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测量坐标系统市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx
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1、第二章第二章第二章第二章 2.2.2.2.测量坐标系(统)测量坐标系(统)测量坐标系(统)测量坐标系(统)测量坐标系统测量坐标系统坐标系转换坐标系转换 第1页上一讲应掌握内容上一讲应掌握内容1、惯用地面点位表示、惯用地面点位表示 空间直角坐标系(X,Y,Z);大地坐标系(L,B,H);高斯平面直角坐标系(x,y)2、地球运转、地球运转 地球公转满足开普勒三大运动定律;地球自转即地球绕地轴由西向东旋转;地球转动特征:地轴方向相对于空间改变(岁差和章动)地轴方向相对于空间改变(岁差和章动)地轴相对于地球本身相对位置改变(极移)地轴相对于地球本身相对位置改变(极移)地球自转速度改变(日长改变)地球自
2、转速度改变(日长改变)春分点每年向西移动50.3,260移动一圈;振幅为9.21,18.6年为周期第2页上一讲应掌握内容上一讲应掌握内容3 3、地球形状表述、地球形状表述大地水准面大地水准面含有物理意义地球形状一个几何表述参考椭球面参考椭球面最正确拟合于区域性大地水准面旋转椭球面总地球椭球面(简称地球椭球)总地球椭球面(简称地球椭球)最正确拟合于全球大地水准面且为正常位面旋转椭球面。地球大地基准常数地球大地基准常数是:是:a-椭球长半径,fM-引力常数与地球质量乘积,J2-地球重力场二阶带球谐系数,-地球自转角速度。第3页上一讲应掌握内容上一讲应掌握内容4、建立测量坐标系相关概念建立测量坐标系
3、相关概念椭球定位与定向意义和条件实现定位方法:依据天文测量和高程测量来实现依据天文测量和高程测量来实现 一点定位;一点定位;多点定位:多点定位:椭球面在大地原点处不一定与和大地水准面相切椭球面在大地原点处不一定与和大地水准面相切建立地球参心坐标系工作第4页.测量坐标系(统)测量坐标系(统)一、测量坐标系统相关概念1、大地基准大地基准v所谓基准是指为描述空间位置而定义点、线、面,在大地所谓基准是指为描述空间位置而定义点、线、面,在大地测量中,基准是指用以描述地球形状测量中,基准是指用以描述地球形状参考椭球参数参考椭球参数(如参(如参考椭球长、短半轴),以及参考椭球在空间中考椭球长、短半轴),以及
4、参考椭球在空间中定位及定向定位及定向,还有在描述这些位置时所采取还有在描述这些位置时所采取单位长度单位长度定义。定义。v测量惯用基准包含测量惯用基准包含平面基准平面基准、高程基准高程基准、重力基准重力基准等等.2 2、测量坐标系、测量坐标系 地面和空间点位确实定总是要参考于某一给定坐标系。地面和空间点位确实定总是要参考于某一给定坐标系。狭狭义坐标系义坐标系是指点位表示方法(是指点位表示方法(3种),种),广义坐标系广义坐标系是由坐是由坐标原点、坐标轴指向和尺度所定义。标原点、坐标轴指向和尺度所定义。第5页一、测量坐标系统相关概念(续)3 3、大地测量坐标参考系统、大地测量坐标参考系统基准基准和
5、和坐标系坐标系两方面要素组成了完整两方面要素组成了完整测量测量坐标参考系统坐标参考系统不一样基准坐标系它们点位坐标是不一样。不一样基准坐标系它们点位坐标是不一样。4 4、地固坐标系、地固坐标系测量坐标参考系统分为天球坐标系和地球坐标系(亦称地固坐标系)。天球坐标系主要用于研究天体和人造卫星定位与运动;地球坐标系主要用于研究地球上物体定位与运动。确定地球表面点空间位置采取地固坐标系更为方便。依据坐标系原点位置不一样,地固坐标系分为地心地固坐标系(原点与地球质心重合)和参心地固坐标系(原点与参考椭球中心重合),前者以总地球椭球为基准,后者以参考椭球为基准。第6页一、测量坐标系统相关概念(续)5、大
6、地测量参考架大地测量参考架固定在地面上控制网 坐标参考架,高程参考架,重力参考架。6、建立地固坐标系统必须处理问题、建立地固坐标系统必须处理问题确定椭球形状和大小(长半径a和扁率等);确定椭球中心位置(椭球定位);确定椭球短轴指向(椭球定向);建立大地原点。第7页二、我国采取测量坐标系统二、我国采取测量坐标系统(参心坐标系)(参心坐标系)(一)(一)1954 1954年北京坐标系年北京坐标系1954年北京坐标系是我国广泛采取大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联采取过1942年普尔科沃坐标系。该坐标系采取参考椭球是克拉索夫斯基椭球。这是一个只有几何量表示椭球,其椭球参数为:椭球参数为:a=637
7、8245m =1298.3该椭球并未依据当初我国天文观察资料进行重新定位,而是直接由前苏联西伯利亚地域一等锁,经我国东北地域传算过来。第8页(一)(一)1954 1954年北京坐标系年北京坐标系(续续)1954年北京坐标系存在缺点:年北京坐标系存在缺点:克拉索夫斯基椭球参数同当代准确椭球参数差异较大,而且不包含表示地球物理特征参数,因而给理论和实际工作带来了许多不便。椭球定向不十分明确,椭球短半轴既不指向国际通用CIO极,也不指向当前我国使用JYD极。参考椭球面与我国大地水准面自西向东显著系统性倾斜,在东部地域大地水准面差距最大达+68m。该坐标系统大地点坐标是经过局部分区平差得到,即没有进行
8、整体平差。区与区之间存在较大隙距。在不一样区坐标值相差1-2米。第9页(二)(二)1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系 1980年国家大地坐标系(亦称1980西安坐标系)是1978年我国决定建立新国家大地坐标系统,对全国天文大地网施行整体平差。采取国际大地测量协会1975年推荐参考椭球IAG-75国际椭球,其四个几何和物理参数值为:四个几何和物理参数值为:椭球长半径 a=6378140m 引力常数与地球质量乘积 GM=3.9860051014m3s2 地球重力场二阶带球谐系数 J2=10826310-8 地球自转角速度 =7.29211510-5rads导出:地球椭球扁率:导出:地球椭球扁
9、率:=1/298.257=1/298.257 赤道正常重力值赤道正常重力值0 0=9.78032m/s=9.78032m/s2 2第10页(二)(二)1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系 椭球短轴平行于地球自转轴(由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向),起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面。按照椭球面与似大地水准面在我国境内符合最好约束条件进行定位(多点定位),并将大地原点确定在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准在1980年国家大地坐标系中大地点结果与原1945年北京坐标系中大地点结果是不一样。这个差异除了因为前者是经过整体平差,而后者
10、只是作了局部平差以外,主要还因为它们各属于不一样椭球与不一样椭球定位、定向。第11页(三)新(三)新1954年北京坐标系年北京坐标系新1954年北京坐标系(BJ54新)是由1980年国家大地坐标系(GDZ80)转换得来。BJ54新是在GDZ80基础上改变GDZ80相对应75国际椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数,并将坐标原点(椭球中心)平移,使坐标轴保持平行而建立起来。BJ54新和GDZ80空间直角坐标关系:两坐标系控制点高斯两坐标系控制点高斯平面坐标,其差值在平面坐标,其差值在全国全国80%地域内小于地域内小于5m。第12页新新1954年北京坐标系特点年北京坐标系特点1.采取克拉索夫斯基椭球
11、参数。2.是综合BJ54和GDZ80建立起来参心坐标系。3.采取多点定位,但椭球面与大地水准面在我国境内不是最正确拟合。4.定向明确,坐标轴平行与GDZ80相平行,椭球短轴平行于地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向),起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面。5.大地原点与GDZ80相同,但大地起算数据不一样。6.大地高程基准采取1956年黄海系。7.与BJ54旧相比,所采取椭球参数相同,其定位相近,但定向不一样。BJ54旧坐标是局部平差结果,而BJ54新是GDZ80整体平差结果转换值。第13页三、地心(地固)坐标系三、地心(地固)坐标系l原点原点O与地球质心重合,与地球质心重合,Z轴指
12、向地球北极,轴指向地球北极,X轴轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道交点,指向格林尼治平均子午面与地球赤道交点,Y轴轴垂直于垂直于XOZ平面组成右手坐标系。平面组成右手坐标系。l地球北极是地心地固坐标系基准指向点,地球北地球北极是地心地固坐标系基准指向点,地球北极点变动将引发坐标轴方向改变。基准指向点指极点变动将引发坐标轴方向改变。基准指向点指向不一样,可分为向不一样,可分为瞬时地心坐标系瞬时地心坐标系与与协议地心坐协议地心坐标系标系。l在大地测量中采取地心地固坐标系大多采取协议在大地测量中采取地心地固坐标系大多采取协议地极原点地极原点CIO为指向点。为指向点。第14页(一)地心地固坐标系建立方
13、法(一)地心地固坐标系建立方法直接法直接法:经过一定观察资料经过一定观察资料(如天文、重力资料、卫星观察如天文、重力资料、卫星观察资料等资料等),直接求得点地心坐标方法,如天文重力,直接求得点地心坐标方法,如天文重力法和卫星大地测量动力法等。法和卫星大地测量动力法等。间接法间接法:经过一定资料经过一定资料(包含地心系统和参心系统资料包含地心系统和参心系统资料),求得地心和参心坐标系之间转换参数,然后按其求得地心和参心坐标系之间转换参数,然后按其转换参数和参心坐标,间接求得点地心坐标方法。转换参数和参心坐标,间接求得点地心坐标方法。第15页(二)(二)WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系WG
14、S-84WGS-84是美国国防部是美国国防部19841984年为年为GPSGPS系统建立一个协系统建立一个协议地球参考系议地球参考系CTSCTS。坐标系原点是地球质心,。坐标系原点是地球质心,Z Z 轴轴指向指向 BIH BIH1984.0 1984.0 CTPCTP方向,方向,X X轴指向轴指向 BIH BIH1984.01984.0零子午零子午面和面和 CTP CTP 赤道交点,赤道交点,Y Y 轴和轴和 Z Z、X X 轴组成右手坐轴组成右手坐标系。标系。4 4个基本参数个基本参数 a=6 378 137m=6 378 137m GM GM=3 986 00510=3 986 00510
15、8 8m m3 3s s-2-2 C C2,02,0=-484.166 8510=-484.166 8510-6-6 =7 292 11510=7 292 11510-11-11rad/srad/s第16页WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系vWGS-84坐标系是当前坐标系是当前GPS所采取坐标系统,所采取坐标系统,GPS卫星所卫星所公布广播星历参数就是基于此坐标系统。公布广播星历参数就是基于此坐标系统。vWGS-84坐标系统全称是坐标系统全称是World Geodical System-84(世界(世界大地坐标系大地坐标系-84),它是一个地心地固坐标系统。),它是一个地心地固坐标系统。
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