1、第十章 坐標系統(tǒng),2.1 天球坐標系和地球坐標系 2.2 WGS-84坐標系和我國的大地坐標系 2.3 坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換 2.4 時間系統(tǒng),為什么提出坐標系？ 描述物體運動，必須有參照物,為描述物 體運動而選擇的所有參照物叫參照系（參考 系）。參照系是粗略的，不精確的，必須建 立坐標系。準確和完善的描述物體的運動， 觀測的結(jié)果模擬及 表示或解釋需要建立一個 坐標系統(tǒng)。,怎樣定義一個坐標系？ 坐標系固連在參照系上，且與參照系同 步運動。要完全定義一個三維空間直角坐標 系必須明確指出： 坐標原點的位置。 三個坐標軸的指向。 長度單位。,P,r,空間直角坐標系符合右手法則或左手法則：,注： 一經(jīng)定

2、義坐標系，空間一點對應(yīng)一組坐標，坐 標系不同，坐標值也不同。,為什么選用空間直角坐標系？ 任一點的空 間位置可由該點在三個坐標 面的投影（X，Y，Z）唯一地確定，通過坐 標平移、旋轉(zhuǎn)和尺度轉(zhuǎn)換，可以將一個點的 位置方便的從一個坐標系轉(zhuǎn)換至另一個坐標 系。與某一空間直角坐標系所相應(yīng)的大地坐 標系（B，L，H），只是坐標表現(xiàn)形式不 同，實質(zhì)上是完全等價的，兩者之間可相互 轉(zhuǎn)化。,GPS定位采用坐標系： 在GPS定位測量中，采用兩類坐標系， 即天球坐標系與地球坐標系，兩坐標系的坐 標原點均在地球的質(zhì)心，而坐標軸指向不 同。天球坐標系是一種慣性坐標系，其坐標 原點及各坐標軸指向在空間保持不變，用于 描

3、述衛(wèi)星運行位置和狀態(tài)。地球坐標系隨同 地球自轉(zhuǎn)，可看作固定在地球上的坐標系， 用于描述地面觀測站的位置。,2.1 天球坐標系和地球坐標系,天球：指以地球質(zhì)心M為中心，半徑r為任意長度 的一個假想的球體 。,一、天球坐標系,M,黃道,Pn,s,n,天球赤道,Ps,天軸與天極：地球自 轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天 軸；天軸與天球的交 點Pn和Ps稱為天極， 其中Pn為北天極，為 Ps南天極。,天球赤道面與天球赤道： 通過地球質(zhì)心M與天 軸垂直的平面，稱為天球 赤道面。天球赤道面與天 球相交的大圓，稱為天球 赤道。,黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面 與天球相交的大圓。 黃赤交角：黃道與赤道的 夾角。,黃極：通過天球 中

4、心，且垂直于 黃道面的直線與 天球的交點。其 中靠近北天極的 交點為北黃極， 靠近南天極的交 點為南黃極。,春分點：當太陽在 黃道上從天球南半 球向北半球運行 時，黃道與天球赤 道的交點。,注：春分點和天球道赤 面，是建立參考系的重 要的基準點和基準面。,近日點,遠日點,地球,太陽,春分點,秋分點,M,黃道,Pn,s,n,原點地球質(zhì)心M Z軸指向天球北極Pn X軸指向春分點 Y軸垂直于XMZ平面， 與X軸和Z軸構(gòu)成右 手坐標系統(tǒng)。,Z,X,Y,天球空間直角坐標（X，Y，Z）的定義：,M,z,Ps,天球赤道,Pn,y,x,s,y,z,x,r,天球中心與地球質(zhì)心M重合，赤經(jīng)為含天軸和春分點的天球子

5、午面與過天體s的天球子午面之間的夾角，赤緯為原點M至天體s的連線與天球赤道面之間的夾角，向徑為原點M至天體s的距離。,天球球面坐標（，）的定義：,對同一空間點，直角坐標系與其等效的球面坐標 系參數(shù)間有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：,M,z,Ps,天球赤道,Pn,x,s,y,z,x,r,y,歲差：地球?qū)嶋H上不是一個理 想的球體，地球自轉(zhuǎn)軸 方向不再保持不變，這 使春分點在黃道上產(chǎn)生 緩慢的西移，這種現(xiàn)象 在天文學(xué)中稱為歲差。,歲差和章動的影響,歲差產(chǎn)生的原因： 日月和其他天體對地球赤道隆起部分的吸引。,主要由日月引力 引起。太陽的影響 為月球影響的0.46， 太陽的質(zhì)量是月球 的兩千多萬倍，為 什么月球?qū)q差的

6、 影響反而更大呢？,M,黃道,Pn,s,n,天球赤道,歲差周期：25800年，每年春分點西移50.371,M,黃道,Pn,s,n,天球赤道,章動：在日月引力等因素的影響下，瞬時北天極 將繞瞬時平北天極旋轉(zhuǎn)，大致呈橢圓，這 種現(xiàn)象稱為章動。,章動產(chǎn)生的主要 原因： 月球軌道面（白 道）位置的變化。,章動的規(guī)律 章動的周期：18.6年 章動橢圓的長半軸：9.2,a,b,r ,n,章動橢圓,歲差、章動疊加,Pn,歲差章動的疊加效果,M,黃道,Pn,s,n,天球赤道,黃極,天極,為了研究問題的方便，我們把歲差和章動分開研 究，分別研究兩種現(xiàn)象的規(guī)律，然后再綜合疊加。,在歲差和章動 的影響下，瞬時天 球

7、坐標系的坐標軸 的指向在不斷的變 化，將不能直接根 據(jù)牛頓力學(xué)定律來 研究衛(wèi)星的運動規(guī) 律。,地球的自轉(zhuǎn)軸不僅受日、月引力作用而使其 在空間變化，而且還受地球內(nèi)部質(zhì)量不均勻影響 在地球內(nèi)部運動。前者導(dǎo)致歲差和章動，后者導(dǎo) 致極移。,歲差、章動和極移的影響,極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對地球體的 位置并不是固定的，因而， 地極點在地球表面上的位 置，是隨時間而變化的， 這種現(xiàn)象稱為極移。,研究分析表明，極移周期有兩種：一種周期約為一年，振幅約為0.1的變化；另一種周期約為432天，振幅約為0.2的變化，即張德勒（S.C.Chandler ）周期變化。,地極移動在平面上的投影,1971.0,1975.0,1

8、,CIO,-0.2,+0.2,+0.5,瞬時極：隨時間變化的極點。 瞬時自轉(zhuǎn)軸：隨時間變化的自轉(zhuǎn)軸。,瞬時天球坐標系：,原點：地球質(zhì)心,坐標軸指向： z軸指向瞬時地球自 轉(zhuǎn)軸 x軸指向瞬時春分點 y軸與x軸、z軸構(gòu)成 右手坐標系,M,黃道,Pn,s,n,Z,X,Y,協(xié)議天球坐標系： 為了建立一個與慣性坐標系統(tǒng)相接近的坐標 系，人們通常選擇某一時刻，作為標準歷元，并將 此刻地球的瞬時自轉(zhuǎn)軸（指向北極）和地心至瞬時 春分點的方向，經(jīng)過瞬時的歲差和章動改正后，分 別作為X軸和Z軸的指向，由此建立的坐標系稱為協(xié) 議天球坐標系。,在空間的位置和方向應(yīng)保持不變， 或僅作勻速直線運動,M,z,Ps,天球赤道

9、,Pn,y,x,s,y,z,x,r,國際大地測量學(xué) 會（International Association of Geodesy-IAG）和 國際天文學(xué)聯(lián)合 會（International Astronomical Union-IAU）決 定，標準歷元設(shè) 為J2000.0 。,協(xié)議天球坐標系CIS （慣性坐標系）：,J2000.0：公歷為2000年1月1日12:00:00,協(xié)議天球坐標系,觀測瞬間的平天球坐標系,瞬時天球坐標系,歲差,章動,協(xié)議天球坐標系與瞬時天球坐標系的轉(zhuǎn)換：,地球空間直角坐標系的定義： 原點O：地球質(zhì)心 Z軸：指向地球北極Pn X軸：指格林尼治子午 面與地球赤道的交點E Y

10、軸：垂直于XOZ平面， 與X軸和Y軸構(gòu)成 右手坐標系。,赤道平面,O,P,PS,PN,E,Z,X,Y,Y,X,Z,二、地球坐標系,赤道平面,O,P,大地經(jīng)度L,大地緯度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,大地坐標系的定義： 地球橢圓的中心與 地球質(zhì)心重合，橢球短 軸與地球自轉(zhuǎn)軸重合， 大地緯度B為過地面點 的橢球法線與橢球赤道 面的夾角，大地經(jīng)度L 為過地面點的橢球子午 面與格林尼治平子午面 之間的夾角，大地高H 為地面點沿橢球法線至 橢球面的距離。,PS,PN,H,任一地面點P在地球坐標系中的坐標，可表示為（X，Y，Z）或（B，L，H），兩種坐標系之間的轉(zhuǎn)換為：,式中，,，N為該點的卯酉

11、圈,曲率半徑。,注：極移的存在，致使地面點的坐標具有類似周期性 的變化，使用起來十分不便。,瞬時地球坐標系,Z軸指向瞬時地球自轉(zhuǎn)軸 X軸指向格林尼治子午面 與瞬時赤道的交點 Y軸與x軸、z軸構(gòu) 成右手系,原點：地球質(zhì)心,赤道平面,O,P,PS,PN,E,Z,X,Y,Y,X,Z,協(xié)議地球坐標系（CTS）,1960年國際大測量 與地球物理聯(lián)合會決定 以1900.01905.0五年地 球自轉(zhuǎn)軸瞬時位置的平 均值作為地球的固定級 稱為國際協(xié)定原點CIO。 平地球坐標系的Z軸指 向國際協(xié)定原點CIO 。,赤道平面,O,P,M,PN（協(xié)議）,E （協(xié)議）,Z,X,Y,Y,X,Z,PS,協(xié)議地球坐標系和瞬時

12、地球坐標系之間的轉(zhuǎn)換,地極的瞬時坐標由國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)組織 （International Earth Rotation Service-IERS）根據(jù)多 個臺站計算出來的。協(xié)議地球坐標系和瞬時地球坐 標系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：,協(xié)議地球坐標系和協(xié)議天球坐標系之間的轉(zhuǎn)換,三、站心赤道直角坐標系和站心地平直角坐標系,站心地平直角坐標系能夠比較直觀方便的描述 衛(wèi)星與觀測站之間的瞬時距離、方位角和高度角， 了解衛(wèi)星在天空中的分布情況。,O-XYZ球心空間直角坐標系 P-xyz站心地平直角坐標系 P- 站心赤道直角坐標系,2.2 WGS-84坐標系和我國的大地坐標系,WGS84（World Geodetic

13、 System，1984年） 是美國國防部研制確定的大地坐標系。,一、WGS-84大地坐標系 （地心坐標系）,CTP赤道平面,O,PN,E,ZWGS84,PS,BIH定義的零子午圈（1984.0）,XWGS84,YWGS84,幾何定義： 原點在地球質(zhì)心 Z軸指向 BIH 1984.0 定義的協(xié)議地球 (CTP）方向。 X軸指向BIH 1984.0 的零子午面和CTP 赤道的交點。 Y軸與Z、X軸構(gòu)成右 手坐標系。,WGS84世界大地坐標系,對應(yīng)于 WGS-8大地坐標系有一個WGS-84橢球， 其常數(shù)采用 IAG和IUGG第 17屆大會大地測量常數(shù) 的推薦值。 WGS-84橢球兩個最常用的幾何常

14、數(shù)：,長半軸： 6378137 2（m）扁率： 1：298.257223563,WGS-84大地水準面高N等于由GPS定位測定的點的大地高H減該點的正高H正。N值可以利用地球重力場模型系數(shù)計算得出；也可以用特殊的數(shù)學(xué)方法精確計算局部大地水準面高N。一旦N確定，可利用H正=H-N計算GPS各點的的正高H正。,二、國家大地坐標系（參心坐標系）,1、1954年北京坐標系,建國初期，為了迅速開展我國的測繪事業(yè)，鑒于當時的實際情況，將我國一等鎖與原蘇聯(lián)遠東一等鎖相連接，然后以連接處呼瑪、吉拉寧、東寧基線網(wǎng)擴大邊端點的原蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標系的坐標為起算數(shù)據(jù)，平差我國東北及東部區(qū)一等鎖，這樣傳算過來

15、的坐標系就定名為1954年北京坐標系。,BJ54坐標系的幾何定義：,大地原點在前蘇聯(lián)的普爾科沃天文臺?？?間直角坐標系的原點在參考橢球的中心，Z軸 平行于地球質(zhì)心指向地極原點JYD1968的方向， X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度 零方向， Y軸與Z、X軸構(gòu)成右手坐標系。,1954北京坐標系橢球常數(shù)采用克拉索夫斯基Krassovsky橢球參數(shù)，基本常數(shù)為：,長半軸： 6378245（m）扁率： 1：298.3,BJ54可歸結(jié)為：a屬參心大地坐標系；b采用克拉索夫斯基橢球的兩個幾何參數(shù)；c. 大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃；d采用多點定位法進行橢球定位；e高程基準為 1956年青島驗潮站求出

16、的黃海平 均海水面。 f高程異常以原蘇聯(lián) 1955年大地水準面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)。按我國天文水準路線推算而得 。自BJ54建立以來，在該坐標系內(nèi)進行了許多地區(qū)的局部平差，其成果得到了廣泛的應(yīng)用。,C80是為了進行全國天文大地網(wǎng)整體平差而建立的。根據(jù)橢球定位的基本原理，在建立C80坐標系時有以下先決條件：（1）大地原點在我國中部，具體地點是陜西省徑陽 縣永樂鎮(zhèn)；（2）C80坐標系是參心坐標系，橢球短軸Z軸平行 于地球質(zhì)心指向地極原點方向，大地起始子午 面平行于格林尼治平均天文臺子午面；X軸在 大地起始子午面內(nèi)與 Z軸垂直指向經(jīng)度 0方 向；Y軸與 Z、X軸成右手坐標系；,2、1980年國家大

17、地坐標系,（3）橢球參數(shù)采用IUG 1975年大會推薦的參數(shù) 因而可得C80橢球兩個最常用的幾何參數(shù)為：長軸：63781405（m）；扁率：1：298.257 橢球定位時按我國范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)。（4）多點定位； （5）大地高程以1956年青島驗潮站求出的黃海平 均水面為基準 。,3、1954年新北京坐標系,盡管1980年國家大地坐標系具有先進性和嚴密性，但1954年原北京坐標系畢竟在我國測繪工作中潛移默化，影響深遠。 由于幾十年來，我國數(shù)十萬個國家控制點都是在1954年原北京坐標系內(nèi)完成計算的，一切測量工程和測繪成果均無一例外地采用著這個系統(tǒng)，考慮到1980年國家大地坐

18、標系有著它的先進性和嚴密性，于是就產(chǎn)生了1954年新北京坐標系。,1954年新北京坐標系的成果，就是將1980年國家大地坐標系的空間直角坐標系經(jīng)3個平移參數(shù)平移變換至克拉索夫基橢球中心，就成了新北京坐標系的成果。 據(jù)統(tǒng)計，新北京坐標系與原北京坐標系相比較，就控制點的平面直角坐標而言，縱坐標差值在-6.5+7.8米之間，橫坐標的差值在-12.9+9.0米之間，差值在5米以內(nèi)者約占全國80%的地區(qū)。,4、2000國家大地坐標系 （地心坐標系） 根據(jù)中華人民共和國測繪法，經(jīng)國務(wù)院批準，我國自2008年7月1日起，啟用2000國家大地坐標系。公告如下： 2000國家大地坐標系是全球地心坐標系在我國的具

19、體體現(xiàn)，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)心。2000國家大地坐標系采用的地球橢球參數(shù)如下： 長半軸 a6378137m 扁率f1/298.257222101 地心引力常數(shù)GM3.9860044181014m3s-2 自轉(zhuǎn)角速度7.29211510-5rad s-1,2000國家大地坐標系與現(xiàn)行國家大地坐標系轉(zhuǎn)換、銜接的過渡期為8年至10年?，F(xiàn)有各類測繪成果，在過渡期內(nèi)可沿用現(xiàn)行國家大地坐標系；2008年7月1日后新生產(chǎn)的各類測繪成果應(yīng)采用2000國家大地坐標系。 現(xiàn)有地理信息系統(tǒng)，在過渡期內(nèi)應(yīng)逐步轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標系；2008年7月1日后新建設(shè)的地理信息系統(tǒng)應(yīng)采用2000國家大地坐

20、標系。,國家測繪局負責(zé)啟用2000國家大地坐標系工作的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，制定2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換實施方案，為各地方、各部門現(xiàn)有測繪成果坐標系轉(zhuǎn)換提供技術(shù)支持和服務(wù)；負責(zé)完成國家級基礎(chǔ)測繪成果向2000國家大地坐標系轉(zhuǎn)換，并向社會提供使用。國務(wù)院有關(guān)部門按照國務(wù)院規(guī)定的職責(zé)分工，負責(zé)本部門啟用2000國家大地坐標系工作的組織實施和本部門測繪成果的轉(zhuǎn)換。,縣級以上地方人民政府測繪行政主管部門，負責(zé)本地區(qū)啟用2000國家大地坐標系工作的組織實施和監(jiān)督管理，提供坐標系轉(zhuǎn)換技術(shù)支持和服務(wù)，完成本級基礎(chǔ)測繪成果向2000國家大地坐標系的轉(zhuǎn)換，并向社會提供使用。,3、高斯平面直角坐標系,（1）高斯投影的概念

21、高斯投影是一種等角投影。它是由德國數(shù)學(xué)家高斯(Gauss，17771855)提出，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格(Kruger，18571923)加以補充完善，故又稱“高斯克呂格投影”，簡稱“高斯投影”。,N,S,c,中央,子,午線,赤道,（2）高斯投影的原理,高斯投影采用分帶投影。將橢球面按 一定經(jīng)差分帶，分別進行投影。,高斯投影必須滿足： 1高斯投影為正形投影， 即等角投影； 2中央子午線投影后為直 線，且為投影的對稱軸； 3中央子午線投影后長度 不變。,（3）高斯投影的特性,1）中央子午線投影后為直線，且長度不變。 2） 除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午

22、線為對稱軸。投影后有長度變形。 3） 赤道線投影后為直線，但有長度變形。,赤道,中央子午線,平行圈,子午線,O,x,y,4） 除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。 5）經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。 6） 所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。 7）離中央子午線愈遠，長度變形愈大。,赤道,中央子午線,平行圈,子午線,O,x,y,(4)投影帶的劃分,我國規(guī)定按經(jīng)差6和3進行投影分帶。 6帶自首子午線開始，按6的經(jīng)差自西向東分成60個帶。 3帶自1.5 開始，按3的經(jīng)差自西向東分成120個帶。,高斯投影帶劃分,6帶與3帶中央子午線之間的關(guān)系如圖:,3帶的中央子午線與6

23、帶中央子午線及分帶 子午線重合，減少了換帶計算。,工程測量采用3 帶，特殊工程可采用1.5 帶 或任意帶。,(5)高斯平面直角坐標系,坐標系的建立： x軸 中央子午線的投影 y軸 赤道的投影 原點O 兩軸的交點,O,x,y,P,（X，Y）,高斯自然坐標,注：X軸向北為正， y軸向東為正。,赤道,中央子午線,由于我國的位于北半球，東西橫跨12個6帶，各帶又獨自構(gòu)成直角坐標系。 故：X值均為正， 而Y值則有正有負。,x,y,o,500km,=500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m,國家統(tǒng)一坐標：,（帶號）,（帶號）,4、橫軸墨卡托（UTM)投

24、影,N,S,c,中央,子,午線,赤道,特性：屬于橫軸等角割橢圓柱投影； 中央子午線投影長度比不等于1而是等于 0.9996，兩條割線上沒有變形； 該投影在南緯80至北緯84范圍內(nèi)使用； 全球分60個帶，從西經(jīng)180連續(xù)向東編號。,4、地方獨立坐標系,許多城市、礦區(qū)基于使用方便、和科學(xué)的目 的，將地方獨立測量控制網(wǎng)建立在當?shù)氐钠骄?拔高程面上，并以當?shù)刈游缇€作為中央子午線進 行高斯投影求得平面坐標。這些網(wǎng)都有自己的原 點，自己的定向。,2.3 坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換,在GPS測量中，經(jīng)常要進行坐標變換和基準變換。,坐標變換：在不同的坐標表示形式間進行變換。 基準變換：在不同的參考基準間進行變換。

25、基準：為描述空間位置的點、線、面。在大地測 量中基準是指用以描述地球形狀的參考橢 球的參數(shù)。,坐標系的變換方法（同一基準）,1、空間直角坐標系與空間大地坐標系間的轉(zhuǎn)換。 2、空間坐標系與平面直角坐標系間的轉(zhuǎn)換。,坐標系的轉(zhuǎn)換方法（不同基準）,不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換實質(zhì)上就是不同基準間 的轉(zhuǎn)換，常用布爾薩七參數(shù)轉(zhuǎn)換方法。即3個平移 參數(shù)，3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，1個尺度參數(shù)。,1、坐標平移,繞x軸旋轉(zhuǎn)：,2、繞坐標軸旋轉(zhuǎn),繞Z軸旋轉(zhuǎn)：,繞y軸旋轉(zhuǎn)：,繞三軸旋轉(zhuǎn)：,當 均為小角度時，將 、 分 別展開成泰勒級數(shù)，僅保留其一階有： 舍棄二階小量，則有：,旋轉(zhuǎn)矩陣：對右手系逆時針旋轉(zhuǎn)，對左手系順時針 旋轉(zhuǎn)，否則需

26、要改變旋轉(zhuǎn)角度的符號。,當 不是小角度時，三個旋轉(zhuǎn)矩陣的次 序不能交換。當 均為小角度時，不論三個 旋轉(zhuǎn)矩陣的次序如何交換，都能夠得到上面的結(jié)果。,尺度比例因子：,3、尺度變換,尺度變換：在坐標轉(zhuǎn)換過程中由兩坐標系的長度 單位不一致引起的變換叫尺度變換。,4、布爾薩（Bursa-Wolf）七參數(shù)模型：,當： 均為小角度時：,一、空間大地坐標與空間直角坐標的轉(zhuǎn)換,（B，L，H) (X，Y，Z),式中，,，N為該點的卯酉圈,曲率半徑。,二、不同空間直角坐標系之間的轉(zhuǎn)換,(X，Y，Z)84 (X，Y，Z)54,布爾薩七參數(shù)轉(zhuǎn)換模型：,式中：,，為3個平移參數(shù)； m為比例參數(shù)；,，為3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)。,通

27、常，選擇同時具有兩套坐標的三個地面控制 點，通過平差的方法，解算七參數(shù)。若要提高參數(shù) 的精度，在數(shù)據(jù)處理時，常采用GPS基線向量網(wǎng)與 地面網(wǎng)聯(lián)合平差。,(X，Y，Z) （B，L，H),式中，,，N為該點的卯酉圈,曲率半徑。,三、空間直角坐標向大地坐標的轉(zhuǎn)換,四、大地坐標向高斯平面直角坐標的轉(zhuǎn)換,式中：B為參考橢球面的大地坐標，以弧度計； 為點經(jīng)度到中央子午線的經(jīng)差； S 為點到赤道的子午線弧長；,。,GPS坐標與我國北京54（西安80）坐標的轉(zhuǎn)換流程圖：,GPS大地坐標（B，L，H）,GPS空間直角坐標 （X，Y，Z）,空間直角坐標 （X，Y，Z）54（80）,大地坐標（B，L，H）54（80

28、）,高斯平面直角坐標（x，y）,2.4 時間系統(tǒng),時間的概念 時間包含時刻和時間間隔兩個概念。 時刻：發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間。在天文學(xué)和衛(wèi)星定位 中，與所獲數(shù)據(jù)對應(yīng)的時刻也成為歷元。 時間間隔：發(fā)生某一現(xiàn)象所經(jīng)歷的過程，是這一過 程始末的時刻之差。 所以，時間間隔測量，也稱為相對時間測量， 時刻測量，相應(yīng)地稱為絕對時間測量。,衛(wèi)星大地測量的任何一個觀測量歸根到底都 是對時間的測量，對時間測量精度要求很高。,時間基準 包含時間原點（時刻）和時間尺度（時間段）。 時間系統(tǒng)與坐標系統(tǒng)一樣，應(yīng)有其尺度（時間 單位）與原點（起始歷元）。其中時間的尺度是關(guān) 鍵，而原點可以根據(jù)實際應(yīng)用加以選定。不同的原 點和尺

29、度對應(yīng)不同的時間系統(tǒng)。任何一個可觀測的 周期的運動現(xiàn)象，只要符合條件，都可用作確定時 間間隔。,GPS定位對時間系統(tǒng)的要求 GPS時間系統(tǒng)要求：全球統(tǒng)一的時間原點和高精 度的時間尺度。,原因： GPS衛(wèi)星作為高空動態(tài)已知點，其位置是瞬息變化 的。時間度量的精度就意味著空間位置的精度。 例如:若要定軌誤差小于1cm，則時間精度至少要求 2.610-6s。 GPS定位是通過測定電磁波信號傳播時間來測定站 星距離的。例：若要距離誤差小于1cm，則時間精度 至少要求310-11s。,慣性坐標系和地固坐標系之間的坐標轉(zhuǎn)換需要精確 的時間尺度。地球在不斷的作自轉(zhuǎn)運動，地球上的 點位在慣性系中的坐標也在以相

30、同的速度變化。 例如：時間誤差為0.01s，該坐標誤差就至少可達 5m。,注：而我們平時所采用的時間，是按地球的自轉(zhuǎn) 規(guī)律，以太陽為基準的。如北京時、東京時、 莫斯科時等等，他們的時間原點是不一樣的， 尺度也不一樣。機械表、石英表、原子鐘 。,任何一個可觀測的周期的運動現(xiàn)象，只要符 合條件，都可用作確定時間間隔。 運動應(yīng)是： 連續(xù)的，周期性的； 運動的周期就具有充分的穩(wěn)定性； 運動的周期必須具有復(fù)現(xiàn)性（可重復(fù)性）。 常用下列周期性運動作為測時標準： 地球自轉(zhuǎn)； 地球公轉(zhuǎn)； 原子內(nèi)部能級躍遷。,一、恒星時 恒星時：以春分點為參考點，由春分點的周日視運 動所確定的時間。 時間尺度：春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時 間間隔為一恒星日，一恒星日分為24 個恒星時。 起算原點：恒星時以春分點通過本地子午圈時刻為 起算原點，所以恒星時在數(shù)值上等于春 分點相對于本地子午圈的時角。,恒星時的特性： 恒星時具有地方性，導(dǎo)致時