椭球大地测量学 绪论

1、椭球大地测量椭球大地测量2第一讲 绪 论1.1 大地测量学的定义、分类和任务定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科大地测量学是为人类活动提供空间信息的科学，着重研究地球的几何特征（形状和大小）和学，着重研究地球的几何特征（形状和大小）和基本物理特性（重力场）及其变化。基本物理特性（重力场）及其变化。分类：空间大地测量、物理大地测量空间大地测量、物理大地测量空间大地测量：空间大地测量：以卫星大地测量为主以卫星大地测量为主物理大地测量：物理大地测量：地面重力、航空重力、卫星重力地面重力、航空重力、卫星重力按实现其基本任务的技术手段来分按实现其基本任务的技术手段来分 地面（常规）大地测量学地面

2、（常规）大地测量学 空间大地测量学空间大地测量学 惯性大地测量学惯性大地测量学3按所研究的具体内容来分按所研究的具体内容来分 误差理论与测量平差误差理论与测量平差 卫星定位与导航卫星定位与导航 控制测量学控制测量学 地球重力场理论地球重力场理论 椭球大地测量学椭球大地测量学 大地天文学等大地天文学等 4椭球面大地测量学椭球面大地测量学 ellipsoidal geodesy 定义：定义： 研究椭球面的数学性质以及以该面研究椭球面的数学性质以及以该面为参考的大地测量解算理论与方法的大地为参考的大地测量解算理论与方法的大地测量学分支。测量学分支。 应用学科：应用学科： 测绘学测绘学（一级学科）；（

3、一级学科）； 大地测量学大地测量学（二级学科）（二级学科） 56大地测量学的任务经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网，统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网，精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。地学研究中的任务：1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的三维大地网，长期监测网点随时间的变化；三维大地网，长期监测网点随时间的变化；2. 监测和分析各种地球动力学现象；监测和分析各种地球动力学现象；3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时测定地球形状和外部重力场的精细结构及其

4、随时间的变化。间的变化。椭球面大地测量学基本任务椭球面大地测量学基本任务 椭球面大地测量学是实用大地测量数据处椭球面大地测量学是实用大地测量数据处理的数学基础，其基本任务是研究大地控理的数学基础，其基本任务是研究大地控制网的地面数据向椭球面的归算问题，椭制网的地面数据向椭球面的归算问题，椭球面三角形的解算方法，不同坐标系之间球面三角形的解算方法，不同坐标系之间的转换问题的转换问题.7椭球面大地测量学研究的椭球面大地测量学研究的主要问题主要问题 椭球面上大地线和法截线的性质；椭球面椭球面上大地线和法截线的性质；椭球面三角形的解算；大地测量主题的解算；椭三角形的解算；大地测量主题的解算；椭球面投影

5、到平面上的问题，以便将大地坐球面投影到平面上的问题，以便将大地坐标换算为平面坐标标换算为平面坐标;一椭球面同另一椭球面一椭球面同另一椭球面的关系的关系,以实现不同大地坐标系的换算。以实现不同大地坐标系的换算。891.2 空间大地测量技术一、原理观测量：站星矢量、卫地距站星矢量、卫地距离、相邻时刻的卫地距离离、相邻时刻的卫地距离差、卫地距离变化率差、卫地距离变化率OPS tPrXYZ tr t tttPrr ttt tttPe 1221,tttt tttt10协议地固坐标系与协议惯性系的关系 协议地固坐标系与协议惯性系之间的坐协议地固坐标系与协议惯性系之间的坐标转换需要加岁差标转换需要加岁差,

6、章动章动, 地球自转角和极移地球自转角和极移改正改正. ttPTTTTP021rBBNRPRr岁差：A slow gyration of Earths axis around the pole of the ecliptic, caused mainly by the gravitational pull of the sun, moon, and other planets on Earths equatorial bulge. 章动：A small periodic motion of the celestial pole of Earth with respect to the pole

7、 of the ecliptic.极移：地球自转轴相对于地球的晃动11空间大地测量的观测方法1、卫星摄影法、卫星摄影法2、卫星多普勒、卫星多普勒3、卫星激光测距、卫星激光测距4、甚长基线干涉测量、甚长基线干涉测量5、卫星测高、卫星测高6、全球定位系统（、全球定位系统（ GPS）12卫星激光测距 测定激光由地面站发射经卫星反射到地面站接收的时间间隔 , 计算观测时刻地面到卫星的距离.C21 目前的距离测量精度已经达到厘米级. Lageos卫星的人卫激光观测资料对目前低阶重力场的确定起到重要作用.13人卫激光仪14装有激光发射棱镜的卫星15甚长基线干涉测量观测对象：河外类星体河外类星体观测仪器：射

8、电望远镜射电望远镜观测量：射电源到同步射电源到同步观测的射电望远镜的观测的射电望远镜的时间差时间差解算量：同步观测的射同步观测的射电望远镜之间的坐标电望远镜之间的坐标差等差等射电源电磁波 射电望远镜射电望远镜16卫星测高卫星测高17hQBPPoZSrhSSSZYXS,H海面椭球面Er卫星测高原理卫星测高原理Hhh thNh18全球定位系统（全球定位系统（GPS）1989年发射工作卫星1994年部署完24颗卫星系统由三大部分组成：1、GPS卫星2、地面控制部分3、用户部分19GPS接收机接收机201.3 地球形状表述的数学模型和物理模型地球形状表述的数学模型和物理模型1.3.1 大地水准面大地水

9、准面具有物理意义的地球形状表述具有物理意义的地球形状表述即贴近于平均海水面的重力等位面。What we call in the geometric sense the surface of the earth is nothing else but that surface which intersects the direction of gravity at right angles and from which the surface of the worlds ocean is a part. C. Gauss 1828We shall call the previously defi

10、ned mathematical surface of the Earth, of which the ocean surface is a part, geoidal surface of the Earth or the geoid. J.Listing 1873了21大地水准面大地水准面 椭球面大地水准面大地水准面 差距1. 与重力线垂直，是重力等位面2. 贴近于平均海水面22全球大地水准面图全球大地水准面图 231.3.2 参考椭球面参考椭球面定义：定义：与区域性大地水准面吻合的旋转椭球面。参数：参数：长半径 a ，扁率 起始子午面LB椭球的定位与定向：椭球的定位与定向：确定参考椭球与

11、区域性大地水准面的相对关系。24我国的参考椭球我国的参考椭球1、1954北京坐标系北京坐标系 椭球参数：椭球参数：克拉索夫斯基椭球， 长半径 a = 6378245米，扁率 =1/298.3 定位：定位：从前苏联远东控制网引入。2、 1980西安坐标系西安坐标系椭球参数：椭球参数：IAG1967椭球， 长半径 a = 6378137米，扁率 =1/298.257 定位：定位：由我国的天文大地网数据。251.3.3 平均地球椭球面平均地球椭球面定义：定义：与全球大地水准面吻合的旋转椭球面。1、正常椭球：、正常椭球：其椭球面上的正常重力位与大地水 准面上的重力位相同。 参数：a，GM，若采用198

12、0大地参考系统（GRS80)，则有：rad/s10292115. 7 s /m10986005. 310263.1082 m63781375231462GM Ja椭球面上的正常重力为：BB2sin0000058. 0sin0053024. 011 .978032220大地高H处的正常重力为：HH3086. 00262、平均地球椭球、平均地球椭球平均地球椭球：平均地球椭球：与全球大地水准面吻合，即使全球范围内的大地水准面差距最小。min,412dLBN1. 平均椭球是正常椭球，重力位与大地水准面重力位相同2. 中心与地球重心重合，质量等于地球质量3. 短轴与地球自转轴重合273、平均海水面与大地水准面、平均海