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1、全球定位系统全球定位系统Globle Positioning System广州南方测绘仪器有限公司广州南方测绘仪器有限公司 坐标系、基准和坐标系统坐标系、基准和坐标系统 测量的基本任务:测量的基本任务:就是确定物体在空间中的位置、姿态及其运动轨迹。而对这些特征的描述都是建立在某一个特定的空间框架和时间框架之上的。所谓空间框架就是我们常说的坐标系统,而时间框架就是我们常说的时间系统。本章主要内容第第1节节 地球的形态地球的形态 第第2节节 坐标系统坐标系统 本章学习目标本章学习目标坐标系统坐标系统第1节地球的形态一、地球的自然表面二、大地水准面三、参考椭球四、投影baNWES参考椭球a=6378
2、140mb=6356752m=(a-b)/a=1/298.257自然表面大地水准面ba第第2节节 坐标系统坐标系统 一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面要素所构成的。坐标系指的是描述空间位置的表达形式,而基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点、线、面。在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的位置,而接受的地球椭球或参考椭球的几何参数和物理参数,及其在空间的定位、定向方式,以及在描述空间位置时所接受的单位长度的定义。一、一、坐标系的分类坐标系的分类n正如前面所提及的,所谓坐标系指的是描述空间位置的表达形式,即接受什么方法来表示空间位置。人们为了描述空间位置,接受了多种方法,从而也产生了
3、不同的坐标系,如直角坐标系、极坐标系等。在测量中,常用的坐标系有以下几种:空间直角坐标系n空间直角坐标系的坐标系原点位于参考椭球的中心,Z轴指向参考椭球的北极,X轴指向起始子午面与赤道的交点,Y轴位于赤道面上,且按右手系与X轴呈90夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。图1空间直角坐标系空间大地坐标系空间大地坐标系是接受大地经、纬度和大地高来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角,经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角,大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。图2空间大地坐标系平面直角坐标系平
4、面直角坐标系是利用投影变换,将空间坐标(空间直角坐标或空间大地坐标)通过某种数学变换映射到平面上,这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多,如UTM投影、Lambuda投影等,在我国接受的是高斯-克吕格投影,也称为高斯投影。高斯投影高斯投影(横圆柱投影)二、二、基基 准准 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面,在大地测量中,基准是指用以描述地球形态的参考椭球的参数,如参考椭球的长短半轴,以及参考椭球在空间中的定位及定向,还有在描述这些位置时所接受的 单位长度的定义。三、三、坐标系变换与基准变换坐标系变换与基准变换 在GPS测量中,常常要进行坐标系变换与基准变换。所谓坐标系变换就是在
5、不同的坐标表示形式间进行变换,基准变换是指在不同的参考基准间进行变换。1.坐标系的变换方法 空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换 空间坐标系与平面直角坐标系间的转换2.基准变换 七参数转换法 1.坐标系的变换方法(1)空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换 在相同的基准下,空间大地坐标系向空间直角坐标系的转换方法为a为地球椭球长半轴;b为地球椭球的短半轴。其中:,为卯酉圈的半径;(2)在相同的基准下,空间直角坐标系向空间大地坐标系的转换方法为:在接受上式进行转换时,须要接受迭代的方法,先将B求出,最终在确定H。2.坐标系统的转换方法 不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换,不同基准间的转
6、换方法有很多,其中,最为常用的有布尔沙模型,又称为七参数转换法。坐标转换七参数转换法:n设两空间直角坐标系间有七个转换参数3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数。m为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的尺度参数。若:为某点在空间直角坐标系A的坐标;为该点在空间直角坐标系B的坐标;为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的平移参数;为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的旋转参数;七参数转换法:n则由空间直角坐标系A到空间直角坐标系B的转换关系为:七参数转换法:其中:七参数转换法:四、四、GPS测量中常用的坐标系统测量中常用的坐标系统1.WGS-84:WorldGeodicalSyste
7、m(世界大地坐标系-84),由美国国防部制图局建立。WGS-84坐标系是目前GPS所接受的坐标系统,GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向,X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点,Y轴与X轴和Z轴构成右手系。WGS-84系所接受椭球参数为:2.1954年北京坐标系1954年北京坐标系是我国目前广泛接受的大地测量坐标系。该坐标系源自于原苏联接受过的1942年普尔科夫坐标系。建国前,我国没有统一的大地坐标系统,建国初期,在苏联专家的建议下,我国依据当时的具体状况,建立起了全国统一的1954年
8、北京坐标系。该坐标系接受的参考椭球是克拉索夫斯基椭球,该椭球的参数为:四、四、GPS测量中常用的坐标系统测量中常用的坐标系统缺憾的是,该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位,而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁,经我国的东北地区传算过来的,该坐标系的高程异样是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值,按我国天文水准路途推算出来的,而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。1954年北京坐标系1954年北京坐标系建立后,全国天文大地网尚未布测完毕,因此,在全国分期布设该网的同时,相应地进行了分区的天文大地网局部平差,以满足经济和国防建设的须要。局部平差是按逐级限制的
9、原则,先分区平差一等锁系,然后以一等锁环为起算值,平差环内的二等三角锁,平差时网区的连接部仅作了近似处理,如有的仅取两区的平差值,当某些一等锁环内的二等网太大,在当时的计算条件下无法处理时,也进行了分区平差,连接部仍接受近似处理的方法。1954年北京坐标系1954年北京坐标系存在以下缺点n克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大,并且不包含表示地球物理特性的参数,因而给理论和实际工作带来了很多不便。n参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜,东部高程异样达60余米,最大达67米。n该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的,因此,全国的天文大地限制点事实上不能形成一个整体,区与区之间有较大的隙距,如在有的接合部中,同一点在不同区的坐标值相差1-2米,因而一等锁具有明显的坐标积累误差。3.1980年西安大地坐标系1978年,我国确定重新对全国天文大地网施行整体平差,并且建立新的国家大地坐标系统,整体平差在新大地坐标系统中进行,这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。椭球的短轴平行于地球的自转轴,起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面,椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好,高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。
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