1、1 控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué) 第十章第十章 常用大地測(cè)量坐標(biāo)系及其變換常用大地測(cè)量坐標(biāo)系及其變換 2控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 地球的公轉(zhuǎn)地球的公轉(zhuǎn)：開普勒三大運(yùn)動(dòng)定律開普勒三大運(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；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； 與太陽連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等；與太陽連線在單位時(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)。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)。 10.1.1 10.1.1 地球繞太陽公轉(zhuǎn)地球繞太陽公轉(zhuǎn) 地球運(yùn)動(dòng)速度不同，近

2、日點(diǎn)地球運(yùn)動(dòng)速度不同，近日點(diǎn)快快，遠(yuǎn)，遠(yuǎn) 日點(diǎn)日點(diǎn)慢慢；地球繞太陽運(yùn)行一圈的時(shí)；地球繞太陽運(yùn)行一圈的時(shí) 間稱為一間稱為一恒星年恒星年。 在現(xiàn)實(shí)世界中，由于其他行星和月在現(xiàn)實(shí)世界中，由于其他行星和月 球的影響，運(yùn)行軌道并不是嚴(yán)格的球的影響，運(yùn)行軌道并不是嚴(yán)格的 橢圓軌道。橢圓軌道。 3控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 地球自轉(zhuǎn)的特征地球自轉(zhuǎn)的特征 (1) (1) 地軸方向相對(duì)于空間的變化（歲差和章動(dòng)）地軸方向相對(duì)于空間的變化（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)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果。假設(shè)月球

3、的引力及其運(yùn)行軌道是固定不變的, ,由由 于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃于日、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)，類似于旋轉(zhuǎn)陀螺，形成一個(gè)倒圓錐極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，類似于旋轉(zhuǎn)陀螺，形成一個(gè)倒圓錐 體（見下圖），其錐角等于黃赤交角體（見下圖），其錐角等于黃赤交角=23.5 =23.5 0 0 ，旋，旋 轉(zhuǎn)周期為轉(zhuǎn)周期為2600026000年，這種運(yùn)動(dòng)稱為年，這種運(yùn)動(dòng)稱為歲差歲差，是地軸方向，是地軸方向 相對(duì)于空間的長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)。相對(duì)于空間的長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)。歲差使春分點(diǎn)每年向西移歲差使春分點(diǎn)每年向西移 動(dòng)動(dòng)50.350.3。 10.1.2 10.1.2 地球的自轉(zhuǎn)地球的

4、自轉(zhuǎn) 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 4控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 5控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道稱為白道白道，由于，由于 白道對(duì)于黃道有約白道對(duì)于黃道有約5 5的傾斜，使得月球引力的傾斜，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圓，在天球上繞黃極旋轉(zhuǎn)的軌道不是平滑的小圓， 而是類似圓的波浪曲線運(yùn)動(dòng)，即地球旋轉(zhuǎn)軸在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

5、基礎(chǔ)上疊加周期為歲差的基礎(chǔ)上疊加周期為18.618.6年，且振幅為年，且振幅為 9.219.21的的短周期運(yùn)動(dòng)短周期運(yùn)動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為。這種現(xiàn)象稱為章動(dòng)章動(dòng)。 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 6控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 (2)(2)地軸相對(duì)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移）地軸相對(duì)于地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化（極移） 地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球自轉(zhuǎn)軸存在相對(duì)于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)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)象稱為變化，這種現(xiàn)象稱為極移極移。 某一觀

6、測(cè)瞬間地球極所在的位置稱為某一觀測(cè)瞬間地球極所在的位置稱為瞬時(shí)極瞬時(shí)極，某段，某段 時(shí)間內(nèi)地極的平均位置稱為時(shí)間內(nèi)地極的平均位置稱為平極平極。地球極點(diǎn)的變化，導(dǎo)。地球極點(diǎn)的變化，導(dǎo) 致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化。致地面點(diǎn)的緯度發(fā)生變化。 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 7控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 (3)(3)地球自轉(zhuǎn)速度變化（日長(zhǎng)變化）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

7、地球自轉(zhuǎn)速度緩慢變小。地球的自轉(zhuǎn)速度變化，導(dǎo)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)并緩慢變長(zhǎng)，從而使以地球自轉(zhuǎn)為基準(zhǔn)的致日長(zhǎng)的視擾動(dòng)并緩慢變長(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。時(shí)間尺度產(chǎn)生變化。 描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的參數(shù)稱為描述上述三種地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的參數(shù)稱為地球定向地球定向 參數(shù)參數(shù) (EOP)(EOP)，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的，描述地球自轉(zhuǎn)速度變化的參數(shù)和描述極移的 參數(shù)稱為參數(shù)稱為地球自轉(zhuǎn)參數(shù)地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(ERP)(ERP)，EOP EOP 即為即為 ERP ERP 加上歲差和加上歲差和 章動(dòng)章動(dòng)，其數(shù)值可以在國(guó)際地球旋

8、轉(zhuǎn)服務(wù)，其數(shù)值可以在國(guó)際地球旋轉(zhuǎn)服務(wù)(IERS)(IERS)網(wǎng)站網(wǎng)站 ( ( ) )上得到。上得到。 10.1 10.1 地球的運(yùn)轉(zhuǎn)地球的運(yùn)轉(zhuǎn) 8控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 10.2.1 基基本概念本概念 1 1、大地基準(zhǔn)、大地基準(zhǔn) v所謂基準(zhǔn)是指為描述空間位置而定義的點(diǎn)、線、面。所謂基準(zhǔn)是指為描述空間位置而定義的點(diǎn)、線、面。 v大地基準(zhǔn)大地基準(zhǔn)是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)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（如參考橢球的長(zhǎng)短半軸），以及參考橢球在空間中 的

9、定位及定向，還有在描述這些位置時(shí)所采用的單位的定位及定向，還有在描述這些位置時(shí)所采用的單位 長(zhǎng)度的定義。長(zhǎng)度的定義。 9控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 所謂所謂天球天球，是指以地球質(zhì)心，是指以地球質(zhì)心O O為中心，半徑為中心，半徑 r r為為 任意長(zhǎng)度的一個(gè)假想的球體。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。之間的關(guān)系。 2 2、天球、天球 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 1

10、0控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 天球天球 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 11控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 天軸與天極天軸與天極 地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點(diǎn)地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點(diǎn)P PN N P PS S稱為稱為天極天極，其中，其中P PN N 稱為北天極，稱為北天極，P PS S為南天極。為南天極。 天球赤道面與天球赤道天球赤道面與天球赤道 通過地球質(zhì)心通過地球質(zhì)心 O O 與天軸垂直的平面稱為與天軸垂直的平面稱為天球赤道面天球赤道面。 天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相

11、交的天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的 大圓稱為大圓稱為天球赤道天球赤道。 天球子午面與子午圈天球子午面與子午圈 含天軸并通過任一點(diǎn)的平面，含天軸并通過任一點(diǎn)的平面， 稱為稱為天球子午面天球子午面. . 天球子午面與天球相交的大圓天球子午面與天球相交的大圓 稱為稱為天球子午圈天球子午圈。 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 12控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 時(shí)圈時(shí)圈 通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時(shí)圈時(shí)圈。 黃道黃道 地球公轉(zhuǎn)的軌道面地球公轉(zhuǎn)的軌道面( (黃道面黃道面) )與天球相交的大圓稱為

12、與天球相交的大圓稱為黃黃 道道。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23.523.5度。度。 黃極黃極 通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)，通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)， 稱為稱為黃極黃極。其中靠近北天極的交點(diǎn)稱為。其中靠近北天極的交點(diǎn)稱為北黃極北黃極， 靠近南天極的交點(diǎn)稱靠近南天極的交點(diǎn)稱南黃極南黃極。 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 13控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 春分點(diǎn)與秋分點(diǎn)春分點(diǎn)與秋分點(diǎn) 黃道與赤道的兩個(gè)交點(diǎn)稱為黃道與赤道的兩個(gè)交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)春分點(diǎn)和和秋分點(diǎn)秋分點(diǎn)

13、。 視太陽在黃道上從南半球向北半球運(yùn)動(dòng)時(shí)，黃道與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)稱為天球赤道的交點(diǎn)稱為春分點(diǎn)春分點(diǎn)，用，用r r表示。表示。 在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，在天文學(xué)中和研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)時(shí)，春分點(diǎn)春分點(diǎn)和和天球赤天球赤 道面道面，是建立參考系的重要，是建立參考系的重要基準(zhǔn)點(diǎn)基準(zhǔn)點(diǎn)和和基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面 赤經(jīng)與赤緯赤經(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地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱 為為赤緯赤緯, ,春分點(diǎn)的天球子午面與過天體的天球子午面春分點(diǎn)的天球子午面與過天體的天球子午面 的夾角為的夾角為赤經(jīng)赤經(jīng)。 10.2 10.2 參考系的定義和

14、類型參考系的定義和類型 14控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.2.2 10.2.2 大地測(cè)量坐標(biāo)參考系統(tǒng)及框架大地測(cè)量坐標(biāo)參考系統(tǒng)及框架 天球坐標(biāo)系：天球坐標(biāo)系：用于用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動(dòng)。研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動(dòng)。 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)大地坐標(biāo) 系系和和空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系兩種形式，兩種形式， 大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系與空間直角坐標(biāo)系 1 1、大地測(cè)量參考系統(tǒng)、大地測(cè)量參考

15、系統(tǒng) 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 15控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 高程參考系統(tǒng)高程參考系統(tǒng) v以大地水準(zhǔn)面為參照面的高程以大地水準(zhǔn)面為參照面的高程 系統(tǒng)稱為系統(tǒng)稱為正高正高 ，以似大地水準(zhǔn)以似大地水準(zhǔn) 面為參照面的高程系統(tǒng)稱為面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正正 常高；常高； v大地水準(zhǔn)面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)橢球面大地水準(zhǔn)面相對(duì)于旋轉(zhuǎn)橢球面 的起伏如圖所示，正常高及正的起伏如圖所示，正常高及正 高與大地高有如下關(guān)系：高與大地高有如下關(guān)系： H=HH=H正常 正常+ + H=HH=H正高 正高+N +N 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型

16、 16控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 2 2、大地測(cè)量參考框架、大地測(cè)量參考框架 v國(guó)家平面控制網(wǎng)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、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)、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)共導(dǎo)線點(diǎn)共154348個(gè)。個(gè)。 v國(guó)家高程控制網(wǎng)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、四等網(wǎng)，目

17、前提供控制等級(jí)和施測(cè)精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，目前提供 使用的使用的1985國(guó)家高程系統(tǒng)共有水準(zhǔn)點(diǎn)成果國(guó)家高程系統(tǒng)共有水準(zhǔn)點(diǎn)成果114041個(gè)，水準(zhǔn)個(gè)，水準(zhǔn) 路線長(zhǎng)度為路線長(zhǎng)度為4166191公里。公里。 v 大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過大地測(cè)量手段大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過大地測(cè)量手段 確定的固定在地面上的控制網(wǎng)確定的固定在地面上的控制網(wǎng)( (點(diǎn)點(diǎn)) )所構(gòu)建的坐標(biāo)參考架、所構(gòu)建的坐標(biāo)參考架、 高程參考框架、重力參考框架。高程參考框架、重力參考框架。 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 17控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 n國(guó)家重力基

18、本網(wǎng)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，目前提供使用的架，目前提供使用的20002000國(guó)家重力基本網(wǎng)包括國(guó)家重力基本網(wǎng)包括2121個(gè)重個(gè)重 力基準(zhǔn)點(diǎn)和力基準(zhǔn)點(diǎn)和126126個(gè)重力基本點(diǎn)個(gè)重力基本點(diǎn) 。 n“20002000國(guó)家國(guó)家GPSGPS控制網(wǎng)控制網(wǎng)”由國(guó)家測(cè)繪局布設(shè)的高精度由國(guó)家測(cè)繪局布設(shè)的高精度 GPS AGPS A、B B級(jí)網(wǎng)，總參布設(shè)的級(jí)網(wǎng)，總參布設(shè)的GPS GPS 一、二級(jí)網(wǎng)，地震局、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)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

19、三個(gè)大型的有重動(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 要影響力的要影響力的GPSGPS觀測(cè)網(wǎng)的成果，共觀測(cè)網(wǎng)的成果，共26092609個(gè)點(diǎn)，通過聯(lián)合個(gè)點(diǎn)，通過聯(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)地心坐標(biāo)系統(tǒng) 的基礎(chǔ)框架的基礎(chǔ)框架. . 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 18控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.2.3 10.2.3 橢球的定位與定向橢球的定位與定向 橢球定位是指確定橢球定位是指確定橢球

20、中心橢球中心的位置，可分為兩類：的位置，可分為兩類： 局部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)橢球的中心位置無特殊要求；最佳的符合，而對(duì)橢球的中心位置無特殊要求； 地心定位地心定位要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有 最佳的符合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最最佳的符合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最 為接近。為接近。 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 19控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 橢球定向橢球定向是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局部定

21、位還是是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局部定位還是 地心定位，都應(yīng)滿足兩地心定位，都應(yīng)滿足兩2 2個(gè)平行條件：個(gè)平行條件： 1 1）橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；）橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸； 2 2）大地起始子午面平行于天文起始子午面。）大地起始子午面平行于天文起始子午面。 參考橢球參考橢球: : 具有確定參數(shù)具有確定參數(shù)( (長(zhǎng)半徑長(zhǎng)半徑 a a和扁率和扁率)，經(jīng)過局部定，經(jīng)過局部定 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. . 總地球橢球總地球橢球: : 滿足地心定位和雙平行條件，在全球范圍內(nèi)與滿足地心定位和雙平行條件，在全球范圍內(nèi)與

22、大地體最密合的地球橢球大地體最密合的地球橢球. . 參考橢球可以有多個(gè)，而總地球橢球只有一個(gè)。參考橢球可以有多個(gè)，而總地球橢球只有一個(gè)。 10.2 10.2 參考系的定義和類型參考系的定義和類型 20控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 l地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系：以地球質(zhì)心：以地球質(zhì)心( (總橢球的幾何中心總橢球的幾何中心) )為原點(diǎn)為原點(diǎn) 的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系和地心的大地坐標(biāo)系。通常分為地心空間直角坐標(biāo)系和地心 大地坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系。 l地心空間直角坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)：原點(diǎn)O O與地球質(zhì)心重合，與地球質(zhì)心

23、重合，Z Z軸指軸指 向地球北極，向地球北極，X X軸指向格林尼治平均子午面與地球赤軸指向格林尼治平均子午面與地球赤 道的交點(diǎn)，道的交點(diǎn)，Y Y軸垂直于軸垂直于XOZXOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 l地心大地坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，：地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合， 橢球面與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最佳符合，橢球的橢球面與大地水準(zhǔn)面在全球范圍內(nèi)最佳符合，橢球的 短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合；短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合； l大地緯度大地緯度為過地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，為過地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角， 大地經(jīng)度大地經(jīng)度為過地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治大

24、地子為過地面點(diǎn)的橢球子午面與格林尼治大地子 午面之間的夾角。午面之間的夾角。 21控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.3.1 10.3.1 地心地固坐標(biāo)系的建立方法地心地固坐標(biāo)系的建立方法 直接法直接法: : 間接法間接法: : 通過一定的資料通過一定的資料( (包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)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)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。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。 通過一定的觀測(cè)資料通過一定的觀測(cè)資料( (如天文、重力資料、

25、衛(wèi)星觀測(cè)資如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測(cè)資 料等料等) )，直接求得點(diǎn)的地心坐標(biāo)的方法，如天文重力法，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。和衛(wèi)星大地測(cè)量動(dòng)力法等。 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 22控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.3.2 WGS-8410.3.2 WGS-84世界大地坐標(biāo)系世界大地坐標(biāo)系 WGS-84WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z Z軸指向軸指向 BIHBIH1984.0 1984.0 定義的 定義的CTPCTP方向，方向，X X軸指向軸指向 BIHBIH1984.0 1984.

26、0零子午面和 零子午面和 CTPCTP赤道的交點(diǎn)，赤道的交點(diǎn)，Y Y 軸和軸和 Z Z、X X 軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。 4 4個(gè)基本參數(shù)個(gè)基本參數(shù) a =6 378 137ma =6 378 137m GM =3 986 005GM =3 986 00510108 8m m3 3s s-2 -2 C C2,0 2,0=-484.166 85 =-484.166 851010-6 -6 =7 292 115 =7 292 1151010-11 -11rad/s rad/s 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 23控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 nWGS-8

27、4WGS-84坐標(biāo)系是目前坐標(biāo)系是目前GPSGPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPSGPS衛(wèi)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。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。 nWGS-84WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是World GeodicalWorld Geodical System- System- 8484（世界大地坐標(biāo)系（世界大地坐標(biāo)系-84-84），它是一個(gè)），它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)地心地固坐標(biāo) 系統(tǒng)系統(tǒng)。WGS-84WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部制圖局建立，坐標(biāo)系統(tǒng)由美國(guó)國(guó)防部制圖局建立， 于于19871987年取代了當(dāng)時(shí)年取代了當(dāng)時(shí)GPSGPS所

28、采用的坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-72WGS-72 坐標(biāo)系統(tǒng)而成為坐標(biāo)系統(tǒng)而成為GPSGPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 24控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.3.3 10.3.3 國(guó)際地球參考系統(tǒng)與國(guó)際地球參考框架國(guó)際地球參考系統(tǒng)與國(guó)際地球參考框架 1.1.國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)IERSIERS ( International Earth Rotation Service) ( International Earth Rotation Service) 1988 1988年年: IUGG+IAUIER

29、S: IUGG+IAUIERS（IBH+IPMSIBH+IPMS） IERSIERS的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面：的任務(wù)主要有以下幾個(gè)方面： n維持國(guó)際天球參考系統(tǒng)維持國(guó)際天球參考系統(tǒng)(ICRS)(ICRS)和框架和框架( (ICRF)ICRF)； n維持國(guó)際地球參考系統(tǒng)維持國(guó)際地球參考系統(tǒng)(ITRS)(ITRS)和框架和框架( (ITRF)ITRF)； n提供及時(shí)準(zhǔn)確的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)提供及時(shí)準(zhǔn)確的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)( (EOP)EOP)。 ICRS(FICRS(F)= International Celestrial)= International Celestrial reference refere

30、nce system system ITRS(F ITRS(F)= International Terrestrial reference )= International Terrestrial reference system system EOP=Earth EOP=Earth Orbit Parameter Orbit Parameter 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 25控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 2.2.國(guó)際地球參考系統(tǒng)國(guó)際地球參考系統(tǒng)( (ITRS)ITRS) vITRSITRS是一種協(xié)議地球參考系統(tǒng)是一種協(xié)議地球參考系統(tǒng)(CTRS),(CTR

31、S),原點(diǎn)為原點(diǎn)為地心地心，并且，并且 是指包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)心；是指包括海洋和大氣在內(nèi)的整個(gè)地球的質(zhì)心； v長(zhǎng)度單位為米長(zhǎng)度單位為米(m)(m)，并且是在廣義相對(duì)論框架下的定義；，并且是在廣義相對(duì)論框架下的定義； v定向定向Z Z軸軸從地心指向從地心指向BIH1984.0BIH1984.0定義的協(xié)議地球極定義的協(xié)議地球極( (CTP)CTP)； X X軸軸從地心指向格林尼治平均子午面與從地心指向格林尼治平均子午面與CTPCTP赤道的交點(diǎn)；赤道的交點(diǎn)；Y Y 軸軸與與XOZXOZ平面垂直而構(gòu)成右手坐標(biāo)系；平面垂直而構(gòu)成右手坐標(biāo)系； v時(shí)間演變基準(zhǔn)是使用滿足無整體旋轉(zhuǎn)條件的板塊運(yùn)動(dòng)

32、模時(shí)間演變基準(zhǔn)是使用滿足無整體旋轉(zhuǎn)條件的板塊運(yùn)動(dòng)模 型，用于描述地球各塊體隨時(shí)間的變化。型，用于描述地球各塊體隨時(shí)間的變化。 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 26控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 3.3.國(guó)際地球參考框架國(guó)際地球參考框架(ITRF)(ITRF) vITRFITRF是是ITRS ITRS 的具體實(shí)現(xiàn)，是由的具體實(shí)現(xiàn)，是由IERS (International IERS (International Earth Rotation Service)Earth Rotation Service)中心局利用中心局利用VLBIVLBI、LLRLLR、SLRSLR

33、、 GPSGPS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全球站 坐標(biāo)坐標(biāo)和和速度速度。 v自自19881988年起，年起，IERSIERS已經(jīng)發(fā)布已經(jīng)發(fā)布ITRF88ITRF88、ITRF89ITRF89、ITRF90ITRF90、 ITRF91ITRF91、ITRF92ITRF92、ITRF93ITRF93、ITRF94ITRF94、ITRF96ITRF96、ITRF2000ITRF2000等等 全球參考框架。全球參考框架。 10.3 10.3 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 27控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.4 10.4

34、參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 10.4.110.4.1 地球參心坐標(biāo)系的建立地球參心坐標(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：建立地球參心坐標(biāo)系，需如下幾個(gè)方面的工作： n選擇或求定橢球的幾何參數(shù)選擇或求定橢球的幾何參數(shù)( (半徑半徑a a和扁率和扁率)。 n確定橢球中心的位置確定橢球中心的位置( (橢球定位橢球定位) )。 n確定橢球短軸的指向確定橢球短軸的指向( (橢球定向橢球定向) )。 n建立大地原點(diǎn)。建立大地原點(diǎn)。 （1 1）關(guān)于橢球參數(shù)）關(guān)于橢球參數(shù)，一般可選擇，一般可選擇IUGGIUGG推薦的推薦的國(guó)際橢球參數(shù)國(guó)際橢球參數(shù)。 28控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)

35、33分 （2 2）橢球定位）橢球定位 橢球定位是指確定橢球定位是指確定橢球中心橢球中心的位置，可分為兩類：的位置，可分為兩類： 局部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)橢球的中心位置無特殊要求；最佳的符合，而對(duì)橢球的中心位置無特殊要求； 地心定位地心定位要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有 最佳的符合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最最佳的符合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最 為接近。為接近。 (1) (1) 一點(diǎn)定位一點(diǎn)定位 (2) (2) 多點(diǎn)定位多點(diǎn)定位 10.4 10.4 參心坐

36、標(biāo)系參心坐標(biāo)系 29控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 （3 3）橢球定向）橢球定向 橢球定向橢球定向是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局是指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局 部定位還是地心定位，都應(yīng)滿足兩部定位還是地心定位，都應(yīng)滿足兩2 2個(gè)平行條件：個(gè)平行條件： 1 1）橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；）橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸； 2 2）大地起始子午面平行于天文起始子午面。）大地起始子午面平行于天文起始子午面。 10.4 10.4 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 30控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 （4 4）大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù)）大地原點(diǎn)和大地起算數(shù)據(jù) 大地原點(diǎn)也叫大地

37、原點(diǎn)也叫大地基準(zhǔn)點(diǎn)或大地起算點(diǎn)。大地基準(zhǔn)點(diǎn)或大地起算點(diǎn)。 參考橢球參數(shù)參考橢球參數(shù)和和大地原點(diǎn)上的起算數(shù)據(jù)的確立大地原點(diǎn)上的起算數(shù)據(jù)的確立是一個(gè)參心是一個(gè)參心 大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志. . 10.4 10.4 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 31控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 10.4.2 10.4.2 我國(guó)幾個(gè)參心坐標(biāo)系：我國(guó)幾個(gè)參心坐標(biāo)系： 1.19541.1954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系 19541954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)19421942年坐標(biāo)年坐標(biāo) 系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京，而在

38、前蘇聯(lián)的普爾科普爾科 沃沃。相應(yīng)的橢球?yàn)?。相?yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球克拉索夫斯基橢球。 19541954年北京坐標(biāo)系的缺限年北京坐標(biāo)系的缺限: : 橢球參數(shù)有較大誤差橢球參數(shù)有較大誤差。（與現(xiàn)代橢球參數(shù)相比，。（與現(xiàn)代橢球參數(shù)相比， 長(zhǎng)半軸約長(zhǎng)長(zhǎng)半軸約長(zhǎng)109m109m） 參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明參考橢球面與我國(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)達(dá)+68+68m m。 10.4 10.4 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 32控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 幾何大地測(cè)量和物理大

39、地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。 我國(guó)在處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特我國(guó)在處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特1900190019091909年年 正常重力公式，與這個(gè)公式相應(yīng)的赫爾默特扁球不正常重力公式，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，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)際工作帶來了麻煩。這給實(shí)際工作帶來了麻煩。 定向不明確定向不明確。橢球短軸的指向既不是國(guó)際上普遍采。橢球短軸的指向既不是國(guó)際上普遍采 用的國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)，也不是我國(guó)地極原點(diǎn)。用的國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)，也不是我國(guó)地極原點(diǎn)。 10.4 10.4 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 33控制測(cè)量學(xué)控制測(cè)量學(xué)2021年6月18日8時(shí)33分 2. 19802. 1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系年國(guó)家大地坐標(biāo)系 l特點(diǎn)特點(diǎn) 采用采用19751975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)年國(guó)