第二章-GPS坐標(biāo)系統(tǒng)與時間系統(tǒng)

第二章

坐標(biāo)系統(tǒng)與時間系統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)YourLocationis:36.067901oN94.171071oWYourLocationis:-375434.4998875148030.0219523734385.940602YourLocationis:3993161.250526515411.424436含義？不同類型的意義？如何實現(xiàn)他們之間的轉(zhuǎn)換？21)坐標(biāo)系統(tǒng)站心赤道坐標(biāo)系站心地平坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系天文坐標(biāo)系參心大地坐標(biāo)系參心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系投影平面地心參心站心總地球橢球面參考橢球面大地水準面表示方式坐標(biāo)原點參考面地球坐標(biāo)系統(tǒng)笛卡爾坐標(biāo)曲線坐標(biāo)平面直角坐標(biāo)32)GPS中的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系我國的國家大地坐標(biāo)系地方獨立坐標(biāo)系ITRF坐標(biāo)框架站心坐標(biāo)系p1643)天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系北天極春分點54)坐標(biāo)系的變換空間大地坐標(biāo)系—〉空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系—〉空間大地坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系—〉高斯平面直角坐標(biāo)系

65)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換P20，公式2-207二時間系統(tǒng)UT1Δt1972.0UTC1958.0IATΔt1980.1.619sGPSTUT極移改正UT1地球自轉(zhuǎn)速度改正UT28關(guān)于坐標(biāo)系統(tǒng)常見的問題校園地形圖測量成果屬于什么坐標(biāo)系？經(jīng)緯度、空間直角坐標(biāo)XYZ，平面直角坐標(biāo)xyz之間的聯(lián)系是什么？GIS軟件中常見的“基準”指的是什么？為什么會存在北京54、國家80，WGS-84等等不同的坐標(biāo)系？地方坐標(biāo)系（如北京城建）和國家坐標(biāo)系有哪些不同？為什么有了世界坐標(biāo)系還要使用國家坐標(biāo)系？我國的國家坐標(biāo)系屬于參心坐標(biāo)系還是地心坐標(biāo)系？GPS衛(wèi)星坐標(biāo)已知，相當(dāng)于控制點，那么地面上還需要坐標(biāo)已知的控制點嗎？9OUTLINE常規(guī)大地測量中的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星大地測量中的坐標(biāo)系統(tǒng)GPS常用的坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換時間系統(tǒng)YourLocationis:36.067901oN94.171071oW10經(jīng)典大地測量中的坐標(biāo)系統(tǒng)常見的坐標(biāo)系統(tǒng)空間直角坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系111、復(fù)習(xí)建立測量坐標(biāo)系的基準面是什么？三種類型的坐標(biāo)系之間的聯(lián)系的紐帶什么？12基準不僅僅是橢球參數(shù)13如果基準混淆了：14基準的確定大地水準面海洋陸地地球表面參考橢球面和參心坐標(biāo)系參考橢球152、參心坐標(biāo)系的特點不關(guān)心地心是否與參心重合；只關(guān)心表面的擬和程度，使得橢球面上的計算簡單16我國的大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系類型：參心坐標(biāo)系建立：與蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系聯(lián)測橢球：克拉索夫斯基橢球問題：參考橢球面與我國大地水準面符合不好1980年國家大地坐標(biāo)系類型：參心坐標(biāo)系建立：進行了我國的天文大地網(wǎng)整體平差，采用新的橢球元素，進行了定位和定向大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)橢球：1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第16屆年會NO1GEOIDNO2P17173、平面直角坐標(biāo)系的建立18高斯平面直角坐標(biāo)定義高斯平面直角坐標(biāo)系的定義X軸：中央子午線的投影Y軸：赤道的投影原點：兩軸的交點假東、假北為了避免坐標(biāo)系中出現(xiàn)負值，統(tǒng)一規(guī)定將每一帶的坐標(biāo)軸西移或南移一定距離。我國的假北為0，假東為500km高斯分帶投影6度帶3度帶19結(jié)論：定義一個坐標(biāo)系統(tǒng)，包含了哪兩個基本要素（方面）？坐標(biāo)系統(tǒng)的基準坐標(biāo)系統(tǒng)的形式20第一節(jié)天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系描述衛(wèi)星的位置——天球坐標(biāo)系描述地球上的點的位置——地球坐標(biāo)系21一、天球和天球坐標(biāo)系天球——以地球質(zhì)心為中心，半徑為任意長度的一個假想球體。221、天球天軸:地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線天極:天軸與天球的交點天球赤道面：通過地球質(zhì)心，與天軸垂直的平面天球子午面：包含天軸,并通過天球上任何一點的平面23黃道和春分點黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，即地球公轉(zhuǎn)時，地球上的觀測者所見到的太陽在天球上的軌道春分點：當(dāng)太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時黃道與天球赤道的交點春分點：在天球上的位置不隨著地球的自轉(zhuǎn)變化242、天球坐標(biāo)系的兩種表示方法天球空間直角坐標(biāo)系(X,Y,Z)天球球面坐標(biāo)系

(赤經(jīng)，赤緯，向徑)p11以天球為基準面，建立天球坐標(biāo)系（春分點、北天極，天球的球心）北天極春分點253、建立天球坐標(biāo)系的兩個問題實際地球的形狀近似一個赤道隆起的橢球體，因此在日月引力和其他天體對隆起部分的作用下，地球在繞太陽運行時，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變而使春分點在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移——歲差、章動P14-15歲差：由于對隆起部分的作用，周期25800年章動：由于月球軌道和月地距離的變化，周期18.6年264、三種天球坐標(biāo)系瞬時真天極瞬時平天極一個特定時刻，即標(biāo)準歷元：2000.1.15：的瞬時平天極P15北黃極27三種天球坐標(biāo)系瞬時真天球坐標(biāo)系——〉瞬時真天極、瞬時真赤道面、瞬時真春分點——〉坐標(biāo)軸指向隨時間變化瞬時平天球坐標(biāo)系——〉瞬時平天極、瞬時平赤道面、瞬時平春分點——〉經(jīng)過了章動改正標(biāo)準歷元平天球坐標(biāo)系——〉相應(yīng)標(biāo)準歷元（2000.1.15）的一個特定時刻的平天球坐標(biāo)系——〉經(jīng)過了標(biāo)準歷元到觀測歷元的歲差改正28二、地球坐標(biāo)系空間技術(shù)和遠程武器的發(fā)展，要求提供高精度的地心坐標(biāo)291、地心坐標(biāo)系的定義地心空間直角坐標(biāo)系地心大地坐標(biāo)系P12圖2-2和參心坐標(biāo)系統(tǒng)的定義有何區(qū)別？302、建立地球坐標(biāo)系的問題：極移極移——地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體的位置不是固定的，因而地極點在地球表面的位置是隨時間而變化的，這種現(xiàn)象稱為極移。P15瞬時北地極1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時平均位置313、兩種地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系原點Z軸X軸瞬時地球坐標(biāo)系地心瞬時北地極平地球坐標(biāo)系地心協(xié)議地極原點（如1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時平均位置)與地心和CIO連線正交之平面和格林尼治平子午面的交線瞬時真赤道面和包含瞬時自轉(zhuǎn)軸的格林尼治平子午面的交線協(xié)議地球坐標(biāo)系？？P1632WGS-84坐標(biāo)系

Worldgeodeticsystem類型：協(xié)議地球坐標(biāo)系，地心地固坐標(biāo)系（ECEF）定義:原點：地球的質(zhì)心Z軸：指向BIH1984.0定義的CTP（協(xié)議地球極）方向X軸：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點Y軸：和Z,X構(gòu)成右手系橢球（國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆年會）P1633CGCS20002000中國大地坐標(biāo)系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000,CGCS2000),國人稱之為2000國家大地坐標(biāo)系。CGCS2000為右手地固正交坐標(biāo)系,其原點和軸向的定義是:原點在地球的質(zhì)量中心;Z軸指向IERS參考極(IRP)方向;X軸為IERS參考子午面(IRM)與通過原點且同Z軸正交的赤道面的交線;Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。CGCS2000通過2000國家GPS大地網(wǎng)的點在歷元2000.0的坐標(biāo)和速度具體體現(xiàn)。2000國家GPS大地網(wǎng)由中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)、全國GPS一、二級網(wǎng),國家GPSA、B級網(wǎng)和地殼形變監(jiān)測網(wǎng)等空間網(wǎng)(共2518點)經(jīng)聯(lián)合平差得到。34小結(jié)：天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系（1）原點都位于________；（2）天球的_________和地球的__________重合；（3）瞬時天球坐標(biāo)系和瞬時地球坐標(biāo)系的_________重合;（4）天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系X軸分別指向________和____________；（5）瞬時天球坐標(biāo)系和歷元平天球坐標(biāo)系之間的變換可以通過_____和_____兩次變換來實現(xiàn)。（6）瞬時地球坐標(biāo)系和平地球坐標(biāo)系的變換可以通過_____變換來實現(xiàn)。35轉(zhuǎn)換關(guān)系瞬時平天球坐標(biāo)系標(biāo)準歷元的平天球坐標(biāo)系GAST旋轉(zhuǎn)瞬時天球坐標(biāo)系瞬時地球坐標(biāo)系協(xié)議地球坐標(biāo)系極移改正章動歲差天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系的瞬時坐標(biāo)系的X軸夾角為春分點的格林尼治恒星時GAST36例如：極移改正瞬時地球坐標(biāo)系平地球坐標(biāo)系37第二節(jié)：GPS中的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系我國的國家大地坐標(biāo)系地方獨立坐標(biāo)系ITRF坐標(biāo)框架站心坐標(biāo)系p16381、地方獨立坐標(biāo)系國家統(tǒng)一坐標(biāo)系——〉有利于統(tǒng)一互算——〉投影變形地方獨立坐標(biāo)系——〉以當(dāng)?shù)刈游缇€為中央子午線——〉以當(dāng)?shù)仄骄０胃叱堂鏋閰⒖紮E球面地方參考橢球？？平面控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證長度綜合變形不超過2.5cm/km(相對變形為1/40000)39如何確定地方參考橢球的參數(shù)？僅改變已知橢球的長半徑1）直接以投影面到橢球面距離H為

長半徑變化量2）以測區(qū)卯酉圈曲率半徑的變化量求長半徑變化量p18402、ITRF國際地球參考框架ITRS和ITRFITRS-InternationalTerrestrialReferenceSystemITRF-InternationalTerrestrialReferenceFrame產(chǎn)生:綜合了SLR、VLBI、LLR觀測數(shù)據(jù)，得到觀測站的數(shù)據(jù)集，通過聯(lián)合解算得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集，定義出的一個地心參考框架實質(zhì):地心地固系的具體體現(xiàn)IERS已經(jīng)公布了10個版本的ITRF，分別為：ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97和ITRF2000。p19413、站心坐標(biāo)系站心赤道直角坐標(biāo)系站心地平直角坐標(biāo)系p12天頂東北42第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)分坐標(biāo)變換——在相同的基準之上，不同坐標(biāo)系表示形式之間進行變換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換——在不同的參考基準間進行變換（基準的轉(zhuǎn)換）p1943一、坐標(biāo)系的變換空間大地坐標(biāo)系—〉空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系—〉空間大地坐標(biāo)系空間大地坐標(biāo)系—〉高斯平面直角坐標(biāo)系

441、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些參數(shù)？452、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些參數(shù)？463、(BL)——〉(xy)高斯投影的計算公式：需要哪些參數(shù)？47思考校園測圖成果能夠直接轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)？校園測圖成果能夠直接轉(zhuǎn)換成空間直角坐標(biāo)？48*坐標(biāo)變換的實質(zhì)—同一個基準49*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實質(zhì)——不同的基準50*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換要解決的問題BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1——(x,y)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)251*坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的流程圖BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換七參數(shù)52*七參數(shù)模型？

OB

ZB

XB

YB

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XA

wx

wY

wZ

C

XCA

XCB

DX0

53*七參數(shù)模型P20，公式2-2054*大地測量中的七參數(shù)模型P20，公式2-2155*應(yīng)用七參數(shù)模型的關(guān)鍵：轉(zhuǎn)換參數(shù)BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1

(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐標(biāo)變換坐標(biāo)變換七參數(shù)56思考：GPS的定位原理是空間的后方交會，衛(wèi)星作為坐標(biāo)已知的控制點，但是在做GPS控制網(wǎng)時，通常的要求網(wǎng)中包含3個以上的地方坐標(biāo)已知的控制點，為什么？如果不知道兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而是知道部分點在兩個坐標(biāo)系的坐標(biāo)，稱公共點57*求轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型P20，公式2-2258*轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法三點法：對轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只有三個公共點時，可用三個點的9個坐標(biāo)，列出9個方程，取其中的7個方程求解多點法：由公共點在兩個坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，按照轉(zhuǎn)換模型，以轉(zhuǎn)換參數(shù)為未知數(shù)寫出誤差方程59關(guān)于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的常見問題北京地區(qū)進行wgs-84坐標(biāo)系測量成果到北京54坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，使用的轉(zhuǎn)換參數(shù)和武漢的測量成果的轉(zhuǎn)換參數(shù)是一樣的嗎？如果進行bj54坐標(biāo)系大地坐標(biāo)到wgs-84大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，總共需要幾個參數(shù)?有人說：如果進行bj54坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)到wgs-84高斯平面直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，實際上是一種二維的轉(zhuǎn)換，采用四參數(shù)模型（原點平移2、旋轉(zhuǎn)1，縮放1）即可。如何理解？BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1