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文檔簡(jiǎn)介
第二章
坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)YourLocationis:36.067901oN94.171071oWYourLocationis:-375434.4998875148030.0219523734385.940602YourLocationis:3993161.250526515411.424436含義?不同類(lèi)型的意義?如何實(shí)現(xiàn)他們之間的轉(zhuǎn)換?21)坐標(biāo)系統(tǒng)站心赤道坐標(biāo)系站心地平坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系天文坐標(biāo)系參心大地坐標(biāo)系參心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系投影平面地心參心站心總地球橢球面參考橢球面大地水準(zhǔn)面表示方式坐標(biāo)原點(diǎn)參考面地球坐標(biāo)系統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)曲線(xiàn)坐標(biāo)平面直角坐標(biāo)32)GPS中的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系我國(guó)的國(guó)家大地坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系ITRF坐標(biāo)框架站心坐標(biāo)系p1643)天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系北天極春分點(diǎn)54)坐標(biāo)系的變換空間大地坐標(biāo)系—〉空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系—〉空間大地坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系—〉高斯平面直角坐標(biāo)系
65)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換P20,公式2-207二時(shí)間系統(tǒng)UT1Δt1972.0UTC1958.0IATΔt1980.1.619sGPSTUT極移改正UT1地球自轉(zhuǎn)速度改正UT28關(guān)于坐標(biāo)系統(tǒng)常見(jiàn)的問(wèn)題校園地形圖測(cè)量成果屬于什么坐標(biāo)系?經(jīng)緯度、空間直角坐標(biāo)XYZ,平面直角坐標(biāo)xyz之間的聯(lián)系是什么?GIS軟件中常見(jiàn)的“基準(zhǔn)”指的是什么?為什么會(huì)存在北京54、國(guó)家80,WGS-84等等不同的坐標(biāo)系?地方坐標(biāo)系(如北京城建)和國(guó)家坐標(biāo)系有哪些不同?為什么有了世界坐標(biāo)系還要使用國(guó)家坐標(biāo)系?我國(guó)的國(guó)家坐標(biāo)系屬于參心坐標(biāo)系還是地心坐標(biāo)系?GPS衛(wèi)星坐標(biāo)已知,相當(dāng)于控制點(diǎn),那么地面上還需要坐標(biāo)已知的控制點(diǎn)嗎?9OUTLINE常規(guī)大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)GPS常用的坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間系統(tǒng)YourLocationis:36.067901oN94.171071oW10經(jīng)典大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)常見(jiàn)的坐標(biāo)系統(tǒng)空間直角坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系111、復(fù)習(xí)建立測(cè)量坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面是什么?三種類(lèi)型的坐標(biāo)系之間的聯(lián)系的紐帶什么?12基準(zhǔn)不僅僅是橢球參數(shù)13如果基準(zhǔn)混淆了:14基準(zhǔn)的確定大地水準(zhǔn)面海洋陸地地球表面參考橢球面和參心坐標(biāo)系參考橢球152、參心坐標(biāo)系的特點(diǎn)不關(guān)心地心是否與參心重合;只關(guān)心表面的擬和程度,使得橢球面上的計(jì)算簡(jiǎn)單16我國(guó)的大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系類(lèi)型:參心坐標(biāo)系建立:與蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)橢球:克拉索夫斯基橢球問(wèn)題:參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面符合不好1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系類(lèi)型:參心坐標(biāo)系建立:進(jìn)行了我國(guó)的天文大地網(wǎng)整體平差,采用新的橢球元素,進(jìn)行了定位和定向大地原點(diǎn):陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)橢球:1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16屆年會(huì)NO1GEOIDNO2P17173、平面直角坐標(biāo)系的建立18高斯平面直角坐標(biāo)定義高斯平面直角坐標(biāo)系的定義X軸:中央子午線(xiàn)的投影Y軸:赤道的投影原點(diǎn):兩軸的交點(diǎn)假東、假北為了避免坐標(biāo)系中出現(xiàn)負(fù)值,統(tǒng)一規(guī)定將每一帶的坐標(biāo)軸西移或南移一定距離。我國(guó)的假北為0,假東為500km高斯分帶投影6度帶3度帶19結(jié)論:定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng),包含了哪兩個(gè)基本要素(方面)?坐標(biāo)系統(tǒng)的基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)的形式20第一節(jié)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系描述衛(wèi)星的位置——天球坐標(biāo)系描述地球上的點(diǎn)的位置——地球坐標(biāo)系21一、天球和天球坐標(biāo)系天球——以地球質(zhì)心為中心,半徑為任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想球體。221、天球天軸:地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線(xiàn)天極:天軸與天球的交點(diǎn)天球赤道面:通過(guò)地球質(zhì)心,與天軸垂直的平面天球子午面:包含天軸,并通過(guò)天球上任何一點(diǎn)的平面23黃道和春分點(diǎn)黃道:地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓,即地球公轉(zhuǎn)時(shí),地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的太陽(yáng)在天球上的軌道春分點(diǎn):當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)黃道與天球赤道的交點(diǎn)春分點(diǎn):在天球上的位置不隨著地球的自轉(zhuǎn)變化242、天球坐標(biāo)系的兩種表示方法天球空間直角坐標(biāo)系(X,Y,Z)天球球面坐標(biāo)系
(赤經(jīng),赤緯,向徑)p11以天球?yàn)榛鶞?zhǔn)面,建立天球坐標(biāo)系(春分點(diǎn)、北天極,天球的球心)北天極春分點(diǎn)253、建立天球坐標(biāo)系的兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際地球的形狀近似一個(gè)赤道隆起的橢球體,因此在日月引力和其他天體對(duì)隆起部分的作用下,地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí),自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移——?dú)q差、章動(dòng)P14-15歲差:由于對(duì)隆起部分的作用,周期25800年章動(dòng):由于月球軌道和月地距離的變化,周期18.6年264、三種天球坐標(biāo)系瞬時(shí)真天極瞬時(shí)平天極一個(gè)特定時(shí)刻,即標(biāo)準(zhǔn)歷元:2000.1.15:的瞬時(shí)平天極P15北黃極27三種天球坐標(biāo)系瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系——〉瞬時(shí)真天極、瞬時(shí)真赤道面、瞬時(shí)真春分點(diǎn)——〉坐標(biāo)軸指向隨時(shí)間變化瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系——〉瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平赤道面、瞬時(shí)平春分點(diǎn)——〉經(jīng)過(guò)了章動(dòng)改正標(biāo)準(zhǔn)歷元平天球坐標(biāo)系——〉相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)歷元(2000.1.15)的一個(gè)特定時(shí)刻的平天球坐標(biāo)系——〉經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)歷元到觀測(cè)歷元的歲差改正28二、地球坐標(biāo)系空間技術(shù)和遠(yuǎn)程武器的發(fā)展,要求提供高精度的地心坐標(biāo)291、地心坐標(biāo)系的定義地心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系P12圖2-2和參心坐標(biāo)系統(tǒng)的定義有何區(qū)別?302、建立地球坐標(biāo)系的問(wèn)題:極移極移——地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體的位置不是固定的,因而地極點(diǎn)在地球表面的位置是隨時(shí)間而變化的,這種現(xiàn)象稱(chēng)為極移。P15瞬時(shí)北地極1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)平均位置313、兩種地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系原點(diǎn)Z軸X軸瞬時(shí)地球坐標(biāo)系地心瞬時(shí)北地極平地球坐標(biāo)系地心協(xié)議地極原點(diǎn)(如1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)平均位置)與地心和CIO連線(xiàn)正交之平面和格林尼治平子午面的交線(xiàn)瞬時(shí)真赤道面和包含瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸的格林尼治平子午面的交線(xiàn)協(xié)議地球坐標(biāo)系??P1632WGS-84坐標(biāo)系
Worldgeodeticsystem類(lèi)型:協(xié)議地球坐標(biāo)系,地心地固坐標(biāo)系(ECEF)定義:原點(diǎn):地球的質(zhì)心Z軸:指向BIH1984.0定義的CTP(協(xié)議地球極)方向X軸:指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)Y軸:和Z,X構(gòu)成右手系橢球(國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆年會(huì))P1633CGCS20002000中國(guó)大地坐標(biāo)系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000,CGCS2000),國(guó)人稱(chēng)之為2000國(guó)家大地坐標(biāo)系。CGCS2000為右手地固正交坐標(biāo)系,其原點(diǎn)和軸向的定義是:原點(diǎn)在地球的質(zhì)量中心;Z軸指向IERS參考極(IRP)方向;X軸為IERS參考子午面(IRM)與通過(guò)原點(diǎn)且同Z軸正交的赤道面的交線(xiàn);Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。CGCS2000通過(guò)2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)的點(diǎn)在歷元2000.0的坐標(biāo)和速度具體體現(xiàn)。2000國(guó)家GPS大地網(wǎng)由中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)、全國(guó)GPS一、二級(jí)網(wǎng),國(guó)家GPSA、B級(jí)網(wǎng)和地殼形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)等空間網(wǎng)(共2518點(diǎn))經(jīng)聯(lián)合平差得到。34小結(jié):天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系(1)原點(diǎn)都位于________;(2)天球的_________和地球的__________重合;(3)瞬時(shí)天球坐標(biāo)系和瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的_________重合;(4)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系X軸分別指向________和____________;(5)瞬時(shí)天球坐標(biāo)系和歷元平天球坐標(biāo)系之間的變換可以通過(guò)_____和_____兩次變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。(6)瞬時(shí)地球坐標(biāo)系和平地球坐標(biāo)系的變換可以通過(guò)_____變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。35轉(zhuǎn)換關(guān)系瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)歷元的平天球坐標(biāo)系GAST旋轉(zhuǎn)瞬時(shí)天球坐標(biāo)系瞬時(shí)地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系極移改正章動(dòng)歲差天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的瞬時(shí)坐標(biāo)系的X軸夾角為春分點(diǎn)的格林尼治恒星時(shí)GAST36例如:極移改正瞬時(shí)地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系37第二節(jié):GPS中的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系我國(guó)的國(guó)家大地坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系ITRF坐標(biāo)框架站心坐標(biāo)系p16381、地方獨(dú)立坐標(biāo)系國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)系——〉有利于統(tǒng)一互算——〉投影變形地方獨(dú)立坐標(biāo)系——〉以當(dāng)?shù)刈游缇€(xiàn)為中央子午線(xiàn)——〉以當(dāng)?shù)仄骄0胃叱堂鏋閰⒖紮E球面地方參考橢球??平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證長(zhǎng)度綜合變形不超過(guò)2.5cm/km(相對(duì)變形為1/40000)39如何確定地方參考橢球的參數(shù)??jī)H改變已知橢球的長(zhǎng)半徑1)直接以投影面到橢球面距離H為
長(zhǎng)半徑變化量2)以測(cè)區(qū)卯酉圈曲率半徑的變化量求長(zhǎng)半徑變化量p18402、ITRF國(guó)際地球參考框架ITRS和ITRFITRS-InternationalTerrestrialReferenceSystemITRF-InternationalTerrestrialReferenceFrame產(chǎn)生:綜合了SLR、VLBI、LLR觀測(cè)數(shù)據(jù),得到觀測(cè)站的數(shù)據(jù)集,通過(guò)聯(lián)合解算得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集,定義出的一個(gè)地心參考框架實(shí)質(zhì):地心地固系的具體體現(xiàn)IERS已經(jīng)公布了10個(gè)版本的ITRF,分別為:ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97和ITRF2000。p19413、站心坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系p12天頂東北42第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)分坐標(biāo)變換——在相同的基準(zhǔn)之上,不同坐標(biāo)系表示形式之間進(jìn)行變換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換——在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換(基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換)p1943一、坐標(biāo)系的變換空間大地坐標(biāo)系—〉空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系—〉空間大地坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系—〉高斯平面直角坐標(biāo)系
441、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些參數(shù)?452、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些參數(shù)?463、(BL)——〉(xy)高斯投影的計(jì)算公式:需要哪些參數(shù)?47思考校園測(cè)圖成果能夠直接轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)?校園測(cè)圖成果能夠直接轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)?48*坐標(biāo)變換的實(shí)質(zhì)—同一個(gè)基準(zhǔn)49*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)質(zhì)——不同的基準(zhǔn)50*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換要解決的問(wèn)題BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1——(x,y)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)251*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的流程圖BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換七參數(shù)52*七參數(shù)模型?
OB
ZB
XB
YB
OA
YA
ZA
XA
wx
wY
wZ
C
XCA
XCB
DX0
53*七參數(shù)模型P20,公式2-2054*大地測(cè)量中的七參數(shù)模型P20,公式2-2155*應(yīng)用七參數(shù)模型的關(guān)鍵:轉(zhuǎn)換參數(shù)BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1
(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換七參數(shù)56思考:GPS的定位原理是空間的后方交會(huì),衛(wèi)星作為坐標(biāo)已知的控制點(diǎn),但是在做GPS控制網(wǎng)時(shí),通常的要求網(wǎng)中包含3個(gè)以上的地方坐標(biāo)已知的控制點(diǎn),為什么?如果不知道兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù),而是知道部分點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo),稱(chēng)公共點(diǎn)57*求轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型P20,公式2-2258*轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法三點(diǎn)法:對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高,或只有三個(gè)公共點(diǎn)時(shí),可用三個(gè)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo),列出9個(gè)方程,取其中的7個(gè)方程求解多點(diǎn)法:由公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo),按照轉(zhuǎn)換模型,以轉(zhuǎn)換參數(shù)為未知數(shù)寫(xiě)出誤差方程59關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的常見(jiàn)問(wèn)題北京地區(qū)進(jìn)行wgs-84坐標(biāo)系測(cè)量成果到北京54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換,使用的轉(zhuǎn)換參數(shù)和武漢的測(cè)量成果的轉(zhuǎn)換參數(shù)是一樣的嗎?如果進(jìn)行bj54坐標(biāo)系大地坐標(biāo)到wgs-84大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,總共需要幾個(gè)參數(shù)?有人說(shuō):如果進(jìn)行bj54坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)到wgs-84高斯平面直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換,實(shí)際上是一種二維的轉(zhuǎn)換,采用四參數(shù)模型(原點(diǎn)平移2、旋轉(zhuǎn)1,縮放1)即可。如何理解?BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1
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