第二章大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)

第二章大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四預(yù)備知識(shí)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(zhǎng)度的一個(gè)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2－1所示.

參考點(diǎn)、線、面和圈第二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四第三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四天球的概念第四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

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圓稱為天球子午圈。第五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

時(shí)圈通過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)與天球相交的大圓稱為黃道。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。第六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四春分點(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)的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為赤經(jīng)。第七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

地球的公轉(zhuǎn)：開普勒三大運(yùn)動(dòng)定律：—運(yùn)動(dòng)的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上；—在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等；—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)。第八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

地球的自轉(zhuǎn)的特征：

(1)地軸方向相對(duì)于空間的變化（歲差和章動(dòng)）①歲差：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)，形成一個(gè)倒圓錐體（見下圖），其錐角等于黃赤交角ε=23.5°，旋轉(zhuǎn)周期為26000年，這種運(yùn)動(dòng)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″第九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四第十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四考慮歲差和章動(dòng)的共同影響：真旋轉(zhuǎn)軸、瞬時(shí)真天極、真天球赤道、瞬時(shí)真春分點(diǎn)。考慮歲差的影響：瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平天球赤道、瞬時(shí)平春分點(diǎn)。②北天極在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小園，而是類似圓的波浪曲線運(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)。真赤道:某一時(shí)刻的赤道。(由于歲差和章動(dòng)的影響,每一時(shí)刻赤道的位置不同)平赤道:只有歲差影響時(shí)的赤道。黃經(jīng)章動(dòng):章動(dòng)引起的黃經(jīng)變化。即平春分點(diǎn)與真春點(diǎn)的角距。交角章動(dòng):章動(dòng)引起的黃赤交角的變化。第十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四章動(dòng)影響第十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

(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。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(huì)(IAU)和大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)(IUGG)建議采用國(guó)際上5個(gè)緯度服務(wù)(ILS)站以1900～1905年的平均緯度所確定的平極作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通常稱為國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO(ConventionalInternationalOrigin)。也稱協(xié)議地球極CTP。第十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四國(guó)際極移服務(wù)(IPMS)和國(guó)際時(shí)間局(BIH)等機(jī)構(gòu)分別用不同的方法得到地極原點(diǎn)。國(guó)際時(shí)間局BIH的CIO有：BIH1968.0，BIH1979.0，BIH1984.0與CIO相應(yīng)的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面。地極坐標(biāo)系：以CIO為原點(diǎn)，零子午線方向?yàn)閄軸，以零子午線以西為了描述90°子午線為y軸。用來描述極移規(guī)律。第十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四第十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四第十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四地球自轉(zhuǎn)不但不均勻，而且還有季節(jié)性和短期性的變化。現(xiàn)已弄清的有以下幾種原因：①地球自轉(zhuǎn)長(zhǎng)期減慢的現(xiàn)象引起長(zhǎng)期減慢的原因，一般認(rèn)為是受潮汐磨擦力的影響。日長(zhǎng)大約在100年內(nèi)增長(zhǎng)0s.0016。②地球自轉(zhuǎn)不規(guī)則的變化地球自轉(zhuǎn)有時(shí)快有時(shí)慢。在快慢交替的時(shí)候，變化相當(dāng)顯著，變化量將超過地球自轉(zhuǎn)在100年內(nèi)長(zhǎng)期減慢所積累起的數(shù)值。原因：多方面，Ⅰ內(nèi)部物質(zhì)的移動(dòng)；Ⅱ太陽光斑噴射的微粒子流與地球磁場(chǎng)耦合而產(chǎn)生得阻尼影響。(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長(zhǎng)變化）第十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四③地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化周期較短，變化周期為一年和半年，變化振幅最大可達(dá)0s.03左右。原因：科學(xué)家們認(rèn)為是由大氣環(huán)流的季節(jié)性變化造成的。④地球自轉(zhuǎn)的短周期變換周期為一個(gè)月和半個(gè)月，振幅在1毫秒以下，全部積累起來的影響在最大時(shí)也不超過3毫秒。⑤極移地球除自轉(zhuǎn)速度不均勻外，地極在地球表面上24米×24米范圍之內(nèi)作反時(shí)針近似圓形螺旋曲線的周期運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“極移”。周期約為一年。由于“極移”導(dǎo)致各地的經(jīng)、緯度不同，從而各地天文臺(tái)所測(cè)的世界時(shí)稍有差異。

第十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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加上歲差和章動(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。第十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四時(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，故一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)也應(yīng)該連續(xù)、均勻。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:地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、地球的公轉(zhuǎn)、物質(zhì)的振動(dòng)等。2.2時(shí)間系統(tǒng)第二十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四恒星時(shí)(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(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。地方真恒星時(shí)、平恒星時(shí)、格林尼治真恒星時(shí)、格林尼治平恒星時(shí)之間的關(guān)系：第二十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四平太陽時(shí)MT以真太陽作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，稱為真太陽時(shí)。一個(gè)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(shí)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(zhǎng)、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(dòng)的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時(shí)間間隔，稱為一個(gè)平太陽日平太陽日是以平子夜的瞬時(shí)作為時(shí)間的起算零點(diǎn)，如果LAMT表示平太陽時(shí)角，則某地的平太陽時(shí)MT=LAMT+12(平子夜與平正午差12小時(shí)）第二十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四世界時(shí)UT：

以格林尼治平子夜為零時(shí)起算的平太陽時(shí)稱為世界時(shí)。UT=GAMT+12GAMT代表格林尼治平太陽時(shí)角。世界時(shí)世界時(shí)UT可分為以下三類：①UT0：直接由天文觀測(cè)得到的世界時(shí)。由于極移的影響使各地測(cè)得的UT0有微小的差別，所以不宜作統(tǒng)一的時(shí)間。

②UT1：是由UT0經(jīng)過極移改正后得出的時(shí)間，稱為世界時(shí)。這是真正反映地球自轉(zhuǎn)的統(tǒng)一時(shí)間。也是天文航海所用的時(shí)間。UT1=UT0+Δλ第二十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四③UT2：是由UT1經(jīng)過季節(jié)性改正后得出的世界時(shí)間。這是1972年以前國(guó)際公認(rèn)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于它仍舊存在著無法預(yù)測(cè)的長(zhǎng)期減慢和不規(guī)則變化等因素的影響，所以在對(duì)時(shí)間精度提出更高要求的情況下，UT2也就不能作為均勻的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)了。

UT2=UT1+ΔT第二十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四歷書時(shí)ET與力學(xué)時(shí)DT由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測(cè)得的時(shí)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(dòng)為基準(zhǔn)的歷書時(shí)來量度時(shí)間，用歷書時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)。歷書時(shí)的秒長(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)方程而編寫的，其中采用的獨(dú)立變量是時(shí)間參數(shù)T,其變量被定義為力學(xué)時(shí)，力學(xué)時(shí)是均勻的。參考點(diǎn)不同，力學(xué)時(shí)分為兩種：

1)太陽系質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDB2)地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDT第二十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四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。IGU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)為：TDT=TAI+32.184第二十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四原子時(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，定義為：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9192631770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)的原點(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。第二十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(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)量局來確定公布。世界各國(guó)發(fā)布的時(shí)號(hào)均以UTC為準(zhǔn)。第二十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四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。GPST的起點(diǎn)，規(guī)定1980年1月6日0時(shí)GPS與UTC相等。GPST=UTC+n第二十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四§2.3坐標(biāo)系統(tǒng)一、基本概念1、大地基準(zhǔn)：地球橢球①橢球參數(shù):長(zhǎng)半徑和扁率。②橢球定向:橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸,橢球起始子午面平行于地球起始子午面。③橢球定位:確定橢球中心與地球中心的相對(duì)位置。第三十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四

2、大地測(cè)量參考系天球坐標(biāo)系：用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動(dòng)。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)。①坐標(biāo)參考系統(tǒng)：天球坐標(biāo)系、地球坐標(biāo)系第三十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四點(diǎn)的坐標(biāo)可用（x,y,z）表示，也可用（L，B，H）表示。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)!②高程參考系統(tǒng)正高:以大地水準(zhǔn)面為參考面PH正HN正常高:以似大地水準(zhǔn)為參考面第三十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四③重力參考系統(tǒng)：重力觀測(cè)的參考系統(tǒng)。3、大地測(cè)量的參考框架大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過布設(shè)大地控制網(wǎng)(點(diǎn))構(gòu)建坐標(biāo)參考框架、高程參考框架、重力參考框架。①、坐標(biāo)參考框架：具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家平面控制網(wǎng)，GPS網(wǎng)②、高程參考框架:具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家高程控制網(wǎng)（水準(zhǔn)網(wǎng)）③、重力參考框架：具體實(shí)現(xiàn)：國(guó)家重力基本（控制）網(wǎng)第三十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四4、橢球定位和定向概念①橢球定位：確定橢球中心的位置。地心定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面全球最佳符合。橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。局部定位：橢球面與大地水準(zhǔn)面局部最佳符合。②橢球定向：確定旋轉(zhuǎn)軸和起始子午面的方向。

a.橢球短軸平行于地球旋轉(zhuǎn)軸；

b.大地起始子午面平行于天文起始子午面。③參考橢球：具有確定參數(shù)(a,α),經(jīng)過局部定位和定向的地球橢球。④總地球橢球：具有確定參數(shù)(a,α),經(jīng)過地心定位和定向，與全球大地水準(zhǔn)面最為密合的地球橢球。第三十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四二、慣性坐標(biāo)系(CIS)與協(xié)議天球坐標(biāo)系1、慣性坐標(biāo)系（CIS）與協(xié)議天球坐標(biāo)系定義①慣性坐標(biāo)系（CIS）：在空間不動(dòng)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。②協(xié)議天球坐標(biāo)系：以某一約定時(shí)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)改正后作為Z軸，以對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)為X軸的指向點(diǎn)，以XOZ的垂直方向?yàn)閅軸方向建立的天球坐標(biāo)系。是一種近似的慣性坐標(biāo)系。目前采用的協(xié)議天球坐標(biāo)系是以標(biāo)準(zhǔn)歷元J2000.0（2000年1月15日）的平赤道和平春分點(diǎn)為依據(jù)的。XYZoP春分點(diǎn)黃道天球赤道第三十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四③瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系：以某一瞬時(shí)平天球赤道和對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)為依據(jù)。④瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系：以某一瞬時(shí)北天極和對(duì)應(yīng)的真春分點(diǎn)為依據(jù)。2、協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系⑴、協(xié)議天球坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系第三十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四其中ZA，θA，ζA為歲差參數(shù)P0Pir0ri標(biāo)準(zhǔn)歷元平赤道瞬時(shí)平赤道ZYXZYXθAζAzA第三十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四為觀測(cè)歷元t的儒略日。⑵、瞬時(shí)平天球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到瞬時(shí)真天球坐標(biāo)第三十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四黃道平赤道真赤道平春分點(diǎn)真春分點(diǎn)ZYXZYX其中ε，Δε，ΔΨ為黃赤交角，交角章動(dòng)，黃經(jīng)章動(dòng)進(jìn)而有：第三十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四三、地固坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系）地固坐標(biāo)系：原點(diǎn)O與地心（參心）重合，Z軸指向地球北極，X軸指向地球赤道面與格林尼治子午圈的交點(diǎn)，Y軸在赤道平面里與XOZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系：以總橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)參心坐標(biāo)系：以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)XYZoP地球赤道首子午線LB協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS）：以協(xié)議地極CTP為Z軸方向。大多采用CIO為Z軸指向點(diǎn)。以對(duì)應(yīng)赤道面與起始子午圈的交點(diǎn)為X軸指向。瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：以瞬時(shí)極為Z軸方向。第四十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四1、協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換二者差異由于極移的影響產(chǎn)生。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)推算得到以公報(bào)形式發(fā)布。0ZCTSYCTSXCTSZt

YtXt協(xié)議赤道瞬時(shí)赤道格林尼治平子午線xpypCTPt僅取至一次項(xiàng)有第四十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四2、協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的關(guān)系⑴、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換真春分點(diǎn)起始子午線赤道GASTxyzXYZ二者z軸重合，x軸間差格林尼治真恒星時(shí)時(shí)角GAST。第四十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑵、協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換第四十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四3.地球參心坐標(biāo)系⑴、建立參心坐標(biāo)系的工作a.確定橢球的幾何參數(shù)（長(zhǎng)半徑a和扁率α）一般采用國(guó)際橢球參數(shù)。b.橢球定位c.椐球定向：平行條件d.建立大地原點(diǎn)如圖兩個(gè)坐標(biāo)系的關(guān)系參數(shù)：三個(gè)平移參數(shù)(X0,Y0,Z0)三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)εX,εY,εZ根據(jù)橢球定向平行條件有：εX=0、εY=0、εZ=0第四十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑵、大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù)選定某一適宜的點(diǎn)K作為大地原點(diǎn)，觀測(cè)其天文經(jīng)度λK，天文緯度φK，正高H正K，至某相鄰點(diǎn)的天文方位角αK，然后再換算成大地經(jīng)度LK，大地緯度BK，大地方位角AK，大地高HK。LK，BK，AK稱為大地起算數(shù)據(jù)，大地原點(diǎn)又稱大地起算點(diǎn)。第四十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四根據(jù)廣義垂線偏差公式和廣義拉普拉斯方程有：顧及εX=0，εY=0，εZ=0，有：ξK－大地原點(diǎn)垂線偏差子午分量ηK－大地原點(diǎn)垂線偏差卯酉分量NK－大地水準(zhǔn)面差距第四十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑶、參考橢球的定位和定向一點(diǎn)定位如果選擇大地原點(diǎn)：則大地原點(diǎn)的坐標(biāo)為：第四十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四多點(diǎn)定位：在全國(guó)范圍內(nèi)觀測(cè)許多點(diǎn)的天文經(jīng)度λ，天文緯度φ，天文方位角α（這樣的點(diǎn)稱為拉普拉斯點(diǎn)）。利用這些觀測(cè)成果和已有的橢球參數(shù)，根據(jù)最佳擬合條件ΣN2=min（或Σζ2=min），采用最小二乘原理，求出橢球定位參數(shù)ΔX0，ΔY0，ΔZ0，旋轉(zhuǎn)參數(shù)εX，εy，εZ，橢球幾何參數(shù)的改正數(shù)Δa，Δα（a新=a舊+Δa，α新=α舊+Δα）以及η新,ξ新，N新。第四十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四求出大地原點(diǎn)新的大地起算數(shù)據(jù):參考橢球參數(shù)和大地起算數(shù)據(jù)是一個(gè)參心坐標(biāo)系建成的標(biāo)志，一定的參考橢球和一定的大地起算數(shù)據(jù)確定了一定的坐標(biāo)系。第四十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑷、1954年北京坐標(biāo)系（BJ54舊）①、采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)，通過與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)而建立的坐標(biāo)系。大地原點(diǎn)在前蘇聯(lián)的普爾科沃。②存在的主要缺陷：a、橢球參數(shù)有較大誤差。b、參考橢球面與我國(guó)的大地水準(zhǔn)面有明顯自西向東的系統(tǒng)性傾斜。C、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。

幾何：克拉索夫斯基橢球物理：赫爾默特扁球d、定向不明確。短軸指向不是CIO，也不是我國(guó)的地極原點(diǎn)JYD1968.0第五十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑸、1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（GDZ80）－西安坐標(biāo)系①采用IUGG

1975年大會(huì)推薦的地球橢球（IAG-75）參數(shù)：a=6378140m；GM=3.986005×1014m3/s2；J2=1.08263×10-3；ω=7.292115×10-5rad/s

。②定向：“雙平行”。極點(diǎn)采納我國(guó)在1949到1977年期間36個(gè)臺(tái)站的觀測(cè)資料歸算得到的1968年極原點(diǎn)，即JYD1968.0

。③大地原點(diǎn)在我國(guó)陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。④采用多點(diǎn)定位，根據(jù)Σζ2GDZ80=min求出參數(shù)ΔX0,ΔY0，ΔZ0，Δa，Δα。第五十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑥大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系。

⑤在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立的，通過全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差。第五十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四Geodeticorigin,PRChinaTriangulationandtraversepoints

48433Laplacianpoints458458Startinglines467467GeodeticnetworkofChina(horizontaldatum)第五十三頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑹、新1954年北京坐標(biāo)系（BJ54新）將GDZ80大地坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)經(jīng)過三個(gè)平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心，橢球參數(shù)保持與1954年北京坐標(biāo)系相同。兩者坐標(biāo)關(guān)系是：第五十四頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四第五十五頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四4、地心坐標(biāo)系定義：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。種類：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。基準(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(cè)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)。第五十六頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四·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。空間直角坐標(biāo)與大地坐標(biāo)的關(guān)系XYZM0XYZLnBP′QHP·直接法:通過一定的觀測(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。⑴、地心地固坐標(biāo)系的建立方法第五十七頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四WGS-84是CTS,坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0CTP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(gè)基本參數(shù)

·a=6378137m·e2=0.0066943799013·GM=3986005×108m3s-2·C2,0=-484.16685×10-6·ω=7292115×10-11rad/s⑵、WGS-84世界大地坐標(biāo)系第五十八頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑶、國(guó)際地球參考系統(tǒng)（ITRS）與國(guó)際地球參考框架（ITRF）①國(guó)際地球參考系統(tǒng)（ITRS）原點(diǎn)為地心，是包括海洋和大氣在內(nèi)的地球質(zhì)心。長(zhǎng)度單位為米，在廣義相對(duì)論框架下定義。Z軸從地心指向BIH1984.0定義的協(xié)議地極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，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。②國(guó)際地球參考框架（ITRF）是國(guó)際地球參考系統(tǒng)（ITRS）的具體實(shí)現(xiàn)。是通過ITRS分布全球的跟蹤站的坐標(biāo)和速度場(chǎng)來維持的。第五十九頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四站心坐標(biāo)系：以測(cè)站為原點(diǎn)，測(cè)站上的法線（或垂線）為Z軸方向，X軸指向子午線的北方向，Y軸垂直平面XOZ并指向東。5、站心坐標(biāo)系⑴、垂線站心直角坐標(biāo)系：以測(cè)站P為原點(diǎn)，P點(diǎn)的垂線為z軸(指向天頂為正),子午線方向?yàn)閤軸(向北為正)，y軸與x，z軸垂直(向東為正)構(gòu)成左手坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)系稱為垂線站心直角坐標(biāo)系，或稱為站心天文坐標(biāo)系。λφ第六十頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四Z(天頂)Y(東)PZQdαX(北)Q′空間任意一點(diǎn)Q相對(duì)于P的位置可通過地面觀測(cè)量---斜距d、天文方位角α和天頂距Z來確定垂線站心直角坐標(biāo)系與地心（參心）坐標(biāo)系之間的換算公式第六十一頁，共七十九頁，編輯于2023年，星期四⑵、法線站心直角坐標(biāo)系：以測(cè)站P點(diǎn)為原點(diǎn)，P點(diǎn)的法線方向?yàn)閦*軸(指向天頂為正)，子午線北方向?yàn)閤*軸，y*軸與x*,z*軸垂直，構(gòu)成左手坐標(biāo)系。這種坐標(biāo)系就稱為法線站心直角坐標(biāo)系，或站心橢球坐標(biāo)系。第六十二頁，共七十九頁，編輯于2023年，星