2-大地测量参考框架.ppt

1、2020/7/27,1,1 概论,大地基准（Geodetic Datum）：用以代表地球形体的旋转椭球，建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋转椭球中心与地球中心的关系）。,2020/7/27,2,大地测量参考系统（Geodetic Reference System）：坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统 1）坐标参考系统：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。 2）高程参考系统：以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高，以旋转

2、椭球面为参照面的高程系统称为大地高。 3）重力参考系统：重力观测值的参考系统 坐标系原点、坐标轴、尺度及其有关计算公式,2020/7/27,3,2020/7/27,4,大地测量参考框架(Geodetic Reference Frame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。（）,2020/7/27,5,国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,含三角点、导线点共 154348个。,2020/7/27,6,国家高程控制网按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，共有水准点成果1

3、14041个，水准路线长度为416619.1公里。,2020/7/27,7,国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架。2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点。,2020/7/27,8,2000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPS A、B级网,总参测绘局GPS 一、二级网，中国地壳运动观测网组成,共2609个点。,2020/7/27,9,讨论题： 1 大地基准、坐标系统、参考框架之间的关系。 2 “从整体到局部”的测量原则是如何通过坐标参考框架体现的？ 3 大地原点、水准原点在建立大地测量参考框架中的作用是什么？,2020/7/27,10,参考椭球实例：贝塞尔

4、椭球(1841年)，克拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年)和克拉索夫斯基椭球(1940年)等,2020/7/27,11,参考椭球大小、定位与定向 选择或求定椭球的几何参数(长半径 a和扁率 ) 确定椭球短轴的指向(椭球定向) 确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点）,2020/7/27,12,椭球定向,2020/7/27,13,一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定,椭球定位,2020/7/27,14,多点定位：椭球中心位置由一组大地点的大地坐标所确定，大地原点的起算数据按下式求得。,2020/7/27,15,大地原点和大地起算数据 大地原点也叫大地基准点或大地起算点

5、，大地原点的经纬度/大地高/至某一固定点的大地方位角称为大地起算数据。,2020/7/27,16,现代大地测量基准/卫星大地测量基准（几何特征+物理特征）： 总地球椭球（椭球中心与地球质心重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟合） 地球椭球的四个基本常数：地球椭球赤道半径a，地心引力常数GM，地球重力场2阶带谐系数J2（由此导出椭球扁率f, ）和地球自转角速度w。,2020/7/27,17,定义卫星大地测量基准，将涉及到地球重力场模型、地极运动模型、地球引力常数、地球自转速度等。 不同大地测量基准的差异对坐标的影响，可根据公

6、共点的大地观测数据求得，并进而求解出转换模型，实现不同基准下的坐标转换，但由于观测误差的存在，导致转换模型误差，其精度取决于公共点的数量和分布、观测精度、数据处理方法等。,2020/7/27,18,总地球椭球实例：WGS84, GRS80,2020/7/27,19,WUHAN -2267749.162 5009154.325 3221290.762 BEIJING -2148743.784 4426641.236 4044655.935 SHANGHAI -2831733.268 4675666.039 3275369.521 KUNMING -1281255.473 5640746.079

7、2682880.117 URUMQI 193030.873 4606851.324 4393311.421 LHASA -106937.669 5549269.591 3139215.762,WUHN BJFS SHAO KUNM URUM LHAS,2020/7/27,20,3坐标参考系统,以参考椭球为基准的坐标系，叫做参心坐标系；以总地球椭球为基准的坐标系，叫做地心坐标系。无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而又称为地固坐标系，以地心为原点的地固坐标系则称为地心地固坐标系(ECEF)，主要用于描述地面点的相对位置

8、；另一类是空间固定的坐标系，与地球自转无关，称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。,2020/7/27,21,坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向、尺度和相关的计算模型所定义的。对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中心或地心；坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(Conventional Terrestrial Pole)作为 Z 轴指向，因而称为协议坐标系；尺度采用国际标准长度单位；实现方式为大地测量理论、技术与方法。 地球旋转轴的指向 1)空间指向的变化（岁差、章动） 2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化（极移）,20

9、20/7/27,22,2020/7/27,23,空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation),2020/7/27,24,地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化(极移, polar motion，国际协议原点CIO) 地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的，这种现象称为地极移动，简称极移。某一观测瞬间地球北极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。,2020/7/27,25,国际天文联合会(IAU)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)在1967年于意大利共同召开的第32次讨论会上，建议采用国际上5个

10、纬度服务(ILS)站以19001905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO(Conventional International Origin)，它相对于19001905年平均历元1903.0。另外国际极移服务(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点，与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。,2020/7/27,26,2020/7/27,27,3.1 1954年北京坐标系,1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。 椭球参数有较大误差。 参考椭

11、球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达67m。 定向不明确,2020/7/27,28,3.2 1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系),1980年国家大地坐标系的特点是： 采用1975年国际大地测量与地球物理联合会 (IUGG) 第16届大会上推荐的4个椭球基本参数。 地球椭球长半径 a=6 378 140 m ， 地心引力常数 GM=3.986 0051014m3/s2, 地球重力场二阶带球谐系数J2 =1.082 6310-8, 地球自转角速度 =7.292 11510-5 rad/s 。,2020/7/27,29, 参心大地坐标系是在1

12、954年北京坐标系基础上建立起来的。 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。 定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 JYD1968.0的方向 大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。 大地高程基准采用1956年黄海高程系,2020/7/27,30,平差后提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。 不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须

13、注意所用成果相应的坐标系统。,2020/7/27,31,3.3 新1954年北京坐标系(BJ54新),新1954年北京坐标系，是在GDZ80基础上，改变GDZ80相对应的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点(椭球中心)平移，使坐标轴保持平行而建立起来的。,2020/7/27,32,2020/7/27,33,2020/7/27,34,BJ54新的特点是： 采用克拉索夫斯基椭球参数。 是综合 GDZ80和BJ54建立起来的参心坐标系。 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。 定向明确，坐标轴与 GDZ80 相平行，椭球短轴平行于地球质心指向1968.

14、0地极原点的方向 大地原点与 GDZ80 相同，但大地起算数据不同。,2020/7/27,35, 大地高程基准采用1956年黄海高程系。 与 旧BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。旧BJ54的坐标是局部平差结果，而新BJ54是GDZ80 整体平差结果的转换值，两者之间无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。,2020/7/27,36,3.4 地心地固坐标系,地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。 地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐

15、标轴方向的变化。,2020/7/27,37,地心地固大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极),2020/7/27,38,以协议地极CTP(Conventional Terrestrial Pole)为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系CTS(Conventional Terrestrial System)，而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIO为指向点，因而也是协议地球坐标系，一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表相同

16、的含义。,3.5 协议地球坐标系,2020/7/27,39,20世纪60年代以来，美国和原苏联等国家利用卫星观测等资料，开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部曾先后建立过世界大地坐标系(World Geodetic System，简称为WGS)WGS60，WGS66和WGS72，并于1984年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精确的地心坐标系统，称为WGS84。,2020/7/27,40,3.6 WGS84世界大地坐标系 WGS84是一个协议地球参考系CTS。该坐标系的原点是地球的质心， Z 轴指向BIH1984.0定义的协议地球极CTP方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道

17、的交点， Y轴和Z、X 轴构成右手坐标系,2020/7/27,41,WGS84坐标系统采用的4个基本参数是： a =6 378 137m GM =3 986 005108m3s-2 C2,0=-484.166 8510-6 =7 292 11510-11rad/s,2020/7/27,42,为了改善WGS84系统的精度，1994年6月，由美国国防制图局(DMA)将其和美国空军(Air Force)在全球的10个GPS跟踪站的数据加上部分IGS站的ITRF91数据，进行联合处理，并以IGS站在ITRF91框架下的站坐标为固定值，重新计算了这些全球跟踪站在1994.0历元的站坐标，更新为WGS84

18、(G730) 1996年，WGS84坐标框架再次进行更新，得到了WGS84(G873) 2004年进一步更新为WGS84(G1150),2020/7/27,43,WGS84的体现与维持,2020/7/27,44,讨论题 1 地球旋转轴的指向变化特点及其与大地测量坐标系的关系。 2 岁差、章动、极移的不同点是什么？ 3 WGS84的Z轴指向哪里？,2020/7/27,45,4 国际地球参考框架ITRF,ITRF（International Terrestrial Reference Frame）是由IERS（International Earth Rotation Service）提供的国际地球

19、参考框架，其构成是基于甚长基线干涉VLBI、激光测月LLR、激光测卫SLR、GPS和卫星轨道跟踪和定位DORIS等空间大地测量技术的观测数据。这些观测数据首先由不同技术各自的分析中心进行处理，最后由IERS中心局（IERS CB）根据各分析中心的处理结果进行综合分析，得出ITRF的最终结果，并由IERS年度报告和技术备忘录向世界发布，提供各方面的应用。,2020/7/27,46,4.1 ITRF系列,IERS CB每年将全球站的观测数据进行综合处理和分析，得到一个ITRF框架，并以IERS年报和IERS技术备忘录的形式发布。自1988年起，IERS已经发布ITRF88，89，90，91，92，

20、93，94，96，97，ITRF2000 ，ITRF2005等全球坐标参考框架。目前，IGS各种轨道产品的坐标参考基准采用的是ITRF2005参考框架。,2020/7/27,47,4.1.1 ITRF2000与其他框架的转换,TRANSFORMATION PARAMETERS AND THEIR RATES FROM ITRF2000 TO PREVIOUS FRAMES SOLUTION T1 T2 T3 D R1 R2 R3 EPOCH Ref. UNITS- cm cm cm ppb .001 .001 .001 IERS Tech. . . . . . . . Note # RATES

21、 T1 T2 T3 D R1 R2 R3 UNITS- cm/y cm/y cm/y ppb/y .001/y .001/y .001/y - ITRF97 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 27 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF96 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 24 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF94 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.0

22、0 0.00 1997.0 20 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02,2020/7/27,48,ITRF93 1.27 0.65 -2.09 1.95 -0.39 0.80 -1.14 1988.0 18 rates -0.29 -0.02 -0.06 0.01 -0.11 -0.19 0.07 ITRF92 1.47 1.35 -1.39 0.75 0.00 0.00 -0.18 1988.0 15 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF91 2.67 2.75 -1.99 2.15 0

23、.00 0.00 -0.18 1988.0 12 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF90 2.47 2.35 -3.59 2.45 0.00 0.00 -0.18 1988.0 9 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF89 2.97 4.75 -7.39 5.85 0.00 0.00 -0.18 1988.0 6 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF88 2.47 1.15 -9.79 8.95 0.10 0.00 -0

24、.18 1988.0 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02,2020/7/27,49,Transformation Parameters from ITRF2005 to ITRF2000 at epoch 2000.0 T1 T2 T3 D R1 R2 R3 mm mm mm 10-9 mas mas mas 0.1 -0.8 -5.8 0.40 0.000 0.000 0.000,2020/7/27,50,已知wuhn的ITRF2000下1997.0参考历元的坐标(m)及变化率(m/y)为： -2267749.162 5009154.325

25、3221290.762 -.0325 -.0077 -.0119 求wuhn的ITRF2000下2009年3月19日为参考历元的坐标。,2020/7/27,51,4.1.2 ITRF与WGS84的转换,-Parameters from ITRF90 to WGS84-Doppler realized system: T1(m) T2(m) T3(m) D(ppm) R1(“) R2(“) R3(“) 0.060 -0.517 -0.223 -0.011 0.0183 -0.0003 0.0070 - New realizations of WGS84 based on GPS data, su

26、ch as WGS84(G730 or G873): These new WGS84 realizations are coincident with ITRF at about 10-centimeter level. For these realizations there are no official transformation parameters. This means that one can consider that ITRF coordinates are also expressed in WGS84 at 10 cm level.,2020/7/27,52,4.2 I

27、ERS,/ The IERS was established as the International Earth Rotation Service in 1987 by the International Astronomical Union and the International Union of Geodesy and Geophysics and it began operation on 1 January 1988. In 2003 it was renamed to International Earth Rotation and Refe

28、rence Systems Service.,2020/7/27,55,IERS的任务主要有以下几个方面： 维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)； 维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)； 为当前应用和长期研究提供及时准确的地球自转参数(EOP)。,2020/7/27,56,IERS Products The IERS maintains the following main products: Earth orientation data Conventions International Celestial Reference System Internation

29、al Celestial Reference Frame International Terrestrial Reference System International Terrestrial Reference Frame /iers/publications/tn/tn31/ Geophysical fluids data,2020/7/27,57,ITRF2000 STATION POSITIONS（m) AT EPOCH 1997.0 AND VELOCITIES(m/y) BJFS -2148743.784 4426641.236 4044655

30、.935 -.0444 .0141 -.0013 WUHN -2267749.162 5009154.325 3221290.762 -.0325 -.0077 -.0119,2020/7/27,58,4.3 IGS,4.3.1 HISTORY International Global Positioning System (GPS) Service for Geodynamics (IGS) formally began on 1 January 1994. Due to the expansion of IGS objectives, the name of the service was

31、 changed to International GPS Service (IGS) on 1 January 1999. Following further expansion of IGS, integrating data from GLONASS system and planning for the deployment of Galileo system, the name was changed to International Global Navigation Satellite System (GNSS) Service (IGS) on 14 March 2005.,2

32、020/7/27,59,4.3.2 GOALS AND OBJECTIVES The IGS strives to: Provide the highest quality, reliable GNSS data and products, openly and readily available to all. Promote universal acceptance of IGS products, standards and conventions. Continuously innovate by attracting leading-edge expertise and pursui

33、ng challenging projects and ideas. Seek and pursue new growth opportunities while responding to changing user needs.,2020/7/27,60,Sustain and nurture the IGS culture of collegiality, openness, inclusiveness, and cooperation. Maintain a voluntary organization with effective leadership, governance, an

34、d management.,2020/7/27,61,4.3.3 Data （2）增加辐射参数(radiation parameters) to 100 分析类型 (0-ITER) -假定先验坐标结果很好,2020/7/27,97,Sestbl.observables,LC_HELP 使用伪距来固定整周模糊度,适合局部GPS网 LC_only 使用载波数据来固定整周模糊度，适合快速、全球GPS网中 L1,L1+L2 - 单频载波相位联合; - 最好对短基线(如带状网) - 电离层影响110 ppm - 对天线类型不统一时，要注意,2020/7/27,98,Autcln 控制,是通过命令文件Au

35、tcln.cmd来实现 Autcln Postfit - Y 根据先验的观测数据的噪音模型 - R 如果 Pre-fit 均方根（RMS）太高，就进行迭代 Use N-file - Y 自动计算各个测站的一个高度角的独立观测噪声估计参数 删除autcln的输入 C-files - 控制运行的速度和大小,2020/7/27,99,大气延迟的设置,天顶和倾斜方向的延迟 各个点采用分段连续函数来估计(全面约束) 高斯马尔可夫参数(变化与时间相关) 倾斜参数的个数(全面约束) 在缺省条件下，大多数情况结果教好;如果有比较差的观测条件，这些约束应该松弛。 截止高度角的设置（15度） Autcln 应该设

36、置一致（清理的最小高度小于估计的最小高度）,2020/7/27,100,Model 参数（1）,天线模型 - ELEV 是最普通的 - 当天线类型不统一，该参数重要 潮汐模型(每个控制是一个1 bit) -1 地球潮汐 -2 频率参数根据 K1 -4 极地潮汐 . -8 海潮,2020/7/27,101,Model 参数（2）,EOP 模型的选择 - 一天或12小时的模式 -1 Pole -2 UT1 -4 Use Ray 模型（VLBI 模型） YAW (偏航)模型的选择 - 处理卫星的旋转参数 - 缺省是Y - 当日蚀, 月蚀，对早期数据可能有一些问题,2020/7/27,102,Solv

37、e 控制,控制观测M文件，完成最小二乘估计 对EOP 的估计 - 在后来运行的GLOBK可以约束 UT1 和摇摆约束 - 通常在GLOBK中进行，对区域网，可以来加强解的约束,2020/7/27,103,Cleaning 控制,快速预处理 - 设置估计的类型 - 可以按十个一批进行处理 删除日蚀, 月蚀的观测数据 - POST 删除日蚀, 月蚀的30分钟的数据 - ALL 删除日蚀, 月蚀时的数据 - 主要用全球数据的发布,2020/7/27,104,模糊度的固定,对1000公里以内的网是最优，缺省是500公里 宽巷（L1-L2）组合和窄巷组合 根据距离来进行电离层的约束 一般情况下，缺省值，

38、计算结果比较好 比较准的先验坐标值（约束）对结果有很好的影响,2020/7/27,105,Sittbl. 控制,一般情况下，不要改变 主要是对先验测站坐标进行约束 优先考虑比起sestbl 不是所有的条目都要求,2020/7/27,106,GAMIT 基线Q文件,Q-文件 Baseline vector (m ): NRC1 (Site 1) to SCH2 (Site 2) X 335859.60307 Y(E) 956232.16605 Z 668091.18766 L 1213889.39504 +- 0.01345 +- 0.01506 +- 0.02364 +- 0.00667 (m

39、eters) Correlations (X-Y,X-Z,Y-Z) = -0.12947 -0.08323 -0.84194 O-文件 (文件中每条基线占一行，此处显示为3行）： 0011_0014 2001.238X X -3324.5802 +- 0.0029 Y 282.5566 +- 0.0044 Z -3274.0067 +- 0.0030 L 4674.5900 +- 0.0014 Correlations (X-Y,X-Z,Y-Z) = -0.82053 -0.78890 0.84825,2020/7/27,107,Tables 网上资源,下载数据文件: ftp:/garner.

40、/pub /pub/gps/gpsdata ftp:/igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ /pub/product/ 观测值文件：RINEX O文件 星历文件: RINEX N文件 文件目录结构： 类型type, 年year, 年积日day of year, 周GPS week, 周天day of week, 站名标识site ID,2020/7/27,108,6 不同框架间的坐标转换,不同坐标系统之间的转换模型是以多个公共点的框架坐标为依据而建立的，依据该转换模型可实

41、现其他非公共点之间的框架坐标的相互转换。 根据实际情况分为三维转换模型和二维转换模型。如果两系统被转换点的大地高比较精确，一般采用三维转换的方法，否则采用二维转换的方法。 目前我国有多种框架坐标正在使用，例如1980西安坐标，1954年北京坐标，WGS84坐标，ITRF坐标，以及在许多大中城市和工矿区，为了本身的特殊需要，还建立有一些地方独立坐标框架。为了满足不同的需要，需建立这些框架坐标之间的相互转换关系。,2020/7/27,109,(1)GPS测量已在我国广泛应用。它属于地心坐标系，往往需要将其转换到国家参心大地坐标系或某些独立坐标系后才便于使用。 (2)为了加速1980西安坐标系在全国

42、各部门的使用，需要尽快地将已有未保存观测值结果的1954年北京坐标系的点转换为1 980西安坐标系，以便更好地发挥作用。 (3)在利用1 9 5 4年北京坐标系地形图资料编绘新坐标系统地形图的过程中，也存在一个坐标转换问题。,2020/7/27,110,(4)国家采用的大地坐标系坐标也还要与地方独立坐标系坐标之间相互转换，一方面可以将一部分精度较高的独立坐标系的点纳入国家坐标系统，另一方面也可将国家大地坐标系的点转换到独立坐标系，以补充其不足。 (5)许多研究试验性的工作也常常进行各种坐标系间坐标的转换。,2020/7/27,111,6.1 欧勒角与旋转矩阵 两个直角坐标系进行相互变换的旋转角

43、称为欧勒角 对于二维直角坐标系,2020/7/27,112,对于三维空间直角坐标系O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通过三次旋转，可实现O-X1Y1Z1到O-X2Y2Z2的变换,2020/7/27,113,2020/7/27,114,2020/7/27,115,6.2 不同空间直角坐标系转换,布尔沙-沃尔夫(Bursa-Wolf)模型,2020/7/27,116,2020/7/27,117,2020/7/27,118,由于公共点的坐标存在误差，求得的转换参数将受其影响，公共点坐标误差对转换参数的影响与点位的几何分布及点数的多少有关，因而为了求得较好的转换参数，应选择一定数量的精度较高且分布较

44、均匀并有较大覆盖面的公共点。 当利用3个以上的公共点求解转换参数时存在多余观测，由于公共点误差的影响而使得转换的公共点的坐标值与已知值不完全相同，而实际工作中又往往要求所有的已知点的坐标值保持固定不变。为了解决这一矛盾，可采用配置法，将公共点的转换值改正为已知值，对非公共点的转换值进行相应的配置。,2020/7/27,119,计算公共点转换值的改正数V=已知值-转换值，公共点的坐标采用已知值。 采用配置法计算非公共点转换值的改正数,2020/7/27,120,特例：站心直角坐标与地心(或参心)空间直角坐标的转换模型,2020/7/27,121,2020/7/27,122,算例: Site A:

45、31.484479041 120.585098192 19.498 WGS84基线向量AB: dX=-2023.48068m dY=-1349.45100m dZ= 183.16090m 测站A的站心坐标系中，B点坐标为： dN= 216.45105m dE=2429.44165 dU= -1.46923,A,B,U,N,E,2020/7/27,123,6.2 不同大地坐标系换算,2020/7/27,124,2020/7/27,125,2020/7/27,126,7 GPS A级网、B级网,7.1 GPS网精度分级,2020/7/27,127,上表所列的精度指标，主要是对GPS网的平面位置而言

46、，而考虑到垂直分量的精度，一般较水平分量为差，所以根据经验，在GPS网中对垂直分量的精度要求，可将上表所列的比例误差部分增大一倍。 精度指标，是GPS网优化设计的一个重要量，它的大小将直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计工作中，要根据用户的实际需要和可能，慎重确定。 AA、A、B级GPS网点应与GPS永久性跟踪站联测，联测站数：AA 4,A 3,B 2,2020/7/27,128,7.2 观测要求,有效卫星总数,2020/7/27,129,7.3 数据处理,1）AA、A、B级网基线精处理须采用专用软件（例如Gamit, Bernese)

47、，C级以下可采用商用软件。 2）起算点坐标系， AA、A、B级应为ITRF YY。 3） AA、A、B级网基线精处理应采用精密星历。 4）无约束平差应选取一个点相应于观测历元的ITRF坐标作为起算基准。,2020/7/27,130,7.4 国家GPS A级网,1992年夏季在中国资源卫星应用中心、中国测绘工程规划设计中心组织协调下，由国家测绘局、国家地震局、中国石油天然气总公司、地质矿产部、煤炭工业部等部门利用IGS92会战机会，合作完成了一次全国性GPS精密定位会战，即国家高精度GPS A级网的布测。该网由27点组成，其平均边长约800 km。观测从1992年7月25日开始至8月25日结束。

48、 该网在上海、长春、武汉和乌鲁木齐4个跟踪站上用MINI-MAC2816接收机连续观测，其余各点使用13台Trimble4000SST和17台AshtechMDXll双频接收机观测。,2020/7/27,131,数据处理及其精度 根据IAG的决议和推荐以及1992年GPS精密星历的坐标框架，为了与全球动力学追踪数据进行比较，A级网的数据处理在ITRF91坐标框架下进行，历元为1992.58。为使A级网准确地置于IFRF91的坐标框架中，处理时在全球选择了FAIR，YELL，KOKB，PGGA，ALGO，HERS，WTZR，HART，FAIW，YAR1等10个GPS跟踪站作为数据处理的基准点。,

49、2020/7/27,132,A级网数据处理利用了全球站观测数据和松驰轨道技术，给全球站加以约束，同时把卫星轨道作适当松驰，求解A级网点坐标。松驰轨道的目的是避免星历的误差导致网的畸变。基线用SUN工作站上的GAMIT软件处理。在数据处理时，将每天所有测站一起处理得到单天解。最后进行整网平差，平差后在ITRF91中得点位精度优于0.2m，边长优于0.1ppm。,2020/7/27,133,1996年在国家测绘局主持下，进行了A级网的复测。复测A级网相对定位基准，是卫星星历和固定站坐标共同给出的。为了进一步精化A级网的地心坐标，必须将A级网纳入到相应的ITRF中。随着IGS站的资料积累和数据处理方

50、法不断完善，大部分IGS站坐标精度达到了土l cm，坐标变化速度精度达到2 mmy，IGS卫星轨道精度优于土10 cm。因此数据处理时，采用IGS站和IGS精密星历提供A级网的基准。,2020/7/27,134,根据IGS站的分布和相应测站和测站速度的精度选择了GRAE，HERS，WTER，HART，ALGO，YELL，FAIR，KOKB，FORT，YARl，USUD，TAIW，MASl，KIT3作为基准站。相应站的地心坐标分量精度在510 mm，速度精度在12 mmy，IGS卫星轨道精度优于10 mm。 在数据处理时，要求地面站坐标的框架及历元与卫星星历的框架及历元保持一致。考虑到IGS星历

51、是根据多个分析中心的定轨结果，用更精确的力学模型拟合得出的，因此采用约束全球站，固定卫星轨道定位的方法。,2020/7/27,135,根据IGS公布的站坐标和坐标变化率的精度约束站坐标，其分量X，Y，Z分别取1cm，1cm，2 cm，少数站分别取2cm，2cm，4cm。 复测A级网数据处理后在ITRF93参考框架中的地心坐标精度优于10cm。 A级网的建立不仅是为了在我国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新的地心参考框架，求定其与国家坐标系的转换参数，也为GPS B级网布设提供精确的骨干框架，同时奠定了现代地壳运动及地球动力学研究的基础。,2020/7/27,136,7.5 国家GPS B级

52、网,国家GPS B级网是国家测绘局“八五”重点工程项目之一。全网总点数共816个，从1991年开始至1997年完成。 国家GPS B级网是在国家GPS A级网的控制下，建立覆盖大陆，满足各种不同需要，多用途的第二级空间定位网。 主要是以便更好的为国家各项建设和地学研究服务，其作用在于以下几方面： (1)精化我国大地水准面； (2)提供检核和加强全国天文大地网的依据； (3)建立覆盖全国的三维地心坐标框架；,2020/7/27,137,(4)精确测定我国大地坐标系与地心坐标系之间的转换参数； (5)监测我国地壳形变和板块运动； (6)建立海洋大地测量与陆地大地测量统一的大地基准。 根据我国国情，

53、网的密度有所不同，具体分划为三类区域。沿海经济发达地区，平均点间距离为5070 km。中部地区布点密度适中，平均点间距离为100 km左右。西部地区布点密度较稀，特别是困难地区，原则上沿主要交通线呈导线形式布测，平均点间距离为150 km。,2020/7/27,138,国家B级网的整体平差,1平差的数据选择。 B级网的外业观测数据基准是由不同的作业单位，采用不同类型的GPS接收机完成，平差前依下列原则，将全网划分为不同的子网： (1)不同时期施测的GPS网； (2)采用不同类型的GPS接收机； (3)依据不同的作业等级要求； (4)基线解算时采用不同的星历 (5)边长特性相差较大； (6)补测

54、和修测的零散同步网，划归所在的子网中。,2020/7/27,139,全网划分为24个子网，包括1 426个同步观测环，4 940条独立基线向量。其中除国家GPS B级网以外，还包括了1992年、1996年GPS A级网(国家测绘局)、塔里木盆地GPS网(石油部，1994年)、西藏GPS网(中德合作，1995年)、青藏高原地壳形变监测网(武汉测绘科技大学，1995年)、深圳市GPS框架网(武汉测绘科技大学，1996年)。这些GPS网的观测及基线解算均满足或超过B级网的要求，且弥补了B级网在这些地区分布的不足，作为子网参加B级网的整体平差可以提高整网的精度。,2020/7/27,140,2平差的观

55、测量 统一采用GAMIT软件进行同步网的基线解算，平差时取同步网的独立基线向量及其全协方差阵作为平差的观测量。 作为观测量的GPS基线向量，本身只包含了尺度基准信息和方位基准信息。在同一个子网中，认为各基线向量的尺度基准和方位基准是统一的，而在不同的子网之间存在着系统性的差异。因此全网的整体平差，应对各子网的基线向量顾及尺度参数和旋转参数。,2020/7/27,141,3 平差的参考基准：ITRF93, 参考历元96.365 4 平差函数模型 1）子网中基线向量Bij误差方程,2020/7/27,142,2020/7/27,143,2) 子网k误差方程 设基线数为t，测站数为s,2020/7/

56、27,144,2020/7/27,145,4）,2020/7/27,146,5 平差结果精度统计,1）相对精度0.1ppm 平面精度优于0.07m, 高程优于0.16 平均中误差，平面0.02m, 高程0.04m,2020/7/27,147,7.6 A、B级网与全国天文大地网比较,1）A级网与天文大地网边长比较,2020/7/27,148,2）B级网与天文大地网边长比较,2020/7/27,149,7.7 GPS B级精密工程控制网,1） 特大桥梁控制网,2020/7/27,150,2）磁悬浮铁路测量控制网,2020/7/27,151,8 大地测量参考框架在构造数字地球中的作用,8.1 数字地

57、球构造体系 数字地球是一个在高速计算机技术、数字传输网络、对地观测系统等高科技支撑下快速增长的各种自然、人文、经济信息融合在一起的虚拟现实世界，它能够将大量的、多源的地球空间数据和信息融合于一体，并提供不同分辨率尺度下的地球三维可视化浏览界面。 四个组成部分：1)全球信息基础设施(GII) 2)地球空间数据基础设施(GSDI) 3)地球空间数据网络集成 4)科学计算可视化,2020/7/27,152,1)全球信息基础设施,全球信息基础设施是顺应世界经济增长、竞争和社会文化发展的潮流而产生的，也是现代计算机科学和通讯技术发展的必然结果。其目的是要让不同部门机构中的人们能够在世界范围内进行信息的产

58、生、存贮、发送和使用，以支持信息社会中人类信息服务行业与应用部门的发展。 全球信息基础设施，主要由计算机网络服务器和客户机、网络通讯技术和设备、网络操作平台和网络安全性等构成 。 国家信息基础设施是建立全球信息基础设施的基础，只有建立起了国家信息基础设施，并进一步地通过因特网将它们相连接，才能建立起全球信息基础设施。全球信息基础设施为数字地球的战略实施提供了必要条件，它是建设数字地球的基础平台。,2020/7/27,153,2）地球空间数据基础设施,地球空间数据基础设施是有关地球空间数据的协调、管理与分发的体系和结构，它包括数据框架、交换标准和数据交换网站。地球空间数据框架建立了数字地球的基本数据集，包括大地测量、地籍测量、数字正射影像、数字高程模型、水文、交通、边界等具有地理坐标定位特征的空间数据，而许多其他具有行业特征的数据类型集都是依赖于它们而建立起来的；空间数据交换标准主要是针对直接和间接与地球空间位置相关的目标或现象数据制定一套标准，以便确定空间数据的表示、管理、采集、处理、分析、查询以及转换的方法和工艺等，该标准的建立为实现数据资源的共享奠定了基础；空间数据交