七时间标示法、地球坐标参照系

1、时间标示法时间标示法u教学内容：教学内容：本节主要介绍本节主要介绍GPSGPS测量中涉及的几测量中涉及的几种主要时间系统。种主要时间系统。u教学重点：教学重点：各种各种时间的定义时间的定义和应用。和应用。u教学难点：教学难点：各种时间的换算。各种时间的换算。u教学要求：教学要求：掌握各种时间的概念和区别。掌握各种时间的概念和区别。时间标示法时间标示法u历法：历法：日常生活中的基本时间标示法；日常生活中的基本时间标示法；u儒略日：儒略日：从从-4712-4712年年1 1月月1 1日日1212时开始计算的天时开始计算的天数；采用连续数据表示时间，适合科学计算；数；采用连续数据表示时间，适合科学计

2、算；u约化儒略日：约化儒略日：对儒略日减去对儒略日减去2400000.52400000.5天得天得到，便于计算，实际上是从到，便于计算，实际上是从18581858年年1111月月1717日子夜日子夜开始计算的天数；开始计算的天数；时间标示法时间标示法uGPSGPS时：时：GPSGPS内部使用的时间，起点为内部使用的时间，起点为19801980年年1 1月月5 5日夜与日夜与19801980年年1 1月月6 6日晨之间的子夜。日晨之间的子夜。u例如：例如：20042004年年5 5月月1 1日日1010点点5 5分分1515秒，用秒，用GPSGPS时间标时间标示法就是示法就是“第第1268126

3、8周第周第554715554715秒秒”u年积日：年积日：从每年的第一天开始累计的天数，从每年的第一天开始累计的天数，例如例如20042004年年5 5月月1 1日年积日为日年积日为122122。u通常用来区分观测时段，以及用于通常用来区分观测时段，以及用于RINEXRINEX格式的格式的命名。命名。时间标示法时间标示法u各种时间的换算各种时间的换算u教材教材P154P154地球坐标参照系地球坐标参照系u教学内容：教学内容：u主要介绍主要介绍各种各种坐标系坐标系的的建立方法。建立方法。u教学重点：教学重点： u各种坐标系的定义和相互关系。各种坐标系的定义和相互关系。u教学难点：教学难点：u各种

4、坐标系定义和本质的理解。各种坐标系定义和本质的理解。u教学要求：教学要求：u理解各种坐标系统的定义和相互关系。理解各种坐标系统的定义和相互关系。地球坐标参照系地球坐标参照系u地形面：地形面：u 地球的自然表面，包含了地球外部的陆地地形地球的自然表面，包含了地球外部的陆地地形和海底地形，是一个极度不规则的面。和海底地形，是一个极度不规则的面。u大地水准面：大地水准面：u 是一个物理参考面，是地球的一个重力等位面，是一个物理参考面，是地球的一个重力等位面，大部分与平均海水面一致。但是由于陆地质量不大部分与平均海水面一致。但是由于陆地质量不规则的影响，存在着局部的重力异常，使大地水规则的影响，存在着

5、局部的重力异常，使大地水准面的形状发生扭曲。准面的形状发生扭曲。地球坐标参照系地球坐标参照系u常用坐标系常用坐标系空间直角坐标系空间直角坐标系/ /笛卡尔坐标系：笛卡尔坐标系：u原点为参考椭球的中心，原点为参考椭球的中心，Z Z轴与地球自转轴平行轴与地球自转轴平行并指向参考椭球的北极，并指向参考椭球的北极，X X轴指向参考椭球的本轴指向参考椭球的本初子午线，初子午线，Y Y轴与轴与X X和和Z Z轴垂直，最终构成一个右轴垂直，最终构成一个右手系。手系。u优点：数学公式简单优点：数学公式简单u缺点：地球表面上位置间的相互关系不直观，没缺点：地球表面上位置间的相互关系不直观，没 有明确的高程概念。

6、有明确的高程概念。u用途：坐标转换中介用途：坐标转换中介地球坐标参照系地球坐标参照系u参考椭球面：参考椭球面：是一个几何参考面，与大地水准面是一个几何参考面，与大地水准面非常接近的旋转椭球面。参考椭球有很多种，根据不同需非常接近的旋转椭球面。参考椭球有很多种，根据不同需要选择不同的参考椭球面。要选择不同的参考椭球面。地球坐标参照系地球坐标参照系u空间直角坐标系空间直角坐标系/ /笛卡尔坐标系：笛卡尔坐标系：地球坐标参照系地球坐标参照系u 大地基准大地基准 指用于定义地球参考椭球的一系列参数，包括：指用于定义地球参考椭球的一系列参数，包括：u（1 1）椭球的大小和形状：）椭球的大小和形状：u 长

7、半轴长半轴a a，扁率，扁率f f，偏心率，偏心率e eu（2 2）短半轴指向：与地球自转轴平行；）短半轴指向：与地球自转轴平行；u（3 3）椭球中心：根据需要确定；）椭球中心：根据需要确定；u（4 4）本初子午线：经度为零的子午线。）本初子午线：经度为零的子午线。地球坐标参照系地球坐标参照系u大地坐标系大地坐标系/ /椭球坐标系椭球坐标系u 以大地基准为基础建立的坐标系备称为大地坐以大地基准为基础建立的坐标系备称为大地坐标系。由于大地坐标系以参考椭球为基础，因此标系。由于大地坐标系以参考椭球为基础，因此大地坐标系又被称为椭球坐标系。大地坐标系又被称为椭球坐标系。 大地纬度：大地纬度：某点所处

8、子午面上所测得的赤道面某点所处子午面上所测得的赤道面与过该点的参考椭球面法线所夹的锐角。用符号与过该点的参考椭球面法线所夹的锐角。用符号B B表示，赤道以北为正。表示，赤道以北为正。 大地经度：大地经度：在赤道面上测的从本初子午线到该在赤道面上测的从本初子午线到该点所处子午面的夹角，用符号点所处子午面的夹角，用符号L L表示。表示。 大地高：大地高：从参考椭球面沿过该点的法线量到该从参考椭球面沿过该点的法线量到该点的距离，用符号点的距离，用符号H H表示。表示。地球坐标参照系地球坐标参照系u大地坐标系大地坐标系/ /椭球坐标系椭球坐标系地球坐标参照系地球坐标参照系u站心坐标站心坐标系系u原点在

9、原点在P P0 0uU U轴与过轴与过P P0 0点的点的参考椭球面的法参考椭球面的法线重合，指向天线重合，指向天顶顶uN N轴垂直于轴垂直于U U轴轴指向参考椭球的指向参考椭球的短半轴短半轴地球坐标参照系地球坐标参照系u站心坐标系站心坐标系u进行进行GPSGPS观测时，常常采用观测时，常常采用GPSGPS卫星相对于卫星相对于测站的高度角、方位角来描述其空间中的测站的高度角、方位角来描述其空间中的方位。实际，如果再加上测站到卫星的距方位。实际，如果再加上测站到卫星的距离，就是一个完整的站心坐标。离，就是一个完整的站心坐标。地球坐标参照系地球坐标参照系u平面平面/ /格网坐标系格网坐标系u 把球

10、面坐标系中的位置关系通过把球面坐标系中的位置关系通过投影投影的方式表的方式表达在平面上，得到的新的位置关系称为平面（格达在平面上，得到的新的位置关系称为平面（格网）坐标系。网）坐标系。u 由于球面或者椭球面是不可展曲面，因而一个由于球面或者椭球面是不可展曲面，因而一个在球面或椭球面上的物体在经过投影后，必将在在球面或椭球面上的物体在经过投影后，必将在几何形状上发生变化，即几何形状上发生变化，即投影变形投影变形。u 投影变形与进行投影时所采用的投影函数有关。投影变形与进行投影时所采用的投影函数有关。地球坐标参照系地球坐标参照系横轴墨卡托投影横轴墨卡托投影 是一种正形投影，并且投影后可保持投影前后

11、是一种正形投影，并且投影后可保持投影前后中央经线长度不变，也被称为中央经线长度不变，也被称为“高斯投影高斯投影”和和“高斯高斯- -克吕格投影克吕格投影”。 在高斯投影中，中央经线的投影为在高斯投影中，中央经线的投影为x x轴，北方轴，北方向为正；赤道的投影为向为正；赤道的投影为y y轴，东方向为正。轴，东方向为正。 根据我国有关测绘方面的法规规定，在国内进根据我国有关测绘方面的法规规定，在国内进行测量工作时，若需要进行球面坐标与平面坐标行测量工作时，若需要进行球面坐标与平面坐标的转换，应统一采用高斯投影。的转换，应统一采用高斯投影。 我国的北京我国的北京-1954-1954，西安，西安-19

12、80-1980，国家，国家-2000-2000大大地坐标系均属于此投影。地坐标系均属于此投影。地球坐标参照系地球坐标参照系u几种常用坐标系几种常用坐标系uWGS-84WGS-84坐标系坐标系u北京北京-1954-1954坐标系（旧）坐标系（旧）u北京北京-1954-1954坐标系（新）坐标系（新）u西安西安-1980-1980坐标系坐标系u国家国家-2000-2000大地坐标系大地坐标系u地方独立坐标系地方独立坐标系地球坐标参照系地球坐标参照系uWGS-84WGS-84坐标系坐标系u WGS-84WGS-84坐标系的原点在地球质心，坐标系的原点在地球质心，Z Z轴指向轴指向BIH1984.0B

13、IH1984.0定义的协定地球极（定义的协定地球极（CTPCTP）方向，）方向，X X轴指向轴指向BIH1984.0BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTPCTP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。WGS-84WGS-84采用的椭球是国际大地采用的椭球是国际大地测量与地球物理联合会第测量与地球物理联合会第1717届大会大地测量常数推届大会大地测量常数推荐值，基本参数：荐值，基本参数：u长半径：长半径：a=6378137a=63781372 2（m m）u地球引力常数：地球引力常数：uGM=3986005GM=39860051010

14、8 8m m3 3s s-2-20.60.6108m108m3 3s s-2-2u自转角速度：自转角速度：u=7292115=72921151010-11-11radsrads-1-10.1500.1501010-11-11radsrads-1-1地球坐标参照系地球坐标参照系u北京北京-1954-1954坐标系（旧）坐标系（旧）u坐标原点：前苏联的普尔科沃。坐标原点：前苏联的普尔科沃。u参考椭球：克拉索夫斯基椭球。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。u平差方法：分区分期局部平差。平差方法：分区分期局部平差。u存在问题：存在问题：u（1 1）椭球参数有较大误差。）椭球参数有较大误差。u（2 2）参考椭球

15、面与我国大地水准面存在着自西）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倾斜。向东明显的系统性倾斜。u（3 3）几何大地测量和物理大地测量应用的参考）几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。面不统一。u（4 4）定向不明确。）定向不明确。地球坐标参照系地球坐标参照系u西安西安-1980-1980坐标系坐标系u坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。u参考椭球：参考椭球：19751975年国际椭球。年国际椭球。u平差方法：天文大地网整体平差。平差方法：天文大地网整体平差。u特点：特点：u（1 1）采用）采用19751975年国际椭球。年国际椭球。u（2 2）参

16、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。u（3 3）椭球面同似大地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。u（4 4）定向明确。）定向明确。u（5 5）大地原点地处我国中部。）大地原点地处我国中部。u（6 6）大地高程基准采用）大地高程基准采用19561956年黄海高程。年黄海高程。地球坐标参照系地球坐标参照系u北京北京-1954-1954坐标系（新）坐标系（新）u新新19541954年北京坐标系（年北京坐标系（BJ54BJ54新）是由新）是由19801980年国家年国家

17、大地坐标系（大地坐标系（GDZ80GDZ80）转换得来的。）转换得来的。u坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。坐标原点：陕西省泾阳县永乐镇。u参考椭球：克拉索夫斯基椭球。参考椭球：克拉索夫斯基椭球。u平差方法：天文大地网整体平差。平差方法：天文大地网整体平差。地球坐标参照系地球坐标参照系u北京北京-1954-1954坐标系（新）坐标系（新）uBJ54BJ54新的特点新的特点 ：u（1 1）采用克拉索夫斯基椭球。）采用克拉索夫斯基椭球。u（2 2）是综合）是综合GDZ80GDZ80和和BJ54BJ54旧旧 建立起来的参心坐标系。建立起来的参心坐标系。u（3 3）采用多点定位。但椭球面与大地水准面在我国

18、境内不是）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。最佳拟合。u（4 4）定向明确。）定向明确。u（5 5）大地原点与）大地原点与GDZ80GDZ80相同，但大地起算数据不同。相同，但大地起算数据不同。u（6 6）大地高程基准采用）大地高程基准采用19561956年黄海高程。年黄海高程。u（7 7）与）与BJ54BJ54旧旧 相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。但定向不同。u（8 8） BJ54 BJ54（旧）与（旧）与BJ54BJ54（新）无全国统一的转换参数，只（新）无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。能进行局部转换。地球坐标参照系地球坐标参照系u国家国家-2000-2000大地坐标系大地坐标系u 我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称为为China Geodetic Coordinate System 2000China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为英文缩写为CGCS2000CGCS2000。u 2000 2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的