大地測(cè)量學(xué)全冊(cè)配套完整課件

大地測(cè)量學(xué)全冊(cè)配套完整課件2

大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)3課程的基本要求本課程的性質(zhì)

專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開(kāi)課對(duì)象：測(cè)繪專業(yè)學(xué)生。本課程的教學(xué)內(nèi)容與特點(diǎn)

為了適應(yīng)新形勢(shì)下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上，刪除了陳舊過(guò)時(shí)的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實(shí)用天文學(xué)、橢球大地測(cè)量學(xué)、控制測(cè)量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容廣難深，授課課時(shí)短等特點(diǎn)。4本課程的教學(xué)安排與要求教學(xué)時(shí)間：共13周，總學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)。教學(xué)形式：以上課為主，包括課外討論、上機(jī)計(jì)算、課間與課外實(shí)習(xí)、課堂練習(xí)等。加強(qiáng)課外自學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。本課程的重要參考文獻(xiàn)

1）《地球形狀與地球重力場(chǎng)》寧津生等編2）《橢球大地測(cè)量學(xué)》陳建等編3）《大地坐標(biāo)系的建立》朱華統(tǒng)編4）《應(yīng)用大地測(cè)量學(xué)》陳建等編5第一章緒論6

第一章緒論

§1大地測(cè)量學(xué)的定義和作用§2大地測(cè)量學(xué)的基本體系和內(nèi)容§3大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史及展望

7§1大地測(cè)量學(xué)的定義和作用

1.1大地測(cè)量學(xué)的定義

是指在一定的時(shí)間與空間參考系中，測(cè)量和描繪地球形狀及其重力場(chǎng)并監(jiān)測(cè)其變化，為人類活動(dòng)提供地球空間信息的一門學(xué)科。經(jīng)典大地測(cè)量：地球剛體不變、均勻旋轉(zhuǎn)橢球體；在一定范圍內(nèi)測(cè)繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場(chǎng)。范圍小，不適動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)代大地測(cè)量：空間測(cè)繪技術(shù)(人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器)，空間大地測(cè)量為特征，范圍大。1.2大地測(cè)量學(xué)的作用大地測(cè)量學(xué)是一切測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎(chǔ)保證作用。如交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等

大地測(cè)量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測(cè)與救援。大地測(cè)量是發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)的重要保障。如:衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作都需要大地測(cè)量作保證。8§2大地測(cè)量學(xué)基本體系和內(nèi)容

2.1大地測(cè)量學(xué)的基本體系

應(yīng)用大地測(cè)量、橢球大地測(cè)量、天文大地測(cè)量、大地重力測(cè)量、測(cè)量平差等；新分支：海樣大地測(cè)量、行星大地測(cè)量、衛(wèi)星大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、慣性大地測(cè)量。大地測(cè)量的基本體系概括為以下三個(gè)分支：幾何大地測(cè)量學(xué)（即天文大地測(cè)量學(xué)）

基本任務(wù)：是確定地球的形狀和大小及確定地面點(diǎn)的幾何位置。

主要內(nèi)容：國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測(cè)量，距離測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測(cè)量計(jì)算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。9物理大地測(cè)量學(xué)：即理論大地測(cè)量學(xué)

基本任務(wù)：是用物理方法(重力測(cè)量)確定地球形狀及其外部重力場(chǎng)。

主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場(chǎng)，重力測(cè)量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場(chǎng)的理論與方法?？臻g大地測(cè)量學(xué)：主要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測(cè)器為代表的空間大地測(cè)量的理論、技術(shù)與方法。102.2大地測(cè)量學(xué)的基本內(nèi)容

確定地球形狀及外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測(cè)定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽(yáng)系行星的形狀及重力場(chǎng)。

建立和維持國(guó)家和全球的測(cè)繪基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)（天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)），以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要。

研究為獲得高精度測(cè)量成果的儀器和技術(shù)方法。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測(cè)量計(jì)算。研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)建立及應(yīng)用等。

11現(xiàn)代大地測(cè)量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動(dòng)力過(guò)程。

⑶觀測(cè)精度越高，相對(duì)精度達(dá)到10-8~10-9，絕對(duì)精度可到達(dá)毫米。⑷測(cè)量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來(lái)越復(fù)雜。

12§3大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史及展望

3.1大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第一階段：地球圓球階段

從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點(diǎn)的緯度差，用大地法得到對(duì)應(yīng)的子午圈弧長(zhǎng)，從而推得地球半徑（弧度測(cè)量）

第二階段：地球橢球階段

從17世紀(jì)至19世紀(jì)下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。

13

球形地球公元前６世紀(jì)希臘畢達(dá)哥拉斯提出“地圓說(shuō)”

扁球形地球１６８７牛頓提出“地扁說(shuō)”14大地測(cè)量?jī)x器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測(cè)微器；大地測(cè)量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測(cè)量法;行星運(yùn)動(dòng)定律：1619年德國(guó)的開(kāi)普勒發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；重力測(cè)量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進(jìn)行重力測(cè)量的原理；英國(guó)物理學(xué)家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。幾何大地測(cè)量標(biāo)志性成果：1)長(zhǎng)度單位的建立：子午圈弧長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一作為長(zhǎng)度單位為1m。2)最小二乘法的提出：法國(guó)的勒讓德，德國(guó)的高斯.3)橢球大地測(cè)量學(xué)的形成：解決了橢球上測(cè)量計(jì)算問(wèn)題。4)弧度測(cè)量大規(guī)模展開(kāi)。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測(cè)量，以及德國(guó)、俄國(guó)、美國(guó)等為代表的三角測(cè)量。5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、克拉克橢球參數(shù)。15物理大地測(cè)量標(biāo)志性成就：克萊羅定理的提出：法國(guó)學(xué)者克萊羅(A.C.Clairaut)假設(shè)地球是由許多密度不同的均勻物質(zhì)層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準(zhǔn)面)。該橢球面上緯度φ的一點(diǎn)的重力加速度按下式計(jì)算：16重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關(guān)系，法國(guó)的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質(zhì)的函數(shù)：在一個(gè)參考坐標(biāo)系中，引力位對(duì)被吸引點(diǎn)三個(gè)坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場(chǎng)緊密地聯(lián)系在一起。地殼均衡學(xué)說(shuō)的提出：英國(guó)的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時(shí)提出地殼均衡學(xué)說(shuō)，根據(jù)地殼均衡學(xué)說(shuō)可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算。重力測(cè)量有了進(jìn)展。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了用于絕對(duì)重力測(cè)量以及用于相對(duì)重力測(cè)量的便攜式擺儀。極大地推動(dòng)了重力測(cè)量的發(fā)展。17幾何大地測(cè)量學(xué)進(jìn)展：

天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（1800－1900印度，一等三角網(wǎng)2萬(wàn)公里，平均邊長(zhǎng)45公里；1911－1935美國(guó)一等7萬(wàn)公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬(wàn)多公里)因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測(cè)微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。

第三階段：大地水準(zhǔn)面階段

從19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，人們將對(duì)橢球的認(rèn)識(shí)發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。

18物理大地測(cè)量在這階段的進(jìn)展

1.大地測(cè)量邊值問(wèn)題理論的提出

英國(guó)學(xué)者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化，通過(guò)重力異常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動(dòng)位計(jì)算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來(lái)，荷蘭學(xué)者維寧·曼尼茲(F.A.VeningMeinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。

2.提出了新的橢球參數(shù)

赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。19第四階段：現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期

20世紀(jì)下半葉，以電磁波測(cè)距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量等為代表的新的測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測(cè)量帶來(lái)了革命性的變革，大地測(cè)量學(xué)進(jìn)入了以空間測(cè)量技術(shù)為代表的現(xiàn)代大地測(cè)量發(fā)展的新時(shí)期。

梨形地球20世紀(jì)50年代衛(wèi)星大地測(cè)量20

●

我國(guó)高精度天文大地網(wǎng)的建立

1951-1975年：一等三角點(diǎn)5萬(wàn)多個(gè)，全長(zhǎng)7.5多萬(wàn)公里，二等鎖，一等導(dǎo)線等，1972－1982年平差數(shù)據(jù)處理，建立1980國(guó)家大地坐標(biāo)系。

●

我國(guó)高精度重力網(wǎng)的建立

1981年開(kāi)始絕對(duì)重力測(cè)量與相對(duì)重力測(cè)量，11個(gè)絕對(duì)重力點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)），40多個(gè)（基本點(diǎn)），重力網(wǎng)的平差，1985年國(guó)家重力基本網(wǎng)形成。

主要技術(shù)

EDM：ElectronicDistanceMeasure;

GPS:GlobalPositioningSystem;

VLBI:VeryLongBaselineInterferometry;SLR：SatelliteLaserRanging;INS:InertialNavigationSystem21223.2大地測(cè)量的展望全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，激光測(cè)衛(wèi)(SLR)以及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI),慣性測(cè)量統(tǒng)(INS)是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要的空間大地測(cè)量技術(shù)

用衛(wèi)星測(cè)量、激光測(cè)衛(wèi)及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量等空間大地測(cè)量技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測(cè)量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場(chǎng)，建立大地基準(zhǔn)參考框架，監(jiān)測(cè)地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等科技任務(wù)的基本技術(shù)方案。精化地球重力場(chǎng)模型是大地測(cè)量學(xué)的重要發(fā)展目標(biāo)。

大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)

丁士俊武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院

聯(lián)系電話-mail:Shjding@課程簡(jiǎn)介與基本要求課程簡(jiǎn)介

專業(yè)基礎(chǔ)課，必修課；開(kāi)課對(duì)象：測(cè)繪專業(yè)學(xué)生。為了適應(yīng)新形勢(shì)下教學(xué)的需要，在原有課程的基礎(chǔ)上，刪除了陳舊過(guò)時(shí)的內(nèi)容，增添了大量的新理論、新技術(shù)，內(nèi)容廣泛。如地球重力學(xué)、實(shí)用天文學(xué)、橢球大地測(cè)量學(xué)、控制測(cè)量學(xué)、大地坐標(biāo)系的建立與變換等相關(guān)內(nèi)容。內(nèi)容廣難深，授課課時(shí)短等特點(diǎn)。課程的教學(xué)安排教學(xué)時(shí)間：共13周，總學(xué)時(shí)52學(xué)時(shí)。教學(xué)形式：以上課為主，自學(xué)為輔，包括上機(jī)計(jì)算、課間與課外實(shí)習(xí)、課堂練習(xí)等。主要參考文獻(xiàn)[1]《地球形狀與地球重力場(chǎng)》寧津生等編[2]《橢球大地測(cè)量學(xué)》陳建等編[3]《大地坐標(biāo)系的建立》朱華統(tǒng)編[4]《應(yīng)用大地測(cè)量學(xué)》陳建等編課程學(xué)習(xí)的具體要求第一章緒論

第一章緒論

§1大地測(cè)量學(xué)的定義和作用§2大地測(cè)量學(xué)的基本體系和內(nèi)容§3大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史及展望

§1大地測(cè)量學(xué)的定義和作用

1.1大地測(cè)量學(xué)的定義

大地測(cè)量學(xué)是指在一定的時(shí)間與空間參考系中，測(cè)量和描繪地球形狀及其重力場(chǎng)并監(jiān)測(cè)其變化，為人類活動(dòng)提供地球空間信息的一門學(xué)科。

經(jīng)典大地測(cè)量：在一定范圍內(nèi)測(cè)繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場(chǎng)。但研究范圍小，不適動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

現(xiàn)代大地測(cè)量：以空間測(cè)繪技術(shù)(人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器)為主要特征，研究空間精密定位理論、技術(shù)與方法。

1.2大地測(cè)量學(xué)的作用大地測(cè)量學(xué)是一切測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的作用。如交通運(yùn)輸、工程建設(shè)、土地管理、城市建設(shè)等

土地規(guī)劃與城鎮(zhèn)建設(shè)高速鐵路建設(shè)大地測(cè)量學(xué)在防災(zāi)，減災(zāi)，救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測(cè)與救援。三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)GPS大壩監(jiān)測(cè)大地測(cè)量是發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)的重要保障。如:衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)、宇宙探測(cè)器等發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、返回工作需要大地測(cè)量作保證。大地測(cè)量在地球科學(xué)研究中的地位顯得越來(lái)越重要。綜合各種大地測(cè)量技術(shù)與方法，能以高空間分辨率與時(shí)間分辨率測(cè)定全球、地區(qū)或局部的地殼運(yùn)動(dòng)，與其它地學(xué)學(xué)科一起共同揭示地球內(nèi)部的奧秘。大地測(cè)量是其它測(cè)繪分支學(xué)科的基礎(chǔ)。該學(xué)科的發(fā)展極大的影響其它學(xué)科的發(fā)展?！?大地測(cè)量學(xué)基本體系和內(nèi)容

2.1大地測(cè)量學(xué)的基本體系

應(yīng)用大地測(cè)量、橢球大地測(cè)量、天文大地測(cè)量、大地重力測(cè)量、測(cè)量平差等；新分支：海樣大地測(cè)量、行星大地測(cè)量、衛(wèi)星大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、慣性大地測(cè)量。大地測(cè)量的基本體系概括為以下三個(gè)分支幾何大地測(cè)量學(xué)（即天文大地測(cè)量學(xué)）

基本任務(wù)：確定地球的形狀和大小及確定地面點(diǎn)的幾何位置。

主要內(nèi)容：國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測(cè)量，距離測(cè)量，水準(zhǔn)測(cè)量；地球橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測(cè)量計(jì)算，橢球數(shù)學(xué)投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學(xué)模型等。物理大地測(cè)量學(xué)：即理論大地測(cè)量學(xué)

基本任務(wù)：是用物理方法(重力測(cè)量)確定地球形狀及其外部重力場(chǎng)。

主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場(chǎng)，重力測(cè)量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場(chǎng)的理論與方法?？臻g大地測(cè)量學(xué)：

主要研究以人造地球衛(wèi)星、空間探測(cè)器為代表的空間大地測(cè)量的理論、技術(shù)與方法。2.2大地測(cè)量學(xué)的基本內(nèi)容

確定地球形狀及外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測(cè)定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽(yáng)系行星的形狀及重力場(chǎng)。

建立和維持國(guó)家和全球的測(cè)繪基準(zhǔn)、坐標(biāo)系統(tǒng)（天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)），以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的需要。

研究為獲得高精度測(cè)量成果的儀器和技術(shù)方法。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)大地測(cè)量計(jì)算。研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)建立及應(yīng)用等。

現(xiàn)代大地測(cè)量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)到動(dòng)力過(guò)程。

⑶觀測(cè)精度高，相對(duì)精度達(dá)到10-8~10-9，絕對(duì)精度毫米。⑷測(cè)量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來(lái)越復(fù)雜。

§3大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史及展望

3.1大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

第一階段：地球圓球階段

從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點(diǎn)的緯度差，用大地法得到對(duì)應(yīng)的子午圈弧長(zhǎng)，從而推得地球半徑（弧度測(cè)量）。

第二階段：地球橢球階段

從17世紀(jì)至19世紀(jì)下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。

球形地球公元前６世紀(jì)希臘畢達(dá)哥拉斯提出“地圓說(shuō)”

扁球形地球１６８７牛頓提出“地扁說(shuō)”大地測(cè)量?jī)x器：望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測(cè)微器；大地測(cè)量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測(cè)量法;行星運(yùn)動(dòng)定律：1619年德國(guó)的開(kāi)普勒發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)三大定律；重力測(cè)量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進(jìn)行重力測(cè)量的原理；英國(guó)物理學(xué)家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。幾何大地測(cè)量標(biāo)志性成果：

1)長(zhǎng)度單位的建立：子午圈弧長(zhǎng)的四千萬(wàn)分之一作為長(zhǎng)度單位為1m。2)最小二乘法的提出：法國(guó)的勒讓德，德國(guó)的高斯.3)橢球大地測(cè)量學(xué)的形成：解決了橢球上測(cè)量計(jì)算問(wèn)題。4)弧度測(cè)量大規(guī)模展開(kāi)。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測(cè)量，以及德國(guó)、俄國(guó)、美國(guó)等為代表的三角測(cè)量。5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、克拉克橢球參數(shù)。物理大地測(cè)量標(biāo)志性成就：克萊羅定理的提出：法國(guó)學(xué)者克萊羅(A.C.Clairaut)假設(shè)地球是由許多密度不同的均勻物質(zhì)層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準(zhǔn)面)。該橢球面上緯度φ的一點(diǎn)的重力加速度按下式計(jì)算：重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關(guān)系，法國(guó)的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質(zhì)的函數(shù)：在一個(gè)參考坐標(biāo)系中，引力位對(duì)被吸引點(diǎn)三個(gè)坐標(biāo)方向的一階導(dǎo)數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場(chǎng)緊密地聯(lián)系在一起。地殼均衡學(xué)說(shuō)的提出：英國(guó)的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時(shí)提出地殼均衡學(xué)說(shuō)，根據(jù)地殼均衡學(xué)說(shuō)可導(dǎo)出均衡重力異常以用于重力歸算。重力測(cè)量有了進(jìn)展。設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了用于絕對(duì)重力測(cè)量以及用于相對(duì)重力測(cè)量的便攜式擺儀。極大地推動(dòng)了重力測(cè)量的發(fā)展。幾何大地測(cè)量學(xué)進(jìn)展：

天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（1800－1900印度，一等三角網(wǎng)2萬(wàn)公里，平均邊長(zhǎng)45公里；1911－1935美國(guó)一等7萬(wàn)公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬(wàn)多公里)因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測(cè)微器水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用。

第三階段：大地水準(zhǔn)面階段

從19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，人們將對(duì)橢球的認(rèn)識(shí)發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。

梨形地球20世紀(jì)50年代衛(wèi)星大地測(cè)量物理大地測(cè)量在這階段的進(jìn)展

1.大地測(cè)量邊值問(wèn)題理論的提出

英國(guó)學(xué)者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進(jìn)行簡(jiǎn)化，通過(guò)重力異常的積分，提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動(dòng)位計(jì)算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。后來(lái)，荷蘭學(xué)者維寧·曼尼茲(F.A.VeningMeinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。

2.提出了新的橢球參數(shù)

赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。我國(guó)高精度天文大地網(wǎng)的建立

1951-1975年：一等三角點(diǎn)5萬(wàn)多個(gè)，全長(zhǎng)7.5多萬(wàn)公里，二等鎖，一等導(dǎo)線等，1972－1982年平差數(shù)據(jù)處理，1980國(guó)家大地坐標(biāo)系。我國(guó)高精度重力網(wǎng)的建立

1981年開(kāi)始絕對(duì)與相對(duì)重力測(cè)量，11個(gè)絕對(duì)重力點(diǎn)（基準(zhǔn)點(diǎn)），40多個(gè)（基本點(diǎn)），重力網(wǎng)的平差，1985年國(guó)家重力基本網(wǎng)形成。

主要技術(shù)

EDM,

GPS,VLBI:SLR;INS:

20世紀(jì)下半葉，以電磁波測(cè)距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量等為代表的新的測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測(cè)量帶來(lái)了革命性的變革，大地測(cè)量學(xué)進(jìn)入了以空間測(cè)量技術(shù)為代表的現(xiàn)代大地測(cè)量發(fā)展的新時(shí)期。第四階段：現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期

3.2大地測(cè)量的展望全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，激光測(cè)衛(wèi)(SLR)以及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量(VLBI),慣性測(cè)量統(tǒng)(INS)是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要空間大地測(cè)量技術(shù)

用衛(wèi)星測(cè)量、激光測(cè)衛(wèi)及甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量等空間大地測(cè)量技術(shù)建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測(cè)量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場(chǎng)，建立大地基準(zhǔn)參考框架，監(jiān)測(cè)地殼形變，保證空間技術(shù)及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準(zhǔn)等科技任務(wù)的主要技術(shù)方案。精化地球重力場(chǎng)模型是大地測(cè)量學(xué)的重要發(fā)展目標(biāo)。

第二章坐標(biāo)與時(shí)間系統(tǒng)天文學(xué)的基本概念地球運(yùn)轉(zhuǎn)可分為四類：1）與銀河系一起在宇宙中運(yùn)動(dòng)；2)在銀河系內(nèi)與太陽(yáng)一起旋轉(zhuǎn)；3)與其它行星一起繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)(地球公轉(zhuǎn)-周年視運(yùn)動(dòng)）；4)地球的自轉(zhuǎn)（周日視運(yùn)動(dòng)）。2.1地球的運(yùn)動(dòng)所謂天球，是指以地球質(zhì)心O為中心，半徑r為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想的球體。在天文學(xué)中，通常把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標(biāo)來(lái)表達(dá)或研究天體的位置及天體之間的關(guān)系。天球的概念地球的運(yùn)轉(zhuǎn)2.1地球的運(yùn)動(dòng)

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，PS為南天極。

天球赤道面與天球赤道:通過(guò)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。天球的參考點(diǎn)、線、面2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）天球子午面與子午圈:含天軸并通過(guò)任一點(diǎn)鉛垂線的平面，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。時(shí)圈:通過(guò)天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時(shí)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(guò)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。春分點(diǎn)與秋分點(diǎn):黃道與赤道的兩個(gè)交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。視太陽(yáng)在黃道上從南半球向北半球運(yùn)動(dòng)時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)，用γ表示。在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(guò)天體的天球子午面的夾角為赤經(jīng)。2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）北天極南黃極北黃極天球子午圈天軸南天極春分點(diǎn)赤緯赤經(jīng)黃赤交角天球的參考點(diǎn)、線、面和園

1、地球的公轉(zhuǎn)

開(kāi)普勒三大運(yùn)動(dòng)定律：

—運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，太陽(yáng)位于其橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上；—在單位時(shí)間內(nèi)掃過(guò)的面積相等；

—運(yùn)動(dòng)的周期的平方與軌道的長(zhǎng)半軸的立方的比為常數(shù)。2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）開(kāi)普勒三大定律決定了地球繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的特征：1）橢圓軌道（黃道）2）軌道上運(yùn)動(dòng)速度，近日點(diǎn)14710km,遠(yuǎn)日點(diǎn)15210km.3)運(yùn)行時(shí)間由長(zhǎng)半軸大小決定，一恒星年。

2、地球的自轉(zhuǎn)

(1)地軸方向相對(duì)于空間變化歲差和章動(dòng)

地球自轉(zhuǎn)軸在空間的變化，是日月引力的共同結(jié)果。使得地球的旋轉(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(gè)倒圓錐體(見(jiàn)圖),其錐角等于黃赤交角ε=23.5o

，旋轉(zhuǎn)周期為26000年，這種運(yùn)動(dòng)稱為日月歲差，其它行星對(duì)地球的微小引力，不足以改變地軸的方向，但使黃道面產(chǎn)生微小變化，導(dǎo)致春分點(diǎn)位置產(chǎn)生微小變化，這種現(xiàn)象為行星歲差，統(tǒng)稱為歲差，是地軸方向相對(duì)于空間的長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)。歲差使春分點(diǎn)每年向西移動(dòng)50.3″2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）

月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為白道，月球運(yùn)行的軌道以及月地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向西運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)。

考慮歲差和章動(dòng)的共同影響：

真（瞬時(shí)）旋轉(zhuǎn)軸

真（瞬時(shí)）天極

真（瞬時(shí)）天球赤道

真（瞬時(shí)）春分點(diǎn)考慮歲差的影響：瞬時(shí)平天極。2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）

(2)地軸相對(duì)于地球本身相對(duì)位置變化（極移）

地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化，從而導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，這種現(xiàn)象稱為極移。某一觀測(cè)瞬間地球極所在的位置稱為瞬時(shí)極，某段時(shí)間內(nèi)地極的平均位置稱為平極。1967年天文聯(lián)合會(huì)(IAU)和大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG)采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)(ILS)站以1900～1905年的觀測(cè)結(jié)果，定義一個(gè)1903.0平極，通常稱為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO

(ConventionalInternationalOrigin)

2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）國(guó)際極移服務(wù)(IPMS,1962)和國(guó)際時(shí)間局(BIH,1919)等機(jī)構(gòu)分別用不同的方法得到協(xié)議地球極（CTP），1984.0為參考?xì)v元的CPT被廣泛使用，WGS1984、ITRF框架采用BIH1984.0的CPT作為Z軸的指向。與CIO相應(yīng)的地球赤道面稱為協(xié)議赤道面。2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長(zhǎng)變化）

地球自轉(zhuǎn)不是均勻的，存在著多種短周期變化和長(zhǎng)期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長(zhǎng)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(zhǎng)的視擾動(dòng)和緩慢變長(zhǎng)，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的時(shí)間尺度產(chǎn)生變化。Y(West)X(Greenwich)2.1地球的運(yùn)動(dòng)（續(xù)）2.2時(shí)間系統(tǒng)

大地測(cè)量學(xué)研究的對(duì)象是隨時(shí)間變化的，其觀測(cè)量與時(shí)間密切相關(guān)。在衛(wèi)星導(dǎo)航與定位中時(shí)間是重要參數(shù)。時(shí)間的描述包括時(shí)間原點(diǎn)、單位（尺度）兩大要素。時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測(cè)量時(shí)間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。時(shí)間的特點(diǎn)是連續(xù)、均勻。地球定向參數(shù)EOP):描述地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律(歲差、章動(dòng)、極移、自轉(zhuǎn)速度變化)的參數(shù)。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)：描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的參數(shù)。

EOP=ERP+歲差+章動(dòng)其數(shù)值可以在國(guó)際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)網(wǎng)站()上得到。周期運(yùn)動(dòng)滿足如下三項(xiàng)要求，可以作為計(jì)量時(shí)間的方法。運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的；

運(yùn)動(dòng)的周期具有足夠的穩(wěn)定性；

運(yùn)動(dòng)是可觀測(cè)的。選取的物理對(duì)象不同，時(shí)間的定義不同:地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動(dòng)等都可作為計(jì)量時(shí)間的方法。幾種較常用時(shí)間系統(tǒng)：恒星時(shí)（ST=SiderealTime)；平太陽(yáng)時(shí)(MT)世界時(shí)；歷書(shū)時(shí)與力學(xué)時(shí)；原子時(shí)協(xié)調(diào)世界時(shí)GPS時(shí)間系統(tǒng)2.2時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)(ST=SiderealTime)以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱為恒星時(shí)。春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈上中天的時(shí)間間隔為一個(gè)恒星日，分為24個(gè)恒星時(shí)，某一地點(diǎn)的地方恒星時(shí)，在數(shù)值上等于春分點(diǎn)相對(duì)于這一地方子午圈的時(shí)角。上中天：天體經(jīng)過(guò)某地子午圈為天體中天，過(guò)上子午圈為上中天。

地方真恒星時(shí)(LAST)、地方平恒星時(shí)(LMST)、格林尼治真恒星時(shí)(GAST)、格林尼治平恒星時(shí)(GMST)之間的關(guān)系：

2.2時(shí)間系統(tǒng)2.2時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))2.2時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))

由于歲差與章動(dòng)的影響，春分點(diǎn)分為真春分點(diǎn)與平春分點(diǎn)，恒星時(shí)分為真恒星時(shí)(LAST)與平恒星時(shí)(LMST)。式中：為黃經(jīng)章動(dòng);為黃赤交角為J2000.0至計(jì)算歷元間的儒略世紀(jì)數(shù)。2.2時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))世界時(shí)UT（UniversalTime）以真太陽(yáng)作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱為真太陽(yáng)時(shí)。真太陽(yáng)日就是真太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)某地的上中天（上子午圈）所經(jīng)歷的時(shí)間。

地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度不均勻。近日點(diǎn)快、遠(yuǎn)日點(diǎn)慢。真太陽(yáng)日在近日點(diǎn)最長(zhǎng)、遠(yuǎn)日點(diǎn)最短。太陽(yáng)的周年視運(yùn)動(dòng)

地球的公轉(zhuǎn)速度不斷變化，在軌道的任何地方真太陽(yáng)日彼此都不相等。假設(shè)以平太陽(yáng)為參考點(diǎn)，其速度等于真太陽(yáng)周年運(yùn)動(dòng)的平均速度。平太陽(yáng)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)同一子午圈的時(shí)間間隔，稱為一個(gè)平太陽(yáng)日AqBq時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))1回歸年長(zhǎng)＝365.2422平太陽(yáng)日＝366.2422恒星日1平太陽(yáng)日＝（1＋1/365.2422)恒星日民用中采用：整年為365天，閏年為366天（每4年閏一年）

平太陽(yáng)日：以平子夜的瞬時(shí)作為時(shí)間的起算零點(diǎn)。平太陽(yáng)兩次經(jīng)過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)間間隔為一回歸年

。以格林尼治平子夜為零時(shí)起算的平太陽(yáng)時(shí)稱為世界時(shí)。未經(jīng)任何改正的世界時(shí)表示為UT0，經(jīng)過(guò)極移改正的世界時(shí)表示為UT1，進(jìn)一步經(jīng)過(guò)地球自轉(zhuǎn)速度的季節(jié)性改正后的世界時(shí)表示為UT2。UT1=UT0+Δλ,UT2=UT1+ΔT

儒略日J(rèn)D=JulianDay:

一種不用年﹑月的長(zhǎng)期計(jì)日法。儒略日的定義的起點(diǎn)：公元前4713年1月1日格林尼治時(shí)間平午(世界時(shí)12:00)，以平太陽(yáng)日連續(xù)計(jì)算.其計(jì)算方法很多，參考相關(guān)教材。J2000.0（2000年1月1日112時(shí)）相應(yīng)的儒略日為2451545.0。1900年3月以后的格林尼治午正的儒略日計(jì)算方法：

通常采用簡(jiǎn)化儒略日MJD：MJD=JD-2400000.5

MJD相應(yīng)的起點(diǎn)是1858年11月17日世界時(shí)0時(shí)。36525個(gè)平太陽(yáng)日稱為一個(gè)儒略世紀(jì)。時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))

儒略歷:

公元前46年，羅馬執(zhí)政官儒略·凱撒頒布儒略歷，平年365天，閏年366天。除2月外，單數(shù)月份31天，偶數(shù)月份30天。2月份平年29天，閏年30天。每隔3年置一閏年，每年的平均長(zhǎng)度是365.25天.

缺點(diǎn)：(365.25-365.2422)*400=3.1244（天）

奧古斯都?xì)v:

儒略·凱撒的侄子屋大維修改儒略歷。將8月改成31天，將9、10、11、12月的大小月對(duì)換，并從2月份扣去一天，成為平年28天，閏年29天。

歷書(shū)的來(lái)歷：時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))公歷的特點(diǎn)：平均年長(zhǎng)度：(365*400+97)/400=365.2425天。與回歸年差：(365.2425-365.242189)*400=0.1244。3300年內(nèi)：(365.2425-365.242189)*3300=1

天。

格里高利歷（格利歷）—公歷

公元1582年3月1日，羅馬教皇格里高利十三世頒布了格里高利歷，規(guī)定凡是不能被4整除的世紀(jì)年（即年末尾數(shù)字為兩個(gè)零的年份，如1600、1700）都不能算作閏年，則正好每400年去掉3天，在公歷中，每400年有97個(gè)閏年。格利歷是目前全世界通用的公歷，我國(guó)從1912起采用。時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))歷書(shū)時(shí)ET=Ephemeristime在天文年歷中，計(jì)算與觀測(cè)采用時(shí)間單位不同，觀測(cè)所得天體位置與計(jì)算出來(lái)的天體位置有差異。1958年第10屆IAU決定，自1960年起開(kāi)始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為基準(zhǔn)的歷書(shū)時(shí)來(lái)量度時(shí)間，用歷書(shū)時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)。定義地球兩次通過(guò)春分點(diǎn)的時(shí)間間隔為1回歸年，等于365.2422平太陽(yáng)日，起始?xì)v元定為1900年1月1日12時(shí)，秒長(zhǎng)規(guī)定為1900年1月1日12時(shí)整回歸年長(zhǎng)度的1／31556925.9747，據(jù)此描述天體運(yùn)動(dòng)及編制天體年歷表。

時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))在天文學(xué)中，天體的星歷是根據(jù)天體動(dòng)力學(xué)理論建立的運(yùn)動(dòng)方程編寫，根據(jù)廣義相對(duì)論，太陽(yáng)質(zhì)心系與地球質(zhì)心系的時(shí)間不相同，1976年IAU定義了兩坐標(biāo)系的時(shí)間TDB與TDT。其獨(dú)立變量是以時(shí)間為參數(shù),定義為力學(xué)時(shí)。TDT和TDB可以看作是ET分別在兩個(gè)坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)，TDT代替了過(guò)去的ET。地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)的基本單位國(guó)際秒制，與原子時(shí)的尺度相同,TDT的計(jì)量采用原子鐘實(shí)現(xiàn)。

IAU規(guī)定：1977年1月1日原子時(shí)（TAI）0時(shí)與地球力學(xué)時(shí)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，兩者的起點(diǎn)不同，其關(guān)系式為

TDT=TAI+32.184。力學(xué)時(shí)DT=Dynamicaltine時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))原子時(shí)(AT)原子時(shí)是一種以原子諧振信號(hào)周期為標(biāo)準(zhǔn)。原子時(shí)的基本單位是原子時(shí)秒。

定義：在零磁場(chǎng)下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射192631770周所持續(xù)的時(shí)間為原子時(shí)秒，規(guī)定為國(guó)際單位制中的時(shí)間單位。

原子時(shí)原點(diǎn)定義：1958年1月1日UT2的0時(shí)。

AT=UT2－0.0039(s)地球自轉(zhuǎn)的不均性，原子時(shí)與世界時(shí)的誤差逐年積累。時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒(méi)有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期變慢的趨勢(shì)，原子時(shí)與世界時(shí)的差異將逐漸變大，秒長(zhǎng)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(shí)秒長(zhǎng)為計(jì)量單位、在時(shí)刻上與平太陽(yáng)時(shí)之差小于0.9秒的時(shí)間系統(tǒng)，稱之為世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)。當(dāng)大于0.9秒，采用12月31日或6月30日調(diào)秒。調(diào)秒由國(guó)際計(jì)量局來(lái)確定公布。世界各國(guó)發(fā)布的時(shí)號(hào)均以UTC為準(zhǔn)。

TAI=UTC+1×n(秒）時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))GPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間的計(jì)量對(duì)于衛(wèi)星定軌、地面點(diǎn)與衛(wèi)星之間距離測(cè)量至關(guān)重要，精確定時(shí)設(shè)備是導(dǎo)航定位衛(wèi)星的重要組成部分。GPS的時(shí)間系統(tǒng)采用基于美國(guó)海軍觀測(cè)實(shí)驗(yàn)室USNO維持的原子時(shí)稱為GPST，它與國(guó)際原子的原點(diǎn)不同，瞬時(shí)相差一常量：

TAI－GPST=19(s)GPST的起點(diǎn)規(guī)定1980年1月6日0時(shí)GPS與UTC相等。

GPST=UTC+1×n-19

GPST與UTC的關(guān)系：

1cm點(diǎn)位誤差時(shí)間的精度要求：dT1≤2x10-5SdT2≤1x10-6SdT3≤1x10-10S時(shí)間系統(tǒng)(續(xù))

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(zhǎng)短半軸），以及參考橢球在空間中的定位及定向，還包括描述這些位置時(shí)所采用的單位長(zhǎng)度的定義。測(cè)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。

2.3.1基本概念1、大地基準(zhǔn)2、天球(見(jiàn)前面補(bǔ)充內(nèi)容）2.3坐標(biāo)系統(tǒng)大地測(cè)量系統(tǒng)與參考框架

大地測(cè)量系統(tǒng)：地測(cè)量起算基準(zhǔn)、尺度標(biāo)準(zhǔn)及其實(shí)現(xiàn)方式（理論、模型與方法）構(gòu)成大地測(cè)量系統(tǒng)。大地測(cè)量參考系統(tǒng)是通過(guò)大地測(cè)量參考框架實(shí)現(xiàn)。

大地測(cè)量參考框架：通過(guò)大地測(cè)量手段，由固定在地面上的點(diǎn)所構(gòu)成的大地網(wǎng)(點(diǎn)）按大地測(cè)量系統(tǒng)所規(guī)定的模式構(gòu)建的，是大地測(cè)量系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。大地測(cè)量系統(tǒng)是總體概念，大地測(cè)量參考框架是大地測(cè)量系統(tǒng)的具體的應(yīng)用形式。

大地測(cè)量系統(tǒng)包括：坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、重力參考系統(tǒng)。大地測(cè)量參考框架包括：坐標(biāo)參考框架、高程參考框架、重力參考框架。3、大地測(cè)量參考系統(tǒng)與大地測(cè)量參考框架

坐標(biāo)參考系統(tǒng)與坐標(biāo)參考框架坐標(biāo)參考系統(tǒng)：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(dòng)。2.3坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))天球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系：用于研究地球上物體的定位與運(yùn)動(dòng)。是以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，根據(jù)其原點(diǎn)的位置不同，分為參心坐標(biāo)系統(tǒng)與地心坐標(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。坐標(biāo)參考框架：2.3坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))傳統(tǒng)測(cè)量坐標(biāo)參考框架是由天文大地網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一般定義在參心坐標(biāo)系中，是一種區(qū)域、二維、靜態(tài)的地球參考框架。50~80年代，建立了北京1954參心坐標(biāo)參考框架、西安1980參心坐標(biāo)參考框架。國(guó)家平面坐標(biāo)參考框架按控制網(wǎng)的等級(jí)和施測(cè)精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，包含三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)共計(jì)15萬(wàn)多個(gè)。新一代坐標(biāo)參考框架為2000國(guó)家GPS控制網(wǎng)。該網(wǎng)國(guó)家測(cè)繪局布設(shè)的高精度GPSA、B級(jí)網(wǎng)，總參布設(shè)的GPS一、二級(jí)網(wǎng)，地震局、總參測(cè)繪局、科學(xué)院、國(guó)家測(cè)繪局共建的中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)組成，該控制網(wǎng)整合了上述三個(gè)大型的有重要影響力的GPS觀測(cè)網(wǎng)的成果，共2609個(gè)點(diǎn)，通過(guò)聯(lián)合處理建立了CGCS2000，可滿足現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)對(duì)地心坐標(biāo)的需求，是我國(guó)新一代的地心坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)框架。高程參考系統(tǒng)與參考框架高程基準(zhǔn)：

區(qū)域性高程基準(zhǔn)可以由驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期平均海水面來(lái)確定，通常定義該平均海水面的高程為零。平均海水面通常稱為高程的基準(zhǔn)面。

高程基準(zhǔn)面的確定：在地面上預(yù)先設(shè)置一固定點(diǎn)（組），利用精密水準(zhǔn)測(cè)量聯(lián)測(cè)固定點(diǎn)與該平均海水面的高差，從而確定該固定點(diǎn)（組)的海拔高程。該固定點(diǎn)稱為水準(zhǔn)原點(diǎn)。水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程就是區(qū)域性水準(zhǔn)測(cè)量的起算點(diǎn)。國(guó)家高程基準(zhǔn)：

1987年以前,“1956年國(guó)家高程基準(zhǔn)”.水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m

1988年1月1日,“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”,水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260.“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”的平均海水面比“1956年國(guó)家高程基準(zhǔn)”的平均海水面高0.029m。

高程系統(tǒng)與參考框架

高程系統(tǒng)與參考框架

常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。

大地高系統(tǒng)：是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號(hào)H表示。同一個(gè)點(diǎn)，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。正高系統(tǒng)：是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。點(diǎn)的正高是該點(diǎn)的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離。正常高系統(tǒng)：是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。點(diǎn)的正常高是該點(diǎn)到通過(guò)該點(diǎn)的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離。

高程參考系統(tǒng)國(guó)家高程系統(tǒng):

正常高系統(tǒng)

。GeoidEllipsoidNhTopographyOceanHGeodeticHeightOrthometricHeightGeoidHeight83高程框架是高程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。我國(guó)高程框架由全國(guó)高精度水準(zhǔn)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，以黃海高程基準(zhǔn)為起算基準(zhǔn),以正常高系統(tǒng)為水準(zhǔn)高差的傳遞方式。水準(zhǔn)高程框架分為四個(gè)等級(jí),為國(guó)家一、二、三、四等水準(zhǔn)控制網(wǎng)?？蚣茳c(diǎn)的正常高采用逐級(jí)控制布設(shè),其現(xiàn)勢(shì)性通過(guò)一等水準(zhǔn)網(wǎng)的定期復(fù)測(cè)和二等網(wǎng)的部分復(fù)測(cè)來(lái)維護(hù)。①第一期主要是1976年以前完成的,以1956年黃海高程基準(zhǔn)起算的各等級(jí)水準(zhǔn)網(wǎng)；②第二期主要是1976年至1990年完成,以“1985國(guó)家高程基準(zhǔn)”起算的國(guó)家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng);

高程系統(tǒng)與參考框架高程參考框架③第三期是1990年以后國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè)和局部地區(qū)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測(cè),現(xiàn)已完成外業(yè)觀測(cè)和內(nèi)業(yè)平差計(jì)算工作,成果已提供使用。高程框架的另一種形式可以通過(guò)似大地水準(zhǔn)面來(lái)實(shí)現(xiàn)。高程系統(tǒng)與參考框架廣東省一二等水準(zhǔn)路線略圖重力參考系統(tǒng)與重力測(cè)量框架重力基準(zhǔn)和參考系統(tǒng)

重力基準(zhǔn)是標(biāo)定一個(gè)國(guó)家或地區(qū)重力值的標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代以前我國(guó)采用波茨坦重力基準(zhǔn)，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。80年我國(guó)重力基準(zhǔn)采用經(jīng)國(guó)際比對(duì)的高精度相對(duì)重力儀自行測(cè)定，參考系統(tǒng)是IUGG75橢球常數(shù)。21世紀(jì)初，我國(guó)采用高精度絕對(duì)和相對(duì)重力儀測(cè)定我國(guó)新的重力基準(zhǔn)，目前重力基準(zhǔn)的參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)。重力參考框架

重力參考框架由分布在我國(guó)的若干絕對(duì)重力點(diǎn)和相對(duì)重力點(diǎn)構(gòu)成的重力網(wǎng)，以及用做相對(duì)重力尺度標(biāo)準(zhǔn)的若干重力長(zhǎng)短基線構(gòu)成。

重力參考系統(tǒng)與框架

重力測(cè)量基本概念（補(bǔ)充）重力基準(zhǔn)點(diǎn)：用高精度絕對(duì)重力儀測(cè)定其重力值，國(guó)家重力控制網(wǎng)的起算基準(zhǔn)點(diǎn)。重力基準(zhǔn)：國(guó)家重力控制網(wǎng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成國(guó)家重力基準(zhǔn)。重力基本點(diǎn)；以基準(zhǔn)點(diǎn)為起算點(diǎn)，通過(guò)相對(duì)重力儀聯(lián)測(cè)與整體平差確定的重力控制點(diǎn)。引點(diǎn)：從基本點(diǎn)一等點(diǎn)按同等級(jí)聯(lián)測(cè)精度以支線聯(lián)測(cè)的重力點(diǎn)。段差：重力測(cè)量中，相鄰兩個(gè)點(diǎn)間的重力差。測(cè)線：閉合測(cè)線與附合測(cè)線。

重力參考框架的現(xiàn)狀國(guó)家重力基本網(wǎng)是確定我國(guó)重力加速度數(shù)值的參考框架，目前提供使用的2000國(guó)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)與基本點(diǎn)引點(diǎn)112個(gè)。重力參考系統(tǒng)與框架2.3坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))橢球的類型:

參考橢球:具有確定參數(shù)(長(zhǎng)半徑a和扁率α)，經(jīng)過(guò)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:

除了滿足地心定位和雙平行條件外，在確定橢球參數(shù)時(shí)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:

確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部定位和地心定位。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(duì)橢球的中心位置無(wú)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(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致。4、橢球定位和定向概念2.3坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))2.3.2慣性坐標(biāo)系(CIS)與協(xié)議坐標(biāo)系慣性坐標(biāo)系：指在空間固定不動(dòng)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。協(xié)議慣性坐標(biāo)系：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(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動(dòng)改正后的指向作為Z軸，以對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)為X軸的指向點(diǎn)，以XOY的垂直方向?yàn)閅軸建立天球坐標(biāo)系，稱為協(xié)議天球坐標(biāo)系或協(xié)議慣性坐標(biāo)系CIS(ConventionalInertialSystem)

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(gè)平行條件：①橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；②大地起始子午面平行于天文起始子午面。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)IAG和國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)IAU決定，從1984年1月1日起采用以J2000.0(2000年1月1日12時(shí))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(shí)平天球標(biāo)系瞬時(shí)真天球標(biāo)系協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系

協(xié)議天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)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(guò)對(duì)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。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))為觀測(cè)歷元t的儒略日。P為歲差旋轉(zhuǎn)矩陣，為歲差參數(shù)。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))瞬時(shí)平天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)真天球坐標(biāo)瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系與瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系的差異主要是地球自轉(zhuǎn)軸的章動(dòng)造成的，兩者之間的相互轉(zhuǎn)換可以通過(guò)章動(dòng)旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。合并上述兩式：協(xié)議與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的關(guān)系式中其它系數(shù)從IAU章動(dòng)表中得到。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))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與地球同步運(yùn)動(dòng)，參考橢球的中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,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)動(dòng)，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(dòng)），在天球坐標(biāo)系中是變化的(地球自轉(zhuǎn)).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(duì)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(guó)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(duì)應(yīng)坐標(biāo)系瞬時(shí)地球坐標(biāo)系稱為瞬時(shí)(地固）坐標(biāo)系.1）協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

——極移的影響；——極移參數(shù)的確定；坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))極移參數(shù)國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織IERS根據(jù)所屬臺(tái)站的觀測(cè)資料推算得到并以公報(bào)形式發(fā)布，由此可以實(shí)現(xiàn)兩種坐標(biāo)系之間的相互變換。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))2）瞬時(shí)地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的關(guān)系坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))1.協(xié)議地球坐標(biāo)與瞬時(shí)地球坐標(biāo)的關(guān)系3.瞬時(shí)天球坐標(biāo)與協(xié)議天球坐標(biāo)的關(guān)系2.瞬時(shí)地球坐標(biāo)與瞬時(shí)天球坐標(biāo)的關(guān)系

協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的關(guān)系

定義：參心坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)位于參考橢球體的中心，Z軸即橢球的旋轉(zhuǎn)軸與地球的自轉(zhuǎn)軸平行，X軸指向平行于天文起始子午面的大地子午面與赤道面的交點(diǎn)，Y軸與X和Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。3）參心坐標(biāo)系統(tǒng)

參心坐標(biāo)系的建立：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α)。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)。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))參考橢球定位、定向與大地原點(diǎn)橢球的定位與定向是建立地球與參考橢球之間的位置關(guān)系。具體方法：選擇一合適點(diǎn)作為大地原點(diǎn)，在大地原點(diǎn)上進(jìn)天文觀測(cè)與高程測(cè)量，得到該點(diǎn)天文經(jīng)緯度與正高，與某一相鄰點(diǎn)的天文方位角。以大地原點(diǎn)垂線偏差分量（子午線與卯酉線方向）、大地水準(zhǔn)面差距以及三個(gè)旋轉(zhuǎn)角等為參數(shù)，根據(jù)廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程：坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))顧及到雙平行條件，滿足：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：坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))廣義弧度測(cè)量方程:設(shè)垂線偏差與大地水準(zhǔn)面公式:多點(diǎn)定位：

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))由空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的關(guān)系，取全微分可得：坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))因?yàn)閮蓚€(gè)不同空間直角坐標(biāo)系的關(guān)系滿足（七參數(shù)模型）：由上式舍棄旋轉(zhuǎn)角與尺度差乘積的二次項(xiàng)可得：坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))上式稱為廣義弧度測(cè)量方程。特殊情況下：多點(diǎn)定位滿足下列條件坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))

多點(diǎn)定位的過(guò)程：1)由廣義弧度測(cè)量方程，采用最小二乘法求參數(shù)；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(cè)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)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。

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù)大地原點(diǎn)的作用？1954年北京坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點(diǎn)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。

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))1954年北京坐標(biāo)系的特點(diǎn):1）參心坐標(biāo)；2）克拉索夫斯基橢球；3）多點(diǎn)定位；4）原點(diǎn)在普爾科沃；5）高程異常以蘇聯(lián)1955平差結(jié)果為起算值，沿我國(guó)天文水準(zhǔn)路線推算得到。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(guó)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。幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。定向不明確。按最小二乘法求大地原點(diǎn)的起算數(shù)據(jù).坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))

1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系

建立的方法：1980和1954年北京坐標(biāo)系的成果是不同的。差異在于它們各屬不同橢球、不同的橢球定位與定向，前者是經(jīng)過(guò)整體平差，而后者只是作了局部平差。

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的特點(diǎn)：

采用1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)IUGG第16屆大會(huì)上推薦的4個(gè)橢球基本參數(shù)。長(zhǎng)半徑a=6378140m,

地心引力常數(shù)GM=3.986005×1014m3/s2重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù)J2=1.08263×10-8自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292115×10-5rad/s在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合，多點(diǎn)定位。定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn)JYD1968.0的方向。大地原點(diǎn)地處我國(guó)中部，位于西安市以北60km處的涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)。

大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))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(duì)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(lái)的。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))

BJ54新的特點(diǎn)是：采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。采用多點(diǎn)定位。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。

大地原點(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。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))地心坐標(biāo)系統(tǒng)滿足以下四個(gè)條件：原點(diǎn)位于整個(gè)地球的質(zhì)心（包括海洋和大氣）尺度是相對(duì)論意義下某一局部地球框架內(nèi)的尺度。定向?yàn)閲?guó)際時(shí)間局測(cè)定的某一歷元的協(xié)議地極和零子午線，稱為地球的定向參數(shù)EOP。定向隨時(shí)間的演變滿足地殼無(wú)整體的約束條件。通俗化的定義：原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心;Z軸與X軸的定向某一歷元的EOP參數(shù)確定;Y軸與X、Z構(gòu)成空間右手坐標(biāo)系。4）地心坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))地心地固坐標(biāo)系的建立方法:通過(guò)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(guò)一定的觀測(cè)資料(如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測(cè)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(cè)量動(dòng)力法等。大地測(cè)量基準(zhǔn)常數(shù)

·間接法·直接法大地測(cè)量基準(zhǔn)常數(shù)是指與地球一起旋轉(zhuǎn)且和地球表面最佳吻合的旋轉(zhuǎn)橢球（即地球橢球）的幾何與物理參數(shù)。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))地球橢球的幾何和物理屬性可由四個(gè)基本常數(shù)完全確定赤道半徑（橢球長(zhǎng)半徑）地心引力常數(shù)（大氣質(zhì)量）地球重力場(chǎng)二階帶諧系數(shù)地球自轉(zhuǎn)角速度

GRS80橢球的基本常數(shù)為：

目前通常采用正?；A帶球諧系數(shù)代替

兩者關(guān)系為：國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG)分別于1971,1975,1979年推薦了三組大地測(cè)量常數(shù)，對(duì)應(yīng)于大地測(cè)量系統(tǒng)GRS67、IUGG75、GRS80。我國(guó)西安1980坐標(biāo)系統(tǒng)采用IUGG75大地測(cè)量常數(shù)，目前廣泛使用的常數(shù)是GRS80大地測(cè)量常數(shù)。坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))

1）參心坐標(biāo)參考框架

坐標(biāo)參考框架我國(guó)天文大地網(wǎng)簡(jiǎn)介:

20世紀(jì)50年代初，60年代末基本完成，先后共布設(shè)一等三角鎖401條，一等三角點(diǎn)6182個(gè)，構(gòu)成121個(gè)一等鎖環(huán)，鎖系長(zhǎng)達(dá)7.3萬(wàn)km。一等導(dǎo)線點(diǎn)312個(gè)，構(gòu)成10個(gè)導(dǎo)線環(huán)，總長(zhǎng)約1萬(wàn)km。

1982年完成天文大地網(wǎng)的整體平差工作。網(wǎng)中包括一等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)，總共約有5萬(wàn)個(gè)大地控制點(diǎn)，30萬(wàn)個(gè)觀測(cè)量的天文大地網(wǎng)。平差結(jié)果：網(wǎng)中離大地點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±0.9m，一等觀測(cè)方向中誤差為±0.46″。

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))2）地心坐標(biāo)參考框架國(guó)際地面參考框架（ITRF）是國(guó)際地面參考系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),采用甚長(zhǎng)基線干涉（VLBI）、激光測(cè)衛(wèi)SLR、激光測(cè)月LLR、DORIS技術(shù),

GPS技術(shù)等空間大地測(cè)量技術(shù),利用全球觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)與分析,經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到ITRF點(diǎn)（地面觀測(cè)站）的站坐標(biāo)和速度場(chǎng)等。目前ITRF是全球公認(rèn)的應(yīng)用最廣泛、精度最高的地心坐標(biāo)框架。（1)國(guó)際地球參考系統(tǒng)(ITRS)與ITRF國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS(InternationalEarthRotationService)

1988年:IUGG+IAU→IERS（IBH+IPMS）IERS的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面：維持國(guó)際天球參考系統(tǒng)(ICRS)和框架(ICRF)；維持國(guó)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)。

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))

IERS觀測(cè)數(shù)據(jù)與分析機(jī)構(gòu)：VLBI分析中心：GSFC:Goddardspaceflightcenter戈達(dá)德空間宇航中心GIUB:波恩大學(xué)大地測(cè)量學(xué)院NOAA:美國(guó)海洋大氣局

JPL:Jetpropulsionlaboratory美國(guó)噴氣實(shí)驗(yàn)室SLR分析中心:CSR:Centerspaceresearch克薩斯大學(xué)空間研究中心GSFC:Goddardspaceflightcenter戈達(dá)德空間宇航中心DORIS分析中心:GRGS:法國(guó)空間大地測(cè)量研究所CSR:Centerspaceresearch克薩斯大學(xué)空間研究中心IGN:法國(guó)國(guó)家地理研究所

坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))GPS分析中心:EMR:加拿大天然能源GFZ:徳國(guó)地球科學(xué)研究所CODE:歐洲軌道測(cè)量中心ESA:EuropeanSpaceAgency歐洲空間局NGS:NationalGeodeticSurvey美國(guó)大地測(cè)量局JPT:Jetpropulsionlaboratory美國(guó)噴氣實(shí)驗(yàn)室SIO:美國(guó)斯克里普思海洋研究所國(guó)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(zhǎng)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的定向隨時(shí)演變滿足地殼無(wú)整體旋轉(zhuǎn)NNR條件的板塊運(yùn)動(dòng)模型國(guó)際地球參考系統(tǒng)ITRSITRF是ITRS的具體實(shí)現(xiàn),

自1988年起，IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000、ITRF2005、TRF2008等全球參考框架。ITRF是通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)的。ITRF2000的站坐標(biāo)與速度:StationPositions(m)atEpoch1997.0andVelocities(m/y)BJFS-2148743.7844426641.2364044655.935-.0444.0141-.0013WUHN-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.0119國(guó)際地球參考框架(ITRF)SOLUTIONT1T2T3DR1R2R3EPOCHcmcmcmppb.001“.001“.001".......RATEST1T2T3DR1R2R3cmcmcmppb.001".001“.001“/y--------------------------------------------------------------------ITRF970.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF960.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF940.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02國(guó)際地球參考框架(ITRF)ITRF2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為以前框架坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)：1324全球ITRF站點(diǎn)分布圖國(guó)際地球參考框架(ITRF)1324中國(guó)及其周邊ITRF站點(diǎn)分布圖國(guó)際地球參考框架(ITRF)WGS84地心坐標(biāo)系

WGS84的定義：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)議地極方向，X軸指向BIH1984.0的起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。（2)WGS-84世界大地坐標(biāo)系

20世紀(jì)60年代美國(guó)、蘇聯(lián)等國(guó)家利用衛(wèi)星觀測(cè)資料開(kāi)展建立地心坐標(biāo)的研究，美國(guó)國(guó)防部先后建立WGS60、WGS66、WGS72，從1984年起，經(jīng)過(guò)修訂與完善建立較精確的地心坐標(biāo)系統(tǒng)WGS84.WGS84最初是采用美國(guó)海軍的TRANSIT導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的多普勒觀測(cè)數(shù)據(jù)所建立的（1987年），主要為導(dǎo)航服務(wù)，精度較低，約為1～2m。

4個(gè)基本參數(shù)：

長(zhǎng)半軸：

地球引力常數(shù)：

正?；A帶球諧系數(shù)：

地球自轉(zhuǎn)角速度：

其它基本參數(shù)：

極點(diǎn)正常重力：

赤道正常重力：

第二偏心率平方：

第一扁心率平方：

地球扁率：

WGS84坐標(biāo)系基本參數(shù)為改善WGS-84系統(tǒng)的精度，1994年6月，由美國(guó)國(guó)防制圖局DMA(DefenceMappingAgency)和美國(guó)空軍(AirForce)在全球的10個(gè)GPS跟蹤站的數(shù)據(jù)加上部分IGS站(InternationalGPSServiceforGeodynamics)的ITRF91數(shù)據(jù)，進(jìn)行聯(lián)合處理，以IGS站在ITRF91框架下的站坐標(biāo)為固定值，重新計(jì)算了這些全球跟蹤站在1994.0歷元的站坐標(biāo)，得到了精確的WGS84（G730）坐標(biāo)參考框架，G表示GPS，730表示GPS周。1996年，WGS84坐標(biāo)框架再次更新,得到WGS84(G873),坐標(biāo)參考?xì)v元為1997.0。坐標(biāo)精度與ITRF94框架的差異小于2cm。

2004年1月再次更新，更新后的WGS84(G1150)的站坐標(biāo)與ITRF2000框架的站坐標(biāo)差異為幾個(gè)厘米，參考?xì)v元為2001.0。WGS84坐標(biāo)的更新過(guò)程：WGS84地心坐標(biāo)系為了加強(qiáng)國(guó)際間GPS地學(xué)研究合作應(yīng)用，IAG于1993年成立了IGS組織，于1994年1月正式運(yùn)作。IGS組織主要由全球跟蹤站網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、分析中心和協(xié)作分析中心、協(xié)調(diào)分析中心、中心局及發(fā)布中心等幾部分組成IGS的基本目標(biāo)是通過(guò)其一系列的產(chǎn)品為地學(xué)研究提供支持。其最初提供的產(chǎn)品主要包括：—GPS衛(wèi)星精密星歷，—IGS跟蹤站坐標(biāo)及速度，—地球自轉(zhuǎn)參數(shù)，—全球電離層信息。IGS概念：(InternationalGPSServiceforGeodynamics)IGS