大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)-2

1、2021年6月17日星期四10時(shí)10分14秒第二章第二章 大地測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)大地測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)2-1 2-1 大地測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線大地測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線一、水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面 1、水準(zhǔn)面、水準(zhǔn)面 我們把重力位相等的面稱為我們把重力位相等的面稱為重力等位面重力等位面，也就，也就是我們通常所說的是我們通常所說的水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)。水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)。 1）水準(zhǔn)面具有復(fù)雜的形狀水準(zhǔn)面具有復(fù)雜的形狀。 2）水準(zhǔn)面相互既不能相交也不能相切水準(zhǔn)面相互既不能相交也不能相切。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分15秒 3）每個(gè)水準(zhǔn)面都對(duì)應(yīng)著唯一的位能）每個(gè)水準(zhǔn)面都對(duì)應(yīng)著唯一的位能W=C=常常數(shù)，在

2、這個(gè)面上移動(dòng)單位質(zhì)量不做功，亦即所做數(shù)，在這個(gè)面上移動(dòng)單位質(zhì)量不做功，亦即所做的功等于的功等于0，即，即dW=-gsds，可見，可見水準(zhǔn)面是均衡面水準(zhǔn)面是均衡面。 4）在水準(zhǔn)面上，）在水準(zhǔn)面上，所有點(diǎn)的重力均與水準(zhǔn)面正所有點(diǎn)的重力均與水準(zhǔn)面正交交。于是水準(zhǔn)面又可定義為所有點(diǎn)都與鉛垂線正。于是水準(zhǔn)面又可定義為所有點(diǎn)都與鉛垂線正交的面。交的面。 2、大地水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面 2021年6月17日星期四10時(shí)10分15秒 由于海洋占全球面積的由于海洋占全球面積的71，故設(shè)想與平均，故設(shè)想與平均海水面相重合，不受潮汐、風(fēng)浪及大氣壓變化影海水面相重合，不受潮汐、風(fēng)浪及大氣壓變化影響，并延伸到大陸下面處處與

3、鉛垂線相垂直的水響，并延伸到大陸下面處處與鉛垂線相垂直的水準(zhǔn)面稱為準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面，它是，它是一個(gè)沒有褶皺、無棱一個(gè)沒有褶皺、無棱角的連續(xù)封閉曲面角的連續(xù)封閉曲面。 大地水準(zhǔn)面作為測(cè)量外業(yè)的基準(zhǔn)面，而與其大地水準(zhǔn)面作為測(cè)量外業(yè)的基準(zhǔn)面，而與其相垂直的鉛垂線則是外業(yè)的基準(zhǔn)線。相垂直的鉛垂線則是外業(yè)的基準(zhǔn)線。2021年6月17日星期四10時(shí)10分15秒 3 、似大地水準(zhǔn)面、似大地水準(zhǔn)面 由于地球質(zhì)量特別是外層質(zhì)量分布的不均性，使得由于地球質(zhì)量特別是外層質(zhì)量分布的不均性，使得大地水準(zhǔn)面形狀非常復(fù)雜。大地水準(zhǔn)面的嚴(yán)密測(cè)定取決于大地水準(zhǔn)面形狀非常復(fù)雜。大地水準(zhǔn)面的嚴(yán)密測(cè)定取決于地球構(gòu)造方面的

4、學(xué)科知識(shí)，目前尚不能精確確定它。為此，地球構(gòu)造方面的學(xué)科知識(shí)，目前尚不能精確確定它。為此，前蘇聯(lián)學(xué)者莫洛金斯基建議研究與大地水準(zhǔn)面很接近的前蘇聯(lián)學(xué)者莫洛金斯基建議研究與大地水準(zhǔn)面很接近的似似大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面。這個(gè)面不需要任何關(guān)于地殼結(jié)構(gòu)方面的假設(shè)。這個(gè)面不需要任何關(guān)于地殼結(jié)構(gòu)方面的假設(shè)便可嚴(yán)密確定。便可嚴(yán)密確定。似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面在海洋上完全似大地水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面在海洋上完全重合，而在大陸上也幾乎重合，在山區(qū)只有重合，而在大陸上也幾乎重合，在山區(qū)只有2-4m的差異。的差異。似大地水準(zhǔn)面盡管不是水準(zhǔn)面，但它可以嚴(yán)密地解決關(guān)于似大地水準(zhǔn)面盡管不是水準(zhǔn)面，但它可以嚴(yán)密地解決關(guān)于研究與地球

5、自然地理形狀有關(guān)的問題。研究與地球自然地理形狀有關(guān)的問題。2021年6月17日星期四10時(shí)10分15秒二、地球橢球 1、正常橢球面是大地水準(zhǔn)面的規(guī)則形狀。、正常橢球面是大地水準(zhǔn)面的規(guī)則形狀。因因此引入正常橢球后，真的此引入正常橢球后，真的地球重力位被分成正常地球重力位被分成正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)際重力也被分成正常實(shí)際重力也被分成正常重力和重力異常兩部分。重力和重力異常兩部分。 2、但考慮到實(shí)際使用的方便和有規(guī)律性以便精確算、但考慮到實(shí)際使用的方便和有規(guī)律性以便精確算出正常重力場(chǎng)中的有關(guān)量，又顧及幾何大地測(cè)量中采用出正常重力場(chǎng)中的有關(guān)量，又顧及幾何大地測(cè)量中采用旋轉(zhuǎn)橢

6、球的實(shí)際情況，旋轉(zhuǎn)橢球的實(shí)際情況，目前都采用水準(zhǔn)橢球作為正常橢目前都采用水準(zhǔn)橢球作為正常橢球球。因此，在一般情況下，這兩個(gè)名詞不加以區(qū)別，甚。因此，在一般情況下，這兩個(gè)名詞不加以區(qū)別，甚至在有些文獻(xiàn)中還把它們統(tǒng)稱為至在有些文獻(xiàn)中還把它們統(tǒng)稱為等位橢球等位橢球。2021年6月17日星期四10時(shí)10分16秒 3、地球橢球可按幾何大地測(cè)量來定義、地球橢球可按幾何大地測(cè)量來定義：總地：總地球橢球中心和地球質(zhì)心重合，總的地球橢球的短球橢球中心和地球質(zhì)心重合，總的地球橢球的短軸與地球地軸相重合，起始大地子午面和起始天軸與地球地軸相重合，起始大地子午面和起始天文子午面重合，同時(shí)還要求總地球橢球和大地體文子午

7、面重合，同時(shí)還要求總地球橢球和大地體最為密合，也就是說，在確定參數(shù)最為密合，也就是說，在確定參數(shù)a、時(shí)，要滿時(shí)，要滿足全球范圍的大地水準(zhǔn)面差距足全球范圍的大地水準(zhǔn)面差距N的平方和最小，即的平方和最小，即2N dmin2021年6月17日星期四10時(shí)10分16秒 4、但對(duì)于天文大地測(cè)量及大地點(diǎn)坐標(biāo)的推算，、但對(duì)于天文大地測(cè)量及大地點(diǎn)坐標(biāo)的推算，對(duì)于國家測(cè)圖及區(qū)域繪圖來說，往往采用其大小對(duì)于國家測(cè)圖及區(qū)域繪圖來說，往往采用其大小及定位定向最接近于本國或本地區(qū)的地球橢球。及定位定向最接近于本國或本地區(qū)的地球橢球。這種最接近，表現(xiàn)在兩個(gè)面最接近即這種最接近，表現(xiàn)在兩個(gè)面最接近即同點(diǎn)的法線同點(diǎn)的法線和垂

8、線最接近。和垂線最接近。所有地面測(cè)量都依法線投影在這所有地面測(cè)量都依法線投影在這個(gè)橢球面上，我們把這樣的橢球叫個(gè)橢球面上，我們把這樣的橢球叫參考橢球參考橢球。 因此，我們選擇參考橢球面作為測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)因此，我們選擇參考橢球面作為測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)面，而與其相垂直的法線則是內(nèi)業(yè)計(jì)算算的基準(zhǔn)面，而與其相垂直的法線則是內(nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)線。的基準(zhǔn)線。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分16秒概述： 1點(diǎn)的位置是用坐標(biāo)來表示的，通過坐標(biāo)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。 2目前有兩種不同的坐標(biāo)系統(tǒng)：地球坐標(biāo)系和天球坐標(biāo)系。 3定義一個(gè)空間直角坐標(biāo)系必須明確：原點(diǎn)位置；坐標(biāo)軸方向；長度單位。 2021年6月17日星期四10時(shí)

9、10分17秒 1.1.天球的基本概念：天球的基本概念： 天球天球、天極天極、天球赤道天球赤道、天球子午圈天球子午圈、時(shí)圈時(shí)圈、黃道黃道、黃赤交角黃赤交角、春分點(diǎn)春分點(diǎn)、黃極黃極、歲差與章動(dòng)歲差與章動(dòng) 2.天球坐標(biāo)系的建立天球坐標(biāo)系的建立 1）天球空間直角坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系 2）天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系2021年6月17日星期四10時(shí)10分17秒天球基本概念（天球基本概念（1）2021年6月17日星期四10時(shí)10分17秒天球基本概念（天球基本概念（2）2021年6月17日星期四10時(shí)10分18秒天球基本概念（天球基本概念（3）2021年6月17日星期四10時(shí)10分18秒天球基本概念（天

10、球基本概念（4）2021年6月17日星期四10時(shí)10分19秒1.1.天球空間直角坐標(biāo)系：天球空間直角坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心原點(diǎn)位于地球質(zhì)心M M，Z Z軸指向天球北極軸指向天球北極PnPn，X X軸軸指向春分點(diǎn)指向春分點(diǎn) ，Y Y軸與軸與Z Z、X X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。2.2.天球球面坐標(biāo)系：原天球球面坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于地球質(zhì)心點(diǎn)位于地球質(zhì)心M M，赤經(jīng)，赤經(jīng) 為過春分點(diǎn)的天球子為過春分點(diǎn)的天球子午面之間的夾角，赤緯午面之間的夾角，赤緯為原點(diǎn)為原點(diǎn)M M和天體和天體S S的連線的連線與天球赤道面之間的夾與天球赤道面之間的夾角，向徑長度角，向徑長度r r為原點(diǎn)為原點(diǎn)M M至天體

11、至天體S S之間的距離。之間的距離。2021年6月17日星期四10時(shí)10分19秒G GP PS S坐坐標(biāo)標(biāo)系系地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系天球坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系天球空間直角坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系天球球面坐標(biāo)系2021年6月17日星期四10時(shí)10分19秒（二）地球坐標(biāo)系1 1參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系 建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系，必須解決以下問建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系，必須解決以下問題：題：(1)(1)確定橢球的形狀和大??；確定橢球的形狀和大??；(2)(2)確定橢球中確定橢球中心的位置，簡(jiǎn)稱定位；心的位置，簡(jiǎn)稱定位；(3)(3)確定橢球中心為原點(diǎn)的確定橢球中心為

12、原點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向，簡(jiǎn)稱定向；空間直角坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向，簡(jiǎn)稱定向；(4)(4)確確定大地原點(diǎn)。定大地原點(diǎn)。 我國幾種常用參心坐標(biāo)系：我國幾種常用參心坐標(biāo)系： BJZ54、GDZ80 2021年6月17日星期四10時(shí)10分20秒2 2地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系 地心坐標(biāo)系分為地心空間大地直角坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系分為地心空間大地直角坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系等。地心空間大地直角坐標(biāo)和地心大地坐標(biāo)系等。地心空間大地直角坐標(biāo)系又可分為地心空間大地平面直角坐標(biāo)系和空系又可分為地心空間大地平面直角坐標(biāo)系和空間大地舜時(shí)直角坐標(biāo)系。間大地舜時(shí)直角坐標(biāo)系。 1 1）建立地心坐標(biāo)系的意義：）建立地心坐標(biāo)系的意義

13、： 2 2）建立地心坐標(biāo)系的最理想方法是采用空）建立地心坐標(biāo)系的最理想方法是采用空間大地測(cè)量的方法。間大地測(cè)量的方法。 3 3）地心坐標(biāo)系的表述形式）地心坐標(biāo)系的表述形式 2021年6月17日星期四10時(shí)10分20秒地心坐標(biāo)系的表述形式地心坐標(biāo)系的表述形式地心直角坐標(biāo)系的定義地心直角坐標(biāo)系的定義：原點(diǎn)：原點(diǎn)O與地球質(zhì)心重合；與地球質(zhì)心重合；Z軸指向國際協(xié)議原點(diǎn)軸指向國際協(xié)議原點(diǎn)CIO，X軸指向軸指向1968BIH定義的定義的格林尼治平均天文臺(tái)的起始子午線與格林尼治平均天文臺(tái)的起始子午線與CIO的赤道交的赤道交點(diǎn)點(diǎn)E，Y軸垂直于軸垂直于XOZ平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系，點(diǎn)的坐平面構(gòu)成右手坐標(biāo)系，點(diǎn)的坐標(biāo)

14、分別用標(biāo)分別用XD、YD、ZD表示。表示。 地心大地坐標(biāo)系的定義地心大地坐標(biāo)系的定義：地球橢球的中心與地球質(zhì)地球橢球的中心與地球質(zhì)心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度心重合，橢球的短軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合，大地緯度B為過地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大為過地面點(diǎn)的橢球法線與橢球赤道面的夾角，大地經(jīng)度地經(jīng)度L為過地面點(diǎn)的橢球子午面與為過地面點(diǎn)的橢球子午面與BIH定義的起始定義的起始大地子午面之間的夾角，大地高大地子午面之間的夾角，大地高H為地面點(diǎn)沿橢球?yàn)榈孛纥c(diǎn)沿橢球面法線至橢球面的距離。面法線至橢球面的距離。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分20秒 1 1）WGS一一84大地坐標(biāo)

15、系大地坐標(biāo)系 WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是坐標(biāo)系統(tǒng)的全稱是World Geodical System-84（世界大地坐標(biāo)系（世界大地坐標(biāo)系-84），），它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。它是一個(gè)地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)。WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于1987年取代年取代了當(dāng)時(shí)了當(dāng)時(shí)GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-72坐標(biāo)坐標(biāo)系統(tǒng)而成為系統(tǒng)而成為GPS的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。的所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分20秒WGS84WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)系 WGS一一84坐標(biāo)系的幾何定義是：坐標(biāo)系坐標(biāo)系的幾何定義是：坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的

16、質(zhì)心，的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，Z軸指向軸指向BIHl9840定定義的協(xié)議地球極義的協(xié)議地球極(CTP)方向，方向，X軸指向軸指向BIHl9840的零度子午面和的零度子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，赤道的交點(diǎn)，y軸和軸和Z Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。如圖如圖所示。所示。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分20秒2、國家大地坐標(biāo)系、國家大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系1980年國家大地坐標(biāo)系年國家大地坐標(biāo)系2000國家大地坐標(biāo)系（國家大地坐標(biāo)系（China Geodetic Coordinate System 2000 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CGCS2000） 中國自中國自2008年年7月月

17、1日起啟用日起啟用2000國家大地坐國家大地坐標(biāo)系。標(biāo)系。 CGCS2000定義：是右手地固直角坐標(biāo)系。定義：是右手地固直角坐標(biāo)系。原點(diǎn)在地心，原點(diǎn)在地心，Z軸為國際地球旋轉(zhuǎn)局（軸為國際地球旋轉(zhuǎn)局（IERS）參）參考極（考極（IRP）方向，）方向，X軸為軸為IERS的參考子午面的參考子午面（IRM）與垂直于）與垂直于Z軸的赤道面的交線，軸的赤道面的交線，Y軸軸Z軸軸和和X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。2021年6月17日星期四10時(shí)10分21秒3、地方獨(dú)立坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系4、ITRF坐標(biāo)框架坐標(biāo)框架5、PZ90坐標(biāo)系坐標(biāo)系 GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用PZ

18、-90坐標(biāo)系。坐標(biāo)系。PZ-90(俄語：俄語：Parametry Zelmy，翻譯成英語為：，翻譯成英語為：ParameteroftheEarth)坐標(biāo)系是俄羅斯進(jìn)行地面網(wǎng)與坐標(biāo)系是俄羅斯進(jìn)行地面網(wǎng)與空間網(wǎng)聯(lián)合攻關(guān)平差后建立的。有時(shí)也稱為空間網(wǎng)聯(lián)合攻關(guān)平差后建立的。有時(shí)也稱為PE-90。2021年6月17日星期四10時(shí)10分21秒PZ-90PZ-90坐標(biāo)系定義坐標(biāo)系定義 坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心；坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球質(zhì)心；Z軸指向軸指向IERS推推薦的協(xié)議地極原點(diǎn)薦的協(xié)議地極原點(diǎn)(ConventionalTerrestrialPole)，即，即19001905年的平均北極，年的平均北極，X軸指向地球赤

19、道與軸指向地球赤道與BIH定義的零子午線的交定義的零子午線的交點(diǎn)，點(diǎn)，y軸滿足右手坐標(biāo)系。由該定義知，軸滿足右手坐標(biāo)系。由該定義知，PZ-90與國際地球參考框架與國際地球參考框架ITRF是一致的。是一致的。2021年6月17日星期四10時(shí)10分21秒 雖然雖然WGS-84與與PZ-90的定義基本一致，但的定義基本一致，但由于存在測(cè)軌跟蹤站站址坐標(biāo)誤差和測(cè)量誤由于存在測(cè)軌跟蹤站站址坐標(biāo)誤差和測(cè)量誤差，定義的坐標(biāo)系與實(shí)際使用的坐標(biāo)系存在差，定義的坐標(biāo)系與實(shí)際使用的坐標(biāo)系存在一定的差距。實(shí)際上，一定的差距。實(shí)際上，PZ-90、WGS-84或或ITRF兩兩之間都有差異。兩兩之間都有差異。PZ-90與與

20、WGS-84在地球表在地球表面的坐標(biāo)差異可達(dá)面的坐標(biāo)差異可達(dá)20 m，而，而WGS-84與與ITRF差差異很小，在異很小，在10cm以內(nèi)。可以認(rèn)為是等同的。以內(nèi)?？梢哉J(rèn)為是等同的。2021年6月17日星期四10時(shí)10分21秒2-32-3時(shí)間時(shí)間系統(tǒng)系統(tǒng) 時(shí)間是量度事物發(fā)展過程久暫的標(biāo)準(zhǔn)，是物質(zhì)時(shí)間是量度事物發(fā)展過程久暫的標(biāo)準(zhǔn)，是物質(zhì)存在和運(yùn)動(dòng)的客觀形式。任何事物的發(fā)生、發(fā)展和存在和運(yùn)動(dòng)的客觀形式。任何事物的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，除了用空間形式描述外，還需結(jié)束及物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，除了用空間形式描述外，還需用時(shí)間形式來描述，定位用衛(wèi)星的在軌運(yùn)動(dòng)以及所用時(shí)間形式來描述，定位用衛(wèi)星的在軌運(yùn)動(dòng)以及所發(fā)

21、射的電磁波的運(yùn)動(dòng)也是和時(shí)間緊密相關(guān)的，所以發(fā)射的電磁波的運(yùn)動(dòng)也是和時(shí)間緊密相關(guān)的，所以測(cè)距也是個(gè)測(cè)時(shí)的過程。天文測(cè)量中測(cè)量經(jīng)緯度和測(cè)距也是個(gè)測(cè)時(shí)的過程。天文測(cè)量中測(cè)量經(jīng)緯度和方位角要用到時(shí)間，同樣在方位角要用到時(shí)間，同樣在GPS導(dǎo)航和定位中也要導(dǎo)航和定位中也要用到時(shí)間。用到時(shí)間。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分22秒 時(shí)間分時(shí)間分恒星時(shí)和太陽時(shí)恒星時(shí)和太陽時(shí)兩大時(shí)間系統(tǒng)。利用兩大時(shí)間系統(tǒng)。利用春分點(diǎn)的春分點(diǎn)的周時(shí)視周時(shí)視運(yùn)動(dòng)周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期而運(yùn)動(dòng)周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期而建立的，以恒星日為時(shí)間單位的時(shí)間系統(tǒng)稱為建立的，以恒星日為時(shí)間單位的時(shí)間系統(tǒng)稱為恒恒星時(shí)系統(tǒng)星時(shí)系統(tǒng)；以太陽的；

22、以太陽的周日視周日視運(yùn)動(dòng)周期來量度地球運(yùn)動(dòng)周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期而建立的，以太陽日為單位的時(shí)間系統(tǒng)自轉(zhuǎn)周期而建立的，以太陽日為單位的時(shí)間系統(tǒng)為為太陽時(shí)系統(tǒng)太陽時(shí)系統(tǒng)。太陽時(shí)又分為。太陽時(shí)又分為真太陽時(shí)真太陽時(shí)和和平太陽平太陽時(shí)時(shí)兩種。平太陽時(shí)是以平太陽的周日視運(yùn)動(dòng)周期兩種。平太陽時(shí)是以平太陽的周日視運(yùn)動(dòng)周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期的以平太陽日為單位時(shí)間系來量度地球自轉(zhuǎn)周期的以平太陽日為單位時(shí)間系統(tǒng)。統(tǒng)。2021年6月17日星期四10時(shí)10分22秒 時(shí)間的計(jì)算方法隨用途的不同而有所不同。時(shí)間的計(jì)算方法隨用途的不同而有所不同。日常的計(jì)時(shí)有平年、閏年、大月、小月之分，但日常的計(jì)時(shí)有平年、閏年、大月、小月之

23、分，但在一些科技領(lǐng)域，如天文測(cè)量和衛(wèi)星大地測(cè)量中，在一些科技領(lǐng)域，如天文測(cè)量和衛(wèi)星大地測(cè)量中，為了使用方便不以年、月來計(jì)算，而用日來計(jì)算，為了使用方便不以年、月來計(jì)算，而用日來計(jì)算，這種計(jì)算方法稱為這種計(jì)算方法稱為儒略日儒略日(JD)記日法記日法。儒略日是。儒略日是從公元前從公元前4713年年1月月1日格林尼治平午正開始，連日格林尼治平午正開始，連續(xù)以日累計(jì)，需用時(shí)可從續(xù)以日累計(jì)，需用時(shí)可從中國天文年歷中國天文年歷的的“儒略日儒略日”附表中查取。附表中查取。2021年6月17日星期四10時(shí)10分22秒原子時(shí)原子時(shí)(TAI)(TAI) 1967年國際計(jì)量委員會(huì)決定采用銫原子零場(chǎng)在基年國際計(jì)量委員

24、會(huì)決定采用銫原子零場(chǎng)在基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)間躍遷輻射頻率態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)結(jié)構(gòu)間躍遷輻射頻率9192631770個(gè)周期的時(shí)間間隔為個(gè)周期的時(shí)間間隔為1 1秒，這樣長度的秒，這樣長度的秒，定義為秒，定義為原子時(shí)秒原子時(shí)秒，以此為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)，稱，以此為基準(zhǔn)的時(shí)間系統(tǒng)，稱為為原子時(shí)原子時(shí)。原子時(shí)秒比由地球運(yùn)轉(zhuǎn)所確定的秒長穩(wěn)。原子時(shí)秒比由地球運(yùn)轉(zhuǎn)所確定的秒長穩(wěn)定，且精度達(dá)到定，且精度達(dá)到10-13S。（。（原子時(shí)的秒長被定義為銫原子時(shí)的秒長被定義為銫原子原子Cs133基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷輻射振蕩9192631170周所持續(xù)的時(shí)間。原子時(shí)的起點(diǎn)，按國周所持

25、續(xù)的時(shí)間。原子時(shí)的起點(diǎn)，按國際協(xié)定取為際協(xié)定取為1958年年1月月1日日0時(shí)時(shí)0秒（秒（UT2） 2021年6月17日星期四10時(shí)10分22秒 計(jì)量原子時(shí)的時(shí)鐘稱為計(jì)量原子時(shí)的時(shí)鐘稱為原子鐘原子鐘，常用的，常用的有銫原子鐘、氫原子鐘和銣原子鐘三種，國有銫原子鐘、氫原子鐘和銣原子鐘三種，國際上是以銫原子鐘為基準(zhǔn)的。原子鐘的計(jì)時(shí)際上是以銫原子鐘為基準(zhǔn)的。原子鐘的計(jì)時(shí)精度滿足了一些高精度時(shí)間部門的需要，特精度滿足了一些高精度時(shí)間部門的需要，特別是空間技術(shù)和地面高精度定位的需要。別是空間技術(shù)和地面高精度定位的需要。GPS衛(wèi)星上現(xiàn)在都配置了原子鐘。衛(wèi)星上現(xiàn)在都配置了原子鐘。 2021年6月17日星期四1

26、0時(shí)10分23秒 GPS時(shí)間系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為時(shí)間系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為GPS時(shí)，是以原子頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，是以原子頻率標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，由主控站按照美國海軍天文臺(tái)為基準(zhǔn)，由主控站按照美國海軍天文臺(tái)(USNO)的的協(xié)調(diào)時(shí)協(xié)調(diào)時(shí)UTC進(jìn)行調(diào)整的，在進(jìn)行調(diào)整的，在1980年年1月月6日零時(shí)，使日零時(shí)，使兩個(gè)時(shí)系對(duì)齊。啟動(dòng)后不跳秒，保持時(shí)間的連續(xù)。兩個(gè)時(shí)系對(duì)齊。啟動(dòng)后不跳秒，保持時(shí)間的連續(xù)。以后隨著時(shí)間的積累，以后隨著時(shí)間的積累，GPSGPS時(shí)與時(shí)與UTCUTC時(shí)的整秒差及時(shí)的整秒差及秒以下的差異通過時(shí)間服務(wù)部門定期公布。秒以下的差異通過時(shí)間服務(wù)部門定期公布。 GPSGPS時(shí)時(shí)2021年6月17日星期四10時(shí)10分23秒北斗時(shí)（北

27、斗時(shí)（BDT） 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)采用北斗時(shí)（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)采用北斗時(shí)（BDT），），秒長取為國際單位制秒長取為國際單位制SI秒，起算歷元為秒，起算歷元為2006年年1月月1日日0時(shí)時(shí)0分分0秒?yún)f(xié)調(diào)世界時(shí)（秒?yún)f(xié)調(diào)世界時(shí)（UTC）。）。BDT是連續(xù)時(shí)間，是連續(xù)時(shí)間，溯源到中國科學(xué)院國家授時(shí)中心（溯源到中國科學(xué)院國家授時(shí)中心（NTSC)保持的保持的UTC時(shí)間，簡(jiǎn)稱時(shí)間，簡(jiǎn)稱UTC（NTSC），與），與UTC之間的閏秒信息在之間的閏秒信息在導(dǎo)航電文中播報(bào)。導(dǎo)航電文中播報(bào)。BDT與與UTC的偏差保持在的偏差保持在100納秒納秒以內(nèi)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的坐標(biāo)框架采用中國以內(nèi)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系

28、統(tǒng)的坐標(biāo)框架采用中國2000大地坐標(biāo)系統(tǒng)（大地坐標(biāo)系統(tǒng)（CGCS2000）。）。2021年6月17日星期四10時(shí)10分23秒2-42-4地球重力場(chǎng)基本理論地球重力場(chǎng)基本理論2021年6月17日星期四10時(shí)10分23秒2-5 2-5 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)一、水準(zhǔn)面不平行性一、水準(zhǔn)面不平行性 重力位能重力位能：隨著位置和重力加速度大小而變隨著位置和重力加速度大小而變化的位能稱為重力位能。用化的位能稱為重力位能。用W表示，則：表示，則：Wgh 在同一水準(zhǔn)面上各點(diǎn)的重力位能相等，因此，水準(zhǔn)面在同一水準(zhǔn)面上各點(diǎn)的重力位能相等，因此，水準(zhǔn)面稱為稱為重力等位面重力等位面，或，或稱重力位水準(zhǔn)面稱重力位水準(zhǔn)面。如果

29、將單位質(zhì)點(diǎn)從。如果將單位質(zhì)點(diǎn)從一個(gè)水準(zhǔn)面提高到相距一個(gè)水準(zhǔn)面提高到相距h的另一個(gè)水準(zhǔn)面，其所做的功就的另一個(gè)水準(zhǔn)面，其所做的功就等于兩水準(zhǔn)面的位能差，即有等于兩水準(zhǔn)面的位能差，即有aabbWghgh2021年6月17日星期四10時(shí)10分23秒hbhggaba 上式分析表明，水準(zhǔn)面不是相互平行的，這是水準(zhǔn)上式分析表明，水準(zhǔn)面不是相互平行的，這是水準(zhǔn)面的一個(gè)非常重要的特性，即面的一個(gè)非常重要的特性，即水準(zhǔn)面的不平行性水準(zhǔn)面的不平行性。 重力加速度重力加速度g值是隨緯度的不同而變化的，在緯度值是隨緯度的不同而變化的，在緯度較低的赤道處有較小的較低的赤道處有較小的g值，而在兩極處值，而在兩極處g值較大

30、，因此，值較大，因此，水準(zhǔn)面是相互不平行的，且為向兩極收斂的、接近橢圓水準(zhǔn)面是相互不平行的，且為向兩極收斂的、接近橢圓形的曲面。形的曲面。 2021年6月17日星期四10時(shí)10分24秒 水準(zhǔn)面的不平行性，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響：水準(zhǔn)面的不平行性，對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的影響： 因?yàn)樗疁?zhǔn)面不平行性，如果沿水準(zhǔn)面觀測(cè)高差不因?yàn)樗疁?zhǔn)面不平行性，如果沿水準(zhǔn)面觀測(cè)高差不等于零（應(yīng)該等于零），要加改正數(shù)。等于零（應(yīng)該等于零），要加改正數(shù)。 用水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)得兩點(diǎn)間的高差隨路線不同而有差用水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)得兩點(diǎn)間的高差隨路線不同而有差異，異， 在閉合環(huán)形水準(zhǔn)路線中，由于水準(zhǔn)面不平行性所在閉合環(huán)形水準(zhǔn)路線中，由于水準(zhǔn)面不平行性所產(chǎn)生的閉

31、合差，稱為產(chǎn)生的閉合差，稱為理論閉合差理論閉合差。ONBBOABBhHhH測(cè)測(cè)BBONBOABHHhh測(cè)測(cè),三種高程系：正高、正常高三種高程系：正高、正常高和力高高程系。和力高高程系。2021年6月17日星期四10時(shí)10分24秒二、正高高程系二、正高高程系 正高高程系是以大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)面，地面任一正高高程系是以大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)面，地面任一點(diǎn)的正高高程（簡(jiǎn)稱正高），即該點(diǎn)沿垂線至大地水準(zhǔn)點(diǎn)的正高高程（簡(jiǎn)稱正高），即該點(diǎn)沿垂線至大地水準(zhǔn)面的距離。面的距離。OABBmOABBBCBCBgdhgdhggdHHH1正 某點(diǎn)正高不隨水準(zhǔn)測(cè)量路線的不同而有差異，正高某點(diǎn)正高不隨水準(zhǔn)測(cè)量路線的不同而

32、有差異，正高高程是唯一確定的數(shù)值可以用來表示地面的高程，但高程是唯一確定的數(shù)值可以用來表示地面的高程，但地地面一點(diǎn)的正高高程不能精確求得面一點(diǎn)的正高高程不能精確求得。三、正常高高程系三、正常高高程系 將正高系統(tǒng)中不能精確測(cè)定的將正高系統(tǒng)中不能精確測(cè)定的 用正常重力用正常重力 代替，代替，便得到另一種系統(tǒng)高程，稱為正常高，公式表示如下：便得到另一種系統(tǒng)高程，稱為正常高，公式表示如下：OABBmBgdhrH1常BmgBm2021年6月17日星期四10時(shí)10分24秒 正常高高程是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系，正常高高程是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系，地面一點(diǎn)的正常高高程（簡(jiǎn)稱正常高），即該點(diǎn)到似

33、大地面一點(diǎn)的正常高高程（簡(jiǎn)稱正常高），即該點(diǎn)到似大地水準(zhǔn)面的距離，正常高可精確求得。地水準(zhǔn)面的距離，正常高可精確求得。利用天文重力水利用天文重力水準(zhǔn)測(cè)量方法可以測(cè)定似大地水準(zhǔn)面與參考橢球面之間的準(zhǔn)測(cè)量方法可以測(cè)定似大地水準(zhǔn)面與參考橢球面之間的距離，因此應(yīng)用正常高高程系，可以有足夠的精度求出距離，因此應(yīng)用正常高高程系，可以有足夠的精度求出地面一點(diǎn)到參考橢球面的距離，這樣地面上的觀測(cè)量就地面一點(diǎn)到參考橢球面的距離，這樣地面上的觀測(cè)量就可精確地歸化到參考橢球面上?？删_地歸化到參考橢球面上。 正常高可以精確求得，其數(shù)值也不隨水準(zhǔn)路線而異，正常高可以精確求得，其數(shù)值也不隨水準(zhǔn)路線而異，是唯一確定的，因

34、此是唯一確定的，因此我國規(guī)定采用正常高高程系統(tǒng)作為我國規(guī)定采用正常高高程系統(tǒng)作為我國高程的統(tǒng)一系統(tǒng)我國高程的統(tǒng)一系統(tǒng)。 對(duì)于對(duì)于B點(diǎn)正常高點(diǎn)正常高OABBmOABBmOABBmBdhrgrrdhrdhrrgrH)(11)(1常2021年6月17日星期四10時(shí)10分24秒BBBBBHH測(cè)近對(duì)于對(duì)于AB兩點(diǎn)正常高高差兩點(diǎn)正常高高差BABABABABAABABhHHHH測(cè)測(cè)常常為重力異常改正為重力異常改正BAmABmBAhrgrdhrgr)(1)(1稱為正常水準(zhǔn)面不平行引起的高差改正。稱為正常水準(zhǔn)面不平行引起的高差改正。規(guī)范中給出的式子：規(guī)范中給出的式子：()/mmghg0.0000015395sin2mmH g2021年6月17日星期四10時(shí)10分25秒規(guī)范中給出的式子：規(guī)范中給出的式子：11()/()/20.1543iimmmiimHH g 在海水面上在海