大地测量系统与参考框架幻灯片课件.ppt

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1、大地测量系统与参考框架1大地测量时空基准大地测量时空基准 大地测量时空基准，就是指大地测量基准和时间基准，大地测量时空基准，就是指大地测量基准和时间基准，它由相应的大地测量系统和时间系统及它们相应的参考框架它由相应的大地测量系统和时间系统及它们相应的参考框架所构成。所构成。大地测量系统和时间系统是总体概念，大地测量参考框大地测量系统和时间系统是总体概念，大地测量参考框架和时间参考框架是大地测量系统和时间参考系统的具体实架和时间参考框架是大地测量系统和时间参考系统的具体实现。现。2大地测量系统与大地测量参考框架大地测量系统与大地测量参考框架（1）大地测量系统）大地测量系统 大地测量系统规定了大地

2、测量的起算基准和尺度标准及大地测量系统规定了大地测量的起算基准和尺度标准及其实现方式（包括理论、模型和方法）。其实现方式（包括理论、模型和方法）。大地测量系统包括大地测量系统包括坐标系统坐标系统、高程系统高程系统/深度基准深度基准和和重重力参考系统。力参考系统。2大地测量系统与大地测量参考框架大地测量系统与大地测量参考框架（2）大地测量参考框架）大地测量参考框架 大地测量参考框架，就是按大地测量系统的规定的原则，大地测量参考框架，就是按大地测量系统的规定的原则，采用大地测量技术，在全球或局域范围内所测定的、固定在采用大地测量技术，在全球或局域范围内所测定的、固定在地面上的点所构成的大地网（点）

3、或其他实体（静止或运动地面上的点所构成的大地网（点）或其他实体（静止或运动的物体）。是对大地测量系统的具体实现。的物体）。是对大地测量系统的具体实现。与大地测量系统相对应，大地测量参考框架有坐标（参与大地测量系统相对应，大地测量参考框架有坐标（参考）框架、高程（参考）框架和重力测量（参考）框架三种。考）框架、高程（参考）框架和重力测量（参考）框架三种。（3）大地测量基准建设的任务）大地测量基准建设的任务 大地测量基准建设的任务是，确定或定义坐标系统、高大地测量基准建设的任务是，确定或定义坐标系统、高程系统程系统/深度基准和重力参考系统。建立和维持坐标框架、深度基准和重力参考系统。建立和维持坐标

4、框架、高程框架和重力框架。高程框架和重力框架。3时间系统与时间参考框架时间系统与时间参考框架（1）时间系统）时间系统 时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻得参考时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻得参考标准和时间间隔的尺度标准。标准和时间间隔的尺度标准。（2）时间参考框架）时间参考框架 时间参考框架就是在全球或局域范围内，通过守时、授时间参考框架就是在全球或局域范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。守时守时 为了随时获得世界时，要用精密的天文时计将天为了随时获得世界时，要用精密的天文时计将天文测时结果记录

5、下来，并根据天文时计运行的规律随时指示文测时结果记录下来，并根据天文时计运行的规律随时指示外推的世界时，这种工作称为守时，也就是时间的保持。外推的世界时，这种工作称为守时，也就是时间的保持。最初用来保持时间的时计为天文摆钟。第二次世界大战后，最初用来保持时间的时计为天文摆钟。第二次世界大战后，石英钟担负起了守时的任务。目前各国都用原子钟来保持时石英钟担负起了守时的任务。目前各国都用原子钟来保持时间。间。授时系统授时系统 是确定和发播精确时刻的工作系统是确定和发播精确时刻的工作系统我国的多座天文台均参加测时工作，陕西天文台定时发播时我国的多座天文台均参加测时工作，陕西天文台定时发播时号，供全国校

6、正时间使用。号，供全国校正时间使用。二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统 大地测量系统包括两个方面的概念：大地测量系统包括两个方面的概念：一是大地一是大地测量系统所采用的大地测量常数的确定；测量系统所采用的大地测量常数的确定；二是大地二是大地测量应满足的条件。测量应满足的条件。1.1.大地测量常数大地测量常数 大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表面最佳吻合的旋转椭球（即地球椭球）面最佳吻合的旋转椭球（即地球椭球）几何和物理几何和物理参数参数。分为分为基本常数基本常数和和导出常数导出常数。基本常数唯一定义了大地测量系统。导出

7、常数基本常数唯一定义了大地测量系统。导出常数是由基本常数导出，便于大地测量应用。是由基本常数导出，便于大地测量应用。习题119.下列系统中，属于大地测量参照系统的是（）。A.坐标系统B.高程系统C.深度基准D.重力参考系统E.时间系统二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统1.1.大地测量常数大地测量常数（1）大地测量基本常数）大地测量基本常数 地球椭球的几何和物理属性可由四个基本常数完全确定，地球椭球的几何和物理属性可由四个基本常数完全确定，这四个基本常数就是大地测量基本常数。它们是这四个基本常数就是大地测量基本常数。它们是 赤道半径赤道半径a；地心引力常数（包含大气

8、质量）地心引力常数（包含大气质量）GM；地球动力学形状因子地球动力学形状因子J2；(地球重力场二阶带球谐系数）地球重力场二阶带球谐系数）地球自转角速度地球自转角速度，如图，如图习题120.通常所说的大地测量基本常数指的是（）。A.赤道半径aB.地心引力常数（包含大气质量）GMC.地球动力学形状因子J2D.地球自转角速度E.扁率f121.下列大地测量常数中，属于物理常数的是（）。A.长半径aB.地心引力常数（包含大气质量）GMC.地球重力场二阶带球谐系数J2D.地球自转角速度E.扁率二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统1.1.大地测量常数大地测量常数（2）主要的大地测

9、量）主要的大地测量导出常数导出常数椭球短半轴椭球短半轴b：椭球第一偏心率椭球第一偏心率e：椭球第二偏心率椭球第二偏心率e：椭球几何扁率椭球几何扁率f：二二大地测量常数和大地测量坐标系统大地测量常数和大地测量坐标系统1.1.大地测量常数大地测量常数（3）属于旋转椭球物理）属于旋转椭球物理常数方面的有常数方面的有椭球的正常重力位椭球的正常重力位U0：椭球的正常重力位椭球的正常重力位：椭球正常重力扁率椭球正常重力扁率f：二二大地测量常数和大地测量坐标系统大地测量常数和大地测量坐标系统1.1.大地测量常数大地测量常数（4）国际测量和地球物理联合会（）国际测量和地球物理联合会（IUGG）推荐的大地测量常

10、数）推荐的大地测量常数 IUGG分别于分别于1971年、年、1975年、年、1979年推荐了年推荐了3组大地测量常数，它组大地测量常数，它们对应于大地测量参考系统们对应于大地测量参考系统1967（GRS67）、）、IUGG75、GRS80。我国西安我国西安80坐标系统采用的是坐标系统采用的是IUGG75的大地测量常数。的大地测量常数。目前广泛使用的是相应于目前广泛使用的是相应于GRS80的大地测量常数。的大地测量常数。几何常数几何常数物理常数物理常数a6378137mGM3986005*108m3*s-2J2108263*10-87292115*10-11rad*s-2B6356752.314

11、1mU062636860.850m2*s-21/f298.257222101J4-0.00000237091222二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统2.2.大地测量坐标系统和应满足的条件大地测量坐标系统和应满足的条件（1）大地坐标系统的类别）大地坐标系统的类别 大地测量坐标系统是一种固定在地球上，随地球大地测量坐标系统是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标系统，也称一起转动的非惯性坐标系统，也称地固坐标系统。地固坐标系统。根据其原点位置不同根据其原点位置不同，分为，分为地心坐标系统地心坐标系统和和参心参心坐标系统坐标系统。前者的原点与地球质心重合，后者的原

12、点。前者的原点与地球质心重合，后者的原点与参考椭球中心重合（参考椭球是指与某一地区或国与参考椭球中心重合（参考椭球是指与某一地区或国家地球表面最佳吻合的地球椭球）。家地球表面最佳吻合的地球椭球）。从表现形式上分从表现形式上分，常用的大地测量坐标系统有，常用的大地测量坐标系统有空空间直角坐标系统间直角坐标系统、大地坐标系统二大地坐标系统二种形式。种形式。（2）地（参）心坐标系应满足的条件）地（参）心坐标系应满足的条件二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统2.2.大地测量坐标系统和应满足的条件大地测量坐标系统和应满足的条件（2）地（参）心坐标系应满足的条件）地（参）心坐标

13、系应满足的条件：地心坐标系：地心坐标系地心坐标系统应满足以下四个条件。地心坐标系统应满足以下四个条件。原点位于整个地球（合海洋和大气）的质心；原点位于整个地球（合海洋和大气）的质心；尺度是广义相对论意义下某一局部地球框架内的尺度；尺度是广义相对论意义下某一局部地球框架内的尺度；定向为国际时间局（）测定的某一历元的协议地极（定向为国际时间局（）测定的某一历元的协议地极（CTP）和零子午线，称为地球定向参数和零子午线，称为地球定向参数EOP；（如；（如BIH1984.0是指是指z轴和轴和x轴指向分别为轴指向分别为BIH历元历元1984.0年的年的CTP和零子午线）和零子午线）定向随时间的演变满足地

14、壳无整体运动的约束条件。定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件。二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统2.2.大地测量坐标系统和应满足的条大地测量坐标系统和应满足的条件件（2）地（参）心坐标系应满足的）地（参）心坐标系应满足的条件条件：地心坐标系：地心坐标系 地心空间直角坐标系统从几何地心空间直角坐标系统从几何方面通俗的定义也可以作如下表述：方面通俗的定义也可以作如下表述：坐标系的原点位于地球质心，坐标系的原点位于地球质心，z轴轴和和x轴的定向由某一历元的轴的定向由某一历元的EOP确确定，定，y与与x、z构成空间右手直角坐构成空间右手直角坐标系。地心大地坐标系统

15、的原点与标系。地心大地坐标系统的原点与总地球椭球中心（即地球质心）重总地球椭球中心（即地球质心）重合，椭球旋转轴与协议地极重合，合，椭球旋转轴与协议地极重合，起始大地子午面与零子午面重合。起始大地子午面与零子午面重合。P(B,L,H;X,Y,Z)ESGyzxOPBNLHW图图2-1 地心坐标系示地心坐标系示意图意图二大地测量常数和大地测量坐标系统二大地测量常数和大地测量坐标系统2.2.大地测量坐标系统和应满足的条件大地测量坐标系统和应满足的条件（2）地（参）心坐标系应满足的条件）地（参）心坐标系应满足的条件：地心坐标系地心坐标系：参心坐标系：参心坐标系 参心坐标系统的原点位于参考椭球中心，参心

16、坐标系统的原点位于参考椭球中心，z轴轴（椭球旋转轴）与地球自转轴平行，（椭球旋转轴）与地球自转轴平行，x轴在参考椭球轴在参考椭球的赤道面并平行于天文起始子午面。的赤道面并平行于天文起始子午面。三大地测量参考框架三大地测量参考框架1.1.大地测量坐标框架建立的基本方法大地测量坐标框架建立的基本方法（1）地心坐标框架）地心坐标框架 地心坐标框架是地心坐标系统的具体实现。地心坐标框架是地心坐标系统的具体实现。全球性地心坐标框架一般全球性地心坐标框架一般以甚长基线干涉测量以甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（）、卫星激光测距（SLR）、激光测月）、激光测月（LLR）、全球定位系统（）、全球定位

17、系统（GNSS）和卫星多普勒定）和卫星多普勒定轨定位（轨定位（DORIS）等空间大地测量技术构成全球或局）等空间大地测量技术构成全球或局域的大地测量坐标框架，域的大地测量坐标框架，也可称为大地测量控制网也可称为大地测量控制网，经数据处理，得到这些控制网点（地面观测站）的坐经数据处理，得到这些控制网点（地面观测站）的坐标和速度等，由此具体体现地心坐标系。标和速度等，由此具体体现地心坐标系。三大地测量参考框架三大地测量参考框架1.1.大地测量坐标框架建立的基本方法大地测量坐标框架建立的基本方法（1 1）地心坐标框架）地心坐标框架 区域性地心坐标框架一般由三级构成。区域性地心坐标框架一般由三级构成。

18、第一级为第一级为GNSSGNSS连续运行站构成的动态地心坐标框架，它是连续运行站构成的动态地心坐标框架，它是区域性地心坐标框架的主控制；区域性地心坐标框架的主控制；第二级是与第一级第二级是与第一级GNSSGNSS连续运行站定期联测的大地控制点连续运行站定期联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架；构成的准动态地心坐标框架；第三级是与第一、二级第三级是与第一、二级GNSSGNSS连续运行参考站联测的加密大连续运行参考站联测的加密大地控制点。地控制点。（2 2）参心坐标框架）参心坐标框架 传统的参心坐标框架是由以经典大地测量技术所测定的天传统的参心坐标框架是由以经典大地测量技术所测定的天文大地网实

19、现和维持的，一般定义在参心坐标系统中，是一种文大地网实现和维持的，一般定义在参心坐标系统中，是一种区域性、二维、静态的参心坐标框架，是参心坐标系统的实现。区域性、二维、静态的参心坐标框架，是参心坐标系统的实现。20世纪，世界上绝大部分国家或地区都采用天文大地网来世纪，世界上绝大部分国家或地区都采用天文大地网来实现和维持各自的参心坐标框架。实现和维持各自的参心坐标框架。四高程系统和框架四高程系统和框架1.1.高程系统高程系统（1 1）高程系统的概念）高程系统的概念 采用不同的基准面表示地面点的高低所产生的几采用不同的基准面表示地面点的高低所产生的几种不同的高程表示法。有正高、正常高、力高和大地种

20、不同的高程表示法。有正高、正常高、力高和大地高程等系统。高程等系统。（2 2）高程基准面的种类）高程基准面的种类 高程基准面基本上有两种：高程基准面基本上有两种：一是大地水准面一是大地水准面，它是正高和力高的基准面；，它是正高和力高的基准面；二是椭球面二是椭球面，它是大地高程的基准面。，它是大地高程的基准面。此外，为了克服正高不能精确计算的困难还采用此外，为了克服正高不能精确计算的困难还采用正常高，以正常高，以似大地水准面似大地水准面为基准面，它非常接近大地为基准面，它非常接近大地水准面。水准面。四高程系统和框架四高程系统和框架2.2.高程基准高程基准 高程基准定义了陆地上高程测量的起算点。高

21、程基准定义了陆地上高程测量的起算点。区域性高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定，通区域性高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定，通常定义该平均海面的高程为零。在地面预先设置好一固定点常定义该平均海面的高程为零。在地面预先设置好一固定点（组），利用精密水准测量方法测量固定点与该平均海面的高（组），利用精密水准测量方法测量固定点与该平均海面的高差，从而确定固定点（组）的海拔高程。这个固定点就称为水差，从而确定固定点（组）的海拔高程。这个固定点就称为水准原点，其高程就是区域性水准测量的起算高程。准原点，其高程就是区域性水准测量的起算高程。3.3.高程框架高程框架 高程框架是高程系统的实现。高程

22、框架是高程系统的实现。一般采用高程控制网的方一般采用高程控制网的方法实现和维持。法实现和维持。五重力参考系统和重力参考框架五重力参考系统和重力参考框架1.1.重力基准和重力参考系统重力基准和重力参考系统重力是重力加速度的简称。重力测量就是测定空间一点的重力重力是重力加速度的简称。重力测量就是测定空间一点的重力加速度。重力基准就是标定一个国家或地区的（绝对）重力值加速度。重力基准就是标定一个国家或地区的（绝对）重力值的标准。在的标准。在20世纪世纪5070年代，我国采用波茨坦重力基准，年代，我国采用波茨坦重力基准，而我国重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。而我国重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球

23、常数。20世纪世纪80年代，我国重力基准用经过国际比对的高精度相对重力仪自行年代，我国重力基准用经过国际比对的高精度相对重力仪自行测定，而重力参考系统则采用测定，而重力参考系统则采用IUGG75椭球常数及其相应的正椭球常数及其相应的正常重力场。常重力场。2.重力框架重力框架重力测量框架由分布在全国的若干绝对重力点和相对重力点构重力测量框架由分布在全国的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网、以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基成的重力控制网、以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基线构成。线构成。六时间系统与时间参考框架六时间系统与时间参考框架 时时间间系系统统规规定定了了时时间间测测量量

24、的的参参考考标标准准，包包括括时时刻刻得得参参考考标准和时间间隔的尺度标准。标准和时间间隔的尺度标准。时间系统也称为时间基准或时间标准。时间系统也称为时间基准或时间标准。频频率率基基准准规规定定了了“秒秒长长”的的尺尺度度，任任何何一一种种时时间间基基准准都都必必须须建建立立在在某某个个频频率率基基准准的的基基础础上上，因因此此，时时间间基基准准又又称称为为时间频率基准。时间频率基准。时间参考框架就是在全球或局域范围内，通过守时、授时间参考框架就是在全球或局域范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。1.作为时间基准的条

25、件作为时间基准的条件 凡能满足稳定性和复现性的要求，并能得到广泛承认的凡能满足稳定性和复现性的要求，并能得到广泛承认的时间参考标准都有可能成为测量时间的标准。一般来说，凡时间参考标准都有可能成为测量时间的标准。一般来说，凡是周期性的运动都可以作为测量时间的标准。例如：地球自是周期性的运动都可以作为测量时间的标准。例如：地球自转、地球绕太阳公转、月球绕地球运转、单摆振动、原子内转、地球绕太阳公转、月球绕地球运转、单摆振动、原子内部超精细结构能级跃迁辐射或吸收的电磁波等。部超精细结构能级跃迁辐射或吸收的电磁波等。六时间系统与时间参考框架六时间系统与时间参考框架 1.作为时间基准的条件作为时间基准的

26、条件 在在上上述述周周期期运运动动中中，能能公公认认称称为为时时间间系系统统的的只只有有地地球球自自转转、地地球球绕绕太太阳阳公公转转、月月球球绕绕地地球球运运转转、和和铯铯原原子子内内部部超超精精细结构能级跃迁辐射的电磁波。细结构能级跃迁辐射的电磁波。前三种是唯一的自然现象，没有复现性问题，虽然近代前三种是唯一的自然现象，没有复现性问题，虽然近代发现它们稳定性有问题，但长期来能满足应用要求，所以它发现它们稳定性有问题，但长期来能满足应用要求，所以它们一度成为公认的时间测量标准。们一度成为公认的时间测量标准。现在人们发现，铯原子内部超精细结构能级跃迁辐射的现在人们发现，铯原子内部超精细结构能级

27、跃迁辐射的电磁波的稳定性和复现性是最高的，因此在近代已经代替前电磁波的稳定性和复现性是最高的，因此在近代已经代替前三种作为时间测量的基准。三种作为时间测量的基准。六时间系统与时间参考框架六时间系统与时间参考框架 2.常见的几种时间系统常见的几种时间系统（1）世界时（）世界时（UT）（2）历书时（）历书时（ET）（3）动力学时（）动力学时（UT）（4）原子时（）原子时（AT）（5）协调时（）协调时（UTC）（6）GPS时（时（UT）六时间系统与时间参考框架六时间系统与时间参考框架 3.时间系统框架时间系统框架描述一个时间系统通常需要设计以下描述一个时间系统通常需要设计以下4个方面的问题个方面的问

28、题（1）采用的时间频率基准）采用的时间频率基准时间系统决定了时间系统框架采用的时间频率基准。时间系统决定了时间系统框架采用的时间频率基准。（2）守时系统）守时系统授时系统用于建立和维持时间频率基准，确定时刻。授时系统用于建立和维持时间频率基准，确定时刻。（3）授时系统）授时系统授授时时系系统统主主要要是是向向用用户户授授时时和和时时间间服服务务。授授时时和和时时间间服服务务可可通通过过电电话话、网网络络、无无线线电电、电电视视、专专用用电电台台、卫卫星星等等设设施施进进行。行。（4）覆盖范围）覆盖范围覆盖范围是指区域或全球。覆盖范围是指区域或全球。此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢