乘法求得法求得7个参数的最或是值。个参数的最或是值。不同空间直角坐标之间的变换不同空间直角坐标之间的变换地心地固空间直角坐标系地心地固空间直角坐标系 原点原点O与地球质心重合，与地球质心重合，Z轴指向地球北极，轴指向地球北极，X轴指向格林尼治轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，平均子午面与赤道的交点，Y轴垂直于轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。平面构成右手坐标系。地心地固大地坐标系地心地固大地坐标系 地球椭球的中心与地球质心地球椭球的中心与地球质心重合，椭球
23、面与大地水准面在重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球短全球范围内最佳符合，椭球短轴与地球自转轴重合（过地球轴与地球自转轴重合（过地球质心并指向北极），大地纬度，质心并指向北极），大地纬度，大地经度，大地高。大地经度，大地高。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。向的变化。地心坐标系地心坐标系以协议地极以协议地极CIP(ConventionalTerrestrialPole)为指为指向点的地球坐标系称为向点的地球坐标系称为协议地球坐标系协议地球坐标系CTS(Conventiona
24、lTerrestrialSystem),而以瞬时极而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系瞬时地球坐标系。在大地。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIO(国际协议原点国际协议原点)为指向点为指向点,因而也是因而也是协议地球坐标协议地球坐标系系,一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表相同的含义。相同的含义。协议地球坐标系协议地球坐标系直接法直接法所谓直接法，就是通过一定的观测资料，直接求得点的所谓直接法，就是通过一定的观测资料，直接求得点的地心坐标的
25、方法，如天文重力法和卫星大地测量动力法。地心坐标的方法，如天文重力法和卫星大地测量动力法。间接法间接法所谓间接法就是通过一定的资料，求得地心坐标系和所谓间接法就是通过一定的资料，求得地心坐标系和参心坐标系间的转换参数，而后按其转换参数和参心坐标，参心坐标系间的转换参数，而后按其转换参数和参心坐标，间接求得点的地心坐标的方法，如应用全球天文大地水准间接求得点的地心坐标的方法，如应用全球天文大地水准面差距法以及利用卫星网与地面网重合点的两套坐标建立面差距法以及利用卫星网与地面网重合点的两套坐标建立地心坐标转换参数等方法。地心坐标转换参数等方法。建立地心坐标系的方法建立地心坐标系的方法2020世纪世
26、纪6060年代以来，美苏等国家利用卫星观测等资年代以来，美苏等国家利用卫星观测等资料开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部料开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部(DOD)(DOD)曾先后建立过世界大地坐标系（曾先后建立过世界大地坐标系（World Geodetic World Geodetic System,System,简称简称WGSWGS）WGS-60WGS-60，WGS-66WGS-66，WGS-72WGS-72，并于，并于19841984年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精确的地心坐标系统，称为确的地心坐标系统，称为WGS-84WGS-84
27、。该坐标系是一个协议地球参考系该坐标系是一个协议地球参考系CTS（ConventionalTerrestrialSystem）,其原点是其原点是地球的质心，地球的质心，Z轴指向轴指向BIH1984.0定义的协议地球极定义的协议地球极CTP（ConventionalTerrestrialPole）方向，）方向，X轴指轴指向向BIH1984.0零度子午面和零度子午面和CTP赤道的交点，赤道的交点，Y轴和轴和Z、X轴构成轴构成右手坐标系。右手坐标系。WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大届大会大地测量常数推荐值会大地测量常数推荐值WGS-84
28、世界大地坐标系世界大地坐标系自自19871987年年1 1月月1010日之后，日之后，GPSGPS卫星星历均采用卫星星历均采用WGS-84WGS-84坐标系统。因此坐标系统。因此GPSGPS网的测站坐标及测网的测站坐标及测站之间的坐标差均属于站之间的坐标差均属于WGS-84WGS-84系统。为了求系统。为了求得得GPSGPS测站点在地面坐标系（属于参心坐标系）测站点在地面坐标系（属于参心坐标系）中的坐标，就必须进行坐标系的转换。中的坐标，就必须进行坐标系的转换。以测站为原点，测站的法线（或垂线）为以测站为原点，测站的法线（或垂线）为Z轴方向的轴方向的坐标系称为法线（或垂线）站心坐标系。坐标系称
29、为法线（或垂线）站心坐标系。垂线站心直角坐标系垂线站心直角坐标系以测站以测站P为原点，为原点，P点的垂点的垂线为线为z轴（指向天顶为正），轴（指向天顶为正），子午线方向为子午线方向为x轴（向北为轴（向北为正），正），y轴与轴与x,z轴垂直（向轴垂直（向东为正）构成左手坐标系。东为正）构成左手坐标系。(又称站心天文坐标系又称站心天文坐标系)站心坐标系站心坐标系空间任意一点空间任意一点Q相对于相对于P的位置可通的位置可通过地面观测量过地面观测量-斜距斜距d、天文方位角、天文方位角和天顶距和天顶距z来确定来确定垂线站心直角坐标系与地心坐标系之间垂线站心直角坐标系与地心坐标系之间的换算公式的换算公式以
30、测站以测站P为原点，为原点，P点点的法线为的法线为z轴（指向天轴（指向天顶为正），子午线方顶为正），子午线方向为向为x轴，轴，y轴与轴与x,z轴轴垂直构成左手坐标系。垂直构成左手坐标系。(又称站心椭球坐标系又称站心椭球坐标系)法线站心直角坐标系法线站心直角坐标系二、地球参考系与参考框架二、地球参考系与参考框架参考系统参考系统可以认为是为了表示位置坐标而定义的类似可以认为是为了表示位置坐标而定义的类似于标尺作用的参照物的称谓。于标尺作用的参照物的称谓。例如：若将椭球体看做参照物，则椭球表面的经线、例如：若将椭球体看做参照物，则椭球表面的经线、纬线、法线及相应刻度共同构成参考系统；若将纬线、法线及
31、相应刻度共同构成参考系统；若将3根根笛卡儿坐标轴看做参照物品、则坐标中心、坐标轴及笛卡儿坐标轴看做参照物品、则坐标中心、坐标轴及其刻度共同构成参考系统。其刻度共同构成参考系统。由于地球是一个非刚体的形变体，建立一个固定于地球的参考系非常复杂，只由于地球是一个非刚体的形变体，建立一个固定于地球的参考系非常复杂，只能定义一个理想的地球参考系。能定义一个理想的地球参考系。理想参考系理想参考系(定义定义)：相对于它地球只存在形变，不存在整体性旋转和平移；：相对于它地球只存在形变，不存在整体性旋转和平移；相对相对惯性参考系（空固系）惯性参考系（空固系）地球只存在整体性运动，地球只存在整体性运动，如地球自
32、转等。如地球自转等。在理在理论论上，通常采用上，通常采用无整体旋转无整体旋转条件来条件来实现实现理想的地球参考系。而理想的地球参考系。而实际实际上很上很难难用物理和数学模型来精确描述地球各种形用物理和数学模型来精确描述地球各种形变变，因此至今无法定，因此至今无法定义义一个真正的理一个真正的理想参考系。想参考系。实用的参考系仍是一种协议地球参考系实用的参考系仍是一种协议地球参考系(Conventional Terrestrial Reference(Conventional Terrestrial Reference SystemSystem，CTRS)CTRS)，即对所建立的参考系的各种方法、
33、参数和模型做出一定的协议，即对所建立的参考系的各种方法、参数和模型做出一定的协议。参考框架参考框架参考系统的具体实现参考系统的具体实现，用固定在地球上的一组标记及其坐标和其他一些参用固定在地球上的一组标记及其坐标和其他一些参数间接地表示出参考系统，这组标记即是参考框架。数间接地表示出参考系统，这组标记即是参考框架。由一由一组组参考点的位置和坐参考点的位置和坐标标来具体来具体实现实现某一某一协议协议参考系参考系，这组这组参考点的位置和坐参考点的位置和坐标标构成了一个构成了一个协议协议参考框架参考框架(Conventional Terrestrial Reference Frame(Convent
34、ional Terrestrial Reference Frame，CTRF)CTRF)。实现一个地球参考系实现一个地球参考系，就是建立一个与之相应的地球参考架就是建立一个与之相应的地球参考架:1)1)给出理论定义和协议约定；给出理论定义和协议约定；2)2)建立地面观测台站，并用空间大地测量技术进行观测；建立地面观测台站，并用空间大地测量技术进行观测；3)3)根据前面对协议地球参考系的一些约定，采用国际推荐的一组模型和根据前面对协议地球参考系的一些约定，采用国际推荐的一组模型和 常数，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台站在某一历元的站常数，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台站在某一历元
35、的站 坐标。即建立一个国际协议地球参考架坐标。即建立一个国际协议地球参考架(ITRF)(ITRF)；4)4)对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相应的时对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相应的时 变模型，以维持该协议地球参考架的稳定变模型，以维持该协议地球参考架的稳定。TheInternationalTerrestrialReferenceSystem(ITRS)The International Terrestrial Reference System(ITRS国际地球参考系)constitutes a set of prescriptions and co
36、nventions together with the modelling required to define origin,scale,orientation and time evolution of a Conventional Terrestrial Reference System(CTRS协议地球参考系).The ICRS is an ideal reference system,as defined by the IUGG resolution No.2 adopted in Vienna,1991.The system is realised by the Internati
37、onal Terrestrial Reference Frame(ITRF)based upon estimated coordinates and velocities of a set of stations observed by VLBI,LLR,GPS,SLR,and DORIS.The ITRS can be connected to the International Celestial Reference System(ICRS 国际天体参考系)by use of the IERS Earth Orientation Parameters(EOP地球定向参数).TheInter
38、nationalTerrestrialReferenceSystem(ITRS)TheITRSdefinitionfulfillsthefollowingconditions:1.Itisgeocentric,thecenterofmassbeingdefinedforthewholeearth,includingoceansandatmosphere.2.Theunitoflengthisthemetre(SI).ThisscaleisconsistentwiththeTCGtimecoordinateforageocentriclocalframe,inagreementwithIAUan
39、dIUGG(1991)resolutions.Thisisobtainedbyappropriaterelativisticmodelling.3.ItsorientationwasinitiallygivenbytheBIHorientationat1984.0.4.Thetimeevolutionoftheorientationisensuredbyusingano-net-rotationconditionwithregardstohorizontaltectonicmotionsoverthewholeearth.TheITRSisrealizedbyestimatesofthecoo
40、rdinates and velocitiesofasetofstationsobservedbyVLBI,LLR,GPS,SLR,andDORIS.ItsnameisInternationalTerrestrialReferenceFrame(ITRF).TheITRScanbeconnectedtotheInternational Celestial Reference System(ICRS)byuseoftheIERSEarth Orientation Parameters(EOP).TheICRSisaccessiblebymeansofcoordinatesofreferencee
41、xtragalacticradiosources,theInternational Celestial Reference Frame(ICRF).DefinitionoftheICRF（国际天（体）球参考框架国际天（体）球参考框架 ）TheInternationalCelestialReferenceFrameasRealizedbyVeryLongBaselineInterferometryMaintenanceoftheICRFTheInternationalAstronomicalUnion(IAU)haschargedtheInternationalEarthRotationandR
42、eferenceSystemsService(IERS国际地球自转服务机构国际地球自转服务机构)withtheresponsibilityofmonitoringtheInternationalCelestialReferenceSystem(ICRS)andmaintainingitscurrentrealization,theInternationalCelestialReferenceFrame(ICRF).Startingin2001,theseactivitiesarerunjointlybytheICRSProductCenter(acollaborationbetweenthel
43、ObservatoiredeParisandtheU.S.NavalObservatory)oftheIERSandtheInternationalVLBIServiceforGeodesyandAstrometry(IVS),incoordinationwiththeIAUWorkingGrouponReferenceSystems.The International VLBI Service for Geodesy and Astrometry(IVS)is an international collaboration of organizations which operate or s
44、upport Very Long Baseline Interferometry(VLBI)components.IVS provides a service which supports geodetic and astrometric work on reference systems,earth science research,and operational activities.VLBI measures the time differences in the arrival of microwave signals from extragalactic radio sources
45、received at two or more radio observatories.Lunar Laser Ranging StationsMcDonaldLaserRangingStationUniversityofTexasMcDonaldObservatoryThe primary mission of the ILRS is to support,through Satellite Laser Ranging(SLR)and Lunar Laser Ranging(LLR)data as well as related products,geodetic and geophysic
46、al research activities.LAGEOS2激光测月（LLR Lunar Laser Ranging）DopplerOrbitographybyRadiopositioningIntegratedonSatellite(DORIS)多普勒定轨与无线电定位系统多普勒定轨与无线电定位系统DORISisaDopplersatellitetrackingsystemdeveloppedforpreciseorbitdeterminationandprecisegroundlocation.ItisonboardtheTOPEX/POSEIDON,Jason-1andENVISATalt
47、imetricsatellitesandtheremotesensingsatellitesSPOT-2,SPOT-4andSPOT-5.ItalsoflewwithSPOT-3.andCryosat(plannedforearly2005)inthefuture.1.1.综合各种技术建立全球最优的协议地球参考架综合各种技术建立全球最优的协议地球参考架CTRF CTRF 理论上，采用甚长基线干涉测量理论上，采用甚长基线干涉测量(VLBI)(VLBI)、卫星激光测距、卫星激光测距(SLR)(SLR)、激光测月、激光测月(LLR)(LLR)、全球定位系统、全球定位系统(GPS)(GPS)和多普勒定
48、轨与无线电定位系统和多普勒定轨与无线电定位系统(DORIS)(DORIS)等空间技等空间技术都能单独建立术都能单独建立CTRFCTRF。一般都是采用各自技术的观测数据和有关的模型、常数，根据各自对参考架一般都是采用各自技术的观测数据和有关的模型、常数，根据各自对参考架原点、尺度和定向的一些约定，经过复杂的数据处理技术完成的。原点、尺度和定向的一些约定，经过复杂的数据处理技术完成的。各种技术自身的局限性，包括各自性能、台站数量及分布的局限性，各观测各种技术自身的局限性，包括各自性能、台站数量及分布的局限性，各观测技术机构，都很难根据自己的观测资料建立一个最优的技术机构，都很难根据自己的观测资料建
49、立一个最优的CTRFCTRF，各分析中心根，各分析中心根据各自空间技术建立的据各自空间技术建立的CTRFCTRF势必会存在一定的偏差，从而影响势必会存在一定的偏差，从而影响CTRFCTRF的精度和的精度和应用。应用。综合各种空间技术数据处理中心的分析解，建立一个较理想的、高精度的、综合各种空间技术数据处理中心的分析解，建立一个较理想的、高精度的、统一的统一的CTRFCTRF（19881988年之前，由国年之前，由国际时间际时间局局(BIH)(BIH)建立建立CTRFCTRF，即，即BTSBTS序列序列(BTS84-BTS87)(BTS84-BTS87)，自自19881988年开始，年开始，这项
50、这项工作改由新成立的国工作改由新成立的国际际地球自地球自转转服服务务(IERS)(IERS)机构机构负责负责，所建立的，所建立的CTRFCTRF为为ITRFITRF序列序列(ITRF88-2000)(ITRF88-2000)。三、建立全球最优的协议地球参考架三、建立全球最优的协议地球参考架CTRF2 2，建立全球最优的协议地球参考架，建立全球最优的协议地球参考架CTRFCTRF的步骤的步骤1)1)历元的统一。由于各分析中心提交的历元的统一。由于各分析中心提交的CTRF(CTRF(也叫站坐标组也叫站坐标组SSC)SSC)的历元和其所的历元和其所采用的运动模型可能是不同的，所以在综合处理以前，必须