第2章---空間大地測(cè)量的時(shí)空框架

1、說(shuō)明及致謝,課件中引用了大量來(lái)自網(wǎng)絡(luò)及他人課件的圖片資料。由于其來(lái)源復(fù)雜，在此未能一一列出。資料的版權(quán)均屬原作者。本課件只用于教學(xué)，不作其它用途。特此說(shuō)明！,大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn)相關(guān)定義時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng),內(nèi)容要點(diǎn),大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn),大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn)，就是指大地測(cè)量基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)，它由相應(yīng)的大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)及它們相應(yīng)的參考框架所構(gòu)成。 大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)是總體概念，大地測(cè)量參考框架和時(shí)間參考框架是大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間參考系統(tǒng)的

2、具體實(shí)現(xiàn)。,大地測(cè)量系統(tǒng)與大地測(cè)量參考框架,大地測(cè)量系統(tǒng) 大地測(cè)量系統(tǒng)規(guī)定了大地測(cè)量的起算基準(zhǔn)和尺度標(biāo)準(zhǔn)及其實(shí)現(xiàn)方式（包括理論、模型和方法）。 大地測(cè)量系統(tǒng)包括坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)和重力參考系統(tǒng)。大地測(cè)量參考框架 大地測(cè)量參考框架，就是按大地測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)定的原則，采用大地測(cè)量技術(shù)，在全球或局域范圍內(nèi)所測(cè)定的、固定在地面上的點(diǎn)所構(gòu)成的大地網(wǎng)（點(diǎn)）或其他實(shí)體（靜止或運(yùn)動(dòng)的物體），是對(duì)大地測(cè)量系統(tǒng)的具

3、體實(shí)現(xiàn)。 與大地測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，大地測(cè)量參考框架有坐標(biāo)（參考）框架、高程（參考）框架和重力測(cè)量（參考）框架三種。大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)的任務(wù) 大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)的任務(wù)是，確定或定義坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)和重力參考系統(tǒng)。建立和維持坐標(biāo)框架、高程框架和重力框架。,時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架,（1）時(shí)間系統(tǒng) 時(shí)間系統(tǒng)規(guī)定了時(shí)間測(cè)量的參考標(biāo)準(zhǔn)，包括時(shí)刻的參考標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間間隔的尺度標(biāo)準(zhǔn)。（2）時(shí)間參考框架

4、 時(shí)間參考框架就是在全球或局域范圍內(nèi)，通過(guò)守時(shí)、授時(shí)和時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù)，實(shí)現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng)。 守時(shí) 為了隨時(shí)獲得世界時(shí)，要用精密的天文時(shí)計(jì)將天文測(cè)時(shí)結(jié)果記錄下來(lái)，并根據(jù)天文時(shí)計(jì)運(yùn)行的規(guī)律隨時(shí)指示外推的世界時(shí)，這種工作稱為守時(shí)，也就是時(shí)間的保持。 最初用來(lái)保持時(shí)間的時(shí)計(jì)為天文擺鐘。第二次世界大戰(zhàn)后，石英鐘擔(dān)負(fù)起了守時(shí)的任務(wù)。目前各國(guó)都用原子鐘來(lái)保持時(shí)間。 授時(shí)系統(tǒng) 是確定和發(fā)播精確時(shí)刻的工作

5、系統(tǒng) 。,7,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，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。,時(shí)間系

6、統(tǒng),8,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(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。 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),9,時(shí)角t,天體的時(shí)圈面與測(cè)站子午面間的二面角QOT稱為天體的時(shí)角，以t表示。也可用在北天極P上所相應(yīng)的球面角QP σ或在赤道上由上點(diǎn)

7、Q至T點(diǎn)的弧距QT來(lái)量度。,10,平太陽(yáng)時(shí)MT和世界時(shí)UT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)。一個(gè)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。假設(shè)以平太陽(yáng)作為參考點(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,11,平太陽(yáng)日是以

8、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(yáng)時(shí)角，則某地的平太陽(yáng)時(shí) MT = LAMT + 12 (平子夜與平正午差12小時(shí)）世界時(shí)UT： 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)。 UT = GAMT + 12 GAMT 代表格林尼治平太陽(yáng)時(shí)角。,12,未經(jīng)任何改正的世界時(shí)表示

9、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回歸年儒略日歷書(shū)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(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)。 歷書(shū)時(shí)的秒長(zhǎng)規(guī)定為1900年1月1日12時(shí)

10、整回歸年長(zhǎng)度的1／31556925.9747,13,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(xiě)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(yáng)系質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDB 2) 地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)TDTTDT和TDB可以看作是ET分別在兩個(gè)坐標(biāo)系中的實(shí)現(xiàn)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

11、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+32.184,14,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)的原點(diǎn)定義：1958年1月1日UT2的0時(shí)。

12、 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。,15,,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)

13、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）,16,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

14、)GPST的起點(diǎn)，規(guī)定1980年1月6日0時(shí)GPS與UTC相等。,大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn)相關(guān)定義時(shí)間系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng),內(nèi)容要點(diǎn),18,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(cè)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(zhǎng)短半軸），以及參考橢球在空間中的定位及定向，還有在描述這些位置時(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。,19,,2、大

15、地測(cè)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(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)，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)!,20,圖2－8 天球坐標(biāo)系,天球直角坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系：赤經(jīng)、赤緯、向徑,21,,圖2－10 大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo),22,3、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

16、照面的高程系統(tǒng)稱為正常高；大地水準(zhǔn)面相對(duì)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： H=H正常+ζ H=H正高+N ,23,國(guó)家平面控制網(wǎng)是全國(guó)進(jìn)行測(cè)量工作的平面位置的參考框架，國(guó)家平面控制網(wǎng)是按控制等級(jí)和施測(cè)精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的國(guó)家平面控制網(wǎng)含三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)共154348個(gè)。國(guó)家高程控制網(wǎng)是全國(guó)進(jìn)行測(cè)量工作的高程參考框架，按控制等級(jí)和施測(cè)精度分為一、二、三、四等

17、網(wǎng)，目前提供使用的1985國(guó)家高程系統(tǒng)共有水準(zhǔn)點(diǎn)成果114041個(gè)，水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度為4166191公里。,大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)大地測(cè)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。,4、大地測(cè)量參考框架,24,,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) ?！?000國(guó)家GPS控制網(wǎng)”由國(guó)家測(cè)繪局布設(shè)的高

18、精度GPS A、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)合處理將其歸于一個(gè)坐標(biāo)參考框架，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.,25,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(dòng)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。協(xié)議慣性坐標(biāo)系的建立：

19、 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)?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),26,,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

20、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(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 。 ,27,,為觀測(cè)歷元 t 的儒略日。,P：歲差旋轉(zhuǎn)矩陣,28,,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)

21、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).,為黃赤交交、交角章動(dòng)、黃經(jīng)章動(dòng).,,,,N：章動(dòng)旋轉(zhuǎn)矩陣,29,,合并上述兩式：,P：歲差旋轉(zhuǎn)矩陣,N：章動(dòng)旋轉(zhuǎn)矩陣,30,,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(dòng)，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

22、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)).,31,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)

23、系.協(xié)議(地固）坐標(biāo)系與瞬時(shí)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換極移的影響極移參數(shù)的確定,,32,坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù)),極移參數(shù)由國(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。,33,,M：極移旋轉(zhuǎn)矩陣,34,,地球參心坐標(biāo)系 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)

24、。建立大地原點(diǎn)。,35,1954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: ① 橢球參數(shù)有較大誤差。 ② 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。,,36,,③ 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。我國(guó)在

25、處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特1900～1909年正常重力公式，與這個(gè)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(lái)了麻煩。④ 定向不明確，既不是國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)也不是我國(guó)地極原點(diǎn)。,37,,1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系 特點(diǎn) ① 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5個(gè)橢球基本參數(shù)。 ·長(zhǎng)半徑 a=6378140m, ·

26、;地球的扁率為 1/298.257 ·地心引力常數(shù) GM=3.986 005×1014m3/s2, ·重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù)J2 =1.082 63×10-8 ·自轉(zhuǎn)角速度 ω=7.292 115×10-5 rad/s ② 在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。 ③ 橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。,,38,,④定向明確

27、。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點(diǎn) 的方向 ⑤大地原點(diǎn)地處我國(guó)中部，位于西安市以北60 km 處的涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)。  ⑥ 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,,,39,,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(dòng)將引起坐標(biāo)軸方

28、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)。,40,地心地固坐標(biāo)系的建立方法·直接法:·間接法:,,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

29、方法，如天文重力法和衛(wèi)星大地測(cè)量動(dòng)力法等。,41,2) 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(gè)基本參數(shù) ·a =6 378 137m ·e2=0.0066943799013 ·GM =3 986 005

30、×108m3s-2 ·C2,0=-484.166 85×10-6 ·ω =7 292 115×10-11rad/s,,,42,,WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS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(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由

31、美國(guó)國(guó)防部制圖局建立，于1987年取代了當(dāng)時(shí)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。,43,3) ITRS與ITRF 國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERS ( International Earth Rot

32、ation Service) 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)。 ICRS(F)= International Celestrial reference system ITRS(F)= I

33、nternational Terrestrial reference system EOP=Earth Orbit Parameter,,,44,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

34、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；,坐標(biāo)系統(tǒng)(續(xù))-國(guó)際地球參系統(tǒng)ITRS,45,,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(cè)量技術(shù)的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得到的一組全球站坐標(biāo)和速度。自1988年

35、起，IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000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。 http://lareg.ensg.ign.fr/ITRF/solutions.html，,46,5 、站心坐標(biāo)系以測(cè)站為原點(diǎn)，測(cè)站上的法線(垂線)為Z軸方向的坐標(biāo)系就稱為法線(或垂線)站心

36、坐標(biāo)系 垂線站心坐標(biāo)系 法線站心坐標(biāo)系,,,47,站心極坐標(biāo)系,,,,48,,法線站心直角坐標(biāo)系,,49,,按坐標(biāo)原點(diǎn)的不同分類(lèi)地心坐標(biāo)系統(tǒng)（地心空間直角坐標(biāo)系、地心大地坐標(biāo)系 ）參心坐標(biāo)系統(tǒng)（參心空間直角坐標(biāo)系、參心大地坐標(biāo)系 ）站心坐標(biāo)系統(tǒng)（站心直角坐標(biāo)系 、站心極坐標(biāo)系 ）,50,,2.3.4 坐標(biāo)系換算 1 ) 歐勒角與旋轉(zhuǎn)矩陣 兩個(gè)直角坐標(biāo)系進(jìn)行相互變換的旋轉(zhuǎn)角稱為歐勒角 。 二

37、維直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn),,,,51,三維空間直角坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn) O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通過(guò)三次旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)O-X1Y1Z1 到O-X2Y2Z2的變換,,,52,,,,,,53,,,,,54,,,,不同空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,55,,,,,,56,,57,注意:由于公共點(diǎn)的坐標(biāo)存在誤差，求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)將受其影響，公共點(diǎn)坐標(biāo)誤差對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的影響與點(diǎn)位的幾何分布及點(diǎn)數(shù)的多少有關(guān)，為了求得較好的轉(zhuǎn)換參數(shù)，應(yīng)選擇一定數(shù)量、精度較高、分

38、布較均勻公共點(diǎn)。當(dāng)利用3個(gè)以上的公共點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)存在多余觀測(cè)，由于公共點(diǎn)誤差的影響而使得轉(zhuǎn)換的公共點(diǎn)的坐標(biāo)值與已知值不完全相同，而實(shí)際工作中又往往要求所有的已知點(diǎn)的坐標(biāo)值保持固定不變。為了解決這一矛盾，可采用配置法，將公共點(diǎn)的轉(zhuǎn)換值改正為已知值，對(duì)非公共點(diǎn)的轉(zhuǎn)換值進(jìn)行相應(yīng)的配置。,,58,①計(jì)算公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換值的改正數(shù)V=已知值-轉(zhuǎn)換值，公共點(diǎn)的坐標(biāo)采用已知值。② 采用配置法計(jì)算非公共點(diǎn)轉(zhuǎn)換值的改正數(shù),,,,59,不同大地坐標(biāo)系換算