航海類課件-坐標(biāo)與時間系統(tǒng)

1、 2.1 地球的運(yùn)動 從不同的角度，地球的運(yùn)轉(zhuǎn)可分為四類：天文學(xué)的基本概念（預(yù)備知識） 與銀河系一起在宇宙中運(yùn)動 在銀河系內(nèi)與太陽一起旋轉(zhuǎn) 與其它行星一起繞太陽旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)） 地球的自轉(zhuǎn)（周日視運(yùn)動）第二章 坐標(biāo)與時間系統(tǒng)1預(yù)備知識天球的基本概念 所謂天球，是指以地球質(zhì)心O為中心，半徑 r為任意長度的一個假想的球體。在天文學(xué)中，通常均把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來表達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。 建立球面坐標(biāo)系統(tǒng)，如圖21所示. 參考點(diǎn)、線、面和園2圖21 天球的概念3 天軸與天極 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點(diǎn) PN 和 PS 稱為天極，其中 PN 稱為北天極，

2、 PS 為南天極。 天球赤道面與天球赤道 通過地球質(zhì)心 O 與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的大圓稱為天球赤道。 天球子午面與子午圈 含天軸并通過任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面. 天球子午面與天球相交的大園稱為天球子午圈。4 時圈 通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。黃道 地球公轉(zhuǎn)的軌道面(黃道面)與天球相交的大園稱為黃道。 黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23.5度。黃極 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)，稱為黃極。其中靠近北天極的交點(diǎn)稱為北黃極，靠近南天極的交點(diǎn)稱為南黃極。5春分點(diǎn)與秋分點(diǎn) 黃道與赤道的兩個交點(diǎn)稱為春分

3、點(diǎn)和秋分點(diǎn)。視太陽在黃道上從南半球向北半球運(yùn)動時，黃道與天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)，用 表示。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動時，春分點(diǎn)和天球赤道面，是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面 赤經(jīng)與赤緯 地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為赤緯,春分點(diǎn)的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為赤經(jīng)。6 地球的公轉(zhuǎn)：開普勒三大運(yùn)動定律： 運(yùn)動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點(diǎn)上； 在單位時間內(nèi)掃過的面積相等； 運(yùn)動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。7 地球的自轉(zhuǎn) 的特征： (1) 地軸方向相對于空間的變化（歲差和章動） 地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。假設(shè)月球的引力及其運(yùn)行軌道

4、是固定不變的,由于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，類似于旋轉(zhuǎn)陀螺，形成一個倒圓錐體（見下圖），其錐角等于黃赤交角=23.5 ，旋轉(zhuǎn)周期為26000年，這種運(yùn)動稱為歲差，是地軸方向相對于空間的長周期運(yùn)動。歲差使春分點(diǎn)每年向西移動50.389 月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為白道，月球運(yùn)行的軌道與月的之間距離是不斷變化的，使得月球引力產(chǎn)生的大小和方向不斷變化，從而導(dǎo)致北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，而是類似園的波浪曲線運(yùn)動，即地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為18.6年，且振幅為9.21的短周期運(yùn)動。這種現(xiàn)象稱為章動。 考慮歲差和章動的共同影響：真旋轉(zhuǎn)軸、瞬時真天

5、極、真天球赤道、瞬時真春分點(diǎn)。 考慮歲差的影響：瞬時平天極、瞬時平天球赤道、瞬時平春分點(diǎn)。10 (2)地軸相對于地球本身相對位置變化（極移） 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位置變化，從而導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象稱為極移。 某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為瞬時極，某段時間內(nèi)地極的平均位置稱為平極。地球極點(diǎn)的變化，導(dǎo)致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化。天文聯(lián)合會(IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG) 建議采用國際上5個緯度服務(wù)(ILS)站以19001905年的平均緯度所確定的平極作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通常稱為國際協(xié)議原點(diǎn)CIO (Conventional Internat

6、ional Origin) 11國際極移服務(wù) ( IPMS ) 和國際時間局( BIH )等機(jī)構(gòu)分別用不同的方法得到地極原點(diǎn)。 與CIO相應(yīng)的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面 。12 (3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長變化） 地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長期變化表現(xiàn)為地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)致日長的視擾動和緩慢變長，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的時間尺度產(chǎn)生變化。 描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動規(guī)律的參數(shù)稱為地球定向參數(shù) (EOP)，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的參數(shù)稱為地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)，EOP 即為 ERP 加上歲

7、差和章動，其數(shù)值可以在國際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)網(wǎng)站( )上得到。13時間的描述包括時間原點(diǎn)、單位（尺度）兩大要素。 時間是物質(zhì)運(yùn)動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運(yùn)動。時間的特點(diǎn)是連續(xù)、均勻，故一種物質(zhì)的運(yùn)動也應(yīng)該連續(xù)、均勻。周期運(yùn)動滿足如下三項要求，可以作為計量時間的方法。 運(yùn)動是連續(xù)的； 運(yùn)動的周期具有足夠的穩(wěn)定性； 運(yùn)動是可觀測的。 選取的物理對象不同，時間的定義不同: 地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動等。 2.2 時間系統(tǒng)14恒星時(ST)以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動確定的時間，稱為恒星時。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天的時間間隔

8、為一個恒星日，分為24個恒星時，某一地點(diǎn)的地方恒星時，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對于這一地方子午圈的時角。 地方真恒星時、平恒星時、格林尼治真恒星時、 格林尼治平恒星時之間的關(guān)系：15平太陽時MT以真太陽作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動確定的時間，稱為真太陽時。一個真太陽日就是真太陽連續(xù)兩次經(jīng)過某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時間。 地球繞太陽公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點(diǎn)快、遠(yuǎn)日點(diǎn)慢。真太陽日在近日點(diǎn)最長、遠(yuǎn)日點(diǎn)最短。假設(shè)以平太陽作為參考點(diǎn)，其速度等于真太陽周年運(yùn)動的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時間間隔，稱為一個平太陽日16 平太陽日是以平子夜的瞬時作為時間的起算零點(diǎn)，如果LAMT 表示平太陽

9、時角，則某地的平太陽時 MT = LAMT + 12 (平子夜與平正午差12小時）世界時UT： 以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為世界時。 UT = GAMT + 12 GAMT 代表格林尼治平太陽時角。17未經(jīng)任何改正的世界時表示為UT0，經(jīng)過極移改正的世界時表示為UT1，進(jìn)一步經(jīng)過地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正后的世界時表示為UT2。 UT1=UT0+, UT2=UT1+T歷書時ET與力學(xué)時 DT由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測得的時間不均勻。1958年第10屆IAU決定，自1960年起開始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動為基準(zhǔn)的歷書時來量度時間，用歷書時系統(tǒng)代替世界時。 歷書時的秒長規(guī)定為1900年1月

10、1日12時整回歸年長度的131556925.974718在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動力學(xué)理論建立的運(yùn)動方程而編寫的，其中采用的獨(dú)立變量是時間參數(shù)T,其變量被定義為力學(xué)時，力學(xué)時是均勻的。參考點(diǎn)不同，力學(xué)時分為兩種： 1) 太陽系質(zhì)心力學(xué)時TDB 2) 地球質(zhì)心力學(xué)時TDTTDT和TDB可以看作是ET分別在兩個坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)，TDT代替了過去的ET地球質(zhì)心力學(xué)時的基本單位國際秒制，與原子時的尺度相同。IGU規(guī)定：1977年1月1日原子時（TAI) 0時與地球力學(xué)時嚴(yán)格對應(yīng)為： TDT=TAI+32.184 19原子時(AT) 原子時是一種以原子諧振信號周期為標(biāo)準(zhǔn)。原子時的基本單位是原子時秒

11、，定義為：在零磁場下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個超精細(xì)能級間躍遷輻射192631770周所持續(xù)的時間為原子時秒，規(guī)定為國際單位制中的時間單位。 原子時的原點(diǎn)定義：1958年1月1日UT2的0時。 AT=UT20.0039(s) 地球自轉(zhuǎn)的不均性，原子時與世界時的誤差逐年積累。20 協(xié)調(diào)世界時(UTC)原子時與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，秒長不等，大約每年相差1秒，便于日常使用，協(xié)調(diào)好兩者的關(guān)系，建立以原子時秒長為計量單位、在時刻上與平太陽時之差小于0.9秒的時間系統(tǒng)，稱之為世界協(xié)調(diào)時(UTC)。當(dāng)大于0.9秒，采用12月31日或6月30

12、日調(diào)秒。調(diào)秒由國際計量局來確定公布。世界各國發(fā)布的時號均以UTC為準(zhǔn)。 TAI=UTC+1n(秒）21GPS時間系統(tǒng)時間的計量對于衛(wèi)星定軌、地面點(diǎn)與衛(wèi)星之間距離測量至關(guān)重要，精確定時設(shè)備是導(dǎo)航定位衛(wèi)星的重要組成部分。 GPS的時間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實(shí)驗(yàn)室USNO維持的原子時稱為GPST，它與國際原子的原點(diǎn)不同，瞬時相差一常量： TAIGPST=19(s)GPST的起點(diǎn)，規(guī)定1980年1月6日0時GPS與UTC相等。222.3 坐標(biāo)系統(tǒng) 1、大地基準(zhǔn)所謂基準(zhǔn)是指為描述空間位置而定義的點(diǎn)、線、面，在大地測量中，基準(zhǔn)是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)（如參考橢球的長短半軸），以及參考橢球在空

13、間中的定位及定向，還有在描述這些位置時所采用的單位長度的定義。 測量常用的基準(zhǔn)包括平面基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn) 等。23 2、大地測量坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系：用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動。地球坐標(biāo)系： 用于研究地球上物體的定位與運(yùn)動，是以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，分為大地坐標(biāo)系和空間直角坐標(biāo)系兩種形式，基準(zhǔn)和坐標(biāo)系兩方面要素構(gòu)成了完整的坐標(biāo)參考系統(tǒng)!24 圖28 天球坐標(biāo)系25 圖210 大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)26 3、高程參考系統(tǒng)以大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正高 以似大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正常高；大地水準(zhǔn)面相對于旋轉(zhuǎn)橢球面的起伏如圖所示，正常高及正高與大地高有如下關(guān)系

14、： H=H正常+ H=H正高+N 27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。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，水準(zhǔn)路線長度為4166191公里。 大地測量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是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。28 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

15、2000國家重力基本網(wǎng)包括21個重力基準(zhǔn)點(diǎn)和126個重力基本點(diǎn) 。“2000國家GPS控制網(wǎng)”由國家測繪局布設(shè)的高精度GPS A、B級網(wǎng)，總參布設(shè)的GPS 一、二級網(wǎng)，地震局、總參測繪局、科學(xué)院、國家測繪局共建的中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)組成，該控制網(wǎng)整合了上述三個大型的有重要影響力的GPS觀測網(wǎng)的成果，共2609個點(diǎn)，通過聯(lián)合處理將其歸于一個坐標(biāo)參考框架，可滿足現(xiàn)代測量技術(shù)對地心坐標(biāo)的需求，是我國新一代的地心坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架.29橢球定位和定向概念 橢球的類型: 參考橢球: 具有確定參數(shù)(長半徑 a和扁率)，經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳擬合的地球橢球. 總地球橢球: 除了滿足地心定

16、位和雙平行條件外，在確定橢球參數(shù)時能使它在全球范圍內(nèi)與大地體最密合的地球橢球.橢球定位: 是指確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部定位和地心定位。30 局部定位 ： 要求在一定范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求； 地心定位 ： 要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面最佳的符合，同時要求橢球中心與地球質(zhì)心一致。 橢球的定向 指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局部定位還是地心定位，都應(yīng)滿足兩個平行條件： 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起始子午面。31 2.3.2 慣性坐標(biāo)系(CIS)與協(xié)議坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系：是指在空間固定不動或做勻速直線運(yùn)動的坐標(biāo)系。協(xié)

17、議慣性坐標(biāo)系的建立： 由于地球的旋轉(zhuǎn)軸是不斷變化的，通常約定某一刻 t0 作為參考?xì)v元，把該時刻對應(yīng)的瞬時自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動改正后的指向作為 Z 軸，以對應(yīng)的春分點(diǎn)為 X 軸的指向點(diǎn)，以 XOY 的垂直方向?yàn)?Y 軸建立天球坐標(biāo)系，稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系 或協(xié)議慣性坐標(biāo)系 CIS (CIS= Conventional Inertial System) 32 國際大地測量協(xié)會IAG和國際天文學(xué)聯(lián)合會IAU決定，從1984年1月1日起采用以J2000.0 (2000年1月15日)的平赤道和平春分點(diǎn)為依據(jù)的協(xié)議天球坐標(biāo)系.協(xié)議天球坐標(biāo)系瞬時平天球標(biāo)系瞬時真天球標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時平天球坐標(biāo)系 協(xié)

18、議天球坐標(biāo)系與瞬時平天球坐標(biāo)系的差異是歲差導(dǎo)致的 Z 軸方向發(fā)生變化產(chǎn)生的，通過對協(xié)議天球坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)兩者之間的坐標(biāo)變換 。 33 為觀測歷元 t 的儒略日。34 瞬時平天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時真天球坐標(biāo)瞬時真天球坐標(biāo)系與瞬時平天球坐標(biāo)系的差異主要是地球自轉(zhuǎn)軸的章動造成的，兩者之間的相互轉(zhuǎn)換可以通過章動旋轉(zhuǎn)矩陣來實(shí)現(xiàn).為黃赤交交、交角章動、黃經(jīng)章動.35 合并上述兩式：36 2.3.3 地固坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系）以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系，與地球體固連在一起且與地球同步運(yùn)動，參考橢球的中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,又稱為參心地固坐標(biāo)系。以總地球橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系.與地球體固連在一起且與地球同步運(yùn)

19、動，地心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,又稱為地心地固坐標(biāo)系。 特點(diǎn)：地面上點(diǎn)坐標(biāo)在地固坐標(biāo)系中不變（不考慮潮汐、板塊運(yùn)動），在天球坐標(biāo)系中是變化的(地球自轉(zhuǎn)).37坐標(biāo)系統(tǒng)是由坐標(biāo)原點(diǎn)位置、坐標(biāo)軸的指向和尺度所定義的，對于地固坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)選在參考橢球中心或地心，坐標(biāo)軸的指向具有一定的選擇性，國際上通用的坐標(biāo)系一般采用協(xié)議地極方向CTP)作為 Z 軸指向，因而稱為協(xié)議(地固）坐標(biāo)系。與其相對應(yīng)坐標(biāo)系瞬時地球坐標(biāo)系稱為瞬時(地固）坐標(biāo)系.協(xié)議(地固）坐標(biāo)系與瞬時坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換極移的影響極移參數(shù)的確定 38坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù)) 國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織IERS根據(jù)所屬臺站的觀測資料推算得到并以公報形式發(fā)布，由此可以實(shí)現(xiàn)兩

20、種坐標(biāo)系之間的相互變換。39 40 協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的關(guān)系41 42 3.地球參心坐標(biāo)系 建立地球參心坐標(biāo)系，需如下幾個方面的工作：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)。 廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程：43 44一點(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 45坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))廣義弧度測量方程:設(shè)垂線偏差與大地水準(zhǔn)面公式:46 47 48 49 上式稱為廣義弧度測量方程特殊情況下：50 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

21、數(shù): 新的橢球參數(shù)：2)由廣義弧度測量方程計算大地原點(diǎn):3)廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程計算大地原點(diǎn)坐標(biāo):51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)的確立是一個參心大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志. 521954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。 1954年北京坐標(biāo)系的缺限: 橢球參數(shù)有較大誤差。 參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)+68m。 53 幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參

22、考面不統(tǒng)一。我國在處理重力數(shù)據(jù)時采用赫爾默特19001909年正常重力公式，與這個公式相應(yīng)的赫爾默特扁球不是旋轉(zhuǎn)橢球，它與克拉索夫斯基橢球是不一致的，這給實(shí)際工作帶來了麻煩。 定向不明確 。54 1980年國家大地坐標(biāo)系 特點(diǎn) 采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會 IUGG第16屆大會上推薦的5個橢球基本參數(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 在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來的。 橢球

23、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。 55 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)。 大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系 1980大地坐標(biāo)系建立的方法56按最小二乘法求: ，在進(jìn)一步求大地原點(diǎn)的起算數(shù)據(jù). 平差后提供的大地點(diǎn)成果屬于1980年西安坐標(biāo)系，它和原1954年北京坐標(biāo)系的成果是不同的。這個差異除了由于它們各屬不同橢球與不同的橢球定位、定向外，還因?yàn)榍罢呤墙?jīng)過整體平差，而后者只是作了局部平差。不同坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn)坐標(biāo)可以通過一定的數(shù)學(xué)模型，在一定的精度范圍內(nèi)進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換，使用時必

24、須注意所用成果相應(yīng)的坐標(biāo)系統(tǒng)。 57 新1954年北京坐標(biāo)系(BJ54新) 新1954年北京坐標(biāo)系,是在GDZ80基礎(chǔ)上，改變GDZ80相對應(yīng)的IUGG1975橢球幾何參數(shù)為克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并將坐標(biāo)原點(diǎn) (橢球中心)平移,使坐標(biāo)軸保持平行而建立起來的。 按 ，求解58 59 60 BJ54新的特點(diǎn)是：采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。是綜合GDZ80和BJ建立起來的參心坐標(biāo)系。采用多點(diǎn)定位，但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國 境內(nèi)不是最佳擬合。定向明確，坐標(biāo)軸與GDZ80相平行，橢球短軸平行 于地球質(zhì)心，指向1968.0地極原點(diǎn)的方向。 地原點(diǎn)與GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。高程基準(zhǔn)采用1956年

25、黃海高程系。 與BJ54相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。 61 地心坐標(biāo)系原點(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)。62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

26、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)星大地測量動力法等。632) WGS-84世界大地坐標(biāo)系WGS-84是CTS, 坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z 軸指向 BIH1984.0 CTP方向，X軸指向 BIH1984.0零子午面和 CTP 赤道的交點(diǎn)，Y 軸和 Z、X 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 5個基本參數(shù) a =6 378 137m e2=0.0066943799013 GM =3 986 005108m3s-2 C2,0=-484.166 8510-6 =7 292 11510-11rad/s 64 WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS

27、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)。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。 653) ITRS與ITRF 國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS ( International

28、Earth Rotation Service) 1988年: IUGG+IAUIERS（IBH+IPMS） IERS的任務(wù)主要有以下幾個方面：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 66國際地球參 考系統(tǒng)(ITRS)ITRS是一種協(xié)議地球

29、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)的整個地球的質(zhì)心；CTRS的長度單位為米(m)，并且是在廣義相對論框架下的定義；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的定向的隨時演變滿足地殼無整體旋轉(zhuǎn)NNR條件的板塊運(yùn)動模型，坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))-國際地球參系統(tǒng)ITRS67 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