子情境1坐标系的类型ppt课件

1、子情境子情境1 坐标系的类型坐标系的类型一、GPS坐标系的特点二、GPS常用坐标系统的分类1、空固坐标系、地固坐标系；2、地心坐标系、参心坐标系；3、空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系；4、瞬时坐标系、协议坐标系。5、二维坐标系、三维坐标系。子情境子情境2 天球坐标系天球坐标系一、天球的根本概念一、天球的根本概念天球天球以地心为球心，以恣以地心为球心，以恣意长为半径的球面。意长为半径的球面。天轴天轴地球旋转轴。地球旋转轴。天极天极天轴与天球面的交点。天轴与天球面的交点。Pn 、Ps。天球赤道面天球赤道面过球心且与天过球心且与天轴垂直的平面。轴垂直的平面。黄道面黄道面地球公转轨道所在地球公转

2、轨道所在平面，与赤道面夹角为平面，与赤道面夹角为23.5。春分点春分点太阳从南半球向北太阳从南半球向北半球运转时，黄道与赤道的半球运转时，黄道与赤道的交点。交点。PP赤道黄道 春分点黄赤交角ssnn赤道黄道PnPsn天球春分点3月6日4月6日n重庆3月1日地方时12点春分点位置PnPs天顶地平面赤道北南东西2930重庆3月1日中午12点春分点位置日春分点23.5黄道当天太阳绕天轴运行轨道2、天球坐标系的概念二、天球坐标系二、天球坐标系1天球空间直角坐标天球空间直角坐标系系2天球球面坐标系天球球面坐标系3空间直角坐标系与空间直角坐标系与球面坐标系的转换球面坐标系的转换sinsincoscosco

3、srzyx22222arctanarctanyxzxyzyxrXYZxyz天球坐标系地心s春分点天球空间直角坐标系 原点：地球质量中心 Z轴：指向北天极Pn X轴：指向春分点 Y轴：与X、Z轴构成右手坐标系 赤经：天体子午面与春分点子午面的夹角 赤纬：天体与地心连线和天球赤道面的夹角 向径r ：天体到地心的间隔右手坐标系三、岁差与章动日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋转轴在空间的指向发生挪动。岁差：假定月球轨道固定，北天极沿圆形轨道绕北黄极的运动叫岁差，春分点每年西移50.2，周期约为25800年。章动：由月球轨道变化引起的北天极沿椭圆形轨道运动叫章动，椭圆长半径约为9.2，18.6年

4、一周期。平北天极：不思索章动的北天极。平春分点。瞬时北天极：绕平北天极18.6年转一周。真春分点。岁差与章动四、协议天球坐标系1瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点真春分点。2平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。3协议天球坐标系1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴指向协议春分点。4三者间的转换：见教材P17。坐标系的旋转子情境子情境3 地球坐标系地球坐标系一、地球坐标系的概念常用的有空间直角坐标系和大地坐标系两种。空间直角坐标系：原点：普通取地球质心。Z轴：指向地球北极。X轴：

5、指向格林威治子午线与地球赤道的交点。Y轴：构成右手坐标系。大地坐标系：大地经度L；大地纬度B大地高H。空间直角坐标系与大地坐标系的转换BHeNLLBHNYLBHNXsin1sincoscoscos2NBRHXYLWBZaeBcoscosarctansin1tanarctan2N法线长度，N=a/W；e地球椭球第一偏心率；地心纬度，即观测点和地心连线与赤道面的夹角,tan=Z/X2+Y21/2；W=(1-e2sin2B)1/2;R地心向径，R=X2+Y2+Z21/2。二、地极挪动由于地球不是刚体，在地幔对流以及其他物质迁移的影响下，地球自转轴相对于地球体发生挪动的景象。三、协议地球坐标系Z轴指向

6、19001905年平均地球北极或其它国际协定的地球北极。该当留意，地极挪动与岁差和章动是不同的概念，岁差和章动是指地球自转轴在空间指向的挪动，而地极挪动那么是指地球北极与地面参照物的相对挪动。地球坐标系与天球坐标系的转换卫星位置用天球坐标系的坐标表示，而测站点位置用地球坐标系的坐标表示，要用卫星坐标求测站坐标，需将天球坐标系的坐标转换成地球坐标系的坐标。转换的步骤是：协议天球坐标系平天球坐标系瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系。在转换过程中，因两者的坐标原点一致，故只需多次旋转坐标轴即可。四、高斯投影与横轴墨卡托投影高斯投影时，中央子午线长度不变，离中央子午线愈远，长度变形愈大，对于6

7、带，赤道与边境子午线交点处的投影变形为0.%。高斯投影在课程中已做了详细讲授，在这不再赘述。在投影带宽度不变的情况下，采用横轴墨卡托投影，使中央子午线长度缩短为原长度的0.9996倍通用横轴墨卡托投影，以减小长度变形的绝对值。通用横轴墨卡托投影，对于6带，在y为 180km范围内长度缩短，以外长度伸长。子情境子情境4 大地丈量基准及其转换大地丈量基准及其转换一、 大地丈量基准的概念大地丈量基准是指描画地球大小、外形和地球在空间定位、定向的参数，包括：几何参数：长半径a、地球重力场二阶带谐系数J2；物理参数：GM、；定向定位参数。经典大地丈量基准是由几何丈量确定的，短少物理参数，现代大地丈量基准

8、是由物理丈量确定的，参数齐全。大地丈量坐标系与大地丈量基准的异同大地丈量坐标系是实际定义，空间一点在不同坐标系之间转换不影响点位。大地丈量基准是根据假设干观测点的观测数据确定的大地丈量坐标系，因观测有误差，故空间一点在不同基准之间的转换会带来误差。在多数场所下，两者不加区别。二、常用大地丈量基准1.WGS-84坐标系WGS-84坐标系是美国84年在卫星大地丈量的根底上建立的以地球质心为原点的大地丈量基准。大小外形参数见后，Z轴指向1984北极，X轴指向1984格林威治子午线与赤道交点，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。由GPS卫星发布的星历参数是WGS-84坐标系的数据，故GPS丈量时，先求得测站

9、点的WGS-84坐标，再换算为当地运用的坐标。2.ITRF参考框架参考框架ITRF是国际地球自转效力局根据分布全球的地面观测站，以最先进的丈量技术获得的数据确定的大地丈量基准。是世界公认的精度最高的大地丈量基准。目前尚未普遍采用。但其日后必将替代WGS-84。IERS已发布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000等多个地心参考框架，椭球参数与WGS-84一样，定向不同。参考网站：/3.北京北京54坐标系坐标系1克拉索夫斯基椭球，与现代值相差较大；2指向不明；3参考椭球面与大地水准面差距大；4误差积累大；5未整体平差，各部分结合部有2m误差。4.西

10、安西安80坐标系坐标系对国家网进展了整体平差，在我国国内，椭球面与似大地水准面吻合最好。Z轴、X轴分别指向1968北极和格林威治子午线与赤道交点。存在问题：是部分基准而非全球基准；二维坐标系，不适宜卫星定位。各基准的参数比较 坐标系统地球椭球1954年北京坐标系1980年西安坐标系WGS-84世界大地坐标系椭球名称克拉索夫斯基1980大地坐标系WGS-84建成年代194019791984椭球类型参考椭球参考椭球总地球椭球a（m）637824563781406378137J2或C20(f)（1：298.3）J2: 1.0826310-3（1：298.257） C20 ： -484.1668510

11、-6（1：298.257223563）三、基准转换三、基准转换1.七参数法七参数法(适宜于空间直角坐标适宜于空间直角坐标系间转换系间转换 OB ZB XB YB OA YA ZA XA x Y Z C XCA XCB X0 七参数法公式AAABBBZYXRmZYXZYX)()1 (000111)()()()(XYXZYZXYZRRRR2.四参数法适宜于高斯平面坐标四参数法适宜于高斯平面坐标间转换间转换)cossinsincos)(1 (80/5484yxyxmyx3.参数估算参数估算七参数法需知三个点在两个坐标系中的坐标。七参数法需知三个点在两个坐标系中的坐标。四参数法需知两个点在两个坐标系中的坐标。四参数法需知两个点在两个坐标系中的坐标。其中其中m用测距仪确定也可。用