GPS定位的坐标系统及时间系统 学习教案

1、会计学1GPS定位的坐标定位的坐标(zubio)系统及时间系系统及时间系统统 第一页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统知识点回顾(hug)：地球坐标系图2-2 直角坐标(zh jio zu bio)系和大地坐标系第1页/共17页第二页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统知识点回顾(hug)：GPS坐标系的转换第2页/共17页第三页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统瞬时极天球坐标系与地球坐标系瞬时极天球坐标系与地球坐标系 瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，瞬时天球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转

2、轴指向瞬时地球自转(zzhun)方方向（真天极），向（真天极），x轴指向瞬时春分点（真春分点），轴指向瞬时春分点（真春分点），y轴按构成右手坐标系轴按构成右手坐标系取向。取向。 瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，瞬时地球坐标系：原点位于地球质心，z轴指向瞬时地球自转轴指向瞬时地球自转(zzhun)轴轴方向，方向，x轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转轴指向瞬时赤道面和包含瞬时地球自转(zzhun)轴与平均天文台轴与平均天文台赤道参考点的子午面之交点，赤道参考点的子午面之交点，y轴构成右手坐标系取向。瞬时极天球坐标系轴构成右手坐标系取向。瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的关系如图与瞬时极地球坐标

3、系的关系如图2-4所示。所示。 瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的瞬时极天球坐标系与瞬时极地球坐标系的 转换关系为：转换关系为： （2-10） 下标下标et表示对应表示对应t时刻的瞬时极地球坐标系，时刻的瞬时极地球坐标系， ct表示对应表示对应t时刻的瞬时极天球坐标系。时刻的瞬时极天球坐标系。G 为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。为对应平格林尼治子午面的真春分点时角。一 卫星(wixng)测量中地球坐标系第3页/共17页第四页，共17页。第五章 GPS定位的坐标(zubio)系统及时间系统固定固定(gdng)极地球坐标系极地球坐标系平地球坐标系平地球坐标系极移：地球瞬时自转轴在地球上随时

4、间而变，称为地极移动，简称极移：地球瞬时自转轴在地球上随时间而变，称为地极移动，简称 极移。极移。 瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处瞬时极：与观测瞬间相对应的自转轴所处(su ch)的位置，称为该瞬时的的位置，称为该瞬时的 地地 球极轴，相应的极点称为瞬时极。球极轴，相应的极点称为瞬时极。 国际协定原点国际协定原点CIO：采用国际上：采用国际上5个纬度服务站的资料，以个纬度服务站的资料，以1900.00至至 1905.05年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为年地球自转轴瞬时位置的平均位置作为 地球的固定极称为国际协定原点地球的固定极称为国际协定原点CIO。 图图2-5为瞬时极与平极关系。为瞬

5、时极与平极关系。第4页/共17页第五页，共17页。第五章 GPS定位的坐标系统(xtng)及时间系统(xtng)协议地球坐标系：取平地极为坐标原点，协议地球坐标系：取平地极为坐标原点，z轴指向轴指向CIO，x轴指向协定轴指向协定赤赤 道面与格林尼治子午线的交点，道面与格林尼治子午线的交点，y轴在协定赤道面里，与轴在协定赤道面里，与 xoz构成构成右手系统而成的坐标系统称为右手系统而成的坐标系统称为(chn wi)协议地球坐标系。协议地球坐标系。 协议地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式：协议地球坐标系与瞬时地球坐标系的转换公式： 下标下标em表示协议地球坐标系，表示协议地球坐标系，et表示表示

6、t 时的瞬时地球坐标系，时的瞬时地球坐标系， 为为t时刻以角度表示的极移值。时刻以角度表示的极移值。 第5页/共17页第六页，共17页。第五章 GPS定位的坐标(zubio)系统及时间系统二二 高斯投影和横轴墨卡托投影高斯投影和横轴墨卡托投影三三 1 投影原理投影原理(yunl)：等角横切：等角横切椭圆柱椭圆柱 四四 2 两者区别：中央子午线投影两者区别：中央子午线投影五五 比例不同，两侧比例不同，两侧六六 变形不同，点位变形不同，点位七七 精度不同，高斯精度不同，高斯八八 投影为横轴墨卡投影为横轴墨卡九九 托投影特例。托投影特例。“1”第6页/共17页第七页，共17页。第五章 GPS定位(d

7、ngwi)的坐标系统及时间系统三 WGS-84坐标系和我国大地(dd)坐标系WGS-84的定义：的定义：WGS-84是修正是修正NSWC9Z-2参考系的原点和尺度变化参考系的原点和尺度变化，并旋转其参考子午面与，并旋转其参考子午面与BIH定义的零度子午面一致而得到的一个新定义的零度子午面一致而得到的一个新参考系，参考系，WGS-84坐标系的原点在地球质心，坐标系的原点在地球质心，Z轴指向轴指向BIH1984.0定义定义的协定地球极（的协定地球极（CTP）方向，）方向，X轴指向轴指向BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTP赤道的交点，赤道的交点，Y轴和轴和Z、X轴构成右手坐标系。它是

8、一个地固坐标系。轴构成右手坐标系。它是一个地固坐标系。 WGS-84椭球及其有关常数：椭球及其有关常数：WGS-84采用采用(ciyng)的椭球是国际大地的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第测量与地球物理联合会第17届大会大地测量常数推荐值，其四个基本届大会大地测量常数推荐值，其四个基本参数参数 长半径：长半径：a=63781372（m）；）； 地球引力常数：地球引力常数：GM=3986005108m3s-20.6108m3s-2； 正常化二阶带谐系数：正常化二阶带谐系数：C20= -484.1668510-61.310-9； J2=10826310-8 地球自转角速度：地球自转角速度：=7

9、29211510-11rads-10.15010-11rads-1 （1）、WGS-84坐标系第7页/共17页第八页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统（2）、国家(guji)大地坐标系1954年北京坐标系（BJ54旧） 坐标原点：前苏联的普尔科沃。 参考(cnko)椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：分区分期局部平差。 存在的问题： （1）椭球参数有较大误差。 （2）参考(cnko)椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜。 （3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考(cnko)面不统一。 （4）定向不明确。第8页/共17页第九页，共17页。第五章 G

10、PS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统1980年国家(guji)大地坐标系（GDZ80）坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：1975年国际椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 特点： （1）采用1975年国际椭球。 （2）参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 （3）椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。 （4）定向(dn xin)明确。 （5）大地原点地处我国中部。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 第9页/共17页第十页，共17页。第五章 GPS定位的坐标系统(xtng)及时间系统(xtng)新1954年北京(bi jn)坐标系（BJ5

11、4新） 新1954年北京坐标系（BJ54新）是由1980年国家大地坐标（GDZ80）转换得来的。 坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。 参考椭球：克拉索夫斯基椭球。 平差方法：天文大地网整体平差。 BJ54新的特点 ： （1）采用克拉索夫斯基椭球。 （2）是综合GDZ80和BJ54旧 建立起来的参心坐标系。 （3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。 （4）定向明确。 （5）大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。 （6）大地高程基准采用1956年黄海高程。 （7）与BJ54旧 相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。 （8） BJ54旧 与BJ54新 无全国

12、统一的转换参数，只能(zh nn)进行局部转换。第10页/共17页第十一页，共17页。四 坐标系统(xtng)之间的转换不同(b tn)空间直角坐标系统之间的转换 第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统图 5-9 空 间 直 角 坐 标 系 的 转 换x8484y54/80 xsqr( x + y + z )M2084z2x020Ozy54/80y54/80z第11页/共17页第十二页，共17页。第五章 GPS定位的坐标(zubio)系统及时间系统不同空间直角坐标不同空间直角坐标(zh jio zu bio)系统转换公式系统转换公式（2-15） 上式即为两个不同空间直角坐标(zh

13、 jio zu bio)系的转换模型，通过该模型，利用重合点的两套坐标值（X1，Y1，Z1）（X2，Y2，Z2）采取平差的方法可以求得转换参数。求得转换参数后，再利用上述模型进行各点的坐标转换。第12页/共17页第十三页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统不同不同(b tn)平面直角坐标系统转换公式平面直角坐标系统转换公式图5-10 平面直角坐标系的转换oy84sqr(x +y )2002x84o54/80 x54/80y第13页/共17页第十四页，共17页。第五章 GPS定位(dngwi)的坐标系统及时间系统五 高程系统(xtng)的转换 GPS所测得的地面高程是

14、以WGS-84椭球面为高程起算面的，而我国的1956年黄海高程系和1985年国家高程基准是以似大地水准面作为(zuwi)高程起算面的。所以必须进行高程系统的转换。使用较多的高程系统转换方法是高程拟合法、区域似大地水准面精化法和地球模型法。 第14页/共17页第十五页，共17页。第五章 GPS定位的坐标系统(xtng)及时间系统(xtng)六 时间(shjin)系统概述（1 1）恒星时）恒星时ST ST 定义：定义： 以春分点为参考点，由它的周日视运动所确以春分点为参考点，由它的周日视运动所确定的时间称为定的时间称为 恒星时。恒星时。 计量时间单位：恒星日、恒星小时、恒星分、恒星计量时间单位：恒

15、星日、恒星小时、恒星分、恒星秒；秒； 一个恒星日一个恒星日=24=24个恒星小时个恒星小时=1440=1440个恒星分个恒星分=86400=86400个恒星个恒星秒秒 分类：真恒星时和平恒星时。分类：真恒星时和平恒星时。 （2 2）平太阳时）平太阳时MT MT 定义：以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所定义：以平太阳作为参考点，由它的周日视运动所确定的时间称为平太阳确定的时间称为平太阳 时。时。 计量时间单位：平太阳日、平太阳小时、平太阳分计量时间单位：平太阳日、平太阳小时、平太阳分、平太阳秒；、平太阳秒； 一个平太阳日一个平太阳日=24=24个平太阳小时个平太阳小时=1440=1440平太

16、阳分平太阳分=86400=86400个个平太阳秒。平太阳秒。 平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致平太阳时与日常生活中使用的时间系统是一致(yzh)(yzh)的，通常钟表所指示的，通常钟表所指示 的时刻正是平太阳时。的时刻正是平太阳时。 （3 3）世界时）世界时UT UT 定义：以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义：以平子午夜为零时起算的格林尼治平太阳时定义为世界时定义为世界时UTUT。第15页/共17页第十六页，共17页。第五章 GPS定位的坐标系统(xtng)及时间系统(xtng)（4 4） 原子原子(yunz)(yunz)时时IATIAT 原子时是以物质内部原子运动的特征为基础建立的时间系统。 原子时的尺度标准：国际制秒（SI）。 原子时的原点由下式确定：AT=UT2-0.0039(s） （2-16） （5） 协调世界时UTC 为了兼顾对世界时时刻(shk)和原子时秒长两者的需要建立了一种