第二章

坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)第一頁(yè)，共六十二頁(yè)。OUTLINE常規(guī)大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)衛(wèi)星大地測(cè)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(shí)間系統(tǒng)YourLocationis:36.067901oN94.171071oW2第二頁(yè)，共六十二頁(yè)。第一節(jié)經(jīng)典大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)常見(jiàn)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3第三頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、復(fù)習(xí)建立測(cè)量坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面是什么？4第四頁(yè)，共六十二頁(yè)。參考橢球面和參心坐標(biāo)系大地水準(zhǔn)面海洋陸地地球表面參考橢球面參考橢球5第五頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、參心坐標(biāo)系的特點(diǎn)6第六頁(yè)，共六十二頁(yè)。我國(guó)的大地坐標(biāo)系1954年北京坐標(biāo)系類(lèi)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(cè)橢球：克拉索夫斯基橢球問(wèn)題：參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面符合不好1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系類(lèi)型：參心坐標(biāo)系建立：進(jìn)行了我國(guó)的天文大地網(wǎng)整體平差，采用新的橢球元素，進(jìn)行了定位和定向大地原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)橢球：1975年國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第16屆年會(huì)NO1GEOIDNO2P177第七頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、平面直角坐標(biāo)系的建立8第八頁(yè)，共六十二頁(yè)。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(diǎn)：兩軸的交點(diǎn)假東、假北為了避免坐標(biāo)系中出現(xiàn)負(fù)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(guó)的假北為0，假東為500km高斯分帶投影6度帶3度帶9第九頁(yè)，共六十二頁(yè)。經(jīng)典大地測(cè)量中的坐標(biāo)系統(tǒng)定義一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，包含哪兩個(gè)基本要素？建立參心坐標(biāo)系的出發(fā)點(diǎn)是什么？建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系，必須解決那些問(wèn)題？10第十頁(yè)，共六十二頁(yè)。第二節(jié)衛(wèi)星定位中的坐標(biāo)系描述衛(wèi)星的位置——天球坐標(biāo)系描述地球上的點(diǎn)的位置——地球坐標(biāo)系11第十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。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(zhǎng)度的一個(gè)假想球體。12第十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、天球天軸:地球自轉(zhuǎn)軸的延伸線天極:天軸與天球的交點(diǎn)天球赤道面：通過(guò)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(guò)天球上任何一點(diǎn)的平面13第十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。黃道和春分點(diǎn)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(shí)，地球上的觀測(cè)者所見(jiàn)到的太陽(yáng)在天球上的軌道春分點(diǎn)：當(dāng)太陽(yáng)在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)黃道與天球赤道的交點(diǎn)14第十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、天球坐標(biāo)系的兩種表示方法天球球面坐標(biāo)系

(赤經(jīng)，赤緯，向徑)天球空間直角坐標(biāo)系(X,Y,Z)p1115第十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、建立天球坐標(biāo)系的兩個(gè)問(wèn)題實(shí)際地球的形狀近似一個(gè)赤道隆起的橢球體，因此在日月引力和其他天體對(duì)隆起部分的作用下，地球在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)，自轉(zhuǎn)軸的方向不再保持不變而使春分點(diǎn)在黃道上產(chǎn)生緩慢的西移——?dú)q差、章動(dòng)P14、1516第十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。4、三種天球坐標(biāo)系瞬時(shí)真天極瞬時(shí)平天極一個(gè)特定時(shí)刻，即標(biāo)準(zhǔn)歷元：2000.1.15：的瞬時(shí)平天極P1517第十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。三種天球坐標(biāo)系瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系——〉瞬時(shí)真天極、瞬時(shí)真赤道面、瞬時(shí)真春分點(diǎn)——〉坐標(biāo)軸指向隨時(shí)間變化瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系——〉瞬時(shí)平天極、瞬時(shí)平赤道面、瞬時(shí)平春分點(diǎn)——〉經(jīng)過(guò)了章動(dòng)改正標(biāo)準(zhǔn)歷元的平天球坐標(biāo)系——〉相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)歷元（2000.1.15）的一個(gè)特定時(shí)刻的平天球坐標(biāo)系——〉經(jīng)過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)歷元到觀測(cè)歷元的歲差改正18第十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。二、地球坐標(biāo)系空間技術(shù)和遠(yuǎn)程武器的發(fā)展，要求提供高精度的地心坐標(biāo)19第十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、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思考：和參心坐標(biāo)系統(tǒng)的定義有何區(qū)別？20第二十頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、建立地球坐標(biāo)系的問(wèn)題：極移極移——地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球體的位置不是固定的，因而地極點(diǎn)在地球表面的位置是隨時(shí)間而變化的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為極移。P15瞬時(shí)北地極1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)平均位置21第二十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、兩種地球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)系原點(diǎn)Z軸X軸瞬時(shí)地球坐標(biāo)系地心瞬時(shí)北地極平地球坐標(biāo)系地心協(xié)議地極原點(diǎn)（如1900.00~1905.00年地球自轉(zhuǎn)軸的瞬時(shí)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(shí)真赤道面和包含瞬時(shí)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？？P1622第二十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。WGS-84坐標(biāo)系類(lèi)型：協(xié)議地球坐標(biāo)系，地心地固坐標(biāo)系（ECEF）定義:原點(diǎn)：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(diǎn)Y軸：和Z,X構(gòu)成右手系橢球（國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆年會(huì)）P1623第二十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。小結(jié)：GPS中的坐標(biāo)系統(tǒng)WGS-84坐標(biāo)系我國(guó)的國(guó)家大地坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系ITRF坐標(biāo)框架站心坐標(biāo)系p1624第二十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、地方獨(dú)立坐標(biāo)系產(chǎn)生：高斯投影3度帶、六度帶——〉有利于統(tǒng)一互算——〉投影變形地方獨(dú)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？？25第二十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。為什么討論地方參考橢球？1、為什么GPS控制網(wǎng)要選擇地方參考橢球參數(shù)？而常規(guī)控制網(wǎng)計(jì)算時(shí)只強(qiáng)調(diào)投影面？26第二十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。如何確定地方參考橢球的參數(shù)？1、僅改變已知橢球的長(zhǎng)半徑1）直接以投影面到橢球面距離H為

長(zhǎng)半徑變化量2）由測(cè)區(qū)平均曲率半徑的變動(dòng)量求長(zhǎng)半徑3）以測(cè)區(qū)卯酉圈曲率半徑的變化量求長(zhǎng)半徑變化量2、僅改變橢球中心位置，并不改變定向及元素3、改變長(zhǎng)半徑及偏心率,不改變橢球定位和定向p1827第二十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、ITRF參考框架InternationalTerrestrialReferenceFrame產(chǎn)生:綜合了SLR、VLBI、LLR觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到觀測(cè)站的數(shù)據(jù)集，通過(guò)聯(lián)合解算得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集，定義出的一個(gè)地心參考框架實(shí)質(zhì):地心地固系的具體體現(xiàn)p1928第二十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、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p1229第二十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。第三節(jié)坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換區(qū)分坐標(biāo)變換——在不同坐標(biāo)系表示形式之間進(jìn)行變換坐標(biāo)轉(zhuǎn)換——在不同的參考基準(zhǔn)間進(jìn)行變換（基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換）p1930第三十頁(yè)，共六十二頁(yè)。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

31第三十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、(BLH)——〉(XYZ)需要哪些參數(shù)？32第三十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、(XYZ)——〉(BLH)需要哪些參數(shù)？33第三十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、(BL)——〉(xy)高斯投影的計(jì)算公式：需要哪些參數(shù)？34第三十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。二、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的基本方法BJ54WGS84(B,L)1——(B,L)2(x,y)1——(x,y)2(X,Y,Z)1——(X,Y,Z)235第三十五頁(yè)，共六十二頁(yè)?？臻g直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換36第三十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。布爾沙模型P20，公式2-2037第三十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。布爾沙模型P20，公式2-2138第三十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、轉(zhuǎn)換參數(shù)的計(jì)算如果不知道兩坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而是知道部分點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)，稱(chēng)公共點(diǎn)，須通過(guò)公共點(diǎn)的兩組坐標(biāo)求得轉(zhuǎn)換參數(shù)39第三十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。求轉(zhuǎn)換參數(shù)的模型P20，公式2-2240第四十頁(yè)，共六十二頁(yè)。轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法三點(diǎn)法：對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只有三個(gè)公共點(diǎn)時(shí)，可用三個(gè)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo)，列出9個(gè)方程，取其中的7個(gè)方程求解多點(diǎn)法：由公共點(diǎn)在兩個(gè)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(xiě)出誤差方程41第四十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。三、WGS-84坐標(biāo)系—我國(guó)國(guó)家坐標(biāo)系BJ54WGS84(x,y)1(x,y)2(B,L)1(B,L)2(X,Y,Z)1(X,Y,Z)242第四十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。轉(zhuǎn)換中的參數(shù)設(shè)置（BLH）WGS-84（XYZ）WGS-84（XYZ）BJ54/STATE80（BLH）BJ54/STATE80（xy）高斯平面提供轉(zhuǎn)換參數(shù)七參數(shù)橢球參數(shù)橢球參數(shù)投影參數(shù)三個(gè)平移橢球參數(shù)差（化簡(jiǎn)）長(zhǎng)半軸之差：-108扁率之差：+0.00480795原點(diǎn)平移參數(shù)：+15-150-9043第四十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。第四節(jié)時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)常用的時(shí)間系統(tǒng)GPS時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換44第四十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。意義：衛(wèi)星的位置誤差<1cm，要求相應(yīng)的時(shí)刻誤差應(yīng)小于2.6x10-6秒；測(cè)距誤差<1cm，要求信號(hào)傳播時(shí)間的測(cè)量誤差，應(yīng)不超過(guò)3x10-11秒；45第四十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。一、時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間：包含時(shí)刻和時(shí)間間隔兩種意義時(shí)間系統(tǒng)：作為測(cè)時(shí)的基準(zhǔn)，包含時(shí)間尺度（單位）和原點(diǎn)（起始?xì)v元），一般來(lái)說(shuō)任何一個(gè)可觀測(cè)的周期運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，只要滿(mǎn)足：連續(xù)性，穩(wěn)定性，復(fù)現(xiàn)性均可作為時(shí)間基準(zhǔn)46第四十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。二、常用的時(shí)間系統(tǒng)世界上現(xiàn)在通用的時(shí)間系統(tǒng)時(shí)什么？時(shí)間的單位尺度不同；度量時(shí)間的時(shí)鐘不同47第四十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。常用的幾類(lèi)時(shí)間系統(tǒng)恒星時(shí)和太陽(yáng)時(shí)歷書(shū)時(shí)原子時(shí)地球的周期性自轉(zhuǎn)地球的周期性公轉(zhuǎn)原子核外電子能級(jí)躍遷時(shí)輻射的電磁波的頻率48第四十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。1、世界時(shí)系統(tǒng)世界時(shí)系統(tǒng)恒星時(shí)春分點(diǎn)太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)根據(jù)天體的周日視運(yùn)動(dòng)反映地球的自轉(zhuǎn)；平太陽(yáng)時(shí)平太陽(yáng)49第四十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。恒星時(shí)恒星時(shí)——選取春分點(diǎn)作為參考點(diǎn)，用它的周日視運(yùn)動(dòng)周期來(lái)描述時(shí)間的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。參照于遙遠(yuǎn)星體的地球自轉(zhuǎn)周期參考點(diǎn)：一個(gè)天體或天球上某個(gè)特殊點(diǎn)測(cè)站點(diǎn)子午圈參考點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過(guò)測(cè)站點(diǎn)子午圈的時(shí)間段50第五十頁(yè)，共六十二頁(yè)。太陽(yáng)時(shí)參照于太陽(yáng)的地球自轉(zhuǎn)周期太陽(yáng)時(shí)——選取太陽(yáng)作為參考點(diǎn)，用它的周日視運(yùn)動(dòng)周期來(lái)描述時(shí)間的時(shí)間計(jì)量系統(tǒng)。51第五十一頁(yè)，共六十二頁(yè)。平太陽(yáng)時(shí)太陽(yáng)時(shí)的問(wèn)題——真太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)不均勻，并不嚴(yán)格等于地球自轉(zhuǎn)周期。冬長(zhǎng)夏短，最長(zhǎng)和最短可相差51秒；平太陽(yáng)——假設(shè)一個(gè)參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度等于真太陽(yáng)周年視運(yùn)動(dòng)平均速度，且該點(diǎn)在赤道上作周年運(yùn)動(dòng)。平太陽(yáng)時(shí)——以平太陽(yáng)的周日視運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)建立的時(shí)間系統(tǒng)。52第五十二頁(yè)，共六十二頁(yè)。世界時(shí)UT世界時(shí)——以平子夜為零時(shí)的格林尼治平太陽(yáng)時(shí)UT極移改正UT1地球自轉(zhuǎn)速度改正UT2長(zhǎng)期變化：潮汐影響使地球自轉(zhuǎn)速度變慢；季節(jié)性變化：大氣層中的氣團(tuán)歲季節(jié)變化；不規(guī)則變化：地球內(nèi)部的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)；53第五十三頁(yè)，共六十二頁(yè)。2、原子時(shí)ATI原子時(shí)秒長(zhǎng)——位于海平面的銫133原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)，在零磁場(chǎng)中躍遷輻射震蕩9192631770周所持續(xù)的時(shí)間，為一原子時(shí)秒。國(guó)際原子時(shí)——國(guó)際上約100座原子鐘，通過(guò)相互比對(duì)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理推算出統(tǒng)一的原子時(shí)系統(tǒng)。54第五十四頁(yè)，共六十二頁(yè)。原子時(shí)原子時(shí)原點(diǎn)——UT2(1958.1.1.0)-0.0039sUT2IAT1958.0Δt(地球自轉(zhuǎn)速度長(zhǎng)期性變慢，世界時(shí)每年比原子時(shí)慢約一秒)55第五十五頁(yè)，共六十二頁(yè)。3、協(xié)調(diào)世界時(shí)UTC協(xié)調(diào)世界時(shí)——從1972年開(kāi)始，國(guó)際上開(kāi)始使用一種以原子時(shí)秒長(zhǎng)為基準(zhǔn)，時(shí)刻上接近世界時(shí)的折衷的時(shí)間系統(tǒng)。秒長(zhǎng)穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于天體測(cè)量，大地測(cè)量，研究地球自轉(zhuǎn)速度56第五十六頁(yè)，共六十二頁(yè)。協(xié)調(diào)世界時(shí)ΔtUT11972.0UTC1958.0IAT閏秒——當(dāng)協(xié)調(diào)時(shí)和世界時(shí)相差超過(guò)正負(fù)0.9秒時(shí)，便在協(xié)調(diào)時(shí)上加入一個(gè)閏秒（跳秒）。

（跳秒由國(guó)際自轉(zhuǎn)服務(wù)組織發(fā)布，一般在12.31或6.30進(jìn)行）在2006年的元旦，我國(guó)的時(shí)鐘將撥慢：7時(shí)59分59秒——7時(shí)59分60秒——8時(shí)00分00秒。57第五十七頁(yè)，共六十二頁(yè)。三、GPS時(shí)間系統(tǒng)GPST屬于原子時(shí)系統(tǒng)——秒長(zhǎng)與原子時(shí)相同原點(diǎn)：1980年1月6日的UTC零時(shí)沒(méi)有跳秒ΔtUT11972.0UTC1958.0IATΔt1980.1.619sGPST58第五十八頁(yè)，共六十二頁(yè)。思考試比較參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系。各類(lèi)天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系的關(guān)系是什么?如何轉(zhuǎn)換？不同的參心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換和參心坐標(biāo)系到地心坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換有不同嗎？不同類(lèi)型的時(shí)間系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)和區(qū)別？聯(lián)系是什么？59第五十九頁(yè)，共六十二頁(yè)。天球坐標(biāo)系與地球坐標(biāo)系聯(lián)系（1）原點(diǎn)都位于地球的質(zhì)心（2）瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸和瞬時(shí)天軸重合；即瞬時(shí)天球坐標(biāo)系和瞬時(shí)地球坐標(biāo)系的