世界大地測量系統
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| 大地測量學 |
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世界大地測量系統（英語：World Geodetic System, WGS）是一種用於地圖學、大地測量學和導航（包括全球定位系統）的大地測量系統標準。WGS包含一套地球的標準經緯坐標系、一個用於計算原始海拔數據的參考橢球體，和一套用以定義海平面高度的引力等勢面數據。
WGS的最新版本為WGS 84（也稱作WGS 1984、EPSG:4326），1984年定義、最後修訂於2004年。[1]之前的版本有WGS 72、WGS 66、WGS 60。全球定位系統使用的就是WGS 84參考系。
在Android系統內取得的海拔高度預設是參照WGS84而不是當地平均海平面，使得用戶在海邊定位可能發現自己的測量值位於海平面以下。
歷史
[編輯]補充各種國家測量系統的努力始於19世紀，Friedrich Robert Helmert的名著《物理大地測量的數學和物理理論》。奧地利和德國成立了Zentralbüro für die Internationale Erdmessung（國際大地測量中央局），並得出了一系列地球的全球橢圓體（例如，Helmert 1906，Hayford 1910/ 1924）。
在20世紀50年代，由於一些原因，一個統一的世界大地測量系統變得至關重要。
- 國際空間科學和宇航學的開始。
- 缺乏洲際大地測量信息。
- 當時的大型大地測量系統，如歐洲基準（ED50）、北美基準（NAD）和東京基準（TD），無法提供全世界的地理數據基礎。
- 需要全球地圖用於導航、航空和地理。
- 西方的冷戰準備需要一個標準化的、北約範圍內的地理空間參考系統，根據北約標準化協議的規定
WGS 60
[編輯]在20世紀50年代末，美國國防部與其他機構和國家的科學家一起，開始開發所需的世界系統，使大地測量數據可以參考，並在相距甚遠的有關地點的坐標之間建立兼容性。美國陸軍、海軍和空軍的努力結合起來，形成了國防部的1960年世界大地測量系統（WGS 60）。這裡所用的術語基準是指一個光滑的表面，有點隨意地定義為零高程，與一組測量員對各站之間的距離和高程差異的測量相一致，所有這些都被簡化為一個緯度、經度和高程的網格。傳統的測量方法發現與當地水平面的高差，由水準儀、鉛垂線或取決於當地重力場的同等設備確定（見物理大地測量學）。因此，數據中的高程是以大地水準面為基準的，而使用衛星大地測量法不容易找到這個面。後者的觀測方法更適合於全球製圖。因此，在WGS和類似的工作中，一個動機和實質性的問題是將不同地區的數據拼湊在一起，而且將高程重新參考到一個橢圓體模型而不是大地水準面。
在完成WGS 60的過程中，結合了現有的地表重力數據、天體大地測量數據和HIRAN的結果。[2]和加拿大的SHORAN測量被用來為每個最初選定的基準面定義一個最適合的橢圓體和一個地球中心的方向。(每個基準面都是通過已經描述過的天體大地測量方法，相對於大地水準面的不同部分進行定位）。衛星數據對WGS 60發展的唯一貢獻是，從衛星的結點運動中獲得的橢圓體扁平化值。
在WGS 60之前，美國陸軍和美國空軍通過使用不同的重力基準定位方法，各自開發了一個世界系統。為了確定他們的重力定向參數，空軍使用了在主要基準面區域內特別選定的站點的重力和天體大地測量偏差和大地水準面高度（起伏）之間的差異的平均值。軍隊進行了調整，以儘量減少天文大地測量和重力測量大地水準面之間的差異。通過將選定基準面的相對天文大地測量大地水準面與以地球為中心的重力測量大地水準面相匹配，選定的基準面被縮小到以地球為中心的方向。由於陸軍和空軍的系統在NAD、ED和TD地區的一致性非常好，因此它們被合併，成為WGS60。
WGS 66
[編輯]對全球系統的改進包括Irene Fischer的Astrogeoid和太空人的水星基準。1966年1月，一個由美國陸軍、海軍和空軍代表組成的世界大地測量系統委員會負責開發一個改進的WGS，以滿足繪圖、製圖和大地測量的需要。自WGS60開發以來，已經有了更多的地表重力觀測、三角測量和三坐標網絡擴展的結果，以及大量的都卜勒和光學衛星數據。利用額外的數據和改進的技術，WGS 66被製作出來，在1967年實施後約五年內滿足國防部的需要。WGS 66橢圓體的決定性參數是扁平化（根據衛星數據確定的1/298.25）和半大軸（根據都卜勒衛星和天體大地測量數據的組合確定的6378145公尺）。世界範圍內的5°×5°平均自由空氣重力異常場為製作WGS66重力大地水準面提供了基本數據。此外，還從現有的天體大地測量數據中得出了以WGS 66橢圓體為參照的大地水準面，以提供有限土地區域的詳細表述。
WGS-84
[編輯]初版WGS84通過遍布世界的衛星觀測站觀測到的坐標建立，其精度為1—2m。1994年1月2日，通過10個觀測站在GPS測量方法上改正，得到了WGS84（G730），G表示由GPS測量得到，730表示為GPS時間第730個周。
1996年，美國國家地理空間情報局前身National Imagery and Mapping Agency (NIMA) 為美國國防部 (U.S.Department of Defense, DoD)做了一個新的坐標系統。這樣實現了新的WGS版本WGS（G873）。其因為加入了美國海軍天文台和北京站的改正，其東部方向加入了31-39cm 的改正。所有的其他坐標都有在1公寸之內的修正。
參閱
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ World Geodetic System website of the NGA (archived April 2012). 美國國家地理空間情報局. [2017-03-05]. （原始內容存檔於2012-04-02）.
- ^ NOAA History - Stories and Tales of the Coast & Geodetic Survey - Personal Tales/Earth Measurer/Aslakson Bio. History.noaa.gov. [2017-05-24]. （原始內容存檔於2020-10-28）.
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