最新地球的运转时间系统坐标系统PPT课件.ppt

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1、地球的运转可分为如下四类：地球的运转可分为如下四类：与银河系一起在宇宙中运动与银河系一起在宇宙中运动在银河系内与太阳系一起旋转在银河系内与太阳系一起旋转与其他行星一起绕太阳旋转（公转或周年视运动）与其他行星一起绕太阳旋转（公转或周年视运动）绕其瞬时旋转轴旋传（自转或周日视运动）绕其瞬时旋转轴旋传（自转或周日视运动）时间的描述包括时间时间的描述包括时间原点、单位（尺度）原点、单位（尺度）两大要素。两大要素。 时间是物质运时间是物质运动过程的连续的表现，选择测量时间单位的基本原则是选取一种物质的动过程的连续的表现，选择测量时间单位的基本原则是选取一种物质的运动。时间的特点是连续、均匀，故一种物质的

2、运动也应该连续、均匀运动。时间的特点是连续、均匀，故一种物质的运动也应该连续、均匀。周期运动满足如下三项要求，可以作为计量时间的方法。周期运动满足如下三项要求，可以作为计量时间的方法。 运动是连续的；运动是连续的； 运动的周期具有足够的稳定性；运动的周期具有足够的稳定性； 运动是可观测的。运动是可观测的。 选取的物理对象不同，时间的定义不同选取的物理对象不同，时间的定义不同: : 地球的自转运动、地球的公转、物质的振动等。地球的自转运动、地球的公转、物质的振动等。 以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时恒星时。

3、 春分点连续两次经过同一子午圈上中天的时间间隔为一个恒星春分点连续两次经过同一子午圈上中天的时间间隔为一个恒星日，分为日，分为2424个恒星时，某一地点的地方恒星时，在数值上等于春个恒星时，某一地点的地方恒星时，在数值上等于春分点相对于这一地方子午圈的时角。分点相对于这一地方子午圈的时角。 由于岁差和章动的影响，地球自转轴的指向在空间由于岁差和章动的影响，地球自转轴的指向在空间是变化的，从而导致春分点的位置发生变化，相是变化的，从而导致春分点的位置发生变化，相应于某一时刻瞬时极的春分点称为真春分点，相应于某一时刻瞬时极的春分点称为真春分点，相应于平极的春分点称为平春分点，据此把恒星时应于平极的

4、春分点称为平春分点，据此把恒星时分为真恒星时和平恒星时。分为真恒星时和平恒星时。LASTLAST：真春分点的地方时角真春分点的地方时角LMSTLMST：平春分点的地方时角平春分点的地方时角GASTGAST：真春分点的格林尼治时角真春分点的格林尼治时角GMSTGMST：平春分点的格林尼治时角平春分点的格林尼治时角GASTGAST、GMST GMST 与与LASTLAST、LMSTLMST的关系为：的关系为：cosLASTLMSTGASTGMST cosLASTLMSTGASTGMST cosLASTLMSTGASTGMST cosLASTLMSTGASTGMST GMSTLMSTGASTLAST

5、其中，其中， 为黄经章动，为黄经章动， 为为黄赤交角，黄赤交角，T T为为J2000.0J2000.0至至计算历元之间的儒略世纪计算历元之间的儒略世纪数。数。 世界时世界时: :以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时称为世界时。以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时称为世界时。 UT0:UT0:未经任何改正的世界时未经任何改正的世界时 UT1:UT1:经过极移改正的世界时经过极移改正的世界时 UT2:UT2:进一步经过地球自转速度的季节性改正后进一步经过地球自转速度的季节性改正后的世界时的世界时 10UTUT21UTUTT1(sincos )tan15ppxy0.022sin(2)0.012cos

6、(2)0.006sin(4)0.007cos(4)TttttUT0,UT1,UT2UT0,UT1,UT2之间的关系：之间的关系：式中：式中： 为天文经纬度，为天文经纬度，t t 为白塞年岁首回归年的小数部分为白塞年岁首回归年的小数部分 ，其起点是公元前其起点是公元前47134713年年1 1月月1 1日格林尼治时间平午（日格林尼治时间平午（世界时世界时12:0012:00），即），即JD 0JD 0指定为指定为4713 B.C. 14713 B.C. 1月月1 1日日12:00 UT12:00 UT到到4713 B. C. 14713 B. C. 1月月2 2日日12:00 UT12:00 U

7、T的的2424小时小时，以平太阳日连续计算，以平太阳日连续计算，19001900年年3 3月以后的格林尼月以后的格林尼治午正的儒略日计算方法见下式：治午正的儒略日计算方法见下式： 式中，式中，Y Y、M M、D D分别表示年、月、日，表示整除分别表示年、月、日，表示整除。3652536525个平太阳日称为一个儒略世纪个平太阳日称为一个儒略世纪3677 (9)/12/ 4257/91721014JDYYMMD 由于地球自转速度不均匀，导致用其测得的时间不均匀。由于地球自转速度不均匀，导致用其测得的时间不均匀。19581958年第年第1010届届IAUIAU决定，自决定，自19601960年起开始

8、年起开始以地球公转运动为基准以地球公转运动为基准的历书时来的历书时来量度时间，用历书时系统代替世界时。量度时间，用历书时系统代替世界时。 历书时的秒长规定为历书时的秒长规定为19001900年年1 1月月1 1日日1212时整回归年长度的时整回归年长度的1 131556925.974731556925.974719761976年国际天文学联合会年国际天文学联合会(IAU)(IAU)定义了这两个坐标定义了这两个坐标系的时间：系的时间：太阳系质心力学时（太阳系质心力学时（TDBTDB）和和地球质心地球质心力学时（力学时（TDTTDT），称为，称为“力学力学”，是这两个时间尺，是这两个时间尺度可以看

9、做是行星绕日运动方程和卫星绕地运动方度可以看做是行星绕日运动方程和卫星绕地运动方程的自变量（亦即时间）。程的自变量（亦即时间）。TDTTDT和和TDBTDB可以看做是可以看做是ETET分别在两个坐标系中的实现，分别在两个坐标系中的实现，TDTTDT代替了过去的代替了过去的ETET。TDTTDT与与TDBTDB的关系式为：的关系式为： TDBTDBTDTTDT0. 001658 sin0. 001658 sin（ 0. 0167 sin g0. 0167 sin gg g= =（357. 528357. 52835999.05035999.050T T）（）（2 /3602 /360） 原子时：

10、原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子时秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级时秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃迁辐射间跃迁辐射91926317709192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制中的时间单位。中的时间单位。 根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供原子时。由各实验室用足够精确的原子钟导出的原子时称为原子时。由各实验室

11、用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时地方原子时。 TDT TDT的计量是用原子钟实现的，两者的起点不的计量是用原子钟实现的，两者的起点不同，其关系式为：同，其关系式为： TDT TDTTAITAI32.184 32.184 原子时与地球自转没有直接联系，由于地球自转速度长期变慢的原子时与地球自转没有直接联系，由于地球自转速度长期变慢的趋势，原子时与世界时的差异将逐渐变大，秒长不等，大约每年趋势，原子时与世界时的差异将逐渐变大，秒长不等，大约每年相差相差1 1秒，便于日常使用，协调好两者的关系，建立以原子时秒长秒，便于日常使用，协调好两者的关系，建立以原子时秒长为计量单位、在时刻上与平太

12、阳时之差小于为计量单位、在时刻上与平太阳时之差小于0.90.9秒的时间系统，称秒的时间系统，称之为世界协调时之为世界协调时(UTC)(UTC)。 当大于当大于0.90.9秒，采用秒，采用1212月月3131日或日或6 6月月3030日调秒。调秒由国际计量日调秒。调秒由国际计量局来确定公布。局来确定公布。 世界各国发布的时号均以世界各国发布的时号均以UTCUTC为准。为准。 TAI=UTC+1TAI=UTC+1n(n(秒）秒）UTCUTC与其他时间系统的关系为：与其他时间系统的关系为： GPS GPS的时间系统采用基于美国海军观测实验室的时间系统采用基于美国海军观测实验室USNOUSNO维持的原

13、子时称为维持的原子时称为GPSTGPST，它与国际原子时的原，它与国际原子时的原点不同，瞬时相差一常量：点不同，瞬时相差一常量： TAITAIGPST=19(s)GPST=19(s) GPST GPST的起点，规定的起点，规定19801980年年1 1月月6 6日日0 0时时GPSGPS与与UTCUTC相相等。等。1.1.大地基准大地基准 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考椭球在空间中

14、的定位及定向，还有在描的长短半轴），以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。述这些位置时所采用的单位长度的定义。天轴与天极：天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点称为天极（与天球的交点称为天极（ 为北天极为北天极 为南天极）。为南天极）。天球赤道面与天球赤道：天球赤道面与天球赤道：通过地球质心通过地球质心 与天轴垂与天轴垂直的平面，称为天球赤道面，它与天球相交的大直的平面，称为天球赤道面，它与天球相交的大圆，称为天球赤道。圆，称为天球赤道。天球子午面与子午圈：天球子午面与子午圈：包含天轴并通过地球上任一包含

15、天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面，它与天球相交的大圆点的平面，称为天球子午面，它与天球相交的大圆，称为天球子午圈。，称为天球子午圈。时圈：时圈：通过天球的平面与天球相交的半个大圆。通过天球的平面与天球相交的半个大圆。黄道：黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道面与赤道面的夹角面与赤道面的夹角 ，称为黄赤空角，约为，称为黄赤空角，约为23.5 23.5 。黄极：黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点球的交点。其中靠近北天极的交点 称为北黄极，称为北黄极，靠近南天极的交

16、点靠近南天极的交点 为南黄极。为南黄极。春分点：春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运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行时，黄道与天球赤道的交点r r。坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。天球坐标系天球坐标系: :用于研究天体和人造卫星的定位与运动。用于研究天体和人造卫星的定位与运动。地球坐标系地球坐标系: :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，分为体建立的坐标系统，分为大地坐标系大地坐标系和和空间直角坐标系空间直角坐标系两种形式

17、两种形式 大地坐标系大地坐标系 空间直角坐标以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高的高程大地水准面为参照面的高程系统称为正常高的高程系统。系统。正常高正常高H H正常正常及正高及正高H H正正与大地高有如下关系：与大地高有如下关系： H HH H正常正常 H HH H正正N N 式中：式中： 高程异常，高程异常，NN大地水准面差距。大地水准面差距。大地水准面相对于旋转椭球面的起伏大地水准面相对于旋转椭球面的起伏 大地测量参考系统：大地测量参考系统：它的具体实现，是通过大地它的具体实现，是通过大地测量手段确定

18、的固定在地面上的控制网测量手段确定的固定在地面上的控制网( (点点) )所构建坐所构建坐标参考架、高程参考框架、重力参考框架。标参考架、高程参考框架、重力参考框架。是全国进行测量工作的平面位置的参考框架，国家平是全国进行测量工作的平面位置的参考框架，国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角、四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共点、导线点共154348154348个。个。 国家高程控制网：国家高程控制网：是全国进行测量工作的高程是全国进行测量工作的高程参考框架，按控制等级和施测精度

19、分为一、二、三参考框架，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，目前提供使用的、四等网，目前提供使用的19851985国家高程系统共有国家高程系统共有水准点成果水准点成果114041114041个，水准路线长度为个，水准路线长度为41661914166191公公里。里。 是确定我国重力加速度数值的参考框架，目前提供使是确定我国重力加速度数值的参考框架，目前提供使用的用的20002000国家重力基本网包括国家重力基本网包括2121个重力基准点和个重力基准点和126126个重力基本点个重力基本点 。由国家测绘局布设的高精度由国家测绘局布设的高精度GPS AGPS A、B B级网，总参布级网，总

20、参布设的设的GPS GPS 一、二级网，地震局、总参测绘局、科学一、二级网，地震局、总参测绘局、科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成，院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成，该控制网整合了上述三个大型的有重要影响力的该控制网整合了上述三个大型的有重要影响力的GPSGPS观测网的成果，共观测网的成果，共26092609个点，通过联合处理将个点，通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，可满足现代测量技术对其归于一个坐标参考框架，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，是我国新一代的地心坐标系统的地心坐标的需求，是我国新一代的地心坐标系统的基础框架基础框架. .参考椭球参考椭球: : 具有确

21、定参数具有确定参数( (长半径长半径 a a和扁率和扁率)，经经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球合的地球椭球. . 总地球椭球总地球椭球: : 除了满足地心定位和双平行条件除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球体最密合的地球椭球. .是指确定椭球中心的位置，可分为两类：是指确定椭球中心的位置，可分为两类：局部定位局部定位和和地心定位地心定位. . 局部定位：局部定位：要求在一定范围内椭球面与大地水要求在一定范围内椭球面与大地水准面有

22、最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；求； 地心定位：地心定位：要求在全球范围内椭球面与大地水要求在全球范围内椭球面与大地水准面最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一准面最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致。致。 指确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还指确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件：是地心定位，都应满足两个平行条件： 椭球短轴平行于地球自转轴；椭球短轴平行于地球自转轴； 大地起始子午面平行于天文起始子午面。大地起始子午面平行于天文起始子午面。惯性坐标系：惯性坐标系：是指在空间固定不动或做匀速直线

23、运是指在空间固定不动或做匀速直线运动的坐标系。动的坐标系。 协议惯性坐标系的建立：协议惯性坐标系的建立： 由于地球的旋转轴是不断变化的，通常约定某由于地球的旋转轴是不断变化的，通常约定某一刻一刻 t t0 0 作为参考历元，把该时刻对应的瞬时自转作为参考历元，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轴经岁差和章动改正后的指向作为 Z Z 轴，以对应轴，以对应的春分点为的春分点为 X X 轴的指向点，以轴的指向点，以 XOY XOY 的垂直方向为的垂直方向为 Y Y 轴建立天球坐标系，称为协议天球坐标系轴建立天球坐标系，称为协议天球坐标系 或协或协议惯性坐标系议惯性坐标系 CIS(C

24、IS= Conventional Inertial System) CIS(CIS= Conventional Inertial System) 协议天球坐标系与瞬时平天球坐标系的差异是岁差导致的协议天球坐标系与瞬时平天球坐标系的差异是岁差导致的 Z Z 轴方向轴方向发生变化产生的，通过对协议天球坐标系的坐标轴旋转，就可以发生变化产生的，通过对协议天球坐标系的坐标轴旋转，就可以实现两者之间的坐标变换实现两者之间的坐标变换 。CISMtZYXPZYX)()()90(313AAARRZRP323232041833.042665.03109.2004018203.009468.12181.23060

25、17998.030188.02181.2306TTTTTTZTTTAAA36525/ )0 .2451545)(tJDT)(tJD为观测历元为观测历元 t 的的儒略日儒略日。瞬时真天球坐标系与瞬时平天球坐标系的差异主要瞬时真天球坐标系与瞬时平天球坐标系的差异主要是地球自转轴的章动造成的，两者之间的相互转换是地球自转轴的章动造成的，两者之间的相互转换可以通过章动旋转矩阵来实现可以通过章动旋转矩阵来实现. .42MttZYXNZYX)()()(131RRRN为黄赤交角、交角章动、黄经章动为黄赤交角、交角章动、黄经章动. . 合并上述两式：CIStZYXNPZYX定义：定义：地固坐标系也称地球坐标系

26、，是固定在地球上地固坐标系也称地球坐标系，是固定在地球上与地球一起旋转的坐标系。与地球一起旋转的坐标系。 以参考椭球为基准的坐标系，与地球体固连在一起且以参考椭球为基准的坐标系，与地球体固连在一起且与地球同步运动，参考椭球的中心为原点的坐标系与地球同步运动，参考椭球的中心为原点的坐标系。 地心地固坐标系：地心地固坐标系：以总地球椭球为基准的坐标系以总地球椭球为基准的坐标系. .与地球体固连在一起且与地球同步运动，地心为与地球体固连在一起且与地球同步运动，地心为原点的坐标系。原点的坐标系。 特点：地面上点坐标在地固坐标系中不变（不特点：地面上点坐标在地固坐标系中不变（不考虑潮汐、板块运动），在天

27、球坐标系中是变化的考虑潮汐、板块运动），在天球坐标系中是变化的( (地球自转地球自转).).由于极移作用，使协议地球坐标系与瞬时地球坐标系由于极移作用，使协议地球坐标系与瞬时地球坐标系之间产生差异之间产生差异式中式中， 为以为以CTPCTP为指向的协议地球坐标，为指向的协议地球坐标， 为观测历元为观测历元t t的瞬时地球坐标，的瞬时地球坐标，M M为极移旋转矩阵。为极移旋转矩阵。TCTSy z（x）()Ttx y z21()()ppMRxRyDtCTSZYXMZYX 协议地球坐标系与协议天球坐标系之间的转换可借协议地球坐标系与协议天球坐标系之间的转换可借助于瞬时地球坐标系与瞬时天球坐标系的指向

28、相同助于瞬时地球坐标系与瞬时天球坐标系的指向相同来实现。来实现。CTSCISXxYEMNP yZz )GAST(3RE 根据下式可得：根据下式可得：DtCTSZYXMZYXCIStZYXNPZYXtDtZYXEZYXCISCTS MENPZYXZYX建立地球参心坐标系，需进行如下几个方面的工作：建立地球参心坐标系，需进行如下几个方面的工作： (1) (1)选择或求定椭球的几何参数（长半径选择或求定椭球的几何参数（长半径 和扁率和扁率 ）；）； (2)(2)确定椭球中心的位置（椭球定位）；确定椭球中心的位置（椭球定位）； (3) (3)确定椭球短轴的指向（椭球定向）；确定椭球短轴的指向（椭球定向

29、）； (4) (4)建立大地原点。建立大地原点。 关于椭球参数，一般可选择关于椭球参数，一般可选择IUGGIUGG推荐的国际椭球参数，下面主要讨论推荐的国际椭球参数，下面主要讨论椭球定位与定向及建立大地原点。椭球定位与定向及建立大地原点。式中，式中， 分别为相应的大地经度、大地纬度分别为相应的大地经度、大地纬度、大地方位角、大地高。从上可见，用、大地方位角、大地高。从上可见，用 , , , , 替代了原来的定位参数替代了原来的定位参数 。sec(sincos)tan(coscos)tan(coscos)secKkKKYkkkkzKKKYkkkKKKkYkkkkLBA2(cossin)sinco

30、sKKKYkXkKkkHHNN e正,KKKKLBAHKKKN000,X Y Z0XYZsectanKKKKKKKKKKKLBAKKKHHN正如果选择大地原点如果选择大地原点： 则大地原点的坐标为：则大地原点的坐标为：2 2）：多点定位：）：多点定位： 采用采用广义弧度测量方程广义弧度测量方程 0 ,00KKKN,KKKKKKKKLBAHH正min)min(22新新或NYZ , , X= , aaa 新新 , , XYZ, ,KKKLBH , , KKKN1)1)由广义弧度测量方程采用最小二乘法求由广义弧度测量方程采用最小二乘法求 椭球参数椭球参数: : 旋转参数旋转参数: : 新的椭球参数：

31、新的椭球参数：2)2)由广义弧度测量方程计算由广义弧度测量方程计算大地原点大地原点: :3)3)广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程计算广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程计算大地原点坐标大地原点坐标: :, , BBdBLLdLNNdN旧旧旧新新新, aadad旧旧新新= = + HHNHNNNHHNdH正旧旧新新旧旧旧新新设设coscoscos11LBLBBdLBBdBNNNdH旧旧新新新新旧新新旧新新（）（）2()coscos()cossin(1)sinXNHBLYNHBLZNeHB11dLdXdadBJdYJAddHdZ()cos sin()sin coscos cos()cos cos(

32、)sin sincos sin0()cossinN HBLM HBLBLJN HBLM HBLBLM HBB222222cosscoscoscossin1cossincossinsin1(1)sin sin(1 cossin)1NMBLBLBaNMABLBLBaNMeBBBeBa2012012011(1)11zYzXYXXXXYYmYZZZ 210121012101010101zYzYzXzXYXYXdXXXXXdYYYYYmdZZZZZ 11d Ld Xd ad BJd YJAdd Hd Z011110101010101zYzYzXzXYXYXdLXXdBJYJYJmdHZZ2222sinc

33、ossinsincossincos0sincossinsincoscos00sincos(1sin)xyzBLBLBLLNeBBLNeBBLNeBB mMNeB旧000 sinco s0()()sinco ssinsinco s()()()co sco sco ssinsinLLNHNHXBLBLBYMHMHMHNZBLBLB新新新旧00022222coscoscossinsin (1sin)(1sin)sin 1NBLXBLYBZNMeBaeBBNa 旧旧旧旧旧新旧旧旧旧222m in m inN新新新或2222222200()cos(2sin)sincossincos()()(1)(1si

34、n)(1sin)sin1LBaNMeBeBBBBBMH aMHNNMeBeBBa旧 上式称为广义弧度测量方程特殊情况下：大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志. . 19541954年北京坐标系可以认为是前苏联年北京坐标系可以认为是前苏联19421942年坐标系的延伸。它的原点年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的不在北京，而在前苏联的普尔科沃普尔科沃。相应的椭球为。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球。

35、1954 1954年北京坐标系的缺限年北京坐标系的缺限: : 椭球参数有较大误差。椭球参数有较大误差。 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达在东部地区大地水准面差距最大达+68+68m m。 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。 定向不明确定向不明确 。特点是：特点是： 采用采用19751975年国际大地测量与地球物理联合会年国际大地测量与地球物理联合会 (IUGG) (IUGG) 第第1616届大会上推届大会上推荐的荐的4

36、4个椭球基本参数。个椭球基本参数。 地球椭球长半径地球椭球长半径 a=6 378 140m a=6 378 140m ， 地心引力常数地心引力常数 GM=3.986 005GM=3.986 00510101414 , , 地球重力场二阶带球谐系数地球重力场二阶带球谐系数 J J2 2=1.082 63=1.082 631010-3-3 , , 地球自转角速度地球自转角速度 =7.292 115=7.292 1151010-5-5 rad/s rad/s 。 参心大地坐标系是在参心大地坐标系是在19541954年北京坐标系基础上建立起来的。年北京坐标系基础上建立起来的。2/m s 椭球面同似大地

37、水准面在我国境内最为密合，是多点定位。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。 定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 的方向，的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面， 。 大地原点地处我国中部，位于西安市以北大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 60 km 处的泾阳县永处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。乐镇，简称西安原点。 大地高程基准采用大地高程基准采用19561956年黄海高程系。年黄海高程系。按最小二乘法求按最小二乘法求: : ，在进一步求大地原点的起算数据，在进一步求

38、大地原点的起算数据. .00022222coscoscossinsin (1sin)(1sin)sin1NBBXBLYBZNMeBaeBBNa GDZ80BJ54BJ54BJ54BJ54BJ54BJ54BJ54BJ54BJ5419751975aaa 克克， =2minG D Z 80000,XYZ 平差后提供的大地点成果属于平差后提供的大地点成果属于19801980年西安坐标年西安坐标系，它和原系，它和原19541954年北京坐标系的成果是不同的。这年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过

39、整体平差，而后者位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。只是作了局部平差。 不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须注意所用成果相应的坐标系统。时必须注意所用成果相应的坐标系统。 新新19541954年北京坐标系年北京坐标系, ,是在是在GDZ80GDZ80基础上，改变基础上，改变GDZ80GDZ80相对应的相对应的IUGG1975IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原

40、点 ( (椭球中心椭球中心) )平移平移, ,使坐标轴保持平行而建立起来的。使坐标轴保持平行而建立起来的。 按按 ，求解，求解00022222coscoscossinsin (1sin)(1sin)sin 1NBLXBLYBZNMeBaeBBNa 旧旧旧旧旧新旧旧旧旧222min(min)N新新新或000,XYZ800548005480054GDZBJGDZBJGDZBJXXXYYYZZZ新新新HHHBBBLLLGDZBJGDZBJGDZBJ805480548054新新新00080222sincos0()cos()cossincossinsincos coscoscossin sin00(2s

41、in)sincossin()()(1)GDZLLNHBNHBXLBLBLBBYMHMHMHHZBLBLBNMeBeBBMH aMH 2222280cos(1sin)(1sin)sin1GDZaBBNMeBeBBa 采用克拉索夫斯基椭球参数。采用克拉索夫斯基椭球参数。 是综合是综合GDZ80GDZ80和和BJBJ建立起来的参心坐标系。建立起来的参心坐标系。 采 用 多 点 定 位 ， 但 椭 球 面 与 大 地 水 准 面 在 我 国采 用 多 点 定 位 ， 但 椭 球 面 与 大 地 水 准 面 在 我 国 境内不是最佳拟合。境内不是最佳拟合。 定向明确，坐标轴与定向明确，坐标轴与GDZ80

42、GDZ80相平行，椭球短轴平行于地球相平行，椭球短轴平行于地球质心，指向质心，指向1968.01968.0地极原点的方向。地极原点的方向。 地原点与地原点与GDZ80GDZ80相同，但大地起算数据不同。相同，但大地起算数据不同。 高程基准采用高程基准采用19561956年黄海高程系。年黄海高程系。 与与BJ54BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。向不同。4：定义：定义：原点原点O O与地球质心重合，与地球质心重合，Z Z轴指向地球北极，轴指向地球北极，X X轴指向格轴指向格 林尼治平均子午面与地球赤道的交点，林尼治平均子午面与

43、地球赤道的交点，Y Y轴垂直于轴垂直于XOZXOZ平面构成右平面构成右手坐标系。手坐标系。 l地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐标轴方向的变化。基准指向点的指向不同，可分为引起坐标轴方向的变化。基准指向点的指向不同，可分为瞬时地瞬时地心坐标系心坐标系与与协议地心坐标系协议地心坐标系。l在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIOCIO为为指向点。指向点。直接法:间接法:通过一定的资料(包括地心系统和参心系统的资料)，求得地心和参心坐标系之间的转换

44、参数，然后按其转换参数和参心坐标，间接求得点的地心坐标的方法通过一定的观测资料(如天文、重力资料、卫星观测资料等)，直接求得点的地心坐标的方法，如天文重力法和卫星大地测量动力法等。WGS-84WGS-84是是CTS, CTS, 坐标系的原点是地球的质心，坐标系的原点是地球的质心，Z Z 轴指轴指向向 BIHBIH1984.0 1984.0 CTPCTP方向，方向，X X轴指向轴指向 BIHBIH1984.01984.0零子午面和零子午面和 CTP CTP 赤道的交点，赤道的交点，Y Y 轴和轴和 Z Z、X X 轴构成右手坐标系。轴构成右手坐标系。 5 5个基本参数个基本参数 a =6 378

45、 137m a =6 378 137m e e2=2=0.00669437990130.0066943799013 GM =3 986 005 GM =3 986 00510108 8m m3 3s s-2-2 C C2,02,0=-484.166 85=-484.166 851010-6-6 =7 292 115 =7 292 1151010-11-11rad/srad/svWGS-84WGS-84坐标系是目前坐标系是目前GPSGPS所采用的坐标系统，所采用的坐标系统，GPSGPS卫卫星所发布的广播星历参数就是基于此坐标系统的。星所发布的广播星历参数就是基于此坐标系统的。vWGS-84WGS

46、-84坐标系统的全称是坐标系统的全称是World Geodetic World Geodetic System-84System-84（世界大地坐标系（世界大地坐标系-84-84），它是一个地心），它是一个地心地固坐标系统。地固坐标系统。WGS-84WGS-84坐标系统由美国国防部制图坐标系统由美国国防部制图局建立，于局建立，于19871987年取代了当时年取代了当时GPSGPS所采用的坐标系所采用的坐标系统统WGS-72WGS-72坐标系统而成为坐标系统而成为GPSGPS的所使用的坐标系的所使用的坐标系统。统。vWGS-84WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，坐标系的坐标原点位于地球

47、的质心，Z Z轴指轴指向向BIH1984.0BIH1984.0定义的协议地球极方向，定义的协议地球极方向，X X轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，的启始子午面和赤道的交点，Y Y轴与轴与X X轴轴和和Z Z轴构成右手系。轴构成右手系。 定义：定义：20002000中国大地坐标系中国大地坐标系(China Geodetic Coordinate System 2000(China Geodetic Coordinate System 2000， CGCS2000)CGCS2000)，国人称之为，国人称之为20002000国家大地坐标系。作为一个现代地球参国

48、家大地坐标系。作为一个现代地球参考系，它符合国际地球参考系考系，它符合国际地球参考系(ITRS)(ITRS)的下列条件：的下列条件： 1) 1)它是地心的，地心被定义为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；它是地心的，地心被定义为包括海洋和大气的整个地球的质量中心； 2) 2)长度单位是米长度单位是米(SI)(SI)。这一尺度同地心局部框架的。这一尺度同地心局部框架的TCG(TCG(地心坐标时地心坐标时) )时间时间坐标一致，由适当的相对论模型化得到；坐标一致，由适当的相对论模型化得到； 3) 3)它的定向初始由在它的定向初始由在1984.01984.0国际时间局国际时间局(BIH)(BIH)的

49、定向给定；的定向给定； 4) 4)定向的时间演变由整个地球上水平构造运动无净旋转条件保证。定向的时间演变由整个地球上水平构造运动无净旋转条件保证。CGCS2000CGCS2000为右手地固正交坐标系，其原点和方向的定义是：原点为右手地固正交坐标系，其原点和方向的定义是：原点在地球的质量中心；在地球的质量中心；Z Z轴指向轴指向IERSIERS参考极参考极(IRP)(IRP)方向；方向；X X轴为轴为IERSIERS参参考子午面考子午面(IRM)(IRM)与通过原点且同与通过原点且同Z Z轴正交的赤道面的交线；轴正交的赤道面的交线；Y Y轴与轴与Z Z、X X轴构成右手正交坐标系轴构成右手正交坐

50、标系。CGCS2000CGCS2000的参考椭球为一旋转椭球，其几何心与坐标系的原点重的参考椭球为一旋转椭球，其几何心与坐标系的原点重合，其旋转轴与坐标系的一致。参考椭球面在几何上代表地球表合，其旋转轴与坐标系的一致。参考椭球面在几何上代表地球表面的数学形状。面的数学形状。CGCS2000CGCS2000的参考椭球在物理上代表一个等位球的参考椭球在物理上代表一个等位球( (水准椭球水准椭球) )，其椭，其椭球面是地球正常重力位的等位面。球面是地球正常重力位的等位面。长半轴：长半轴：a= 6 378 137. 0 ma= 6 378 137. 0 m，扁率：扁率：f= 1/298. 257 22