地球的形状及坐标系课件市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

第一章地球形状及坐标系地球形状及坐标系课件第1页第1页第一节地球形状和大小地球形状及坐标系课件第2页第2页正常椭球：也称为“水准椭球”。表面为正常重力位U等于常数旋转椭球。用于代表地球理想形体。正常椭球面是大地水准面规则形状。该面上正常重力位应严格与大地水准面上一致。地球形状及坐标系课件第3页第3页

总地球椭球：最靠近地球形状和大小椭球。总地球椭球正常位W0应与大地水准面上位相等，中心应与地球质心重合，赤道应与地球赤道一致，起始子午面应与天文子午面重合，短轴与地轴相重合，体积应与大地体体积相等，在全球范围大地水准面差距平方和最小,即：地球形状及坐标系课件第4页第4页

参考椭球：大小和定位定向最靠近本国或当地域地球椭球。表现在两个面最靠近及同点法线和垂线最靠近。全部地面测量都以法线投影在这个椭球面上，这么椭球叫做参考椭球。

地球形状及坐标系课件第5页第5页应用球面三角原理，推出垂线偏差分量公式：ξ=90º-B-（90º-φ）=φ–Bη=（λ-L）cosφ地球形状及坐标系课件第6页第6页测定垂线偏差方法：1.天文大地测量方法2.重力测量方法3.天文重力方法4.GPS测量方法地球形状及坐标系课件第7页第7页第二节测量坐标系地球形状及坐标系课件第8页第8页天球以地球质心为球心，以无穷远为半径所形成球，称为天球。

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地球形状及坐标系课件第9页第9页一、天文地理坐标系图1-2地球形状及坐标系课件第10页第10页二、大地坐标系是大地测量参考系统详细实现，是经过大地测量伎俩确定固定在地面上控制网（点）所构建，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。详细表示在控制点上。地球形状及坐标系课件第11页第11页地球形状及坐标系课件第12页第12页地球形状及坐标系课件第13页第13页地球形状及坐标系课件第14页第14页地球形状及坐标系课件第15页第15页椭球定位和定向确定基准数据，进行天文观察，将天文观察天文坐标，令为第一个大地点坐标，高程为大地高高程，至一点大地方位角。λ=Lφ=Bα=AH常=H大地球形状及坐标系课件第16页第16页三、空间大地直角坐标系地球形状及坐标系课件第17页第17页四、平面直角直角坐标系统地球形状及坐标系课件第18页第18页五、几个常见大地坐标系举例地球形状及坐标系课件第19页第19页（一）1954年北京坐标系20世纪50年代迫切需要建立一个参心大地坐标系。鉴于当初历史条件，首先将我国东北地域一等锁与苏联远东一等锁相联接，然后以联接处呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端点苏联1942年普尔科沃坐标系坐标为起算数据，平差我国东北及东部地域一等锁，这么传算来坐标系，定名为1954年北京坐标系。1954年北京坐标系能够认为是苏联1942年坐标系延伸，但又不完全属于该坐标系。因为高程异常是以苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来；大地点高程是以1956年青岛验潮站求出黄海平均海水面为基准。地球形状及坐标系课件第20页第20页1954年北京坐标系在我国近50年测绘生产实践中发挥了巨大作用。15万个国家大地点和数百万加密控制点均在该系统内完成了计算工作。以该系统为基础测制完成了全国1：5万及1：10万百分比尺地形图1：1万百分比尺地形图也在相当范围内完成。以1954年北京坐标系为基础测绘结果和文档资料，已经渗透到国民经济建设和国防建设各个领域。地球形状及坐标系课件第21页第21页伴随科学技术发展，1954年北京坐标系已经难以适应该代化建设需要，突出问题是：（1）所采取克拉索夫斯基椭球，其参数不一样国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）1983年第18届大会大地测量常数推荐值相比较，长半径约大109m，这不但对研究地球几何形状有影响，而且只包含2个几何性质椭球参数（a、f），满足不了当今理论研究和实际工作中需要用4个基本参数（长半径a、地球重力场二阶带球谐系数J2、地心引力常数GM、地球自转角速度）描述地球椭球要求。地球形状及坐标系课件第22页第22页（2）椭球定向不明确。椭球短轴指向既不是国际上普遍采取国际协议原点CIO，也不是我国对地极运动长久研究结果所确定地极原点JYD1968.0。起始大地子午面也不是国际时间局（BIH）所定义格林尼治平均天文台子午面，从而给坐标换算带来较大误差和不便。椭球定位时大地原点位于苏联最西部列宁格勒附近普尔科沃，这一定位结果使椭球面与我国大地水准面呈西高东低系统性倾斜，东部地域高程异常最大达+65m，全国范围平均达29m，如图3-15所表示。地球形状及坐标系课件第23页第23页（3）该坐标系统大地点坐标是经局部平差逐次得到，全国全部大地控制点坐标值不能连成统一整体，区与区接合部存在较大隙距，同一点在不一样区坐标之差可达1～2m。而且自东北至西南，误差愈积累愈大。这种情况对于发展我国空间技术和大规模经济建设是很不利。地球形状及坐标系课件第24页第24页（二）1980年西安大地坐标系（1980年国家大地坐标系）1978年，我国决定对全国天文大地网施行整体平差，这项工作要在新坐标系参考椭球面上进行。为此，首先要建立一个新大地坐标系统，而且命名为1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系含义能够描述以下：地球形状及坐标系课件第25页第25页（1）采取了既含几何参数又含物理参数4个椭球基本参数，其数值采取1975年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）第16届大会推荐值，如第七章第一节所述。（2）大地原点位于我国中部陕西省泾阳县永乐镇，西安市以北60km处，简称西安原点。（3）大地点高程是以1956年青岛验潮站求出黄海平均海水面为基准正常高系统。（4）椭球定位满足3个条件：①椭球短轴平行于由地球质心指向我国确定地极原点JYD1968.0方向；②起始大地子午面平行于我国定义起始天文子午面；③椭球面与似大地水准面在我国地域最为密合。地球形状及坐标系课件第26页第26页地球形状及坐标系课件第27页第27页

大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇北洪流村。

地球形状及坐标系课件第28页第28页为此，在全国按1°×1°间隔，均匀选取了922点，组成弧度测量方程式

地球形状及坐标系课件第29页第29页该式是由公式第一式略去和k项，因为采取正常高系统，故用代替dH,并用代替而得到。因为IUGG1975年推荐椭球参数和克拉索夫斯基椭球参数均为已知值，故式中亦为已知值。式中求解方法是：用1167个天文点和约15万个重力点结果，在全国由天文重力水准路线、短边天文水准路线和天文水准加均衡更正路线组成21个环，进行不等权平差，求得各路线高程异常差，再以原点为起算值逐一推求，最终绘制成全国高程异常图。地球形状及坐标系课件第30页第30页依据上述922点弧度测量方程式，按求解定位元素X、Y、Z，再进而求出大地原点上ζ0、η0和ξ0，联络大地原点上测得天文经纬度、天文方位角和正常高，按式（2-16）求得大地原点上H0

、L0

、B0

和A0

，作为1980年国家大地坐标系大地起算数据。地球形状及坐标系课件第31页第31页由上所述，1980年国家大地坐标系完全符合建立经典参心大地坐标系原理。椭球参数个数合理、数值准确，椭球面与大地水准面取得了很好密合，全国范围平均差值由1954年北京坐标系29m减小至10m，全国多数地域在15m以内,如图。地球形状及坐标系课件第32页第32页

地球形状及坐标系课件第33页第33页（三）国家大地坐标系质心坐标系；经过三种形式坐标来表示国际坐标系统坐标框架；地心坐标系以高精度坐标框架来实现；经国务院同意，我国自年7月1日启用国家大地坐标系。国家大地坐标系与其它坐标系实施坐标转换、衔接过渡期为8至10年。地球形状及坐标系课件第34页第34页（四）WGS-84世界大地坐标系质心坐标系；经过三种形式坐标来表示国际坐标系统坐标框架；地心坐标系以高精度坐标框架来实现；IERS国际地球服务组织；取代了BIH、IPMS;地球形状及坐标系课件第35页第35页地球形状及坐标系课件第36页第36页WGS-84坐标系

空间直角坐标系

A（X，Y，Z）是GPS采取坐标系，属地心空间直角坐标系。

5/8/20241:39PM地球形状及坐标系课件第37页第37页IERS主要有以下服务：（1）维持国际天球参考系统（ICRS）和框架（ICR）；（2）维持国际地球参考系统（ITRS）和框架（ITR）；（3）及时提供准确地球自转参数（EOP）。

ITRS是当前国际上最准确、最稳定全球性地心坐标系，它定义遵照IERS定义地球形状及坐标系课件第38页第38页协议地球坐标系法则，即ITRS原点位于地心，它定向由BIH1984.0给出，ITRS经过国际地球参考框架ITRF来实现，ITRF是基于各种空间技术(GPS,SLR,VLBI,DORIS)得到地面站站坐标集和速度场，ITRF参考框架点已达300多个，而且是全球分布。在GPS技术强有力支持下，美国不停更新地心坐标精度，更新或精化地心坐标时间以1980.0为GPG厉元始点，以后时间以GPS周计算，采取G***…标识。1984年建立了WGS-84(即所谓世界大地坐标系统1984)；年美国又对WGS-84进行了再次精化。以后还会继续进行这种类似精化和维护，能够说WGS-84是一个与时俱进不停改进和完善世界大地坐标系。地球形状及坐标系课件第39页第39页第三节高程基准面和高程系统一、大地高系统二、正高系统三、正常高系统四、力高系统（同一水准面上高程相同）地球形状及坐标系课件第40页第40页地球形状及坐标系课件第41页第41页地球形状及坐标系课件第42页第42页地球形状及坐标系课件第43页第43页五、各高程系统之间关系大地高H大、正高H正、及正常高H正常关系如图1-8所表示，即：H大=H正+NH大=H正常+ζ

N为大地水准面差距；ζ为高程异常。(Ζζzetazat)地球形状及坐标系课件第44页第44页

地面P

似大地水准面