6第六讲 坐标系统

1、1主讲：周建郑主讲：周建郑2一、参心坐标系二、地心坐标系 三、天球坐标系授课内容 3为什么需要坐标系统了解自身所处环境所处环境的需要与同伴交流同伴交流的需要描述描述我们所处的位置位置精确精确描述我们所处位置需要规范规范描述我们所处位置需要建立坐标系统坐标系统41. 概述 参心坐标系参心坐标系 参心空间直角坐标系参心空间直角坐标系 参心大地坐标系参心大地坐标系BJZ54 BJZ54（原）（原）GDZ80地球表面与各种椭球之间的关系地球表面与各种椭球之间的关系 51.概述参心大地坐标系的建立参心大地坐标系的建立确定大地原点确定大地原点 定定 向向 定定 位位 确定椭球的形状和大小确定椭球的形状和大

2、小 62.1954北京坐标系 3 .298/16378245fma扁率：长半轴：克拉索夫斯基椭球椭球椭球中心中心参心参心国际标准1954北京坐标系北京坐标系原点指向尺度Z轴X轴Y轴7克拉索夫斯基椭球椭球3 .298/16378245fma扁率：长半轴：椭球参数参数不不精确精确无无物理特性参数物理特性参数椭球定向定向不明确不明确大地点坐标是分区平差分区平差获得2.1954北京坐标系 83.1980西安大地坐标系 1980西安大地坐标系全国天文大地网施行整体平差整体平差 IAG1975椭球257.298/110292115. 71008263. 110986005. 363781401532231

3、4fsradJsmGMma椭球形状形状与大小大小9椭球定位定位短半轴起始子午面椭球面1980西安大地坐标系IAG1975椭球3.1980西安大地坐标系 104.1954年新北京坐标系（BJZ54） 新新1954年北京坐标系是通过年北京坐标系是通过1980年西年西安坐标系的三个定位参数平移至克拉索夫斯安坐标系的三个定位参数平移至克拉索夫斯基椭球中心，长半径与扁率仍取克拉索夫斯基椭球中心，长半径与扁率仍取克拉索夫斯基椭球几何参数。而定位与基椭球几何参数。而定位与1980年大地坐年大地坐标系相同（即标系相同（即大地原点相同大地原点相同），），定向也与定向也与1980椭球相同椭球相同。因此，新。因此，

4、新1954年北京坐标年北京坐标系的精度和系的精度和1980年坐标系年坐标系精度相同精度相同，而坐，而坐标值与旧标值与旧1954年北京坐标系的年北京坐标系的坐标接近坐标接近。11 通常所说的通常所说的地心坐标系地心坐标系都是指地心空间都是指地心空间大地平直角坐标系，简称地心直角坐标系，大地平直角坐标系，简称地心直角坐标系，它是卫星大地测量中的一种常用坐标系。它是卫星大地测量中的一种常用坐标系。地心坐标系地心坐标系 地心大地坐标系地心大地坐标系 地心空间大地地心空间大地直角坐标系直角坐标系 地心空间大地地心空间大地平直角坐标系平直角坐标系 地心空间大地地心空间大地瞬时直角坐标系瞬时直角坐标系121

5、.建立地心坐标系的意义和方法 （1） 意义 在上述这在上述这3方面，地心坐标系就表现出明显的优势。因此，建立并方面，地心坐标系就表现出明显的优势。因此，建立并不断精化地心直角坐标系统，对于发展空间技术和解决卫星大地测量不断精化地心直角坐标系统，对于发展空间技术和解决卫星大地测量等问题具有特殊意义。等问题具有特殊意义。 参心坐标系的缺点参心坐标系的缺点（1 1）不适合建立全球统一坐标系的要求）不适合建立全球统一坐标系的要求（2 2）不便于研究全球重力场）不便于研究全球重力场（3 3）水平控制网和高程控制网分离，破）水平控制网和高程控制网分离，破坏了空间点三维坐标的完整性。坏了空间点三维坐标的完整

6、性。13（2）方法最理想的方法重力方法重力方法 天文大地测量方法天文大地测量方法 空间大地测量的方法空间大地测量的方法 方法方法1.建立地心坐标系的意义和方法 14n 坐标原点坐标原点 n Z Z轴轴 n X X轴轴 n Y Y轴轴P P点坐标点坐标(X,Y,Z)(X,Y,Z)NSP格林尼治格林尼治天天 文文 台台XZYOXYZ2.地心坐标系的表述形式 15NSMP格林尼治格林尼治天天 文文 台台n 大地经度大地经度(L) (L) n 大地纬度大地纬度(B)(B)n 大地高大地高(H) (H) LBH过地面点的子午面与起过地面点的子午面与起始子午面之间的夹角始子午面之间的夹角过地面点的法线与赤

7、道过地面点的法线与赤道面之间的夹角面之间的夹角地面点沿法线至参考椭地面点沿法线至参考椭球面的距离球面的距离G（L L，B B，H H）（X X，Y Y，Z Z）P P点坐标（点坐标（L L，B B，H H）为坐标系转换为坐标系转换16NSn地心坐标系地心坐标系nWGS-84WGS-84椭球椭球 6378137m1:298.257223563afnWGS-84WGS-84空间直角坐标系空间直角坐标系n属于协议地球坐标系属于协议地球坐标系XZYO4.WGS84大地坐标系 175.地方独立坐标系 地方独立坐标系地方独立坐标系：为了实用、方便和科学的目的，：为了实用、方便和科学的目的，将地方独立测量控

8、制网建立在当地的平均海拔高程面将地方独立测量控制网建立在当地的平均海拔高程面上，并以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影求上，并以当地子午线作为中央子午线进行高斯投影求得平面坐标。得平面坐标。 这些地方独立坐标系隐含着一个与当地平均海拔这些地方独立坐标系隐含着一个与当地平均海拔高程相对应的参考椭球，我们称之为高程相对应的参考椭球，我们称之为地方参考椭球地方参考椭球。 地方参考椭球与国地方参考椭球与国家参考椭球的关系家参考椭球的关系 中心一致中心一致扁率相等扁率相等轴向一致轴向一致长半径有一增量长半径有一增量186.ITRF坐标框架简介 ITRFInternational Terrestrial

9、 Reference国际地球参考框架国际地球参考框架 原点：在地球体系的质心原点：在地球体系的质心 参考椭球参考椭球 ：WGS84WGS84椭球椭球19春分点和天球赤道面春分点和天球赤道面n天球天球n天轴与天极天轴与天极n天球赤道面与天球赤道天球赤道面与天球赤道n黄道黄道n黄极黄极基准点和基准面基准点和基准面n天球子午面与天球子午圈天球子午面与天球子午圈n 春分点北天极北天极南天极南天极北黄极北黄极南黄极南黄极1.天球上的点和圈202.岁差与章动 地球自转轴指向在空间不断摆动。21（1 1）岁差岁差 岁差是指由于日月行星引力共同作用的结果，使地岁差是指由于日月行星引力共同作用的结果，使地球自转

10、轴在空间的方向发生周期性变化。在日月引球自转轴在空间的方向发生周期性变化。在日月引力的共同影响下，使北天极绕黄北极以顺时针方向力的共同影响下，使北天极绕黄北极以顺时针方向缓慢地旋转，从而使春分点在黄道上每年西移约缓慢地旋转，从而使春分点在黄道上每年西移约50.3750.37秒，其漂移周期大约为秒，其漂移周期大约为2580025800年。年。2.岁差与章动 22（2）章动北天极除了均匀地每年西行以外,还要绕着平北天极做周期性的运动。其运动轨迹为一椭圆。该椭圆的半径为9.2，周期为18.6年，这种周期性运动被称为章动。2.岁差与章动 23天球坐标系天球坐标系天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系天球球面坐标系天球球面坐标系天球坐标系的表示形式天球坐标系的表示形式3.天球坐标系的建立 24SXYZZXYMPnSn 坐标原点坐标原点 n Z Z轴轴 n X X轴轴 n Y Y轴轴天球空间直角坐标系天球空间直角坐标系vS S天球直角坐标天球直角坐标(x,y,z)(x,y,z)春分点25SZXYMPnS春分点n 坐标原点坐标原点 n 赤经赤经过过S S点天球子午面与过春分点点天球子午面与过春分点子午面的夹角子午面的夹角 n 赤纬赤纬 原点至原点至S S点的连线与天点的连线与天球赤道面的夹角球赤道面的夹角天球球面坐标系天球球面坐标系 rn 向径向径r r原点至天体的距离