大地测量学知识点文档格式.docx

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原子时：

以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。

原子时的基本单位是原子时秒。

协调世界时：

以原子时秒长为计量单位、在时刻上与平太阳时之差小于0.9秒的时间系统。

大地测量参考系统坐标参考系统：

天球坐标系地球坐标系

点的坐标：

可用（x,y,z）表示，也可用（L，B，H）表示。

天球坐标系:

用于研究天体和人造卫星的定位与运动。

地球坐标系：

用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式.

大地测量的参考框架：

是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的。

坐标参考框架：

国家平面控制网，GPS网

高程参考框架:

国家高程控制网（水准网

重力参考框架：

国家重力基本（控制）网

椭球定位：

确定椭球中心的位置。

可以分为两类:

局部定位和地心定位。

局部定位：

椭球面与大地水准面局部最佳符合。

地心定位：

椭球面与大地水准面全球最佳符合。

椭球中心与地球质心一致或最为接近。

椭球定向：

确定旋转轴和起始子午面的方向。

a.椭球短轴平行于地球自转轴；

b.大地起始子午面平行于天文起始子午面。

参考椭球：

具有确定参数（长半轴a,扁率α）,经过局部定位和定向,同某地区大地水准面最佳拟合的地球椭球。

总地球椭球：

具有确定参数（a,α）,经过地心定位和定向，与全球大地水准面最为密合的地球椭球。

惯性坐标系（CIS）:

在空间不动或做匀速直线运动的坐标系。

协议惯性坐标系：

这种理想的坐标系在实际应用中是难以建立的，通常根据统一的约定建立近似的惯性坐标系，称为协议惯性坐标系。

协议天球坐标系：

以某一约定时刻t0作为参考历元，把该时刻对应的瞬时自转轴经岁差和章动改正后的指向作为Z轴，以对应的春分点为X轴的指向点，以XOZ的垂直方向为Y轴方向建立天球坐标系。

是一种近似的惯性坐标系。

瞬时平天球坐标系：

以某一瞬时平天球赤道和对应的春分点为依据。

瞬时真天球坐标系：

以某一瞬时北天极和对应的真春分点为依据。

协议天球坐标系转换到瞬时平天球坐标系：

二者的差异是由于岁差引起的，可经坐标系的旋转来进行转换

瞬时平天球坐标系转换到瞬时真天球坐标系:

二者的差异是由于章动引起的，可经坐标系的旋转来进行转换。

瞬时地球坐标系：

以地球瞬时极为Z轴指向点的地球坐标系。

协议地球坐标系与瞬时地球坐标系之间的转换：

二者之间的差异是由于极移引起的：

协议地球坐标系与协议天球坐标系之间的转换①：

可借助于瞬时地球坐标系与瞬时天球坐标系的指向相同来完成。

建立参心坐标系的工作：

a.确定椭球的几何参数（长半径a和扁率α）

b.椭球定位：

确定椭球中心的位置

c.椭球定向：

确定椭球短轴的指向

d.建立大地原点

一点定位：

令大地原点的椭球法线与铅垂线重合，椭球面和大地水准面相切。

多点定位：

在全国范围内观测许多点的天文经度λ，天文纬度φ，天文方位角α（这样的点称为拉普拉斯点）。

利用这些观测成果和已有的椭球参数，按照广义弧度测量方程，根据使椭球面与当地大地水准面最佳拟合条件ΣN2=min（或Σζ2=min），采用最小二乘原理，求出椭球定位参数ΔX0,ΔY0，ΔZ0，旋转参数εX，εy，εZ，椭球几何参数的改正数Δa，Δα（a新=a旧+Δa，α新=α旧+Δα.）以及根据下式求得大地原点的垂线偏差分量η新,ξ新，N新。

这样利用新的大地原点数据和新的椭球参数进行新的定位和定向，从而建立新的参心坐标系。

求出大地原点新的大地起算数据：

在地面上选定某一适宜的点K作为大地原点，观测其天文经度λK，天文纬度φK，正高HK，至某相邻点的天文方位角αK，然后再换算成大地经度LK，大地纬度BK，大地方位角AK，大地高HK。

LK，BK，AK称为大地起算数据，大地原点又称大地起算点。

一定的参考椭球和一定的大地起算数据确定了一定的坐标系。

1954年北京坐标系（BJ54旧）

a、采用克拉索夫斯基椭球参数，通过与前苏联1942年坐标系联测而建立的坐标系。

大地原点在前苏联的普尔科沃。

1980年国家大地坐标系（GDZ80）－西安坐标系

a采用1975年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）推荐的4个地球椭球参数：

长半径a，地心引力常数GM，地球二阶带球谐系数J2，地球自转速度ω。

大地原点在我国陕西省泾阳县永乐镇

地心坐标系：

①地心空间直角坐标系：

原点与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道交点，Y轴垂直于XOZ平面。

②地心大地坐标系：

椭球中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面最为密合，短轴与地球自转轴重合.点的坐标为大地经度L，大地纬度B，大地高H.

④WGS－84世界大地坐标系：

原点与地球质心重合，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地极CIP方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。

GPS卫星广播星历的坐标参考基准，四个基本参数为:

a=6378137m；

GM=3986005×

108m3/s2；

C2.0=1.08263×

10-3；

ω=7.292115×

10-5rad/s

国际地球参考系统（ITRS）是一种协议地球参考系统，它的定义为：

A）原点为地心，是包括海洋和大气在内的地球质心；

B）长度单位为米m，在广义相对论框架下定义；

C）Z轴从地心指向BIH1984.0定义的协议地极CTP；

D）X轴从地心指向格林尼治平均子午面与CTP赤道的交点；

E）Y轴与XOZ平面垂直，构成右手坐标系；

F）时间演变基准是使用满足无整体旋转条件的板块运动模型，用于描述地球哥块体随时间的变化。

国际地球参考框架（ITRF）：

是国际地球参考系统（ITRS）的具体实现。

是通过ITRS分布全球的跟踪站的坐标和速度场来维持并提供用户使用的。

站心坐标系：

以测站为原点，测站上的法线（或垂线）为Z轴方向，X轴方向指向子午线的北方向，Y轴垂直平面XOZ并指向东。

垂线站心直角坐标系：

以测站P为原点，P点的垂线为z轴（指向天顶为正）,子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x，z轴垂直（向东为正）构成左手坐标系。

这种坐标系称为垂线站心直角坐标系，或称为站心天文坐标系。

法线站心直角坐标系：

以测站P点为原点，P点的法线方向为z轴（指向天顶为正），子午线北方向为x抽，y轴与x,z轴垂直，构成左手坐标系。

欧勒角：

两个直角坐标系进行相互转换的旋转角。

欧勒角图示

③空间直角坐标与大地坐标的关系

站心直角坐标系与空间大地直角坐标系的转换关系

将站心坐标轴xyz变换成与空间坐标系的指向一致，需要如下几步：

（1）.y坐标轴反向；

（2）.绕y轴900-φ；

（3）.绕z轴旋转180º

-λ。

不同空间直角坐标系转换参数求法：

转换参数Δx0、Δy0、Δz0、（3个平移参数）εx、εy、εz、（三个旋转参数）m（尺度变化参数）的计算：

为了求得这七个参数，至少要有3个公共点，当多于3个公共点时可按最小二乘法求的七个参数的最或然值。

重力位函数是标函数，重力是引力和离心力的合力，则重力位就是引力位V和离心力位Q之和：

W＝V＋Q

或把重力位写成：

重力等位面特点：

重力位不平行，不相交也不相切。

正常椭球：

大地水准面的规则形状。

正常椭球面是一个正常水准面，所以正常椭球又称水准椭球

与大地体最为密合的正常椭球。

大小与定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球

具有一定几何参数、定位及定向的用以代表某一地区大地水准面的地球椭球叫做参考椭球。

地面上一切观测元素都应归算到参考椭球面上，并在这个面上进行计算。

正高:

以大地水准面为参考面

正常高:

以似大地水准为参考面

正高系统：

以大地水准面为高程基准面，地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。

它不随路线不同而异。

正常高系统：

78页正常高计算公式的各项代表含义：

高程基准面：

就是地面点高程的统一起算面，由于大地水准面所形成的体形——大地体是与整个地球最为接近的体形，因此通常采用大地水准面作为高程基准面。

我国的高程系统：

1）1956年黄海高程系统

采用1950至1956年7月的潮汐资料推求的平均海水面

2）1985国家高程系统

采用1950至1979年的潮汐资料推求的平均海水面。

从1988年1月1日启用。

“1956年黄海高程系统”与“1985年黄海高程系统”

相差2.9厘米的固定常数。

H85=H56-0.029m

垂线偏差：

地面一点上重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角。

用μ表示，子午（南北）分量为ξ，卯酉（东西）分量为η。

垂线偏差形成过程课本85页

测定垂线偏差的基本方法：

1、天文大地测量方法2、GPS测量方法3、重力测量方法4、天文重力测量方法

测定大地水准面差距方法：

1、地球重力场模型法2、斯托克司方法3、卫星无线电测高方法4、GPS高程模拟法5、最小二乘配置法

天文大地测量方法确定地球形状基本原理:

沿子午圈观测两段或两段以上的弧长及其两端点的纬度，根据以下方程，计算（或采用最小二乘法）计算椭球参数a与α。

进而确定地球形状与大小。

地球椭球的五个基本几何参数

扁率：

第一偏心率：

第二偏心率：

长半轴：

短半轴：

大地坐标系：

以大地经度L、大地纬度B和大地高H为点的坐标。

大地高H：

地面点沿法线到椭球面的距离

在XOZ坐标面上的起始经线方程：

经度为L的经线方程：

纬圈方程：

天文坐标系：

以天文经度λ和天文纬度φ为点的坐标

子午面直角坐标系：

在过P点的子午面上，以P点的子午椭圆中心为原点，长轴为X

轴，短轴为Y轴而建立的平面直角坐标系。

空间直角坐标系：

以地心（参心）为原点，以平均自转轴为Z轴，指向平均北极，X轴指向平均起始子午面与平均赤道面的交点，Y轴与XOZ平面垂直而建立的坐标系。

归化纬度：

从子午椭圆上M点作X轴的垂线，与以长半轴为半径的

圆相交于M’,M’与椭圆中心O的连线与X轴的夹角

地心纬度：

椭球面上一点到地心的连线与赤道面之间的夹角φ

大地坐标是怎么推算空间直角坐标104页

大地纬度B，归化纬度u，地心纬度φ之间的大小关系

B>

u>

φ

法截面：

过椭球面任意点的法线的平面。

法截线：

法截面与椭球面的交线

（1）