地球的形状及坐标系课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第一章第一章 地球形状及坐标系地球形状及坐标系第1页第一节地球形状和大小第一节地球形状和大小第2页正常椭球正常椭球：也称为“水准椭球”。表面为正常重力位U等于常数旋转椭球。用于代表地球理想形体。正常椭球面是大地水准面规则形状。该面上正常重力位应严格与大地水准面上一致。第3页 总地球椭球：总地球椭球：最靠近地球形状和大小椭球。总地球椭球正常位W0应与大地水准面上位相等，中心应与地球质心重合，赤道应与地球赤道一致，起始子午面应与天文子午面重合，短轴与地轴相重合，体积应与大地体体积相等，在全球范围大地水准面差距平方和最小,即：第4页 参考椭球：参考椭球：大小和定位定向最靠近本国本国或当地域地球椭球。表现在两个面最靠近及同点法线和垂线最靠近。全部地面测量都以法线投影在这个椭球面上，这么椭球叫做参考椭球。第5页应用球面三角原理，推出垂线偏差分量公式：=90-B-（90-）=B=（-L）cos 第6页测定垂线偏差方法：测定垂线偏差方法：1.天文大地测量方法2.重力测量方法3.天文重力方法4.GPS测量方法第7页第二节测量坐标系第二节测量坐标系第8页天球天球以地球质心为球心，以无穷远为半径所形成球，称为天球。Pn En Es ps 第9页一、天文地理坐标系一、天文地理坐标系 图1-2第10页二、大地坐标系二、大地坐标系是大地测量参考系统详细实现，是经过大地测量伎俩确定固定在地面上控制网（点）所构建，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。详细表达在控制点上。第11页第12页第13页第14页第15页椭球定位和定向椭球定位和定向确定基准数据，进行天文观察，将天文观察天文坐标，令为第一个大地点坐标，高程为大地高高程，至一点大地方位角。=L=B=AH常=H大第16页三、空间大地直角坐标系三、空间大地直角坐标系第17页四、平面直角直角坐标系统四、平面直角直角坐标系统第18页五、几个常见大地坐标系举例五、几个常见大地坐标系举例第19页（一）（一）1954年北京坐标系年北京坐标系20世纪50年代迫切需要建立一个参心大地坐标系。鉴于当初历史条件，首先将我国东北地域一等锁与苏联远东一等锁相联接，然后以联接处呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端点苏联1942年普普尔尔科科沃沃坐标系坐标为起算数据，平差我国东北及东部地域一等锁，这么传算来坐标系，定名为1954年北京坐标系。1954年北京坐标系能够认为是苏联1942年坐标系延伸，但又不完全属于该坐标系。因为高程异常是以苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来；大地点高程是以1956年青岛验潮站求出黄海平均海水面为基准。第20页1954年北京坐标系在我国近50年测绘生产实践中发挥了巨大作用。15万个国家大地点和数百万加密控制点均在该系统内完成了计算工作。以该系统为基础测制完成了全国1：5万及1：10万百分比尺地形图1：1万百分比尺地形图也在相当范围内完成。以1954年北京坐标系为基础测绘结果和文档资料，已经渗透到国民经济建设和国防建设各个领域。第21页伴随科学技术发展，1954年北京坐标系已经难以适应当代化建设需要，突出问题是：（1）所采取克拉索夫斯基椭球，其参数不一样 国 际 大 地 测 量 与 地 球 物 理 联 合 会（IUGG）1983年第18届大会大地测量常数推荐值相比较，长半径约大109m，这不但对研究地球几何形状有影响，而且只包括2个几何性质椭球参数（a、f），满足不了当今理论研究和实际工作中需要用4个基本参数（长半径a、地球重力场二阶带球谐系数J2、地心引力常数GM、地球自转角速度）描述地球椭球要求。第22页（2）椭球定向不明确。椭球短轴指向既不是国际上普遍采取国际协议原点CIO，也不是我国对地极运动长久研究结果所确定地极原点JYD1968.0。起始大地子午面也不是国际时间局（BIH）所定义格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来较大误差和不便。椭球定位时大地原点位于苏联最西部列宁格勒附近普尔科沃，这一定位结果使椭球面与我国大地水准面呈西高东低系统性倾斜，东部地域高程异常最大达+65m，全国范围平均达29m，如图3-15所表示。第23页（3）该坐标系统大地点坐标是经局部平差逐次得到，全国全部大地控制点坐标值不能连成统一整体，区与区接合部存在较大隙距，同一点在不一样区坐标之差可达12m。而且自东北至西南，误差愈积累愈大。这种情况对于发展我国空间技术和大规模经济建设是很不利。第24页（二二）1980年年西西安安大大地地坐坐标标系系（1980年国家大地坐标系）年国家大地坐标系）1978年，我国决定对全国天文大地网施行整体平差，这项工作要在新坐标系参考椭球面上进行。为此，首先要建立一个新大地坐标系统，而且命名为1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系含义能够描述以下：第25页（1）采取了既含几何参数又含物理参数4个椭球基本参数，其数值采取1975年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）第16届大会推荐值，如第七章第一节所述。（2）大地原点位于我国中部陕西省泾阳县永乐镇，西安市以北60km处，简称西安原点西安原点。（3）大地点高程是以1956年青岛验潮站求出黄海平均海水面为基准正常高系统。（4）椭球定位满足3个条件：椭球短轴平行于 由 地 球 质 心 指 向 我 国 确 定 地 极 原 点JYD1968.0方向；起始大地子午面平行于我国定义起始天文子午面；椭球面与似大地水准面在我国地域最为密合。第26页第27页 大地原点设在陕西 省泾阳县永乐镇北 洪流村。第28页为此，在全国按11间隔，均匀选取了922点，组成弧度测量方程式 第29页该式是由公式第一式略去 和k项，因为采取正常高系统，故用 代替dH,并用 代替 而得到。因为IUGG1975年推荐椭球参数和克拉索夫斯基椭球参数均为已知值，故式中 亦为已知值。式中 求解方法是：用1167个天文点和约15万个重力点结果，在全国由天文重力水准路线、短边天文水准路线和天文水准加均衡更正路线组成21个环，进行不等权平差，求得各路线高程异常差，再以原点 为起算值逐一推求，最终绘制成全国高程异常 图。第30页依据上述922点弧度测量方程式，按求解定位元素 X、Y 、Z ，再进而求出大地原点上 0、0和0，联络大地原点上测得天文经纬度、天文方位角和正常高，按式（2-16）求得大地原点上 H 0、L 0、B 0 和 A 0，作为1980年国家大地坐标系大地起算数据。第31页由上所述，1980年国家大地坐标系完全符合建立经典参心大地坐标系原理。椭球参数个数合理、数值准确，椭球面与大地水准面取得了很好密合，全国范围平均差值由1954年北京坐标系29m减小至10m，全国多数地域在15m以内,如图。第32页 第33页（三）（三）国家大地坐标系国家大地坐标系质心坐标系；经过三种形式坐标来表达国际坐标系统坐标框架；地心坐标系以高精度坐标框架来实现；经国务院同意，我国自7月1日启用国家大地坐标系。国家大地坐标系与其它坐标系实施坐标转换、衔接过渡期为8至。第34页（四）（四）WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系质心坐标系；质心坐标系；经过三种形式坐标来表达国际坐标系统坐标框架；地心坐标系以高精度坐标框架来实现；IERS国际地球服务组织；取代了BIH、IPMS;第35页第36页WGS-84坐标系 空间直角坐标系 A（X，Y，Z）是GPS 采取坐标系，属地心空间直角坐标系。10/10/12:00 AM第37页IERS主要有以下服务：（1）维持国际天球参考系统（ICRS）和框架（ICR）；（2）维持国际地球参考系统（ITRS）和框架（ITR）；（3）及时提供准确地球自转参数（EOP）。ITRS是当前国际上最准确、最稳定全球性地心坐标系，它定义遵照IERS定义第38页协议地球坐标系法则，即ITRS原点位于地心，它定向由BIH1984.0给出，ITRS经过国际地球参考框架ITRF来实现，ITRF是基于各种空间技术(GPS,SL R,VLBI,DORIS)得到地面站站坐标集和速度场，ITRF参考框架点已达300多个，而且是全球分布。在GPS技术强有力支持下，美国不停更新地心坐标精度，更新或精化地心坐标时间以1980.0为GPG厉元始点，以后时间以GPS周计算，采取G*标识。1984年建立了WGS-84(即所谓世界大地坐标系统1984)；美国又对WGS-84进行了再次精化。以后还会继续进行这种类似精化和维护，能够说WGS-84是一个与时俱进不停改进和完善世界大地坐标系。第39页第三节高程基准面和高程系统第三节高程基准面和高程系统一、大地高系统一、大地高系统二、正高系统二、正高系统三、正常高系统三、正常高系统四、力高系统四、力高系统（同一水准面上高程相同）第40页第41页第42页第43页五、各高程系统之间关系五、各高程系统之间关系大地高大地高H大大、正高、正高H正正、及正常高、及正常高H正常正常关系如图关系如图1-8所表示，即：所表示，即：H大=H正+NH大=H正常+N为大地水准面差距；为高程异常。(zeta zat)第44页 地面 P 似大地水准面 大地水准面 椭球面 N第45页第46页第47页第48页惯用高程系统波罗海高程波罗海高程波罗海高程十0374米1956年黄海高程中国新疆境内还有部分水文站一直还在使用“波罗海高程”。广州高程及珠江高程广州高程及珠江高程 广州高程 1985国家高程系 4.26（米）广州高程 黄海高程系 4.41（米）广州高程 珠江高程基准 5.00（米）第49页大连零点大连零点日本入侵中国东北期间，在大连港码头仓库区内设置验潮站，并以多年验潮资料求得平均海面为零起算，称为“大连零点”。该高程系基点设在辽宁省大连市 大连港原一号码头东转角处，该基点在大连零点高程系中高程为3.765米。原点设在吉林省长春市人民广场内，已被毁坏。该系统于1959年以前在中国 东北地域曾广泛使用。1959年中国东北地域精密水准网在山海关与中国东南部水准网连接平差后，改用1956年黄海高程系统。大连基点高程在1956年黄 海高程系高程为3.790米。1第50页