ISO 19161-1:2020
(Main)Geographic information — Geodetic references — Part 1: International terrestrial reference system (ITRS)
Geographic information — Geodetic references — Part 1: International terrestrial reference system (ITRS)
This document provides the basic information and the requirements related to the International Terrestrial Reference System (ITRS), its definition, its realizations and how to access and use these realizations. This document: — describes ITRS following the definitions and terminology adopted by the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG), the International Association of Geodesy (IAG) and the International Astronomical Union (IAU); — describes different categories of ITRS realizations: its primary realization, labelled the International Terrestrial Reference Frame (ITRF), other existing realizations of reference systems that are mathematically derived from the ITRS, and realizations that are aligned to the ITRF, such as GNSS-specific reference frames; — categorizes procedures for realizing the ITRS.
Information géographique — Références géodésiques — Partie 1: Système international de référence terrestre (ITRS)
Le présent document fournit des informations de base et les exigences relatives au système international de référence terrestre (ITRS), à ses définitions, à ses réalisations et à la manière d'avoir accès à celles-ci. Le présent document: — décrit l'ITRS selon les définitions et la terminologie adoptées par l'Union géodésique et géophysique internationale (UGGI), l'Association internationale de géodésie (AIG) et l'Union astronomique internationale (UAI); — décrit différentes catégories de réalisations de l'ITRS: sa réalisation primaire, appelée repère international de référence terrestre (ITRF), d'autres réalisations existantes de systèmes de référence dérivés mathématiquement de l'ITRS, et des réalisations alignées sur l'ITRF, comme les repères de référence spécifiques aux GNSS; — catégorise les procédures de réalisation de l'ITRS.
General Information
Buy Standard
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 19161-1
First edition
2020-01
Geographic information — Geodetic
references —
Part 1:
International terrestrial reference
system (ITRS)
Information géographique — Références géodésiques —
Partie 1: Système international de référence terrestre (ITRS)
Reference number
ISO 19161-1:2020(E)
©
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address
below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 ITRS: overview . 3
6 Realizations of ITRS . 4
6.1 Description of a realization of ITRS . 4
6.2 Classification of realizations . 4
6.2.1 General. 4
6.2.2 Primary realization of ITRS . 4
6.2.3 Secondary realization of ITRS . 4
6.3 Types of TRF . 4
6.3.1 General. 4
6.3.2 Crust-based TRF . 5
6.3.3 Satellite Ephemerides based TRF . 5
6.4 Methods for secondary realizations of ITRS . 5
7 Conformance of a secondary realization of ITRS . 5
Annex A (normative) Methods of determining positions in an ITRS realization .7
Annex B (informative) Description of ITRS and ITRF .10
Annex C (informative) Major reference frames aligned to primary and secondary
ITRS realizations .13
Bibliography .15
© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 211, Geographic information/Geomatics.
A list of all parts in the ISO 19161 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
Introduction
This document provides the basic information and definitions related to the International Terrestrial
Reference System (ITRS), its realizations and how to access these realizations. These are consistent
with the conventions adopted by the international scientific organizations that created this concept,
which are the International Union of Geodesy and Geophysics (IUGG), specifically its association in
charge of geodesy, the International Association of Geodesy (IAG), and the International Astronomical
Union (IAU).
The various realizations of ITRS are then presented as crust-based reference frames, which are global,
regional or local, and as satellite ephemerides, such as those broadcasted by satellite navigation
systems.
Annex A of this document describes the access methods to ITRS and the various processes required to
determine positions expressed in this system.
© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 19161-1:2020(E)
Geographic information — Geodetic references —
Part 1:
International terrestrial reference system (ITRS)
1 Scope
This document provides the basic information and the requirements related to the International
Terrestrial Reference System (ITRS), its definition, its realizations and how to access and use these
realizations.
This document:
— describes ITRS following the definitions and terminology adopted by the International Union of
Geodesy and Geophysics (IUGG), the International Association of Geodesy (IAG) and the International
Astronomical Union (IAU);
— describes different categories of ITRS realizations: its primary realization, labelled the International
Terrestrial Reference Frame (ITRF), other existing realizations of reference systems that are
mathematically derived from the ITRS, and realizations that are aligned to the ITRF, such as GNSS-
specific reference frames;
— categorizes procedures for realizing the ITRS.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
coordinate system
set of mathematical rules for specifying how coordinates are to be assigned to points
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.11]
3.2
geocentric terrestrial reference system
GTRS
system of geocentric space-time coordinates within the framework of General Relativity, co-rotating
with the Earth and related to the Geocentric Celestial Reference System by a spatial rotation which
takes into account the Earth's orientation parameters
[SOURCE: IAG and IUGG resolutions of 1991 and 2007]
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
3.3
positioning process
computational process that determines, directly from measurements, the geodetic coordinates of
points (absolute positioning), or that derives geodetic coordinates of points from previously determined
geodetic coordinates (relative positioning)
3.4
satellite ephemeris
numerical representation of the trajectory of the centre of mass of an Earth orbiting artificial satellite
expressed in an Earth centred terrestrial reference frame (3.5)
3.5
terrestrial reference frame
TRF
realization of a terrestrial reference system (TRS) (3.6), by specifying its origin, orientation, scale, and
its time evolution
Note 1 to entry: The realization is achieved through a set of physical points with precisely determined coordinates
in a specific coordinate system (3.1), which may include the rate of coordinate change.
Note 2 to entry: The realization is called static when no rates of coordinate change are defined, and kinematic
when rates of coordinate change are defined without considering the underlying forces causing the motion. The
realization may be called dynamic when these external forces are considered. “Dynamic” is also used colloquially
to describe both the dynamic and kinematic cases without distinction.
[SOURCE: IERS Conventions 2010]
3.6
terrestrial reference system
TRS
set of conventions defining the origin, scale, orientation and time evolution of a spatial reference system
co-rotating with the Earth in its diurnal motion in space
Note 1 to entry: The abstract concept of a TRS is realized through a terrestrial reference frame (3.5).
Note 2 to entry: In such a system, positions of points attached to the solid surface of the Earth have coordinates
which undergo only small variations with time, due to geophysical effects (tectonic or tidal deformations). In
the Newtonian framework, the physical space is considered as a Euclidean affine space of dimension 3, with an
origin, a scale and an orientation.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.66 — modified: Note 1 to entry has been modified, Note 2 to entry has
been added from IERS Conventions 2010]
4 Symbols and abbreviated terms
BeiDou Chinese satellite-based navigation system
BIH Bureau International de l’Heure
CGCS2000 China Geodetic Coordinate System 2000
CTRS Conventional Terrestrial Reference System
DORIS Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite
EOP Earth Orientation Parameter(s)
EUREF IAG Sub-Commission 1.3a, Reference Frame Sub-Commission for Europe
GLONASS Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
GNSS Global Navigation Satellite System
GPS Global Positioning System
GTRF Galileo Terrestrial Reference Frame
GTRS Geocentric Terrestrial Reference System
IAG International Association of Geodesy
IAU International Astronomical Union
IERS International Earth Rotation and Reference Systems Service
IGS International GNSS Service
ITRF International Terrestrial Reference Frame
ITRS International Terrestrial Reference System
IUGG International Union of Geodesy and Geophysics
JGS Japan Satellite Navigation Geodetic System
LLR Lunar Laser Ranging
PCV Phase Centre Variations
PPP Precise Point Positioning
PSD Post-Seismic Deformation
PZ-90 Parametry Zemli 1990
QZSS Quasi-Zenith Satellite System
RTK Real Time Kinematic
SLR Satellite Laser Ranging
TRF Terrestrial Reference Frame
TRS Terrestrial Reference System
VLBI Very Long Baseline Interferometry
WGS 84 World Geodetic System 1984
5 ITRS: overview
The ITRS is defined jointly by the IAU and the IUGG. It is the spatial three-dimensional part of a specific
Geocentric Terrestrial Reference System (GTRS) for which the orientation is maintained in continuity
with past international agreements (the so-called BIH orientation).
Since 1988 both the monitoring of the definition of ITRS and the determination of its primary
realizations, known as ITRF, have been the responsibility of the International Earth Rotation and
Reference Systems Service (IERS).
A more detailed description of the ITRS, together with its effective origin, scale and orientation is
available in Annex B (informative).
© ISO 2020 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
6 Realizations of ITRS
6.1 Description of a realization of ITRS
A realization of ITRS is any TRF product containing the required numerical information (e.g. a set of
static coordinates, or coordinates and velocities) satisfying the definition of origin (centre of mass of
the Earth), orientation (no net rotation with respect to the motions of the Earth’s surface) and scale
(based on the speed of light and the Earth’s gravitational constant) of the ITRS and its time evolution.
EXAMPLE 1 A realization of ITRS consists of a set of static coordinates or a set of coordinates and their time
evolution, of physical points on the topographical surface of the earth.
EXAMPLE 2 The coordinate sets in a realization of ITRS can refer to each satellite in a constellation.
6.2 Classification of realizations
6.2.1 General
Current ITRS realizations are obtained through processing and analysing datasets sourced from space
geodetic techniques. Realizations may be determined using one or more of these techniques. All current
realizations consist of a set of identifiers of physical points, with corresponding numerical coordinate
information, expressed in a coordinate system (e.g. Cartesian, ellipsoidal).
In this document, the following categories of realizations are distinguished:
6.2.2 Primary realization of ITRS
It is a product created by the IERS under the generic name ITRF. This document does not define these
[3]
primary realizations nor give any requirements for them, as they are the sole responsibility of IERS
[5]
. Only a general explanation is provided (see Annex B).
6.2.3 Secondary realization of ITRS
It is any of the other terrestrial reference frames that are aligned to the ITRF.
Alignment to a TRF uses a 7- or 14-parameter similarity transformation in which all parameter values
are zero to give a solution with the same origin, scale, orientation and time evolution as an existing TRF.
For a TRF represented by a data set of estimated station positions, a 7-parameter similarity
transformation is used, where the parameters represent the differences in the origin, orientation and
scale with respect to an existing TRF.
For a TRF represented by a data set of estimated station positions and velocities, a 14-parameter
similarity transformation is used, where the parameters represent the differences in the origin,
orientation, scale and their time evolution with respect to an existing TRF at one or more given epoch(s).
Secondary realizations shall be realized or derived from an existing primary or secondary realization
that is compliant with this document. They can be referred to as an “implementation” or a “densification”
of ITRF.
Annex C summarizes some of these secondary realizations.
6.3 Types of TRF
6.3.1 General
A realization of ITRS may be represented as coordinates of points valid at a specified epoch, as time
series of coordinates at regular epochs (e.g. daily, weekly), or as coordinates given as a function of time
following linear and/or non-linear models. The two types of TRF are:
4 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
6.3.2 Crust-based TRF
In a crust based TRF, points refer to objects located on the topographic surface of the earth, e.g. geodetic
markers or tracking instruments. The set of objects comprising a given TRF defines a geodetic network,
which may have global, regional or national coverage.
6.3.3 Satellite Ephemerides based TRF
A satellite-ephemerides-based TRF refers to any numerical representation of the trajectory of the
centre of mass of one or more Earth orbiting artificial satellites, expressed in the ITRS.
6.4 Methods for secondary realizations of ITRS
In all secondary realizations of the ITRS, the main criterion to judge that they are compatible with the
ITRS consists of demonstrable evidence that they are aligned to a primary or secondary ITRS realization
that is compliant with this document.
The methods for determining a secondary realization are specified in the normative Annex A.
7 Conformance of a secondary realization of ITRS
This conformance is achieved if the secondary realization of ITRS is consistent with the following
requirements.
Requirement 1
Secondary ITRS realizations represented by a data set of estimated station positions and (if kinematic)
velocities, whether static or kinematic, shall be aligned to a primary or secondary ITRS realization that
is compliant with this document.
For a static secondary realization of ITRS, the numerical values of the 7 similarity-transformation
parameters shall be zeros to the equivalent numerical resolution as the estimated station positions.
The parameters shall represent the three-dimensional differences in the origin, orientation and scale,
with respect to a primary or secondary ITRS realization that is compliant with this document.
For a kinematic secondary realization of ITRS, the numerical values of the 14 similarity-transformation
parameters shall be zeros to the equivalent numerical resolution as the estimated station positions and
velocities. The parameters shall represent the three-dimensional differences in the origin, orientation
and scale and their temporal rates of change, with respect to a primary or secondary ITRS realization
that is compliant with this document
Requirement 2
For a secondary kinematic ITRS realization, a time series of at least 2,5 years of daily or weekly position
[9]
solutions shall be used to reliably estimate station velocities .
Requirement 3
For the absolute PPP method of position determination, a set of positions for a globally distributed set
of ITRF/IGS stations shall also be estimated for the determination of 7 (for static realizations) or 14 (for
kinematic realizations) transformation parameters to confirm alignment with a primary or secondary
ITRS realization that is compliant with this document.
Requirement 4
© ISO 2020 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
Any GNSS-based secondary ITRS realization stemming from the methods presented in normative
Annex A shall be accompanied with documentation that ensures its compliance with this document. As
a minimum, the following items shall be described:
— the primary or secondary ITRS realization that is compliant with this document to which this
secondary ITRS realization is aligned;
— the numerical values of the 7 transformation parameters are zeros at the equivalent numerical
resolution as the estimated station positions at a defined epoch (possibly at any epoch). The
parameters shall represent the three-dimensional differences in the origin, orientation and scale,
with respect to the primary or secondary ITRS realization that is compliant with this document;
— input data: types of observations (space geodetic and/or terrestrial observations) and their
timespans;
— data processing: software used, analysis strategy, estimated parameters and their standard
deviations;
— accessible citation and/or documentation describing the relationship between the specific
terrestrial reference frame and an ITRS realization (ITRF) including numerical examples of station
coordinates and epochs in both terrestrial reference frames.
6 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
Annex A
(normative)
Methods of determining positions in an ITRS realization
A.1 Positioning methods
A.1.1
The ITRS is disseminated through its various primary and secondary realizations, which users have
access to. Apart from specific scientific uses, the general use for these realizations is to determine
positions that allow access to the ITRS.
There are three basic methods for determining the coordinates of points in either a primary or
secondary ITRS realization. These methods can be classified as differential positioning methods, an
absolute positioning method, or a 7- or 14-parameter transformation of existing coordinates from a
non-ITRS realization to an ITRS realization. This annex describes each of these three methods, which
are used to implement secondary ITRS realizations.
A.1.2 Differential positioning methods
There are two classes of differential or relative positioning methods: (1) using differential GNSS
observations and, (2) using classical terrestrial measurements of distances and angles.
Differential GNSS methods are based on estimating the coordinate differences or baseline vectors
between pairs of points using GNSS carrier phase measurements. Knowing the coordinates of one of
a pair of points enables the determination of the coordinates of the other point using the estimated
position difference through simple vector addition. There are many variations of this method for
both static and real-time applications. In order to obtain positions in a realization of ITRS, the known
coordinates must be in the same ITRS realization.
Classical methods are also based on estimating the coordinate differences between points, but using
instead terrestrial measurements (observations) of angles, distances and spirit levelling between
points. Knowing the coordinates of a minimum number of points and/or the geodetic azimuth between
at least one pair of points, the estimated coordinates of the other points can be determined using a
least squares adjustment of observations (note that more than the required minimum number of
observations are needed in order to perform a least squares adjustment). Due to the better accuracy
and economy of using GNSS methods over longer distances, these classical terrestrial survey methods
are used primarily for local surveys up to a few km and should not be used for the secondary realization
of the ITRS.
Processing GNSS baseline observations of a local, national, regional or global network to produce
station coordinates (static or kinematic) falls into this category and is seen as a densification of the
ITRF. Such a solution generally includes non-ITRF stations, but a number of ITRF stations (preferably
globally distributed) with well-known coordinates are included in the processing in order to facilitate
and ensure the best alignment to the ITRF. GNSS satellite orbits and clock parameters, together with
EOPs are usually fixed in the processing, but must be compatible with the ITRS defining parameters.
General procedures on how to express station coordinates of a GNSS network in the ITRF using the IGS
[6]
products can be found for instance in , where the following steps are recommended:
a) Selection of a reference set of known ITRF/IGS stations and collecting their GNSS observations from
IGS data centres, covering the time-span of the implied observations. It is highly recommended to
select a set of ITRF/IGS stations, as homogeneously and globally distributed as possible, in order to
achieve accurate alignment to the current ITRF.
© ISO 2020 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 19161-1:2020(E)
b) Processing user station data together with data from the selected ITRF/IGS stations, using the
preferred GNSS software. In this step, IGS orbits, clock parameters and EOPs should be fixed to
the values consistent with the associated ITRF/IGS terrestrial reference frame. If non-IGS products
are used, the resulting station coordinates should then be transformed into an ITRS realization.
Fixing or tightly constraining ITRF/IGS reference station coordinates should be avoided. Doing so
would potentially introduce distortion in the solution due to possible outdated ITRF/IGS station
coordinates after some events, such as earthquakes or equipment changes. Moreover, as the ITRF
is a kinematic frame, fixing or tightly constraining ITRF/IGS reference station coordinates would
also inhibit the geophysical signal embedded in the transformed solution that one may want to
preserve.
c) Propagation of the selected ITRF/IGS station positions at the central epoch of the employed GNSS
observations, using the published ITRF/IGS station velocities.
[6]
d) Applications of minimum constraints approach, as detailed in , which is implemented in major
scientific software packages. The derived solution will be expressed in the ITRF/IGS frame that is
consistent with the used IGS products.
e) Comparison of the estimated ITRF/IGS reference station positions with the official published
values, propagated to the central epoch of the employed observations in step (c), by fitting a
similarity transformation of 3, 4 or 7 parameters selected in the minimum constraints application
and checking for consistency. The estimated transformation parameters should all be zero. In
addition, if large discrepancies (post-fit residuals of the similarity transformation) are found for
some stations (exceeding a certain threshold, depending on the targeted accuracy), these stations
should be rejected from the ITRF/IGS reference set and the processing chain should be iterated.
Care should also be taken of the time interval of the validity of the used IGS/ITRF coordinates,
taking into account station position discontinuities caused by earthquakes or equipment changes.
In case of a regional or a national network, applying the minimum constraints approach on the
three translation components can be sufficient. It is however advised to evaluate the performance
(best fit of the similarity transformation) of at least the following three options: translation,
translation and scale, all 7 parameters.
f) The 5 steps described above are recommended when generating a static terrestrial reference
frame solution (station coordinates only) using a short time span of GNSS observations (e.g. one
day or one week). If the objective is to generate a longer-term kinematic terrestrial reference frame
solution (station positions at a reference epoch and station velocities), then a time series of daily or
[9]
weekly solutions covering at least 2,5 years of continuous observations is recommended . In that
case, a 6th step is required which consists of combining (accumulating) the time series of daily or
weekly solutions into a long-term kinematic solution.
A.1.3 Absolute positioning method: Precise Point Positioning (PPP)
Precise point positioning (PPP) is a GNSS-based method for determining individual station positions
...
ISO/TC 211
Date : 2019-11: 2020-01
ISO 19161-1:20192020 (F)
ISO/TC 211
Secrétariat : SIS
Information géographique — Références géodésiques — Partie 1 : Système international de
référence terrestre (ITRS)
Geographic information — Geodetic references — Part 1: International terrestrial reference
system (ITRS)
ICS : 35.240.70 ; 07.040
Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
---------------------- Page: 1 ----------------------
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
Type du document: Norme internationale
Sous-type du document:
Stade du document: (60) Publication
Langue du document: F
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
© ISO 2019 2020
Droits de reproductionTous droits réservés. Sauf indication contraireprescription différente ou nécessité
dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris
la photocopie, l'affichageou la diffusion sur l'internet ou sur un Intranetintranet, sans autorisation
écrite préalable. Les demandes d'autorisation peuventUne autorisation peut être adresséesdemandée à
l'ISO à l'adresse ci-après ou au comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright officeCopyright Office
CP Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
• CH-1214 Vernier, GenevaGenève
Tel. +Tél. : + 41 22 749 01 11
Fax +41 22 749 09 47
copyright@iso.org
www.iso.org
E-mail : copyright@iso.org
Web : www.iso.org
Publié en Suisse.
ii © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
Sommaire Page
Avant-propos . v
Introduction. vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 ITRS : aperçu . 3
6 Réalisations de l'ITRS . 3
6.1 Description d'une réalisation de l'ITRS .3
6.2 Classification des réalisations .3
6.2.1 Généralités .3
6.2.2 Réalisation primaire de l’ITRS .3
6.2.3 Réalisation secondaire de l’ITRS .3
6.3 Types de RRT .4
6.3.1 Généralités .4
6.3.2 RRT lié à la croûte terrestre .4
6.3.3 RRT lié aux éphémérides des satellites .4
6.4 Méthodes de réalisation secondaire de l'ITRS .4
7 Conformité d'une réalisation secondaire de l'ITRS . 5
Annexe A (normative) Méthodes de détermination des positions dans une réalisation de l'ITRS 7
Annexe B (informative) Description de l'ITRS et de l'ITRF . 11
Annexe C (informative) Repères de référence principaux alignés sur les réalisations de l'ITRS
primaires et secondaires . 15
Bibliographie . 18
Avant-propos . v
Introduction. vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 ITRS: aperçu . 3
© ISO 20192020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
6 Réalisations de l'ITRS . 3
6.1 Description d'une réalisation de l'ITRS . 3
6.2 Classification des réalisations . 3
6.2.1 Généralités . 3
6.2.2 Réalisation primaire de l’ITRS . 3
6.2.3 Réalisation secondaire de l’ITRS . 3
6.3 Types de RRT . 4
6.3.1 Généralités . 4
6.3.2 RRT lié à la croûte terrestre . 4
6.3.3 RRT lié aux éphémérides des satellites . 4
6.4 Méthodes de réalisation secondaire de l'ITRS . 4
7 Conformité d'une réalisation secondaire de l'ITRS . 5
Annexe A (normative) Méthodes de détermination des positions dans une réalisation de l'ITRS 7
Annexe B (informative) Description de l'ITRS et de l'ITRF . 11
Annexe C (informative) Repères de référence principaux alignés sur les réalisations de l'ITRS
primaires et secondaires . 15
Bibliographie . 18
iv © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement
avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation
électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2
(voir www.iso.org/directiveswww.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l'élaboration
du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l'ISO (voir www.iso.org/brevetswww.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir le lien suivant : www.iso.org/iso/fr/avant-proposwww.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 211, Information
géographique/Géomatique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19161 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.htmlwww.iso.org/fr/members.html.
© ISO 20192020 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
Introduction
Le présent document fournit des informations de base et des définitions relatives au système international
de référence terrestre (ITRS), à ses réalisations et à la manière d'avoir accès à celles-ci. Elles sont
conformes aux conventions adoptées par les organisations scientifiques internationales qui ont créé ce
concept, à savoir l'Union géodésique et géophysique internationale (UGGI), en particulier son association
chargée de la géodésie, l'Association internationale de géodésie (AIG) et l'Union astronomique
internationale (UAI).
Les différentes réalisations de l'ITRS sont ensuite présentées sous forme de repères de référence liés à la
croûte terrestre, qui sont mondiaux, régionaux ou locaux, et sous forme d'éphémérides des satellites, telles
que celles diffusées par les systèmes de navigation par satellite.
L'Annexe A du présent document décrit les méthodes d'accès à l'ITRS et les différents processus requis
pour déterminer les positions exprimées dans ce système.
vi © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 19161-1:2019(F)
Information géographique — Références géodésiques —
Partie 1 : Système international de référence terrestre (ITRS)
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des informations de base et les exigences relatives au système
international de référence terrestre (ITRS), à ses définitions, à ses réalisations et à la manière d'avoir
accès à celles-ci.
Le présent document :
— décrit l'ITRS selon les définitions et la terminologie adoptées par l'Union géodésique et
géophysique internationale (UGGI), l'Association internationale de géodésie (AIG) et l'Union
astronomique internationale (UAI) ;);
— décrit différentes catégories de réalisations de l'ITRS : sa réalisation primaire, appelée repère
international de référence terrestre (ITRF), d'autres réalisations existantes de systèmes de
référence dérivés mathématiquement de l'ITRS, et des réalisations alignées sur l'ITRF, comme les
repères de référence spécifiques aux GNSS ;
— catégorise les procédures de réalisation de l'ITRS.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes :
— ISO Online browsing platform : disponible à l'adresse
https://www.iso.org/obphttps://www.iso.org/obp
— IEC Electropedia : disponible à l'adresse
http://www.electropedia.org/http://www.electropedia.org/
3.1
système de coordonnées
ensemble de règles mathématiques déterminant la façon dont les coordonnées sont affectées à des
points
[SOURCE : ISO 19111:2019, 3.1.11]
© ISO 2019 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
3.2
système de référence terrestre géocentrique
GTRS
système de coordonnées spatio-temporelles géocentriques dans le cadre de la relativité générale,
tournant avec la Terre et lié au système de référence céleste géocentrique par une rotation spatiale qui
prend en compte les paramètres de l'orientation de la Terre
[SOURCE : Résolutions de 1991 et 2007 de l'AIG et de l'UGGI]
3.3
processus de positionnement
processus de calcul qui détermine directement à partir de mesures les coordonnées géodésiques de
points (positionnement absolu), ou qui dérive les coordonnées géodésiques de points à partir de
coordonnées géodésiques préalablement déterminées (positionnement relatif)
3.4
éphéméride des satellites
représentation numérique de la trajectoire du centre de masse d'un satellite artificiel en orbite autour
de la Terre exprimée dans un repère de référence terrestre (3.5) centré sur la Terre
3.5
repère de référence terrestre
RRT
réalisation d'un système de référence terrestre (SRT) (3.6), en précisant son origine, son orientation,
son échelle et son évolution temporelle
Note 1 à l'article : La réalisation s'effectue au moyen d'un ensemble de points physiques dont les coordonnées
sont déterminées avec précision dans un système de coordonnées (3.1) spécifique, ce qui peut inclure la vitesse de
variation des coordonnées.
Note 2 à l'article : La réalisation est dite statique lorsqu'aucune vitesse de variation de coordonnées n'est définie,
et cinématique lorsque les vitesses de variation de coordonnées sont définies sans tenir compte des forces sous-
jacentes à l'origine du mouvement. La réalisation peut être qualifiée de dynamique lorsque ces forces externes
sont prises en compte. « Dynamique » est également utilisé communément pour décrire les cas dynamique et
cinématique sans distinction.
[SOURCE : Conventions de l'IERS de 2010]
3.6
système de référence terrestre
SRT
ensemble de conventions définissant l'origine, l'échelle, l'orientation et l'évolution temporelle d'un
système de référence spatial tournant avec la Terre dans son mouvement diurne dans l'espace
Note 1 à l'article :: Le concept abstrait d'un SRT est réalisé grâce à un repère de référence terrestre (3.5).
Note 2 à l'article :: Dans ce système, les positions des points localisés sur la surface de la Terre solide
possèdent des coordonnées uniquement sujettes à de faibles variations temporelles, en raison des effets
géophysiques (déformations tectoniques ou dues aux marées). Dans le cadre newtonien, l'espace physique est
considéré comme un espace affine euclidien de dimension 3, avec une origine, une échelle et une orientation.
[SOURCE : ISO 19111:2019, 3.1.66 — modifiée : La Note 1 à l'article a été modifiée, la Note 2 à l'article a
été ajoutée à partir des Conventions de l'IERS de 2010]
© ISO 20192020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
4 Symboles et abréviations
AIG Association internationale de géodésie
BeiDou Système chinois de navigation par satellites
BIH Bureau international de l’heure
CGCS2000 Système de coordonnées géodésiques chinois 2000
CTRS Système de référence terrestre conventionnel [Conventional Terrestrial Reference System]
DORIS Détermination d'orbite et radiopositionnement intégré par satellite
DPS Déformation post-sismique
EUREF Sous-commission 1.3a de l'AIG, sous-commission pour l'Europe sur les repères de référence
GLONASS Système russe de positionnement par satellite à l'échelle du globe [Globalnaya Navigatsionnaya
Sputnikovaya Sistema]
GNSS Système mondial de navigation par satellite [Global Navigation Satellite System]
GPS Système de positionnement mondial [Global Positioning System]
GTRF Repère de référence terrestre de Galileo [Galileo Terrestrial Reference Frame]
GTRS Système de référence terrestre géocentrique [Geocentric Terrestrial Reference System]
IERS Service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence [International Earth
Rotation and Reference Systems Service]
IGS Service international du GNSS [International GNSS Service]
ITRF Repère international de référence terrestre [International Terrestrial Reference Frame]
ITRS Système international de référence terrestre [International Terrestrial Reference System]
JGS Système géodésique japonais de navigation par satellite [Japan Satellite Navigation Geodetic
System]
LLR Télémétrie laser sur la Lune [Lunar Laser Ranging]
PCV Variation du centre de phase [Phase Centre Variations]
POT Paramètre(s) d'orientation de la Terre
PPP Positionnement ponctuel précis
PZ-90 Parametry Zemli 1990
QZSS Système satellitaire quasi zénithal [Quasi-Zenith Satellite System]
RRT Repère de référence terrestre
RTK Positionnement cinématique en temps réel [Real Time Kinematic]
SLR Télémétrie laser sur satellites [Satellite Laser Ranging]
SRT Système de référence terrestre
UAI Union astronomique internationale
UGGI Union géodésique et géophysique internationale
VLBI Interférométrie à très grande base [Very Long Baseline Interferometry]
WGS 84 Système géodésique mondial 1984 [World Geodetic System 1984]
2 © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
5 ITRS : aperçu
L’ITRS est défini conjointement par l’UAI et l’UGGI. Il s'agit de la partie spatiale tridimensionnelle d'un
système de référence terrestre géocentrique (GTRS) spécifique dont l'orientation est entretenue en
continuité avec les accords internationaux passés (orientation BIH).
Depuis 1988, la surveillance de la définition de l'ITRS et la détermination de ses principales réalisations,
connues sous le nom d'ITRF, relèvent du Service international de la rotation terrestre et des systèmes
de référence (IERS).
Une description plus détaillée de l'ITRS, ainsi que son origine, son échelle et son orientation effectives,
figurent à l'Annexe B (informative).
6 Réalisations de l'ITRS
6.1 Description d'une réalisation de l'ITRS
Une réalisation de l'ITRS est tout produit RRT contenant les informations numériques requises (par
exemple, un ensemble de coordonnées statiques, ou coordonnées et vitesses) satisfaisant à la définition
de l'origine (centre de masse de la Terre), de l'orientation (non-rotation globale par rapport aux
mouvements de la surface de la Terre) et de l'échelle (basée sur la vitesse de la lumière et la constante
de gravitation de la Terre) de l'ITRS et son évolution temporelle.
EXEMPLE 1 Une réalisation de l'ITRS consiste en un ensemble de coordonnées statiques ou un ensemble de
coordonnées et leur évolution temporelle, de points physiques sur la surface topographique de la Terre.
EXEMPLE 2 Les ensembles de coordonnées dans une réalisation de l'ITRS peuvent se référer à chaque satellite
d'une constellation.
6.2 Classification des réalisations
6.2.1 Généralités
Les réalisations actuelles de l'ITRS sont obtenues par le traitement et l'analyse d'ensembles de données
issues de techniques de géodésie spatiale. Les réalisations peuvent être établies au moyen d'une ou de
plusieurs de ces techniques. Toutes les réalisations actuelles consistent en un ensemble
d'identificateurs de points physiques, avec les coordonnées numériques correspondantes, exprimées
dans un système de coordonnées (par exemple cartésien, ellipsoïdal).
Dans le présent document, les catégories suivantes de réalisations sont différenciées :
6.2.2 Réalisation primaire de l’ITRS
Il s'agit d'un produit confié à l'IERS sous le nom générique d'ITRF. Le présent document ne définit pas
ces réalisations primaires et ne donne aucune exigence à leur égard, car elles relèvent de la seule
[3][5]
responsabilité de l'IERS . Seule une explication générale est présentée (voir Annexe B).
6.2.3 Réalisation secondaire de l’ITRS
Il s'agit de tout autre repère de référence terrestre aligné sur l'ITRF.
© ISO 20192020 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
L'alignement sur un RRT utilise une similitude de transformation à 7 ou 14 paramètres dans laquelle
toutes les valeurs des paramètres sont nulles pour donner une solution avec la même origine, échelle,
orientation et évolution temporelle qu'un RRT existant.
Dans le cas d'un RRT représenté par un ensemble de données sur les positions estimées des stations,
une similitude de transformation à 7 paramètres est utilisée, où les paramètres représentent les
différences relatives à l'origine, l'orientation et l'échelle par rapport à un RRT existant.
Dans le cas d'un RRT représenté par un ensemble de données sur les positions et vitesses estimées des
stations, une similitude de transformation à 14 paramètres est utilisée, où les paramètres représentent
les différences relatives à l'origine, l'orientation, l'échelle et l'évolution temporelle par rapport à un RRT
existant, à une ou plusieurs époque(s) donnée(s).
Les réalisations secondaires doivent être réalisées ou dérivées à partir d'une réalisation primaire ou
secondaire existante qui soit conforme au présent document. Elles peuvent être qualifiées de « mise en
œuvre » ou de « densification » de l'ITRF.
L'Annexe C résume certaines de ces réalisations secondaires.
6.3 Types de RRT
6.3.1 Généralités
Une réalisation de l'ITRS peut être représentée sous forme de coordonnées de points valides à une
époque donnée, de séries temporelles de coordonnées à des époques régulières (par exemple,
journalières, hebdomadaires) ou de coordonnées données en fonction du temps selon des modèles
linéaires et/ou non linéaires. Les deux types de RRT sont :
6.3.2 RRT lié à la croûte terrestre
Dans le cas d'un RRT lié à la croûte terrestre, les points se réfèrent à des objets situés sur la surface
topographique de la terre, par exemple des marqueurs géodésiques ou des instruments de suivi.
L'ensemble des objets composant un RRT donné définit un réseau géodésique, qui peut avoir une
couverture mondiale, régionale ou nationale.
6.3.3 RRT lié aux éphémérides des satellites
Un RRT lié aux éphémérides des satellites se réfère à toute représentation numérique de la trajectoire
du centre de masse d'un ou plusieurs satellites artificiels en orbite autour de la Terre, exprimée dans
l'ITRS.
6.4 Méthodes de réalisation secondaire de l'ITRS
Dans toutes les réalisations secondaires de l'ITRS, le critère principal pour déterminer si elles sont
compatibles avec l'ITRS consiste à démontrer qu'elles sont alignées sur une réalisation primaire ou
secondaire de l'ITRS conforme au présent document.
Les méthodes de détermination d'une réalisation secondaire sont précisées dans l'Annexe A normative.
4 © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
7 Conformité d'une réalisation secondaire de l'ITRS
Cette conformité est obtenue si la réalisation secondaire de l'ITRS est conforme aux exigences
suivantes.
Exigence 1
Les réalisations secondaires de l'ITRS représentées par un ensemble de données des positions estimées
de la station et (si cinématique) des vitesses, qu'elles soient statiques ou cinématiques, doivent être
alignées sur une réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au présent document.
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire statique, les valeurs numériques des 7 paramètres de la
similitude de transformation doivent être nulles à la résolution numérique équivalente aux positions
estimées des stations. Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles d'origine,
d'orientation et d'échelle, par rapport à une réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au
présent document.
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire cinématique, les valeurs numériques des 14 paramètres de la
similitude de transformation doivent être nulles à la résolution numérique équivalente aux positions
estimées des stations. Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles d'origine,
d'orientation et d'échelle et leurs variations temporelles, par rapport à une réalisation de l'ITRS
primaire ou secondaire conforme au présent document.
Exigence 2
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire cinématique, une série temporelle de solutions de position
journalières ou hebdomadaires sur au moins 2,5 ans doit être utilisée pour estimer de façon fiable les
[9]
vitesses des stations .
Exigence 3
Pour la méthode PPP absolue de détermination de la position, un ensemble de positions pour un
ensemble de stations ITRF/IGS réparties mondialement doit également être estimé pour la
détermination de 7 (pour les réalisations statiques) ou 14 (pour les réalisations cinématiques)
paramètres de transformation pour confirmer l'alignement avec une réalisation de l'ITRS primaire ou
secondaire conforme au présent document.
Exigence 4
Toute réalisation secondaire de l'ITRS basée sur le GNSS et dérivée des méthodes présentées dans
l'Annexe A normative doit être accompagnée d'une documentation qui certifie la conformité avec le
présent document. Au moins les éléments suivants doivent être décrits :
— la réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au présent document sur laquelle s'aligne
cette réalisation de l'ITRS secondaire ;
— les valeurs numériques des 7 paramètres de transformation sont nulles pour la résolution
numérique équivalente aux positions estimées des stations à une époque donnée (éventuellement à
une époque quelconque). Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles
d'origine, d'orientation et d'échelle, par rapport à la réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire
conforme au présent document ;
© ISO 20192020 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 13 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
— données d'entrée : types d'observations (observations géodésiques spatiales et/ou terrestres) et
leur durée ;
— traitement des données : logiciel utilisé, stratégie d'analyse, paramètres estimés et leurs
écarts-types ;
— citation accessible et/ou documentation décrivant la relation entre le repère de référence terrestre
spécifique et une réalisation de l'ITRS (ITRF), y compris des exemples numériques de coordonnées
et d'époques de stations dans les deux repères de référence terrestres.
6 © ISO 20192020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 14 ----------------------
ISO 19161-1:20192020(F)
Annexe A
(normative)
Méthodes de détermination des positions dans une réalisation de l'ITRS
A.1 Méthodes de positionnement
A.1.1
L'ITRS est diffusé à travers ses différentes réalisations primaires et secondaires, auxquelles les
utilisateurs ont accès. Outre des utilisations
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 19161-1
Première édition
2020-01
Information géographique —
Références géodésiques —
Partie 1:
Système international de référence
terrestre (ITRS)
Geographic information — Geodetic references —
Part 1: International terrestrial reference system (ITRS)
Numéro de référence
ISO 19161-1:2020(F)
©
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et abréviations . 2
5 ITRS: aperçu . 3
6 Réalisations de l'ITRS . 4
6.1 Description d'une réalisation de l'ITRS . 4
6.2 Classification des réalisations . 4
6.2.1 Généralités . 4
6.2.2 Réalisation primaire de l’ITRS. 4
6.2.3 Réalisation secondaire de l’ITRS . 4
6.3 Types de RRT . 5
6.3.1 Généralités . 5
6.3.2 RRT lié à la croûte terrestre . 5
6.3.3 RRT lié aux éphémérides des satellites . 5
6.4 Méthodes de réalisation secondaire de l'ITRS . 5
7 Conformité d'une réalisation secondaire de l'ITRS . 5
Annexe A (normative) Méthodes de détermination des positions dans une réalisation de l'ITRS .7
Annexe B (informative) Description de l'ITRS et de l'ITRF .10
Annexe C (informative) Repères de référence principaux alignés sur les réalisations de
l'ITRS primaires et secondaires .13
Bibliographie .16
© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l'intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 211, Information géographique/
Géomatique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 19161 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Introduction
Le présent document fournit des informations de base et des définitions relatives au système
international de référence terrestre (ITRS), à ses réalisations et à la manière d'avoir accès à celles-ci.
Elles sont conformes aux conventions adoptées par les organisations scientifiques internationales qui
ont créé ce concept, à savoir l'Union géodésique et géophysique internationale (UGGI), en particulier
son association chargée de la géodésie, l'Association internationale de géodésie (AIG) et l'Union
astronomique internationale (UAI).
Les différentes réalisations de l'ITRS sont ensuite présentées sous forme de repères de référence liés à
la croûte terrestre, qui sont mondiaux, régionaux ou locaux, et sous forme d'éphémérides des satellites,
telles que celles diffusées par les systèmes de navigation par satellite.
L'Annexe A du présent document décrit les méthodes d'accès à l'ITRS et les différents processus requis
pour déterminer les positions exprimées dans ce système.
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 19161-1:2020(F)
Information géographique — Références géodésiques —
Partie 1:
Système international de référence terrestre (ITRS)
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des informations de base et les exigences relatives au système international
de référence terrestre (ITRS), à ses définitions, à ses réalisations et à la manière d'avoir accès à celles-ci.
Le présent document:
— décrit l'ITRS selon les définitions et la terminologie adoptées par l'Union géodésique et géophysique
internationale (UGGI), l'Association internationale de géodésie (AIG) et l'Union astronomique
internationale (UAI);
— décrit différentes catégories de réalisations de l'ITRS: sa réalisation primaire, appelée repère
international de référence terrestre (ITRF), d'autres réalisations existantes de systèmes de
référence dérivés mathématiquement de l'ITRS, et des réalisations alignées sur l'ITRF, comme les
repères de référence spécifiques aux GNSS;
— catégorise les procédures de réalisation de l'ITRS.
2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
système de coordonnées
ensemble de règles mathématiques déterminant la façon dont les coordonnées sont affectées à des points
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.11]
3.2
système de référence terrestre géocentrique
GTRS
système de coordonnées spatio-temporelles géocentriques dans le cadre de la relativité générale,
tournant avec la Terre et lié au système de référence céleste géocentrique par une rotation spatiale qui
prend en compte les paramètres de l'orientation de la Terre
[SOURCE: Résolutions de 1991 et 2007 de l'AIG et de l'UGGI]
© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
3.3
processus de positionnement
processus de calcul qui détermine directement à partir de mesures les coordonnées géodésiques de
points (positionnement absolu), ou qui dérive les coordonnées géodésiques de points à partir de
coordonnées géodésiques préalablement déterminées (positionnement relatif)
3.4
éphéméride des satellites
représentation numérique de la trajectoire du centre de masse d'un satellite artificiel en orbite autour
de la Terre exprimée dans un repère de référence terrestre (3.5) centré sur la Terre
3.5
repère de référence terrestre
RRT
réalisation d'un système de référence terrestre (SRT) (3.6), en précisant son origine, son orientation,
son échelle et son évolution temporelle
Note 1 à l'article: La réalisation s'effectue au moyen d'un ensemble de points physiques dont les coordonnées
sont déterminées avec précision dans un système de coordonnées (3.1) spécifique, ce qui peut inclure la vitesse de
variation des coordonnées.
Note 2 à l'article: La réalisation est dite statique lorsqu'aucune vitesse de variation de coordonnées n'est définie,
et cinématique lorsque les vitesses de variation de coordonnées sont définies sans tenir compte des forces sous-
jacentes à l'origine du mouvement. La réalisation peut être qualifiée de dynamique lorsque ces forces externes
sont prises en compte. « Dynamique » est également utilisé communément pour décrire les cas dynamique et
cinématique sans distinction.
[SOURCE: Conventions de l'IERS de 2010]
3.6
système de référence terrestre
SRT
ensemble de conventions définissant l'origine, l'échelle, l'orientation et l'évolution temporelle d'un
système de référence spatial tournant avec la Terre dans son mouvement diurne dans l'espace
Note 1 à l'article: Le concept abstrait d'un SRT est réalisé grâce à un repère de référence terrestre (3.5).
Note 2 à l'article: Dans ce système, les positions des points localisés sur la surface de la Terre solide possèdent
des coordonnées uniquement sujettes à de faibles variations temporelles, en raison des effets géophysiques
(déformations tectoniques ou dues aux marées). Dans le cadre newtonien, l'espace physique est considéré comme
un espace affine euclidien de dimension 3, avec une origine, une échelle et une orientation.
[SOURCE: ISO 19111:2019, 3.1.66 — modifiée: La Note 1 à l'article a été modifiée, la Note 2 à l'article a
été ajoutée à partir des Conventions de l'IERS de 2010]
4 Symboles et abréviations
AIG Association internationale de géodésie
BeiDou Système chinois de navigation par satellites
BIH Bureau international de l’heure
CGCS2000 Système de coordonnées géodésiques chinois 2000
CTRS Système de référence terrestre conventionnel [Conventional Terrestrial Reference System]
DORIS Détermination d'orbite et radiopositionnement intégré par satellite
DPS Déformation post-sismique
2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
EUREF Sous-commission 1.3a de l'AIG, sous-commission pour l'Europe sur les repères de référence
GLONASS Système russe de positionnement par satellite à l'échelle du globe [Globalnaya Navigatsion-
naya Sputnikovaya Sistema]
GNSS Système mondial de navigation par satellite [Global Navigation Satellite System]
GPS Système de positionnement mondial [Global Positioning System]
GTRF Repère de référence terrestre de Galileo [Galileo Terrestrial Reference Frame]
GTRS Système de référence terrestre géocentrique [Geocentric Terrestrial Reference System]
IERS Service international de la rotation terrestre et des systèmes de référence [International
Earth Rotation and Reference Systems Service]
IGS Service international du GNSS [International GNSS Service]
ITRF Repère international de référence terrestre [International Terrestrial Reference Frame]
ITRS Système international de référence terrestre [International Terrestrial Reference System]
JGS Système géodésique japonais de navigation par satellite [Japan Satellite Navigation Geo-
detic System]
LLR Télémétrie laser sur la Lune [Lunar Laser Ranging]
PCV Variation du centre de phase [Phase Centre Variations]
POT Paramètre(s) d'orientation de la Terre
PPP Positionnement ponctuel précis
PZ-90 Parametry Zemli 1990
QZSS Système satellitaire quasi zénithal [Quasi-Zenith Satellite System]
RRT Repère de référence terrestre
RTK Positionnement cinématique en temps réel [Real Time Kinematic]
SLR Télémétrie laser sur satellites [Satellite Laser Ranging]
SRT Système de référence terrestre
UAI Union astronomique internationale
UGGI Union géodésique et géophysique internationale
VLBI Interférométrie à très grande base [Very Long Baseline Interferometry]
WGS 84 Système géodésique mondial 1984 [World Geodetic System 1984]
5 ITRS: aperçu
L’ITRS est défini conjointement par l’UAI et l’UGGI. Il s'agit de la partie spatiale tridimensionnelle d'un
système de référence terrestre géocentrique (GTRS) spécifique dont l'orientation est entretenue en
continuité avec les accords internationaux passés (orientation BIH).
© ISO 2020 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Depuis 1988, la surveillance de la définition de l'ITRS et la détermination de ses principales réalisations,
connues sous le nom d'ITRF, relèvent du Service international de la rotation terrestre et des systèmes
de référence (IERS).
Une description plus détaillée de l'ITRS, ainsi que son origine, son échelle et son orientation effectives,
figurent à l'Annexe B (informative).
6 Réalisations de l'ITRS
6.1 Description d'une réalisation de l'ITRS
Une réalisation de l'ITRS est tout produit RRT contenant les informations numériques requises (par
exemple, un ensemble de coordonnées statiques, ou coordonnées et vitesses) satisfaisant à la définition
de l'origine (centre de masse de la Terre), de l'orientation (non-rotation globale par rapport aux
mouvements de la surface de la Terre) et de l'échelle (basée sur la vitesse de la lumière et la constante
de gravitation de la Terre) de l'ITRS et son évolution temporelle.
EXEMPLE 1 Une réalisation de l'ITRS consiste en un ensemble de coordonnées statiques ou un ensemble de
coordonnées et leur évolution temporelle, de points physiques sur la surface topographique de la Terre.
EXEMPLE 2 Les ensembles de coordonnées dans une réalisation de l'ITRS peuvent se référer à chaque satellite
d'une constellation.
6.2 Classification des réalisations
6.2.1 Généralités
Les réalisations actuelles de l'ITRS sont obtenues par le traitement et l'analyse d'ensembles de données
issues de techniques de géodésie spatiale. Les réalisations peuvent être établies au moyen d'une ou de
plusieurs de ces techniques. Toutes les réalisations actuelles consistent en un ensemble d'identificateurs
de points physiques, avec les coordonnées numériques correspondantes, exprimées dans un système
de coordonnées (par exemple cartésien, ellipsoïdal).
Dans le présent document, les catégories suivantes de réalisations sont différenciées:
6.2.2 Réalisation primaire de l’ITRS
Il s'agit d'un produit confié à l'IERS sous le nom générique d'ITRF. Le présent document ne définit
pas ces réalisations primaires et ne donne aucune exigence à leur égard, car elles relèvent de la seule
[3][5]
responsabilité de l'IERS . Seule une explication générale est présentée (voir Annexe B).
6.2.3 Réalisation secondaire de l’ITRS
Il s'agit de tout autre repère de référence terrestre aligné sur l'ITRF.
L'alignement sur un RRT utilise une similitude de transformation à 7 ou 14 paramètres dans laquelle
toutes les valeurs des paramètres sont nulles pour donner une solution avec la même origine, échelle,
orientation et évolution temporelle qu'un RRT existant.
Dans le cas d'un RRT représenté par un ensemble de données sur les positions estimées des stations,
une similitude de transformation à 7 paramètres est utilisée, où les paramètres représentent les
différences relatives à l'origine, l'orientation et l'échelle par rapport à un RRT existant.
Dans le cas d'un RRT représenté par un ensemble de données sur les positions et vitesses estimées des
stations, une similitude de transformation à 14 paramètres est utilisée, où les paramètres représentent
les différences relatives à l'origine, l'orientation, l'échelle et l'évolution temporelle par rapport à un RRT
existant, à une ou plusieurs époque(s) donnée(s).
4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Les réalisations secondaires doivent être réalisées ou dérivées à partir d'une réalisation primaire ou
secondaire existante qui soit conforme au présent document. Elles peuvent être qualifiées de « mise en
œuvre » ou de « densification » de l'ITRF.
L'Annexe C résume certaines de ces réalisations secondaires.
6.3 Types de RRT
6.3.1 Généralités
Une réalisation de l'ITRS peut être représentée sous forme de coordonnées de points valides à
une époque donnée, de séries temporelles de coordonnées à des époques régulières (par exemple,
journalières, hebdomadaires) ou de coordonnées données en fonction du temps selon des modèles
linéaires et/ou non linéaires. Les deux types de RRT sont:
6.3.2 RRT lié à la croûte terrestre
Dans le cas d'un RRT lié à la croûte terrestre, les points se réfèrent à des objets situés sur la surface
topographique de la terre, par exemple des marqueurs géodésiques ou des instruments de suivi.
L'ensemble des objets composant un RRT donné définit un réseau géodésique, qui peut avoir une
couverture mondiale, régionale ou nationale.
6.3.3 RRT lié aux éphémérides des satellites
Un RRT lié aux éphémérides des satellites se réfère à toute représentation numérique de la trajectoire du
centre de masse d'un ou plusieurs satellites artificiels en orbite autour de la Terre, exprimée dans l'ITRS.
6.4 Méthodes de réalisation secondaire de l'ITRS
Dans toutes les réalisations secondaires de l'ITRS, le critère principal pour déterminer si elles sont
compatibles avec l'ITRS consiste à démontrer qu'elles sont alignées sur une réalisation primaire ou
secondaire de l'ITRS conforme au présent document.
Les méthodes de détermination d'une réalisation secondaire sont précisées dans l'Annexe A normative.
7 Conformité d'une réalisation secondaire de l'ITRS
Cette conformité est obtenue si la réalisation secondaire de l'ITRS est conforme aux exigences suivantes.
Exigence 1
Les réalisations secondaires de l'ITRS représentées par un ensemble de données des positions estimées
de la station et (si cinématique) des vitesses, qu'elles soient statiques ou cinématiques, doivent être
alignées sur une réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au présent document.
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire statique, les valeurs numériques des 7 paramètres de la
similitude de transformation doivent être nulles à la résolution numérique équivalente aux positions
estimées des stations. Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles d'origine,
d'orientation et d'échelle, par rapport à une réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au
présent document.
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire cinématique, les valeurs numériques des 14 paramètres de la
similitude de transformation doivent être nulles à la résolution numérique équivalente aux positions
estimées des stations. Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles d'origine,
d'orientation et d'échelle et leurs variations temporelles, par rapport à une réalisation de l'ITRS
primaire ou secondaire conforme au présent document.
Exigence 2
© ISO 2020 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Pour une réalisation de l'ITRS secondaire cinématique, une série temporelle de solutions de position
journalières ou hebdomadaires sur au moins 2,5 ans doit être utilisée pour estimer de façon fiable les
[9]
vitesses des stations .
Exigence 3
Pour la méthode PPP absolue de détermination de la position, un ensemble de positions pour
un ensemble de stations ITRF/IGS réparties mondialement doit également être estimé pour la
détermination de 7 (pour les réalisations statiques) ou 14 (pour les réalisations cinématiques)
paramètres de transformation pour confirmer l'alignement avec une réalisation de l'ITRS primaire ou
secondaire conforme au présent document.
Exigence 4
Toute réalisation secondaire de l'ITRS basée sur le GNSS et dérivée des méthodes présentées dans
l'Annexe A normative doit être accompagnée d'une documentation qui certifie la conformité avec le
présent document. Au moins les éléments suivants doivent être décrits:
— la réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au présent document sur laquelle s'aligne
cette réalisation de l'ITRS secondaire;
— les valeurs numériques des 7 paramètres de transformation sont nulles pour la résolution numérique
équivalente aux positions estimées des stations à une époque donnée (éventuellement à une époque
quelconque). Les paramètres doivent représenter les différences tridimensionnelles d'origine,
d'orientation et d'échelle, par rapport à la réalisation de l'ITRS primaire ou secondaire conforme au
présent document;
— données d'entrée: types d'observations (observations géodésiques spatiales et/ou terrestres) et
leur durée;
— traitement des données: logiciel utilisé, stratégie d'analyse, paramètres estimés et leurs écarts-types;
— citation accessible et/ou documentation décrivant la relation entre le repère de référence terrestre
spécifique et une réalisation de l'ITRS (ITRF), y compris des exemples numériques de coordonnées
et d'époques de stations dans les deux repères de référence terrestres.
6 © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
Annexe A
(normative)
Méthodes de détermination des positions dans une réalisation
de l'ITRS
A.1 Méthodes de positionnement
A.1.1
L'ITRS est diffusé à travers ses différentes réalisations primaires et secondaires, auxquelles les
utilisateurs ont accès. Outre des utilisations scientifiques spécifiques, ces réalisations servent
généralement à déterminer les positions qui permettent d'accéder à l'ITRS.
Il existe trois méthodes de base pour déterminer les coordonnées des points dans une réalisation
de l'ITRS primaire ou secondaire. Ces méthodes peuvent être classées comme des méthodes de
positionnement différentiel, une méthode de positionnement absolu ou une transformation à 7
ou 14 paramètres de coordonnées existantes d'une réalisation non ITRS à une réalisation de l'ITRS.
La présente annexe décrit chacune de ces trois méthodes, qui sont utilisées pour mettre en œuvre les
réalisations secondaires de l'ITRS. La présente annexe décrit chacune de ces trois méthodes, qui sont
utilisées pour mettre en œuvre les réalisations secondaires de l'ITRS.
A.1.2 Méthodes de positionnement différentiel
Il existe deux classes de méthodes de positionnement différentiel ou relatif: (1) celle utilisant des
observations différentielles GNSS et (2) celle utilisant des mesures terrestres classiques de distances
et d’angles.
Les méthodes différentielles GNSS sont basées sur l'estimation des différences de coordonnées ou des
vecteurs de ligne de base entre paires de points en utilisant des mesures de phase de la porteuse GNSS.
Connaître les coordonnées d'une paire de points permet de déterminer les coordonnées de l'autre point
en utilisant la différence de position estimée par simple addition vectorielle. Il existe de nombreuses
variantes de cette méthode pour les applications statiques et en temps réel. Afin d'obtenir des positions
dans une réalisation de l'ITRS, les coordonnées connues doivent être dans la même réalisation de l'ITRS.
Les méthodes classiques reposent également sur l'estimation des différences de coordonnées entre les
points, mais utilisent des mesures terrestres (observations) d’angles, de distances et du nivellement
entre les points. Connaissant les coordonnées d'un nombre minimal de points et/ou l'azimut géodésique
entre au moins une paire de points, les coordonnées estimées des autres points peuvent être
déterminées en utilisant un ajustement par moindres carrés des observations (il est à noter qu'il faut
plus que le nombre minimal requis d'observations pour effectuer un ajustement par moindres carrés).
En raison de la précision accrue et de l'économie de l'utilisation des méthodes GNSS sur de longues
distances, ces méthodes classiques de levé terrestre sont principalement utilisées pour les levés locaux
jusqu'à quelques kilomètres et il convient de ne pas les utiliser pour la réalisation secondaire de l'ITRS.
Le traitement des observations de ligne de base GNSS d'un réseau local, national, régional ou mondial
pour produire des coordonnées de stations (statiques ou cinématiques) entre dans cette catégorie et est
considéré comme une densification de l'ITRF. Cette solution inclut généralement des stations non ITRF,
mais un certain nombre de stations ITRF (de préférence réparties mondialement) avec des coordonnées
bien connues sont incluses dans le traitement afin de faciliter et d'assurer le meilleur alignement à l'ITRF.
Les orbites et les paramètres d'horloge des satellites GNSS, ainsi que les paramètres d'orientation de la
Terre sont généralement fixés lors du traitement, mais doivent être compatibles avec les paramètres de
définition de l'ITRS. Des procédures générales sur la manière d'exprimer les coordonnées d'une station
© ISO 2020 – Tous droits réservés 7
---------------------- Page: 12 ----------------------
ISO 19161-1:2020(F)
d'un réseau GNSS dans l'ITRF en utilisant les produits IGS peuvent être trouvées par exemple dans [6],
qui recommandent les étapes suivantes:
a) sélection d'un ensemble de stations de référence ITRF/IGS connues et collecte de leurs observations
GNSS auprès des centres de données IGS, couvrant la période des observations impliquées. Il est
fortement recommandé de sélectionner un ensemble de stati
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.