第一章地球的形狀及坐標(biāo)系1課資參類第一章地球的形狀及坐標(biāo)系1課資參類第一節(jié)地球的形狀和大小2課資參類第一節(jié)地球的形狀和大小2課資參類正常橢球：也稱為“水準(zhǔn)橢球”。表面為正常重力位U等于常數(shù)的旋轉(zhuǎn)橢球。用于代表地球的理想形體。正常橢球面是大地水準(zhǔn)面的規(guī)則形狀。該面上的正常重力位應(yīng)嚴(yán)格與大地水準(zhǔn)面上的一致。3課資參類正常橢球：也稱為“水準(zhǔn)橢球”。表面為正常重力位U等于常數(shù)的旋

總地球橢球：最接近地球形狀和大小的橢球?？偟厍驒E球正常位W0應(yīng)與大地水準(zhǔn)面上的位相等，中心應(yīng)與地球質(zhì)心重合，赤道應(yīng)與地球赤道一致，起始子午面應(yīng)與天文子午面重合，短軸與地軸相重合，體積應(yīng)與大地體體積相等，在全球范圍的大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小,即：4課資參類總地球橢球：4課資參類

參考橢球：大小和定位定向最接近本國或本地區(qū)的地球橢球。表現(xiàn)在兩個(gè)面最接近及同點(diǎn)的法線和垂線最接近。所有的地面測量都以法線投影在這個(gè)橢球面上，這樣的橢球叫做參考橢球。

5課資參類參考橢球：5課資參類應(yīng)用球面三角的原理，推出垂線偏差分量的公式：ξ=90o-B-（90o-φ）=φ–Bη=（λ-L）cosφ6課資參類應(yīng)用球面三角的原理，推出垂線偏差分量的公式：6課資參類測定垂線偏差的方法：1.天文大地測量方法2.重力測量方法3.天文重力方法4.GPS測量方法7課資參類測定垂線偏差的方法：7課資參類第二節(jié)測量坐標(biāo)系8課資參類第二節(jié)測量坐標(biāo)系8課資參類天球以地球的質(zhì)心為球心，以無窮遠(yuǎn)為半徑所形成的球，稱為天球。

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9課資參類天球9課資參類一、天文地理坐標(biāo)系圖1-210課資參類一、天文地理坐標(biāo)系10課資參類二、大地坐標(biāo)系是大地測量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，是通過大地測量的手段確定的固定在地面上的控制網(wǎng)（點(diǎn)）所構(gòu)建的，分為坐標(biāo)參考框架、高程參考框架、重力參考框架。具體體現(xiàn)在控制點(diǎn)上。11課資參類二、大地坐標(biāo)系11課資參類12課資參類12課資參類13課資參類13課資參類14課資參類14課資參類15課資參類15課資參類橢球定位和定向確定基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行天文觀測，將天文觀測的天文坐標(biāo)，令為第一個(gè)大地點(diǎn)的坐標(biāo)，高程為大地高高程，至一點(diǎn)的大地方位角。λ=Lφ=Bα=AH常=H大16課資參類橢球定位和定向16課資參類三、空間大地直角坐標(biāo)系17課資參類三、空間大地直角坐標(biāo)系17課資參類四、平面直角直角坐標(biāo)系統(tǒng)18課資參類四、平面直角直角坐標(biāo)系統(tǒng)18課資參類五、幾種常見的大地坐標(biāo)系舉例19課資參類五、幾種常見的大地坐標(biāo)系舉例19課資參類（一）1954年北京坐標(biāo)系20世紀(jì)50年代迫切需要建立一個(gè)參心大地坐標(biāo)系。鑒于當(dāng)時(shí)的歷史條件，首先將我國東北地區(qū)的一等鎖與蘇聯(lián)遠(yuǎn)東一等鎖相聯(lián)接，然后以聯(lián)接處的呼瑪、吉拉林、東寧基線網(wǎng)擴(kuò)大邊端點(diǎn)的蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系的坐標(biāo)為起算數(shù)據(jù)，平差我國東北及東部地區(qū)一等鎖，這樣傳算來的坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸，但又不完全屬于該坐標(biāo)系。因?yàn)楦叱坍惓Ｊ且蕴K聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算值，按我國天文水準(zhǔn)路線推算出來的；大地點(diǎn)高程是以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)的。20課資參類（一）1954年北京坐標(biāo)系20課資參類1954年北京坐標(biāo)系在我國近50年的測繪生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了巨大的作用。15萬個(gè)國家大地點(diǎn)和數(shù)百萬加密控制點(diǎn)均在該系統(tǒng)內(nèi)完成了計(jì)算工作。以該系統(tǒng)為基礎(chǔ)測制完成了全國1：5萬及1：10萬比例尺地形圖1：1萬比例尺地形圖也在相當(dāng)范圍內(nèi)完成。以1954年北京坐標(biāo)系為基礎(chǔ)的測繪成果和文檔資料，已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域。21課資參類1954年北京坐標(biāo)系在我國近50年的測繪生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮了巨大隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1954年北京坐標(biāo)系已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，突出的問題是：（1）所采用的克拉索夫斯基橢球，其參數(shù)不同國際大地測量與地球物理聯(lián)合會（IUGG）1983年第18屆大會大地測量常數(shù)推薦值相比較，長半徑約大109m，這不僅對研究地球幾何形狀有影響，而且只涉及2個(gè)幾何性質(zhì)的橢球參數(shù)（a、f），滿足不了當(dāng)今理論研究和實(shí)際工作中需要用4個(gè)基本參數(shù)（長半徑a、地球重力場二階帶球諧系數(shù)J2、地心引力常數(shù)GM、地球自轉(zhuǎn)角速度）描述地球橢球的要求。22課資參類隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，1954年北京坐標(biāo)系已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代化建（2）橢球定向不明確。橢球短軸的指向既不是國際上普遍采用的國際協(xié)議原點(diǎn)CIO，也不是我國對地極運(yùn)動(dòng)長期研究結(jié)果所確定的地極原點(diǎn)JYD1968.0。起始大地子午面也不是國際時(shí)間局（BIH）所定義的格林尼治平均天文臺子午面，從而給坐標(biāo)換算帶來較大誤差和不便。橢球定位時(shí)大地原點(diǎn)位于蘇聯(lián)最西部列寧格勒附近的普爾科沃，這一定位結(jié)果使橢球面與我國大地水準(zhǔn)面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜，東部地區(qū)高程異常最大達(dá)+65m，全國范圍平均達(dá)29m，如圖3-15所示。23課資參類（2）橢球定向不明確。橢球短軸的指向既不是國際上普遍采用的國（3）該坐標(biāo)系統(tǒng)的大地點(diǎn)坐標(biāo)是經(jīng)局部平差逐次得到的，全國所有大地控制點(diǎn)的坐標(biāo)值不能連成統(tǒng)一整體，區(qū)與區(qū)的接合部存在較大隙距，同一點(diǎn)在不同區(qū)的坐標(biāo)之差可達(dá)1～2m。而且自東北至西南，誤差愈積累愈大。這種情況對于發(fā)展我國空間技術(shù)和大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)是很不利的。24課資參類（3）該坐標(biāo)系統(tǒng)的大地點(diǎn)坐標(biāo)是經(jīng)局部平差逐次得到的，全國所有（二）1980年西安大地坐標(biāo)系（1980年國家大地坐標(biāo)系）1978年，我國決定對全國天文大地網(wǎng)施行整體平差，這項(xiàng)工作要在新坐標(biāo)系的參考橢球面上進(jìn)行。為此，首先要建立一個(gè)新的大地坐標(biāo)系統(tǒng)，并且命名為1980年國家大地坐標(biāo)系。1980年國家大地坐標(biāo)系的含義可以描述如下：25課資參類（二）1980年西安大地坐標(biāo)系（1980年國家大地坐標(biāo)系）（1）采用了既含幾何參數(shù)又含物理參數(shù)的4個(gè)橢球基本參數(shù)，其數(shù)值采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會（IUGG）第16屆大會的推薦值，如第七章第一節(jié)所述。（2）大地原點(diǎn)位于我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，西安市以北60km處，簡稱西安原點(diǎn)。（3）大地點(diǎn)高程是以1956年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)的正常高系統(tǒng)。（4）橢球定位滿足3個(gè)條件：①橢球短軸平行于由地球質(zhì)心指向我國確定的地極原點(diǎn)JYD1968.0方向；②起始大地子午面平行于我國定義的起始天文子午面；③橢球面與似大地水準(zhǔn)面在我國地域最為密合。26課資參類（1）采用了既含幾何參數(shù)又含物理參數(shù)的4個(gè)橢球基本參數(shù)，其數(shù)27課資參類27課資參類

大地原點(diǎn)設(shè)在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村。

28課資參類28課資參類為此，在全國按1°×1°間隔，均勻選取了922點(diǎn)，組成弧度測量方程式

29課資參類為此，在全國按1°×1°間隔，均勻選取了922點(diǎn)，組成弧度測該式是由公式第一式略去和k項(xiàng)，由于采用正常高系統(tǒng)，故用代替dH,并用代替而得到的。因?yàn)镮UGG1975年推薦的橢球參數(shù)和克拉索夫斯基橢球參數(shù)均為已知值，故式中亦為已知值。式中的求解方法是：用1167個(gè)天文點(diǎn)和約15萬個(gè)重力點(diǎn)成果，在全國由天文重力水準(zhǔn)路線、短邊天文水準(zhǔn)路線和天文水準(zhǔn)加均衡改正的路線構(gòu)成21個(gè)環(huán)，進(jìn)行不等權(quán)平差，求得各路線高程異常差，再以原點(diǎn)的為起算值逐一推求，最后繪制成全國高程異常圖。30課資參類該式是由公式第一式略去和k項(xiàng)，由于采用正常高系統(tǒng)根據(jù)上述922點(diǎn)的弧度測量方程式，按求解定位元素X、Y、Z，再進(jìn)而求出大地原點(diǎn)上的ζ0、η0和ξ0，聯(lián)系大地原點(diǎn)上測得的天文經(jīng)緯度、天文方位角和正常高，按式（2-16）求得大地原點(diǎn)上的H0

、L0

、B0

和A0

，作為1980年國家大地坐標(biāo)系的大地起算數(shù)據(jù)。31課資參類根據(jù)上述922點(diǎn)的弧度測量方程式，按31課資參類由上所述，1980年國家大地坐標(biāo)系完全符合建立經(jīng)典參心大地坐標(biāo)系的原理。橢球參數(shù)的個(gè)數(shù)合理、數(shù)值準(zhǔn)確，橢球面與大地水準(zhǔn)面獲得了較好密合，全國范圍的平均差值由1954年北京坐標(biāo)系的29m減小至10m，全國多數(shù)地區(qū)在15m以內(nèi),如圖。32課資參類由上所述，1980年國家大地坐標(biāo)系完全符合建立經(jīng)典參心大地坐

33課資參類33課資參類（三）2000國家大地坐標(biāo)系質(zhì)心坐標(biāo)系；通過三種形式的坐標(biāo)來體現(xiàn)國際坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)框架；地心坐標(biāo)系以高精度的坐標(biāo)框架來實(shí)現(xiàn)；經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，我國自2008年7月1日啟用2000國家大地坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系與其他坐標(biāo)系實(shí)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8至10年。34課資參類（三）2000國家大地坐標(biāo)系質(zhì)心坐標(biāo)系；34課資參類（四）WGS-84世界大地坐標(biāo)系質(zhì)心坐標(biāo)系；通過三種形式的坐標(biāo)來體現(xiàn)國際坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)框架；地心坐標(biāo)系以高精度的坐標(biāo)框架來實(shí)現(xiàn)；IERS國際地球服務(wù)組織；取代了BIH、IPMS;35課資參類（四）WGS-84世界大地坐標(biāo)系35課資參類36課資參類36課資參類WGS-84坐標(biāo)系

空間直角坐標(biāo)系

A（X，Y，Z）是GPS采用的坐標(biāo)系，屬地心空間直角坐標(biāo)系。

37課資參類WGS-84坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系37課資參類IERS主要有以下的服務(wù)：（1）維持國際天球參考系統(tǒng)（ICRS）和框架（ICR）；（2）維持國際地球參考系統(tǒng)（ITRS）和框架（ITR）；（3）及時(shí)提供準(zhǔn)確的地球自轉(zhuǎn)參數(shù)（EOP）。

ITRS是目前國際上最精確、最穩(wěn)定的全球性地心坐標(biāo)系，它的定義遵循IERS定義38課資參類IERS主要有以下的服務(wù)：38課資參類協(xié)議地球坐標(biāo)系的法則，即ITRS的原點(diǎn)位于地心，它的定向由BIH1984.0給出，ITRS通過國際地球參考框架ITRF來實(shí)現(xiàn)，ITRF是基于多種空間技術(shù)(GPS,SLR,VLBI,DORIS)得到的地面站的站坐標(biāo)集和速度場，ITRF的參考框架點(diǎn)已達(dá)300多個(gè)，并且是全球分布的。在GPS技術(shù)強(qiáng)有力的支持下，美國不斷更新地心坐標(biāo)的精度，更新或精化地心坐標(biāo)的時(shí)間以1980.0為GPG厲元的始點(diǎn)，以后的時(shí)間以GPS周計(jì)算，采用G***…標(biāo)記。1984年建立了WGS-84(即所謂的世界大地坐標(biāo)系統(tǒng)1984)；2001年美國又對WGS-84進(jìn)行了再次精化。以后還會繼續(xù)進(jìn)行這種類似的精化和維護(hù)，可以說WGS-84是一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的不斷改進(jìn)和完善的世界大地坐標(biāo)系。39課資參類協(xié)議地球坐標(biāo)系的法則，即ITRS的原點(diǎn)位于地心，它的定向由B第三節(jié)高程基準(zhǔn)面和高程系統(tǒng)一、大地高系統(tǒng)二、正高系統(tǒng)三、正常高系統(tǒng)四、力高系統(tǒng)（同一水準(zhǔn)面上的高程相同）40課資參類第三節(jié)高程基準(zhǔn)面和高程系統(tǒng)一、大地高系統(tǒng)40課資參類41課資參類41課資參類42課資參類42課資參類43課資參類43課資參類五、各高程系統(tǒng)之間的關(guān)系大地高H大、正高H正、及正常高H正常關(guān)系如圖1-8所示，即：H大=H正+NH大=H正常+ζ

N為大地水準(zhǔn)面差距；ζ為高程異常。(Ζζzetazat)44課資參類五、各高程系統(tǒng)之間的關(guān)系大地高H大、正高H正、及正常高H正常