ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY
ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Lokalne i regionalne układy odniesienia
przed rozwinięciem się satelitarnych i kosmicznych technik pomiarowych (1)
Orientacja geodezyjnego układu odniesienia względem osi obrotu Ziemi
" równoległość osi obrotu elipsoidy odniesienia do osi obrotu Ziemi (równanie Laplace a)
" określenie południka zerowego
ołożenie środka elipsoidy odniesienia względem środka masy Ziemi
Przyłożenie jednopunktowe (B=Ć, L=, A=a, N=0)
Przyłożenie wielopunktowe (elipsoida najlepiej dopasowana do obszaru) "N2=
min
Oba rozwiązania prowadzą do przypadkowej wartości przesunięcia środka
elipsoidy względem środka masy Ziemi. Powstawały więc różne systemy odniesienia
dla każdego kraju, lub ich grupy (lokalne, lub regionalne)
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Lokalne i regionalne układy odniesienia
przed rozwinięciem się satelitarnych i kosmicznych technik pomiarowych (2)
Europejski układ odniesienia ED-50
" Przed drugą wojnąświatową rozpoczęto prace nad ujednoliceniem geodezyjnego
układu odniesienia w Europie
" Po drugiej wojnie światowej opracowano łącznie triangulacje krajów Europy
Zachodniej prace koordynowała powołana przez IAG Komisja RETrig (Commission
for the Adjustment of the European Trianulation)
" A
ączne opracowanie dało nowy układ odniesienia ED-50
" ED-50 elipsoida Hayforda 1924 punkt przyłożenia Poczdam
" Komisja RETrig pracuje nad opracowaniem nowego układu odniesienia ED-87
wykorzystującego satelitarne obserwacje dopplerowski (prace nie zostały zakończone)
" W czasie XIX Zgromadzenia Generalnego Międzynarodowej Unii Geodezji i
Geofizyki (IUGG) 1987 Vancouver powołano w ramach Komisji X IAG nową
permanentną Podkomisję EUREF zastępującą podkomisję RETrig, której zadaniem
było opracowanie nowego układu odniesienia dla Europy z wykorzystaniem
satelitarnych i kosmicznych technik pomiarowych w tym GPS
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Systemy odniesienia WGS-72 i WGS-84, GRS-80 (1)
World Geodetic System 1972 (WGS-72)
Światowy System Odniesienia WGS72 był trzecim geocentrycznym układem
odniesienia opracowanym przez US DMA Agencję Kartograficzną Ministerstwa
Obrony Stanów Zjednoczonych Ameryki Północnej - poprzednie wersje WGS60 i
WGS66. Przed 27 stycznia 1989 roku był używany przez GPS i Dopplerowski system
TRANSIT. Praktyczna jego realizacja następowała poprzez sieć stacji śledzących
systemu TRANSIT (TRANET).
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Systemy odniesienia WGS-72 i WGS-84, GRS-80 (2)
World Geodetic System 1984 (WGS-84)
System odniesienia WGS84 był początkowo oparty o współrzędne satelitarne
uzyskane tylko z pomiarów dopplerowskich (system TRANSIT) i bazował na
układzie WGS72, który został opracowany dla potrzeb systemu TRANSIT. Podejście
to pozwoliło na stworzenie globalnie jednorodnego układu odniesienia o dokładności
rzędu 1-2 m
Współrzędne dziesięciu stacji śledzących systemu GPS zostały poprawione przez
użycie kilkutygodniowych obserwacji GPS z globalnej sieci IGS (22 stacje),
wykorzystano w procesie wyznaczania współrzędnych, jak również poprawienia
pokładowych orbit satelitarnych.
W opracowaniu wyników pomiarów przyjęto standardy zgodne z zaleceniami IERS.
Wynikiem prac był nowy poprawiony układ WGS84(G730)  co odnosi się do 730-go
tygodnia GPS.
Nowy układ charakteryzuje się dokładnością 10cm w skali globalnej
Od początku 1994r DMA (obecnie NIMA) wykorzystuje układ WGS84(G730) do
obliczania orbit satelitów GPS (efemeryd pokładowych).
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Systemy odniesienia WGS-72 i WGS-84, GRS-80 (3)
Geodetic System 1980 (GRS-80)
Geodezyjny System Odniesienia GRS 80 został przyjęty na XIV Zgromadzeniu
Generalnym Międzynarodowej Unii Geodezji i Geofizyki (IUGG) w grudniu 1979
roku w Canberze.
Jego elementami były parametry geocentrycznej elipsoidy: a, GM i J2 oraz
prędkość kątowa Ziemi.
Przyjęto,że mała półoś elipsoidy odniesienia systemu GRS 80 będzie równolegla
do osi CIO, a płaszczyzna południka zerowego będzie równoległa do południka
zerowego średniego Obserwatorium BIH.
Praktyczną realizację tak przyjętego układu współrzędnych można oszacować
na około 10 cm.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Służba IERS i jej rola w tworzeniu
i konserwacji ziemskich układów odniesienia(1)
Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi (IERS) została powołana
przez Międzynarodową Unię Astronomiczną (IAU) i Międzynarodową Unię
Geodezji i Geofizyki w 1987 roku.
W 2003 roku została przemianowana na Międzynarodową Służbę Ruchu
Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia (International Earth Rotation and
Reference Systems Service).
Do zadań należą:
" Definicja Międzynarodowego Niebieskiego Systemu Odniesienia (ICRS) i jego
realizacja w postaci układu współrzędnych (ICRF).
" Definicja Międzynarodowego Ziemskiego Systemu Odniesienia (ITRS) i jego
realizacja w postaci układu współrzędnych (ITRF).
" Wyznaczenie parametrów orientacji Ziemi (EOP) i ich zmian dla zapewnienia
parametrów transformacji pomiędzy ICR i ITRF.
" Analiza danych geofizycznych dla interpretacji zmian ICRF, ITRF, EOP i ich
modelowanie.
" Standardy, stałe i modele (konwencje).
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Służba IERS i jej rola w tworzeniu
i konserwacji ziemskich układów odniesienia(2)
Międzynarodowa Służba Ruchu Obrotowego Ziemi i Systemów Odniesienia
(International Earth Rotation and Reference Systems Service) posiada
następujące służby obserwacyjne i opracowania danych dla poszczególnych
technik:
o Międzynarodowa Służba GPS (IGS)
o Międzynarodowa Służba Pomiarów Laserowych Odległości (ILRS)
o Międzynarodowa Służba VLBI (IVS)
o Międzynarodowa Służba DORIS (IDS)
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ITRS - Ziemski Globalny System Odniesienia (1)
Początkiem systemu współrzędnych jest geocentrum,
definiowane jako środek masy Ziemi z oceanami i
atmosferą.
Techniki kosmiczne biorące udział w realizacji ITRS:
1. VLBI - wysoka precyzja, długookresowa stabilność.
2. SLR - długookresowa stabilność, wyznaczenie geocentrum.
3. LLR - długookresowa stabilność , efekty relatywistyczne.
4. Francuski system śledzący DORIS - doskonała rozmieszczenie stacji na
całej kuli ziemskiej.
5. Globalny System Pozycyjny (GPS) - gęsta globalna sieć, krótkookresowa
stabilność, wysoka precyzja.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ITRS - Ziemski Globalny System Odniesienia (2)
Przeliczenie współrzędnych między epoką odniesienia t0, a
dowolną epokę t :

x(t)= x(t0)+ v(t - t0)+
""x (t)
i
i

"xi
poprawki uwzględniające parametry zmienne w czasie:
1. Ruchy płyt tektonicznych ( prędkości kątowe 16 płyt, model NNR-
NUVEL 1).
2. Pływy.
3. Efekty obciążeniowe atmosfery i oceanów.
4. Deformacje wywołane przemieszczaniem bieguna.
5. Wypiętrzanie polodowcowe.
6. Efekty instrumentalne (deformacje anteny, przemieszczenia fazowego
centrum anteny itp.)
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ITRF 88  ITRF 2000
przegląd parametrów transformacji i ich skutki praktyczne(1)
DX DY DZ RX RY RZ Skala RMS
[cm] [cm [cm] [mas] [mas] [mas] [ppm] [cm]
]
NAD83 -94 198 54 27.5 15.5 10.7 -0.0050 2
WGS84 -6 +52 +22 -18.4 -0.3 -7.0 0.0110 <200
WGS84-GPS -4 -1 -28 4.2 -4.0 -15.6 -0.2180 94
WGS730 0 -3 4 -2.6 -2.5 -0.4 0.0000 6
ITRF 93 0.2 0.7 0.7 -0.39 0.8 -0.96 0.0012 <1
Parametry transformacji dla układu ITRF 92 (1988).
Realizacja układu Początek (tydzień GPS) Koniec(tydzieńGPS)
ITRF92 Jan 2, 1994 (730) Dec 31, 1994 (781)
ITRF93 Jan 1, 1995 (782) Jun 29, 1996 (859)
ITRF94 Jun 30, 1996 (860) Feb 28, 1998 (946)
ITRF96 Mar 1, 1998 (947) Jul 31, 1999 (1020)
ITRF97 Aug 1, 1999 (1021) Dec 1, 2001 (1042)
ITRF2000 Dec 2, 2001 (1043) -----------------------
x,y,z - współrzędne wyznaczane,
ż# �# ż# �#ż# �#
x X Tx s - � � X
ż# �# ż# �# X,Y,Z - współrzędne w układzie ITRF,
z y
�# �# �# �# �# �# �# �#�# �#
= + + � s - � Tx,Ty,Tz - przesunięcie pomiędzy środkami układów,
�#yŹ# �#Y Ź# �#T Ź# �# Ź#�#Y Ź#
y z x
�#z �# �#Z �# �#T �# �# �#�#Z �#
S- zmiana skali
�# �# �# �#
�# z �# �#- � y � x s �#�# �#
�x ,�y ,�z składowe orientacji przestrzennej.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ITRF 88  ITRF 2000
przegląd parametrów transformacji i ich skutki praktyczne(2)
Układ Tx Ty Tz s epoka
�X �Y �Z
[cm] [cm] [cm] ppb 0.001 0.001 0.001
ITRF97 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997
ITRF96 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997
ITRF94 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997
ITRF93 1.27 0.65 -2.09 1.95 -0.39 0.80 -1.14 1988
ITRF92 1.47 1.35 -1.39 0.75 0.00 0.00 -0.18 1988
ITRF91 2.67 2.75 -1.99 2.15 0.00 0.00 -0.18 1988
ITRF90 2.47 2.35 -3.59 2.45 0.00 0..0 -0.18 1988
ITRF89 2.97 4.75 -7.39 5.85 0.00 0.00 -0.18 1988
ITRF88 2.47 1.15 -9.79 8.95 0.10 0.00 -0.18 1988
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Wektory prędkości  model NUVEL-1A
Model kinematyczny ruchu płyt tektonicznych
" Geofizyczny - NUVEL-1 (1990), NNR NUVEL-1 (1991),
NUVEL-1A (1994), NNR NUVEL-1A. Wektor rotacji
wyznaczono z badań geofizycznych wykonywanych na
granicach płyt kontynentalnych. Na ich podstawie zostały
wyznaczone składowe wektorów rotacji dla poszczególnych
płyt. Ponieważ model ma charakter globalny, w związku z tym
prędkości wyznaczone na jego podstawie będą prędkościami
względnymi.
" Geodezyjny  wykorzystujący pomiary z VLBI, GPS i SLR 
APKIM (1998)
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ETRF-89 jako podzbiór układu ITRF (1)
X (tc ) = X (t0 )+VITRF (tc - t0 )
ITRF ITRF
ż# �#
�#
X X ż# �# ż# -�z � X
Tx 0
ż# �# ż# �#
ETRF 89 ITRF y ITRF
�#Y �# �#Y �# �# �# �# �# �#

= + + �z 0 -�x �# ITRF Ź#(tc -1989.0)
�# Ź# �# Ź# �#T Ź# �# Ź#�#Y
ETRF 89 ITRF y
�#Z �# �#Z �# �#T �# �# �#�#Z �#

�# ETRF 89 �# �# ITRF
�# ITRF
�# z �# �#-� y �x 0 �#
�# �#
X (1989.0) = X (tc )+ VETRF (1989.0 - tc )
ETRF ETRF
TX [cm] TY [cm] TZ [cm]
ITRF
89 0 0 0
90 1.9 2.8 -2.3
91 2.1 2.5 -3.7
92 3.8 4.0 -3.7
93 1.9 5.3 -2.1
94 4.1 4.1 -4.9
96 4.1 4.1 -4.9
97 4.1 4.1 -4.9
00 5.4 5.1 -4.8
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ETRF-89 jako podzbiór układu ITRF (2)

�x [mas/y] � �z[mas/y]
ITRF
y
[mas/y]
89 0.110 0.570 -0.710
90 0.110 0.570 -0.710
91 0.210 0.520 -0.680
92 0.210 0.520 -0.680
93 0.320 0.780 -0.670
94 0.200 0.500 -0.650
96 0.200 0.500 -0.650
97 0.200 0.500 -0.650
00 0.081 0.490 -0.792
X 3664940.2035 X 3664940.5042
ż# �# ż# �# ż# �# ż# �#
ITRF ETRF
�#Y �# �#1409153.8388�#
�#Y �# �#1409153.6612�#
=
=
�# Ź# �# Ź#
ITRF �# Ź# �# Ź#
ETRF
�#Z �# �#5009571.3661�#
�#Z �# �#5009571.2019�#
ITRF
�# �# �# �#
�# ETRF �# �#
�#
X X + 0.054 0 0.000792 0.00049 X
ż# �# ż# �# ż# �# ż# �#ż# ITRF �#
ETRF 89 ITRF
�# �#
�#Y �# �#Y �# �#+ 0.051�# + �#
= + 0 - 0.000081�#�#YITRF Ź#(tc -1989.0)
�# Ź# �# Ź# �# Ź# �#- 0.000792 Ź#
ETRF 89 ITRF
�#Z �# �#Z �# �# �# �#�#Z �#
- 0.00049 0.000081 0
�# ETRF 89 �# �# �#- 0.048�# �# �#�# ITRF
�# ITRF �#
�#
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
ETRF-89 jako podzbiór układu ITRF (2)
Współrzędne geocentryczne polskich stacji EPN. Układ ETRF 89
BOGI 3633815.6743 1397453.9163 5035280.7891
12207M003
BOR1 3738358.7791 1148173.5004 5021815.5838
12205M002
BOGO 3633739.3044 1397433.9261 5035353.2778
12207M002
WROC 3835751.6117 1177249.7401 4941605.0413
12217M001
JOZE 3664940.5030 1409153.6612 5009571.2015
12204M001
KRAW 3856936.1586 1397750.4691 4867719.4296
12218M001
LAMA 3524523.2582 1329693.4308 5129846.1597
12209M001
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (1)
Niesatelitarne Systemy odniesienia stosowane w Polsce.
Układ Borowa Góra 1925 (BG1925), określany w zagranicznych z
ródłach jako
PND1925 (Polish National Datum) powstał w wyniku przyłożenia elipsoidy
Bessel 1841 do Geoidy w Borowej Górze. Orientacji elipsoidy dokonano przy
pomocy azymutu na wieżę w Modlinie. Przyjęto następujące współrzędne tego
punktu (szerokość i długość geograficzną wynikającą z pomiarów
astronomicznych:
B = 52o28 32.85 L = 21o02 12.12
W Polsce, podobnie jak w innych państwach byłego układu warszawskiego,
obowiązywała od roku 1952 elipsoida KRASOWSKIEGO z punktem przyłożenia do
geoidy w Pułkowie
Do połowy lat 60 tych obowiązywał w Polsce układ współrzędnych zwany krótko
 1942 .
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (2)
W latach 60-tych w cywilnej służbie geodezyjnej zaczęto wprowadzać nowy, 5-
cio strefowy układ odwzorowawczy, który nazywany został układem  1965
(oficjalnie wprowadzony w 1968r.). Podstawę jego stanowił ten sam co w
układzie 1942 system elipsoidalny. Obszar państwa polskiego podzielono na
pięć stref odwzorowawczych (rys. 2), przy czym w strefach 1, 2, 3, 4
zastosowano tzw. odwzorowanie quasi-stereograficzne (Roussilhe projection),
natomiast w strefie 5 zmodyfikowane odwzorowanie Gaussa-Krugera.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (3)
Zniekształcenia odwzorowawcze w każdej strefie układu mieszczą się w zakresie od
20cm/km do -20cm/km. Układ  1965 był przeznaczony głównie do tworzenia i mapy
zasadniczej.Natomiast dla map przeglądowych w skalach 1:100 000 i mniejszych
przyjęto układ oparty na jednostrefowym odwzorowaniu quasi-stereograficznym
obszaru Polski nazwany GUGiK-80 (rys. 3) .Punkt główny odwzorowania (punkt
styczności płaszczyzny odwzorowawczej z elipsoidą ) był umiejscowiony w
geometrycznym  środku obszaru Polski (B0 = 52�10 , L0 = 19�10 ). Współczynnik
zmiany skali w tym punkcie wynosi 0.999714, a maksymalne zniekształcenie liniowe na
granicach Polski wynosi ~ 93 cm/km. Układ ten znalazł zastosowanie jedynie przy
opracowaniu wydawanej w latach 1980-1984 topograficznej mapy Polski w skali
1:100000.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (4)
Układ GUGiK 80 (odwzorowanie quasi
stereograficzne)
Dla map przeglądowych w skalach 1:100 000 i mniejszych przyjęto układ oparty na
jednostrefowym odwzorowaniu quasi-stereograficznym obszaru Polski nazwany
GUGiK-80. Punkt główny odwzorowania (punkt styczności płaszczyzny
odwzorowawczej z elipsoidą ) był umiejscowiony w geometrycznym  środku
obszaru Polski (B0 = 52�10 , L0 = 19�10 ). Współczynnik zmiany skali w tym
punkcie wynosi 0.999714, a maksymalne zniekształcenie liniowe na granicach
Polski wynosi ~ 93 cm/km. Układ ten znalazł zastosowanie jedynie przy
opracowaniu wydawanej w latach 1980-1984 topograficznej mapy Polski w skali
1:100000.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (5)
Układ 1992
Układ 1992 jest jednostrefowym dla obszaru Polski odwzorowaniem
Gaussa - Krugera z południkiem środkowym L0 = 19� i skali m0 =
0.9993 (ostatnie założenie ma na celu równomierny rozkład
zniekształceń liniowych, od -70 cm/km na południku środkowym do
ok. 90 cm/km w skrajnych, wschodnich obszarach Polski). Obecnie
stanowi podstawę wykonywania nowych map w skalach 1: 10 000 i
większych.
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Przestrzenne systemy odniesienia używane w Polsce (6)
Układ 2000
Układ 2000 jest czterostrefowym odwzorowaniem Gaussa-Krugera
elipsoidy GRS-80, w pasach 3 - stopniowych. Dla obszaru Polski
wyodrębniono cztery trzystopniowe strefy południkowe o
południkach osiowych, których długości geograficzne wschodnie
wynoszą 15�, 18�, 21� i 24�. Dla każdej z tych stref współczynnik
zmiany skali w południku osiowym wynosi 0.999923, a
zniekształcenia liniowe zawierają się w zakresie od -7.7 cm/km na
południku osiowym do ~ +7 cm/km na brzegu każdej strefy
ZIEMSKIE GLOBALNE SYSTEMY ODNIESIENIA I ICH REALIZACJE
Podsumowanie
Historia Globalnego Ziemskiego Systemu Odniesienia liczy już
ponad sto lat ( 1900  2004)
W tym okresie nastąpił ogromny wzrost dokładności
Globalnego Ziemskiego Układu Współrzędnych (od ą 0.5m do
ą0.003m
Nastąpił istotny wzrost dokładności transformacji pomiędzy
ICRF i ITRF (wzrost dokładności modelu precesyjno-
nutacyjnego, współrzędnych bieguna chwilowego i czasu TU1)
Poprawiła się w istotny sposób dokładność modeli deformacji
Dalszy postęp wymagał zdefiniowania i wprowadzenia nowych
układów współrzędnych i modelu precesyjno-nutacyjnego