大地测量学基础(第6章 大地坐标系的建立

坐标系的建立15.1.地球参心坐标系的建立一、建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作：–选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率α)。–确定椭球中心的位置(椭球定位)。–确定椭球短轴的指向(椭球定向)。–建立大地原点。坐标系的建立2（1）定向满足二平行条件:椭球短轴平行于地球自转轴;大地起始子午面平行于天文子午面;（2）定向大地基准面与地球形状有最佳密合;即选择合适的参考椭球中心点使：地球形状∑N2=min定位坐标系的建立3坐标系的建立4二、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，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志.坐标系的建立5sectanKKKKKKKKKKKLBAKKKHHN正三、参心坐标系大地原点的确定拉布拉斯方程（天文大地坐标与椭球大地坐标的关系）坐标系的建立6一点定位如果选择大地原点：则大地原点的坐标为：多点定位采用广义弧度测量方程0,00KKKN,,KKKKKKKKLBAHH正min)min(22新新或N参考椭球面与大地水准面在大地原点相切坐标系的建立7YZ,,X=,aaa新新,,XYZ,,KKKLBH,,KKKN多点定位的过程：1)由广义弧度测量方程采用最小二乘法求–椭球参数:–旋转参数:–新的椭球参数：2)由广义弧度测量方程计算大地原点:3)广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程计算大地原点坐标:坐标系的建立8四、我国的参心坐标系（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。L0=30o19’38.55”B0=59o46’18.71”A0=121o40’36.13”（至布拉格方向）坐标系的建立9（2）1980年国家大地坐标系①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5个椭球基本参数。·长半径a=6378140m,·地球的扁率为1/298.257·地心引力常数GM=3.986005×1014m3/s2,·重力场二阶带球谐系数J2=1.08263×10-8·自转角速度ω=7.292115×10-5rad/s③椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。坐标系的建立10④定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点的方向⑤大地原点地处我国中部，位于西安市以北60km处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。坐标系的建立11大地原点坐标系的建立12坐标系的建立13坐标系的建立14五、我国的高程参考系1956年黄海高程系统：1950年至1956年7年间青岛验潮站的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。1985国家高程基准：根据青岛验潮站1952～1979年中取19年的验潮资料计算确定，并从1988年1月1日开始启用。坐标系的建立15水准原点为了长期、牢固地表示出高程基准面的位置，作为传递高程的起算点，必须建立稳固的水准起算点，用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测，以高程基准面为零推求水准原点的高程。坐标系的建立16坐标系的建立175.2、地心坐标系的建立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标轴方向的变化。基准指向点的指向不同，可分为瞬时地心坐标系与协议地心坐标系。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。坐标系的建立181)地心地固坐标系的建立方法·直接法:·间接法:通过一定的资料(包括地心系统和参心系统的资料)，求得地心和参心坐标系之间的转换参数，然后按其转换参数和参心坐标，间接求得点的地心坐标的方法通过一定的观测资料(如天文、重力资料、卫星观测资料等)，直接求得点的地心坐标的方法，如天文重力法和卫星大地测量动力法等。坐标系的建立192)WGS-84世界大地坐标系5个基本参数·a=6378137m·e2=0.0066943799013·GM=3986005×108m3s-2·C2,0=-484.16685×10-6·ω=7292115×10-11rad/s坐标系的建立20WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统，GPS卫星所发布的广播星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。坐标系的建立213)ITRS与ITRF国际地球自转服务IERS(InternationalEarthRotationService)1988年:IUGG+IAU→IERS（IBH+IPMS）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)；–提供及时准确的地球自转参数(EOP)。ICRS(F)=InternationalCelestrialreferencesystemITRS(F)=InternationalTerrestrialreferencesystemEOP=EarthOrbitParameter坐标系的建立22国际地球参考系统(ITRS)ITRS是一种协议地球参考系统(CTRS),定义为CTRS的原点为地心，并且是指包括海洋和大气在内的整个地球的质心；CTRS的长度单位为米(m)，并且是在广义相对论框架下的定义；CTRS的定向Z轴从地心指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)；X轴从地心指向格林尼治平均子午面与CTP赤道的交点；Y轴与XOZ平面垂直而构成右手坐标系；CTRS的定向的随时演变满足地壳无整体旋转NNR条件的板块运动模型，坐标系的建立23ITRF是ITRS的具体实现，是由IERS(InternationalEarthRotationService)中心局IERSCB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度。自1988年起，IERS已经发布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000等全球参考框架。ITRF是通过框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。，坐标系的建立24国家平面控制网是全国进行测量工作的平面位置的参考框架，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。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共154348个。国家高程控制网是全国进行测量工作的高程参考框架，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，目前提供使用的1985国家高程系统共有水准点成果114041个，水准路线长度为4166191公里。通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网(点所构建坐标参考架、高程参考框架、重力参考框架。2.3.3、大地测量参考框架（坐标系的具体实现）坐标系的建立25国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架，目前提供使用的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。“2000国家GPS控制网”由国家测绘局布设的高精度GPSA、B级网，总参布设的GPS一、二级网，地震局、总参测绘局、科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成，该控制网整合了上述三个大型的有重要影响力的GPS观测网的成果，共2609个点，通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，是我国新一代的地心坐标系统的基础框架.