大連海事大學(xué)航海學(xué)1教案：地球形狀、地理坐標和大地坐標系

第一節(jié)地球形狀、地理坐標和大地坐標系一、地球形狀二、地理坐標三、大地坐標系四、不同大地坐標系間的坐標變換一、地球形狀1.地球自然形狀2.大地球體的形狀3.大地球體的近似體1.地球自然形狀珠穆朗瑪峰8848m馬里亞那海溝11025m人造地球衛(wèi)星資料推出的地球形狀根據(jù)人造地球衛(wèi)星的軌道參數(shù)資料推算出地球形狀，它既不是球，也不是一個旋轉(zhuǎn)橢球，而是一個梨狀體，北極位于梨柄處，而南極位于梨底。假定以赤道海平面到地心為半徑作一圓，則北極海面高出此圓16m，而南極海面低于此圓27m。結(jié)論地球自然表面是一個崎嶇不平、非常復(fù)雜的不規(guī)則曲面，難以用數(shù)學(xué)公式加以描述，無法在此基礎(chǔ)上研究航海的基本問題。2.大地球體的形狀(1)大地水準面設(shè)想一個與平均海面相吻合的水準面，并將其向陸地延伸，且保持該延伸面始終與當(dāng)?shù)氐你U垂線相垂直，這樣所形成的連續(xù)不斷的、光滑的閉合水準面，叫做大地水準面。(2)大地球體由大地水準面所包圍的幾何體叫做大地球體。結(jié)論航海上所研究的地球形狀，并不是指地球自然表面的形狀，而是指大地球體的形狀。但是，由于地球內(nèi)部物質(zhì)分布不均勻及地球表面起伏的影響，大地球體依然是不規(guī)則的幾何體。航海上，不同場合，根據(jù)不同的精度要求，往往將大地球體看作不同的近似體。3.大地球體的近似體

(1)第一近似體—地球圓球體(2)第二近似體——地球橢圓體

(1)第一近似體—地球圓球體

航海上為了計算上的簡便，在精度要求不高的情況下采用。根據(jù)航海上常用的距離單位(海里/nmile)的定義，可推算地球圓球體半徑R：(2)第二近似體——地球橢圓體在大地測量學(xué)、海圖學(xué)和需要較為準確的航海計算時采用。地球橢圓體即旋轉(zhuǎn)橢圓體。它是由橢圓PNQPSQ繞其短軸PNPS旋轉(zhuǎn)而成的幾何體。表示地球橢圓體的參數(shù)

長半軸a；短半軸b；扁率c：表示橢圓體扁的程度。當(dāng)a=b時，為圓球體；c值愈大，橢球體愈扁。偏心率e：是子午圈橢圓的焦點離中心的距離與橢圓長(短)半徑的比值，反映了橢圓扁平的程度。偏心率，橢球體愈扁。地球橢圓體參數(shù)之間的關(guān)系我國采用的地球橢圓體參數(shù)1952年以前，采用白塞爾地球橢圓體參數(shù)；1953年起，改用原蘇聯(lián)克拉索夫斯基地球橢圓體參數(shù)；現(xiàn)在準備逐步采用IUGG(InternationalUnionofGeodesyandGeophysics國際大地測量學(xué)與地球物理學(xué)聯(lián)合會)1975年推薦的地球橢圓體參數(shù)。二、地理坐標地理坐標是建立在地球橢圓體表面上的。1.地球上的基本點、線、圈2.地理坐標—地理經(jīng)度和地理緯度3.緯差與經(jīng)差1.地球上的基本點、線、圈(1)點①北極(PN)：橢圓短軸即地球的自轉(zhuǎn)軸—地軸(PNPS)；地軸與地球表面的兩個交點是地極，在北半球的稱為北極(PN)。②南極(PS)：在南半球的稱為南極(PS)。③球心(O)：地軸與赤道平面的交點。(1)點①北極(PN)：橢圓短軸即地球的自轉(zhuǎn)軸—地軸(PNPS)；地軸與地球表面的兩個交點是地極，在北半球的稱為北極(PN)。②南極(PS)：在南半球的稱為南極(PS)。③球心(O)：地軸與赤道平面的交點。(2)圈①赤道②緯度圈③子午圈①赤道(QQ)通過地球球心且與地軸垂直的平面稱為赤道平面，赤道平面與地表面相交的截痕稱為赤道。②緯度圈(AA)通過地球球心且與地軸垂直的平面稱為赤道平面，赤道平面與地表面相交的截痕稱為赤道(QQ)，它將地球分為南、北兩個半球；③子午圈(PNQPSQ)通過地軸的任何一個平面是子午圈平面，它與地表面相交的截痕是個橢圓，稱為子午圈。(3)線①經(jīng)線(PNQPS，PNQPS)子午線：由北半球到南半球的半個子午圈。②格林子午線或格林經(jīng)線(PNGPS)：通過英國倫敦格林尼治天文臺子午儀的子午線。2.地理坐標(1)坐標系(2)地理經(jīng)度(3)地理緯度(1)坐標系(2)地理經(jīng)度或Long①定義簡稱經(jīng)度，地面上某點的地理經(jīng)度為格林經(jīng)線與該點子午線在赤道上所夾的劣弧長。②度量方法自格林子午線起算，向東或向西度量到該點子午線，由0到180計量。向東度量的稱為東經(jīng)，用E標示；向西度量的稱為西經(jīng)，用W標示。③表示方法.

例如：北京的經(jīng)度為。(3)地理緯度或Lat①定義簡稱緯度，地球橢圓子午線上某點的法線與赤道面的夾角。②度量方法自赤道起算，向北或向南度量到該點所在緯度圈，由0到90計量。向北度量的稱為北緯，用N標示；向南度量的為南緯，用S標示。

③表示方法.例如：北京的緯度為。3.緯差與經(jīng)差(1)緯差(2)經(jīng)差D(1)緯差D①定義兩地緯度之代數(shù)差。②計算公式D=21式中：1—起始點緯度；2—到達點緯度；

規(guī)定北緯取正值(＋)；南緯取負值(－)。則：緯差為正值，表示北緯差，即表示到達點位于起算點之北，或表示船舶向北航行；緯差為負值，表示南緯差，即表示到達點位于起算點之南，或表示船舶向南航行。(2)經(jīng)差D①定義兩地經(jīng)度之代數(shù)差。②計算公式D=21式中：1—起始點經(jīng)度；2—到達點經(jīng)度；規(guī)定東經(jīng)取正值(＋)；西經(jīng)取負值(－)。則：經(jīng)差為正值，表示東經(jīng)差，即表示到達點位于起算點之東，或表示船舶向東航行；經(jīng)差為負值，表示西經(jīng)差，即表示到達點位于起算點之西，或表示船舶向西航行。注意：經(jīng)差的絕對值不應(yīng)大于180。否則，應(yīng)由360減去該絕對值，并改變符號。例某輪由(3650N，12025W)航行至(2540N，14050W)，求兩地間緯差和經(jīng)差。解：22540N(+) 214050W(-)-)13650N(+) -) 112025W(-)D1110S(-)

D2025W(-)例某輪由(2325N，10614W)航行至(0816S，10008E)，求兩地間緯差和經(jīng)差。解：20816S(-)210008E(+)-)12325N(+)-)210614W(-)D3141S(-)D20622E(+)360-20622=15338W三、大地坐標系1.大地坐標系定義2.建立大地坐標系3.地理坐標的相對性4.世界部分國家采用的大地坐標系5.地球橢圓體表面、大地水準面與地球自然表面之間的關(guān)系

1.大地坐標系定義確定地球橢圓體與大地球體的相對位置，即確定地球橢圓體中心的位置和坐標軸的方向的坐標系，稱為大地坐標系。2.建立大地坐標系建立大地坐標系就是對具有一定參數(shù)的橢圓體進行定位和定向，包括三個方面的問題：(1)確定橢圓體的參數(shù)；(2)確定橢圓體中心的位置(定位)；(3)確定坐標軸的方向(定向)。3.地理坐標的相對性地理坐標是在相應(yīng)的大地坐標系下確定的橢圓體表面上建立的。因此，用地理經(jīng)、緯度來表示物標位置也只能在相應(yīng)的大地坐標系下成立，具有相對性。各國在建立大地坐標系時，主要考慮的是使選定的地球橢圓體與其所在地區(qū)的大地水準面更為接近，因此，所采用的大地坐標系往往不同；即使采用相同的橢圓體參數(shù)，也會因定位定向不同而采用不同的坐標系。因此，處于同一位置的船舶或物標，在不同的大地坐標系中的地理經(jīng)、緯度可能不相同，應(yīng)注意不同坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換。4.世界部分國家采用的大地坐標系

5.地球橢圓體表面、大地水準面

與地球自然表面之間的