七 時(shí)間標(biāo)示法、地球坐標(biāo)參照系

1、時(shí)間標(biāo)示法時(shí)間標(biāo)示法u教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要介紹本節(jié)主要介紹GPSGPS測(cè)量中涉及的幾測(cè)量中涉及的幾種主要時(shí)間系統(tǒng)。種主要時(shí)間系統(tǒng)。u教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：各種各種時(shí)間的定義時(shí)間的定義和應(yīng)用。和應(yīng)用。u教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：各種時(shí)間的換算。各種時(shí)間的換算。u教學(xué)要求：教學(xué)要求：掌握各種時(shí)間的概念和區(qū)別。掌握各種時(shí)間的概念和區(qū)別。時(shí)間標(biāo)示法時(shí)間標(biāo)示法u歷法：歷法：日常生活中的基本時(shí)間標(biāo)示法；日常生活中的基本時(shí)間標(biāo)示法；u儒略日：儒略日：從從-4712-4712年年1 1月月1 1日日1212時(shí)開(kāi)始計(jì)算的天時(shí)開(kāi)始計(jì)算的天數(shù)；采用連續(xù)數(shù)據(jù)表示時(shí)間，適合科學(xué)計(jì)算；數(shù)；采用連續(xù)數(shù)據(jù)表示時(shí)間，適合科學(xué)計(jì)

2、算；u約化儒略日：約化儒略日：對(duì)儒略日減去對(duì)儒略日減去2400000.52400000.5天得天得到，便于計(jì)算，實(shí)際上是從到，便于計(jì)算，實(shí)際上是從18581858年年1111月月1717日子夜日子夜開(kāi)始計(jì)算的天數(shù)；開(kāi)始計(jì)算的天數(shù)；時(shí)間標(biāo)示法時(shí)間標(biāo)示法uGPSGPS時(shí)：時(shí)：GPSGPS內(nèi)部使用的時(shí)間，起點(diǎn)為內(nèi)部使用的時(shí)間，起點(diǎn)為19801980年年1 1月月5 5日夜與日夜與19801980年年1 1月月6 6日晨之間的子夜。日晨之間的子夜。u例如：例如：20042004年年5 5月月1 1日日1010點(diǎn)點(diǎn)5 5分分1515秒，用秒，用GPSGPS時(shí)間標(biāo)時(shí)間標(biāo)示法就是示法就是“第第1268126

3、8周第周第554715554715秒秒”u年積日：年積日：從每年的第一天開(kāi)始累計(jì)的天數(shù)，從每年的第一天開(kāi)始累計(jì)的天數(shù)，例如例如20042004年年5 5月月1 1日年積日為日年積日為122122。u通常用來(lái)區(qū)分觀測(cè)時(shí)段，以及用于通常用來(lái)區(qū)分觀測(cè)時(shí)段，以及用于RINEXRINEX格式的格式的命名。命名。時(shí)間標(biāo)示法時(shí)間標(biāo)示法u各種時(shí)間的換算各種時(shí)間的換算u教材教材P154P154地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：u主要介紹主要介紹各種各種坐標(biāo)系坐標(biāo)系的的建立方法。建立方法。u教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)： u各種坐標(biāo)系的定義和相互關(guān)系。各種坐標(biāo)系的定義和相互關(guān)系。u教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：u各種

4、坐標(biāo)系定義和本質(zhì)的理解。各種坐標(biāo)系定義和本質(zhì)的理解。u教學(xué)要求：教學(xué)要求：u理解各種坐標(biāo)系統(tǒng)的定義和相互關(guān)系。理解各種坐標(biāo)系統(tǒng)的定義和相互關(guān)系。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u地形面：地形面：u 地球的自然表面，包含了地球外部的陸地地形地球的自然表面，包含了地球外部的陸地地形和海底地形，是一個(gè)極度不規(guī)則的面。和海底地形，是一個(gè)極度不規(guī)則的面。u大地水準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面：u 是一個(gè)物理參考面，是地球的一個(gè)重力等位面，是一個(gè)物理參考面，是地球的一個(gè)重力等位面，大部分與平均海水面一致。但是由于陸地質(zhì)量不大部分與平均海水面一致。但是由于陸地質(zhì)量不規(guī)則的影響，存在著局部的重力異常，使大地水規(guī)則的影響，存在著

5、局部的重力異常，使大地水準(zhǔn)面的形狀發(fā)生扭曲。準(zhǔn)面的形狀發(fā)生扭曲。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u常用坐標(biāo)系常用坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系/ /笛卡爾坐標(biāo)系：笛卡爾坐標(biāo)系：u原點(diǎn)為參考橢球的中心，原點(diǎn)為參考橢球的中心，Z Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行并指向參考橢球的北極，并指向參考橢球的北極，X X軸指向參考橢球的本軸指向參考橢球的本初子午線，初子午線，Y Y軸與軸與X X和和Z Z軸垂直，最終構(gòu)成一個(gè)右軸垂直，最終構(gòu)成一個(gè)右手系。手系。u優(yōu)點(diǎn)：數(shù)學(xué)公式簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：數(shù)學(xué)公式簡(jiǎn)單u缺點(diǎn)：地球表面上位置間的相互關(guān)系不直觀，沒(méi)缺點(diǎn)：地球表面上位置間的相互關(guān)系不直觀，沒(méi) 有明確的高程概念。

6、有明確的高程概念。u用途：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中介用途：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中介地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u參考橢球面：參考橢球面：是一個(gè)幾何參考面，與大地水準(zhǔn)面是一個(gè)幾何參考面，與大地水準(zhǔn)面非常接近的旋轉(zhuǎn)橢球面。參考橢球有很多種，根據(jù)不同需非常接近的旋轉(zhuǎn)橢球面。參考橢球有很多種，根據(jù)不同需要選擇不同的參考橢球面。要選擇不同的參考橢球面。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系/ /笛卡爾坐標(biāo)系：笛卡爾坐標(biāo)系：地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u 大地基準(zhǔn)大地基準(zhǔn) 指用于定義地球參考橢球的一系列參數(shù)，包括：指用于定義地球參考橢球的一系列參數(shù)，包括：u（1 1）橢球的大小和形狀：）橢球的大小和形狀：u 長(zhǎng)

7、半軸長(zhǎng)半軸a a，扁率，扁率f f，偏心率，偏心率e eu（2 2）短半軸指向：與地球自轉(zhuǎn)軸平行；）短半軸指向：與地球自轉(zhuǎn)軸平行；u（3 3）橢球中心：根據(jù)需要確定；）橢球中心：根據(jù)需要確定；u（4 4）本初子午線：經(jīng)度為零的子午線。）本初子午線：經(jīng)度為零的子午線。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系/ /橢球坐標(biāo)系橢球坐標(biāo)系u 以大地基準(zhǔn)為基礎(chǔ)建立的坐標(biāo)系備稱為大地坐以大地基準(zhǔn)為基礎(chǔ)建立的坐標(biāo)系備稱為大地坐標(biāo)系。由于大地坐標(biāo)系以參考橢球?yàn)榛A(chǔ)，因此標(biāo)系。由于大地坐標(biāo)系以參考橢球?yàn)榛A(chǔ)，因此大地坐標(biāo)系又被稱為橢球坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系又被稱為橢球坐標(biāo)系。 大地緯度：大地緯度：某點(diǎn)所處

8、子午面上所測(cè)得的赤道面某點(diǎn)所處子午面上所測(cè)得的赤道面與過(guò)該點(diǎn)的參考橢球面法線所夾的銳角。用符號(hào)與過(guò)該點(diǎn)的參考橢球面法線所夾的銳角。用符號(hào)B B表示，赤道以北為正。表示，赤道以北為正。 大地經(jīng)度：大地經(jīng)度：在赤道面上測(cè)的從本初子午線到該在赤道面上測(cè)的從本初子午線到該點(diǎn)所處子午面的夾角，用符號(hào)點(diǎn)所處子午面的夾角，用符號(hào)L L表示。表示。 大地高：大地高：從參考橢球面沿過(guò)該點(diǎn)的法線量到該從參考橢球面沿過(guò)該點(diǎn)的法線量到該點(diǎn)的距離，用符號(hào)點(diǎn)的距離，用符號(hào)H H表示。表示。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系/ /橢球坐標(biāo)系橢球坐標(biāo)系地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u站心坐標(biāo)站心坐標(biāo)系系u原點(diǎn)在

9、原點(diǎn)在P P0 0uU U軸與過(guò)軸與過(guò)P P0 0點(diǎn)的點(diǎn)的參考橢球面的法參考橢球面的法線重合，指向天線重合，指向天頂頂uN N軸垂直于軸垂直于U U軸軸指向參考橢球的指向參考橢球的短半軸短半軸地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u站心坐標(biāo)系站心坐標(biāo)系u進(jìn)行進(jìn)行GPSGPS觀測(cè)時(shí)，常常采用觀測(cè)時(shí)，常常采用GPSGPS衛(wèi)星相對(duì)于衛(wèi)星相對(duì)于測(cè)站的高度角、方位角來(lái)描述其空間中的測(cè)站的高度角、方位角來(lái)描述其空間中的方位。實(shí)際，如果再加上測(cè)站到衛(wèi)星的距方位。實(shí)際，如果再加上測(cè)站到衛(wèi)星的距離，就是一個(gè)完整的站心坐標(biāo)。離，就是一個(gè)完整的站心坐標(biāo)。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u平面平面/ /格網(wǎng)坐標(biāo)系格網(wǎng)坐標(biāo)系u 把球

10、面坐標(biāo)系中的位置關(guān)系通過(guò)把球面坐標(biāo)系中的位置關(guān)系通過(guò)投影投影的方式表的方式表達(dá)在平面上，得到的新的位置關(guān)系稱為平面（格達(dá)在平面上，得到的新的位置關(guān)系稱為平面（格網(wǎng)）坐標(biāo)系。網(wǎng)）坐標(biāo)系。u 由于球面或者橢球面是不可展曲面，因而一個(gè)由于球面或者橢球面是不可展曲面，因而一個(gè)在球面或橢球面上的物體在經(jīng)過(guò)投影后，必將在在球面或橢球面上的物體在經(jīng)過(guò)投影后，必將在幾何形狀上發(fā)生變化，即幾何形狀上發(fā)生變化，即投影變形投影變形。u 投影變形與進(jìn)行投影時(shí)所采用的投影函數(shù)有關(guān)。投影變形與進(jìn)行投影時(shí)所采用的投影函數(shù)有關(guān)。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系橫軸墨卡托投影橫軸墨卡托投影 是一種正形投影，并且投影后可保持投影前后

11、是一種正形投影，并且投影后可保持投影前后中央經(jīng)線長(zhǎng)度不變，也被稱為中央經(jīng)線長(zhǎng)度不變，也被稱為“高斯投影高斯投影”和和“高斯高斯- -克呂格投影克呂格投影”。 在高斯投影中，中央經(jīng)線的投影為在高斯投影中，中央經(jīng)線的投影為x x軸，北方軸，北方向?yàn)檎?；赤道的投影為向?yàn)檎?；赤道的投影為y y軸，東方向?yàn)檎?。軸，東方向?yàn)檎?根據(jù)我國(guó)有關(guān)測(cè)繪方面的法規(guī)規(guī)定，在國(guó)內(nèi)進(jìn)根據(jù)我國(guó)有關(guān)測(cè)繪方面的法規(guī)規(guī)定，在國(guó)內(nèi)進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，若需要進(jìn)行球面坐標(biāo)與平面坐標(biāo)行測(cè)量工作時(shí)，若需要進(jìn)行球面坐標(biāo)與平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，應(yīng)統(tǒng)一采用高斯投影。的轉(zhuǎn)換，應(yīng)統(tǒng)一采用高斯投影。 我國(guó)的北京我國(guó)的北京-1954-1954，西安，西安-19

12、80-1980，國(guó)家，國(guó)家-2000-2000大大地坐標(biāo)系均屬于此投影。地坐標(biāo)系均屬于此投影。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u幾種常用坐標(biāo)系幾種常用坐標(biāo)系uWGS-84WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系u北京北京-1954-1954坐標(biāo)系（舊）坐標(biāo)系（舊）u北京北京-1954-1954坐標(biāo)系（新）坐標(biāo)系（新）u西安西安-1980-1980坐標(biāo)系坐標(biāo)系u國(guó)家國(guó)家-2000-2000大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系u地方獨(dú)立坐標(biāo)系地方獨(dú)立坐標(biāo)系地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系uWGS-84WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系u WGS-84WGS-84坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，坐標(biāo)系的原點(diǎn)在地球質(zhì)心，Z Z軸指向軸指向BIH1984.0B

13、IH1984.0定義的協(xié)定地球極（定義的協(xié)定地球極（CTPCTP）方向，）方向，X X軸指向軸指向BIH1984.0BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTPCTP赤道的交點(diǎn)，赤道的交點(diǎn)，Y Y軸和軸和Z Z、X X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS-84WGS-84采用的橢球是國(guó)際大地采用的橢球是國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)第1717屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)推薦值，基本參數(shù)：薦值，基本參數(shù)：u長(zhǎng)半徑：長(zhǎng)半徑：a=6378137a=63781372 2（m m）u地球引力常數(shù)：地球引力常數(shù)：uGM=3986005GM=39860051010

14、8 8m m3 3s s-2-20.60.6108m108m3 3s s-2-2u自轉(zhuǎn)角速度：自轉(zhuǎn)角速度：u=7292115=72921151010-11-11radsrads-1-10.1500.1501010-11-11radsrads-1-1地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u北京北京-1954-1954坐標(biāo)系（舊）坐標(biāo)系（舊）u坐標(biāo)原點(diǎn)：前蘇聯(lián)的普爾科沃。坐標(biāo)原點(diǎn)：前蘇聯(lián)的普爾科沃。u參考橢球：克拉索夫斯基橢球。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。u平差方法：分區(qū)分期局部平差。平差方法：分區(qū)分期局部平差。u存在問(wèn)題：存在問(wèn)題：u（1 1）橢球參數(shù)有較大誤差。）橢球參數(shù)有較大誤差。u（2 2）參考橢球

15、面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面存在著自西）參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜。向東明顯的系統(tǒng)性傾斜。u（3 3）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。面不統(tǒng)一。u（4 4）定向不明確。）定向不明確。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u西安西安-1980-1980坐標(biāo)系坐標(biāo)系u坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。u參考橢球：參考橢球：19751975年國(guó)際橢球。年國(guó)際橢球。u平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。u特點(diǎn)：特點(diǎn)：u（1 1）采用）采用19751975年國(guó)際橢球。年國(guó)際橢球。u（2 2）參

16、心大地坐標(biāo)系是在）參心大地坐標(biāo)系是在19541954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。u（3 3）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合，是多點(diǎn)定位。u（4 4）定向明確。）定向明確。u（5 5）大地原點(diǎn)地處我國(guó)中部。）大地原點(diǎn)地處我國(guó)中部。u（6 6）大地高程基準(zhǔn)采用）大地高程基準(zhǔn)采用19561956年黃海高程。年黃海高程。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u北京北京-1954-1954坐標(biāo)系（新）坐標(biāo)系（新）u新新19541954年北京坐標(biāo)系（年北京坐標(biāo)系（BJ54BJ54新）是由新）是由19801980年國(guó)家年國(guó)家

17、大地坐標(biāo)系（大地坐標(biāo)系（GDZ80GDZ80）轉(zhuǎn)換得來(lái)的。）轉(zhuǎn)換得來(lái)的。u坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。坐標(biāo)原點(diǎn)：陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。u參考橢球：克拉索夫斯基橢球。參考橢球：克拉索夫斯基橢球。u平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。平差方法：天文大地網(wǎng)整體平差。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u北京北京-1954-1954坐標(biāo)系（新）坐標(biāo)系（新）uBJ54BJ54新的特點(diǎn)新的特點(diǎn) ：u（1 1）采用克拉索夫斯基橢球。）采用克拉索夫斯基橢球。u（2 2）是綜合）是綜合GDZ80GDZ80和和BJ54BJ54舊舊 建立起來(lái)的參心坐標(biāo)系。建立起來(lái)的參心坐標(biāo)系。u（3 3）采用多點(diǎn)定位。但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國(guó)

18、境內(nèi)不是）采用多點(diǎn)定位。但橢球面與大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)不是最佳擬合。最佳擬合。u（4 4）定向明確。）定向明確。u（5 5）大地原點(diǎn)與）大地原點(diǎn)與GDZ80GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。u（6 6）大地高程基準(zhǔn)采用）大地高程基準(zhǔn)采用19561956年黃海高程。年黃海高程。u（7 7）與）與BJ54BJ54舊舊 相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。但定向不同。u（8 8） BJ54 BJ54（舊）與（舊）與BJ54BJ54（新）無(wú)全國(guó)統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只（新）無(wú)全國(guó)統(tǒng)一的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只能進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換。能進(jìn)行局部轉(zhuǎn)換。地球坐標(biāo)參照系地球坐標(biāo)參照系u國(guó)家國(guó)家-2000-2000大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系u 我國(guó)當(dāng)前最新的國(guó)家大地坐標(biāo)系，英文名稱我國(guó)當(dāng)前最新的國(guó)家大地坐標(biāo)系，英文名稱為為China Geodetic Coordinate System 2000China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫為英文縮寫為CGCS2000CGCS2000。u 2000 2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)家大地坐標(biāo)系是全球地心坐標(biāo)系在我國(guó)的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)國(guó)的具體體現(xiàn)，其原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球的