第二章-GPS坐标系统与时间系统

第二章

坐标系统与时间系统一坐标系统YourLocationis:36.067901oN94.171071oWYourLocationis:-375434.4998875148030.0219523734385.940602YourLocationis:3993161.250526515411.424436含义？不同类型的意义？如何实现他们之间的转换？21)坐标系统站心赤道坐标系站心地平坐标系高斯平面直角坐标系天文坐标系参心大地坐标系参心空间直角坐标系地心大地坐标系地心空间直角坐标系投影平面地心参心站心总地球椭球面参考椭球面大地水准面表示方式坐标原点参考面地球坐标系统笛卡尔坐标曲线坐标平面直角坐标32)GPS中的坐标系统WGS-84坐标系我国的国家大地坐标系地方独立坐标系ITRF坐标框架站心坐标系p1643)天球坐标系和地球坐标系北天极春分点54)坐标系的变换空间大地坐标系—〉空间直角坐标系空间直角坐标系—〉空间大地坐标系空间大地坐标系—〉高斯平面直角坐标系

65)坐标转换P20，公式2-207二时间系统UT1Δt1972.0UTC1958.0IATΔt1980.1.619sGPSTUT极移改正UT1地球自转速度改正UT28关于坐标系统常见的问题校园地形图测量成果属于什么坐标系？经纬度、空间直角坐标XYZ，平面直角坐标xyz之间的联系是什么？GIS软件中常见的“基准”指的是什么？为什么会存在北京54、国家80，WGS-84等等不同的坐标系？地方坐标系（如北京城建）和国家坐标系有哪些不同？为什么有了世界坐标系还要使用国家坐标系？我国的国家坐标系属于参心坐标系还是地心坐标系？GPS卫星坐标已知，相当于控制点，那么地面上还需要坐标已知的控制点吗？9OUTLINE常规大地测量中的坐标系统卫星大地测量中的坐标系统GPS常用的坐标系统坐标系统之间的转换时间系统YourLocationis:36.067901oN94.171071oW10经典大地测量中的坐标系统常见的坐标系统空间直角坐标系大地坐标系平面直角坐标系111、复习建立测量坐标系的基准面是什么？三种类型的坐标系之间的联系的纽带什么？12基准不仅仅是椭球参数13如果基准混淆了：14基准的确定大地水准面海洋陆地地球表面参考椭球面和参心坐标系参考椭球152、参心坐标系的特点不关心地心是否与参心重合；只关心表面的拟和程度，使得椭球面上的计算简单16我国的大地坐标系1954年北京坐标系类型：参心坐标系建立：与苏联1942年普尔科沃坐标系联测椭球：克拉索夫斯基椭球问题：参考椭球面与我国大地水准面符合不好1980年国家大地坐标系类型：参心坐标系建立：进行了我国的天文大地网整体平差，采用新的椭球元素，进行了定位和定向大地原点：陕西省泾阳县永乐镇椭球：1975年国际大地测量与地球物理联合会第16届年会NO1GEOIDNO2P17173、平面直角坐标系的建立18高斯平面直角坐标定义高斯平面直角坐标系的定义X轴：中央子午线的投影Y轴：赤道的投影原点：两轴的交点假东、假北为了避免坐标系中出现负值，统一规定将每一带的坐标轴西移或南移一定距离。我国的假北为0，假东为500km高斯分带投影6度带3度带19结论：定义一个坐标系统，包含了哪两个基本要素（方面）？坐标系统的基准坐标系统的形式20第一节天球坐标系与地球坐标系描述卫星的位置——天球坐标系描述地球上的点的位置——地球坐标系21一、天球和天球坐标系天球——以地球质心为中心，半径为任意长度的一个假想球体。221、天球天轴:地球自转轴的延伸线天极:天轴与天球的交点天球赤道面：通过地球质心，与天轴垂直的平面天球子午面：包含天轴,并通过天球上任何一点的平面23黄道和春分点黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，即地球公转时，地球上的观测者所见到的太阳在天球上的轨道春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时黄道与天球赤道的交点春分点：在天球上的位置不随着地球的自转变化242、天球坐标系的两种表示方法天球空间直角坐标系(X,Y,Z)天球球面坐标系

(赤经，赤纬，向径)p11以天球为基准面，建立天球坐标系（春分点、北天极，天球的球心）北天极春分点253、建立天球坐标系的两个问题实际地球的形状近似一个赤道隆起的椭球体，因此在日月引力和其他天体对隆起部分的作用下，地球在绕太阳运行时，自转轴的方向不再保持不变而使春分点在黄道上产生缓慢的西移——岁差、章动P14-15岁差：由于对隆起部分的作用，周期25800年章动：由于月球轨道和月地距离的变化，周期18.6年264、三种天球坐标系瞬时真天极瞬时平天极一个特定时刻，即标准历元：2000.1.15：的瞬时平天极P15北黄极27三种天球坐标系瞬时真天球坐标系——〉瞬时真天极、瞬时真赤道面、瞬时真春分点——〉坐标轴指向随时间变化瞬时平天球坐标系——〉瞬时平天极、瞬时平赤道面、瞬时平春分点——〉经过了章动改正标准历元平天球坐标系——〉相应标准历元（2000.1.15）的一个特定时刻的平天球坐标系——〉经过了标准历元到观测历元的岁差改正28二、地球坐标系空间技术和远程武器的发展，要求提供高精度的地心坐标291、地心坐标系的定义地心空间直角坐标系地心大地坐标系P12图2-2和参心坐标系统的定义有何区别？302、建立地球坐标系的问题：极移极移——地球自转轴相对于地球体的位置不是固定的，因而地极点在地球表面的位置是随时间而变化的，这种现象称为极移。P15瞬时北地极1900.00~1905.00年地球自转轴的瞬时平均位置313、两种地球坐标系地球坐标系原点Z轴X轴瞬时地球坐标系地心瞬时北地极平地球坐标系地心协议地极原点（如1900.00~1905.00年地球自转轴的瞬时平均位置)与地心和CIO连线正交之平面和格林尼治平子午面的交线瞬时真赤道面和包含瞬时自转轴的格林尼治平子午面的交线协议地球坐标系？？P1632WGS-84坐标系

Worldgeodeticsystem类型：协议地球坐标系，地心地固坐标系（ECEF）定义:原点：地球的质心Z轴：指向BIH1984.0定义的CTP（协议地球极）方向X轴：指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点Y轴：和Z,X构成右手系椭球（国际大地测量与地球物理联合会第17届年会）P1633CGCS20002000中国大地坐标系(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000,CGCS2000),国人称之为2000国家大地坐标系。CGCS2000为右手地固正交坐标系,其原点和轴向的定义是:原点在地球的质量中心;Z轴指向IERS参考极(IRP)方向;X轴为IERS参考子午面(IRM)与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线;Y轴与Z、X轴构成右手正交坐标系。CGCS2000通过2000国家GPS大地网的点在历元2000.0的坐标和速度具体体现。2000国家GPS大地网由中国地壳运动观测网络、全国GPS一、二级网,国家GPSA、B级网和地壳形变监测网等空间网(共2518点)经联合平差得到。34小结：天球坐标系与地球坐标系（1）原点都位于________；（2）天球的_________和地球的__________重合；（3）瞬时天球坐标系和瞬时地球坐标系的_________重合;（4）天球坐标系与地球坐标系X轴分别指向________和____________；（5）瞬时天球坐标系和历元平天球坐标系之间的变换可以通过_____和_____两次变换来实现。（6）瞬时地球坐标系和平地球坐标系的变换可以通过_____变换来实现。35转换关系瞬时平天球坐标系标准历元的平天球坐标系GAST旋转瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系极移改正章动岁差天球坐标系与地球坐标系的瞬时坐标系的X轴夹角为春分点的格林尼治恒星时GAST36例如：极移改正瞬时地球坐标系平地球坐标系37第二节：GPS中的坐标系统WGS-84坐标系我国的国家大地坐标系地方独立坐标系ITRF坐标框架站心坐标系p16381、地方独立坐标系国家统一坐标系——〉有利于统一互算——〉投影变形地方独立坐标系——〉以当地子午线为中央子午线——〉以当地平均海拔高程面为参考椭球面地方参考椭球？？平面控制网的坐标系统应当保证长度综合变形不超过2.5cm/km(相对变形为1/40000)39如何确定地方参考椭球的参数？仅改变已知椭球的长半径1）直接以投影面到椭球面距离H为

长半径变化量2）以测区卯酉圈曲率半径的变化量求长半径变化量p18402、ITRF国际地球参考框架ITRS和ITRFITRS-InternationalTerrestrialReferenceSystemITRF-InternationalTerrestrialReferenceFrame产生:综合了SLR、VLBI、LLR观测数据，得到观测站的数据集，通过联合解算得到统一的数据集，定义出的一个地心参考框架实质:地心地固系的具体体现IERS已经公布了10个版本的ITRF，分别为：ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97和ITRF2000。p19413、站心坐标系站心赤道直角坐标系站心地平直角坐标系p12天顶东北42第三节坐标系统之间的转换区分坐标变换——在相同的基准之上，不同坐标系表示形式之间进行变换坐标转换——在不同的参考基准间进行变换（基准的转换）p1943一、坐标系的变换空间大地坐标系—〉空间直角坐标系空间直角坐标系—〉空间大地坐标系空间大地坐标系—〉高斯平面直角坐标系

441、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些参数？452、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些参数？463、(BL)——〉(xy)高斯投影的计算公式：需要哪些参数？47思考校园测图成果能够直接转换成大地坐标？校园测图成果能够直接转换成空间直角坐标？48*坐标变换的实质—同一个基准49*坐标转换的实质——不同的基准50*坐标转换要解决的问题BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1——(x,y)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)251*坐标转换的流程图BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐标变换坐标变换七参数52*七参数模型？

OB

ZB

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wx

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wZ

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XCA

XCB

DX0

53*七参数模型P20，公式2-2054*大地测量中的七参数模型P20，公式2-2155*应用七参数模型的关键：转换参数BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1

(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)2坐标变换坐标变换七参数56思考：GPS的定位原理是空间的后方交会，卫星作为坐标已知的控制点，但是在做GPS控制网时，通常的要求网中包含3个以上的地方坐标已知的控制点，为什么？如果不知道两坐标系的转换参数，而是知道部分点在两个坐标系的坐标，称公共点57*求转换参数的模型P20，公式2-2258*转换参数的求解方法三点法：对转换参数的要求精度不高，或只有三个公共点时，可用三个点的9个坐标，列出9个方程，取其中的7个方程求解多点法：由公共点在两个坐标系中的坐标，按照转换模型，以转换参数为未知数写出误差方程59关于坐标转换的常见问题北京地区进行wgs-84坐标系测量成果到北京54坐标系的转换，使用的转换参数和武汉的测量成果的转换参数是一样的吗？如果进行bj54坐标系大地坐标到wgs-84大地坐标的转换，总共需要几个参数?有人说：如果进行bj54坐标系高斯平面直角坐标到wgs-84高斯平面直角坐标的转换，实际上是一种二维的转换，采用四参数模型（原点平移2、旋转1，缩放1）即可。如何理解？BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1