大地測量學(xué)基礎(chǔ)(第6章大地坐標(biāo)系的建立.ppt

1,5.1.地球參心坐標(biāo)系的建立 一、建立地球參心坐標(biāo)系，需如下幾個(gè)方面的工作： 選擇或求定橢球的幾何參數(shù)(半徑a和扁率)。 確定橢球中心的位置(橢球定位)。 確定橢球短軸的指向(橢球定向)。 建立大地原點(diǎn)。,2,（1）定向滿足二平行條件: 橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸; 大地起始子午面平行于天文子午面; （2）定向大地基準(zhǔn)面與地球形狀有最佳 密合; 即選擇合適的參考橢球中心點(diǎn)使：,地球形狀,N2 = min,定位,3,4,二、大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù) 大地原點(diǎn)也叫大地基準(zhǔn)點(diǎn)或大地起算點(diǎn)，參考橢球參數(shù)和大地原點(diǎn)上的起算數(shù)據(jù)的確立是一個(gè)參心大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志.,5,三、參心坐標(biāo)系大地原點(diǎn)的確定 拉布拉斯方程（天文大地坐標(biāo)與橢球大地坐標(biāo)的關(guān)系）,6,一點(diǎn)定位 如果選擇大地原點(diǎn)： 則大地原點(diǎn)的坐標(biāo)為： 多點(diǎn)定位 采用廣義弧度測量方程,參考橢球面與大地水準(zhǔn)面在大地原點(diǎn)相切,7,多點(diǎn)定位的過程：,1)由廣義弧度測量方程采用最小二乘法求,橢球參數(shù):,旋轉(zhuǎn)參數(shù):,新的橢球參數(shù)：,2)由廣義弧度測量方程計(jì)算,大地原點(diǎn):,3)廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程計(jì)算,大地原點(diǎn)坐標(biāo):,8,四、我國的參心坐標(biāo)系 （1）1954年北京坐標(biāo)系 1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。 L0 = 30o1938.55” B0 = 59o4618.71” A0 = 121o4036.13”（至布拉格方向）,9,（2）1980年國家大地坐標(biāo)系 采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(huì) IUGG第16屆大會(huì)上推薦的5個(gè)橢球基本參數(shù)。 長半徑 a=6378140m, 地球的扁率為 1/298.257 地心引力常數(shù) GM=3.986 0051014m3/s2, 重力場二階帶球諧系數(shù)J2 =1.082 6310-8 自轉(zhuǎn)角速度 =7.292 11510-5 rad/s 橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。,10,定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn) 的方向 大地原點(diǎn)地處我國中部，位于西安市以北60 km 處的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點(diǎn)。,11,大地原點(diǎn),12,13,14,五、我國的高程參考系 1956年黃海高程系統(tǒng)：1950年至1956年7年間青島驗(yàn)潮站的潮汐資料推求的平均海水面作為我國的高程基準(zhǔn)面。 1985國家高程基準(zhǔn)：根據(jù)青島驗(yàn)潮站 19521979年中取19年的驗(yàn)潮資料計(jì)算確定，并從1988年1月1日開始啟用。,15,水準(zhǔn)原點(diǎn) 為了長期、牢固地表示 出高程基準(zhǔn)面的位置，作 為傳遞高程的起算點(diǎn)，必 須建立穩(wěn)固的水準(zhǔn)起算點(diǎn)， 用精密水準(zhǔn)測量方法將它 與驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行 聯(lián)測，以高程基準(zhǔn)面為零 推求水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程。,16,17,5.2、地心坐標(biāo)系的建立 原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格 林尼治平均子午面與地球赤道的交點(diǎn)，Y軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 地球北極是地心地固坐標(biāo)系的基準(zhǔn)指向點(diǎn)，地球北極點(diǎn)的變動(dòng)將引起坐標(biāo)軸方向的變化?；鶞?zhǔn)指向點(diǎn)的指向不同，可分為瞬時(shí)地心坐標(biāo)系與協(xié)議地心坐標(biāo)系。 在大地測量中采用的地心地固坐標(biāo)系大多采用協(xié)議地極原點(diǎn)CIO為指向點(diǎn)。,18,地心地固坐標(biāo)系的建立方法 直接法: 間接法:,通過一定的資料(包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)的資料)，求得地心和參心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后按其轉(zhuǎn)換參數(shù)和參心坐標(biāo)，間接求得點(diǎn)的地心坐標(biāo)的方法,通過一定的觀測資料(如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測資料等)，直接求得點(diǎn)的地心坐標(biāo)的方法，如天文重力法和衛(wèi)星大地測量動(dòng)力法等。,19,2) WGS-84世界大地坐標(biāo)系 5個(gè)基本參數(shù) a =6 378 137m e2=0.0066943799013 GM =3 986 005108m3s-2 C2,0=-484.166 8510-6 =7 292 11510-11rad/s,20,WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。 WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS衛(wèi)星所發(fā)布的廣播星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。 WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是World Geodical System-84（世界大地坐標(biāo)系-84），它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當(dāng)時(shí)GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-72坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。,21,3) ITRS與ITRF 國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS ( International Earth Rotation Service) 1988年: IUGG+IAUIERS（IBH+IPMS） IERS的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面： 維持國際天球參考系統(tǒng)(ICRS)和框架(ICRF)； 維持國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)和框架(ITRF)； 提供及時(shí)準(zhǔn)確的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(EOP)。 ICRS(F)= International Celestrial reference system ITRS(F)= International Terrestrial reference system EOP=Earth Orbit Parameter,22,國際地球參考系統(tǒng)(ITRS) ITRS是一種協(xié)議地球參考系統(tǒng)(CTRS),定義為CTRS的原點(diǎn)為地心，并且是指包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)心； CTRS的長度單位為米(m)，并且是在廣義相對(duì)論框架下的定義； CTRS 的定向Z 軸從地心指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)；X 軸從地心指向格林尼治平均子午面與CTP赤道的交點(diǎn)；Y軸與XOZ 平面垂直而構(gòu)成右手坐標(biāo)系； CTRS的定向的隨時(shí)演變滿足地殼無整體旋轉(zhuǎn)NNR條件的板塊運(yùn)動(dòng)模型，,23,ITRF是ITRS 的具體實(shí)現(xiàn)，是由IERS (International Earth Rotation Service)中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空間大地測量技術(shù)的觀測數(shù)據(jù)分析得到的一組全球站坐標(biāo)和速度。 自1988年起，IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000等全球參考框架。 ITRF是通過框架的定向、原點(diǎn)、尺度和框架時(shí)間演變基準(zhǔn)的明確定義來實(shí)現(xiàn)的。 http:/lareg.ensg.ign.fr/ITRF/solutions.html，,24,國家平面控制網(wǎng)是全國進(jìn)行測量工作的平面位置的參考框架，國家平面控制網(wǎng)是按控制等級(jí)和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的國家平面控制網(wǎng)含三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)共154348個(gè)。 國家高程控制網(wǎng)是全國進(jìn)行測量工作的高程參考框架，按控制等級(jí)和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，目前提供使用的1985國家高程系統(tǒng)共有水準(zhǔn)點(diǎn)成果114041個(gè)，水準(zhǔn)路線長度為4166191公里。,通過大地測量手段確定的固定在地面上的控制網(wǎng)(點(diǎn)所構(gòu)建坐標(biāo)參考架、高程參考框架、重力參考框架。,2.3.3、大地測量參考框架（坐標(biāo)系的具體實(shí)現(xiàn)）,25,國家重力基本網(wǎng)是確定我國重力加速度數(shù)值的參考框架，目前提供使用的2000國家重力基本網(wǎng)包括21個(gè)重力基準(zhǔn)點(diǎn)和126個(gè)重力基本點(diǎn) 。 “2000國家GPS控制網(wǎng)”由國家測