地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。 地心地固大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球短轴与地球自转轴重合（过地球质心并指向北极），大地纬度，大地经度，大地高。如图。 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。
10.4.1极移与国际协议原点
地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的,地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的,这种现象称为地极移动,简称极移。某一观测瞬间地球北极所在的位置称为瞬时极,某段时间内地极的平均位置称为平极。为了描述地极的移动规律,可取某一平极为原点O,在与过该点且与地球表面相切的平面上建立一平面直角坐标系O-xy,x轴指向格林尼治平均天文台,y轴指向格林尼治零度子午面以西900的子午面方向，这样任一瞬时极可表示为。 国际天文联合会(IAU)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)在1967年于意大利共同召开的第32次讨论会上，建议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以1900~1905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO (Conventional International Origin)，它相对于1900~1905年平均历元1903.0，另外国际极移服务(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点，因而有不同的CI0，属于BIH的CIO有BIH1968.0，BIH1979.0，BIH1984.0等。与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。
以协议地极CIP(Conventional Terrestrial Pole)为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系CTS(Conventional Terrestrial System),而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。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CIO为指向点,因而也是协议地球坐标系,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。
建立地心坐标系的方法可分为直接法和间接法。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方法，如天文重力法和卫星大地测量动力法。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，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地心坐标转换参数等方法。
20世纪60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(DOD)曾先后建立过世界大地坐标系（World Geodetic System,简称WGS）WGS-60，WGS-66，WGS-72地面网，并于1984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WGS-84。
近十年来，我国有关部门在建立地心坐标系统方面也取得一定的成果，于1978年建立了地心一号（DX-1）转换参数，1988年建立了更精确的地心二号（DX-2）转换参数，用于将1954年北京坐标系与1980年西安坐标系的坐标换算为我国地心坐标系的坐标。下面对目前GPS测量中常用的WGS-84坐标作一简要介绍。
10.4.2WGS-84世界大地坐标系
该坐标系是一个协议地球参考系CTS（Conventional Terrestrial System）,其原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极CTP（Conventional Terrestrial Pole）方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。
WGS-84椭球采用国际大地测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，采用的四个基本参数是：
地球椭球长半径
地心引力常数
正常化二阶带球谐系数
地球自转角速度
根据上述4个参数进一步算得:
地球椭球扁率
第一偏心率平方
第二偏心率平方
赤道的正常重力值
极正常重力值
自1987年1月10日之后，GPS卫星星历均采用WGS-84坐标系统。因此GPS网的测站坐标及测站之间的坐标差均属于WGS-84系统。为了求得GPS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。
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