大地測量學全冊配套完整課件

大地測量學全冊配套完整課件2

大地測量學基礎3課程的基本要求本課程的性質

專業(yè)基礎課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學生。本課程的教學內容與特點

為了適應新形勢下教學的需要，在原有課程的基礎上，刪除了陳舊過時的內容，增添了大量的新理論、新技術，內容廣泛。如地球重力學、實用天文學、橢球大地測量學、控制測量學、大地坐標系的建立與變換等相關內容。內容廣難深，授課課時短等特點。4本課程的教學安排與要求教學時間：共13周，總學時48學時。教學形式：以上課為主，包括課外討論、上機計算、課間與課外實習、課堂練習等。加強課外自學，培養(yǎng)學生的自學能力。本課程的重要參考文獻

1）《地球形狀與地球重力場》寧津生等編2）《橢球大地測量學》陳建等編3）《大地坐標系的建立》朱華統(tǒng)編4）《應用大地測量學》陳建等編5第一章緒論6

第一章緒論

§1大地測量學的定義和作用§2大地測量學的基本體系和內容§3大地測量學的發(fā)展簡史及展望

7§1大地測量學的定義和作用

1.1大地測量學的定義

是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地球空間信息的一門學科。經典大地測量：地球剛體不變、均勻旋轉橢球體；在一定范圍內測繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場。范圍小，不適動態(tài)監(jiān)測?，F(xiàn)代大地測量：空間測繪技術(人造地球衛(wèi)星、空間探測器)，空間大地測量為特征，范圍大。1.2大地測量學的作用大地測量學是一切測繪科學技術的基礎，在國民經濟建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著決定性的基礎保證作用。如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等

大地測量學在防災，減災，救災及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測與救援。大地測量是發(fā)展空間技術和國防建設的重要保障。如:衛(wèi)星、導彈、航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導、跟蹤、返回工作都需要大地測量作保證。8§2大地測量學基本體系和內容

2.1大地測量學的基本體系

應用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量平差等；新分支：海樣大地測量、行星大地測量、衛(wèi)星大地測量、地球動力學、慣性大地測量。大地測量的基本體系概括為以下三個分支：幾何大地測量學（即天文大地測量學）

基本任務：是確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。

主要內容：國家大地測量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準測量；地球橢球數(shù)學性質，橢球面上測量計算，橢球數(shù)學投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學模型等。9物理大地測量學：即理論大地測量學

基本任務：是用物理方法(重力測量)確定地球形狀及其外部重力場。

主要內容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場的理論與方法。空間大地測量學：主要研究以人造地球衛(wèi)星及其他空間探測器為代表的空間大地測量的理論、技術與方法。102.2大地測量學的基本內容

確定地球形狀及外部重力場及其隨時間的變化，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。

建立和維持國家和全球的測繪基準、坐標系統(tǒng)（天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)），以滿足國民經濟和國防建設的需要。

研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術方法。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學變換及有關大地測量計算。研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測量數(shù)據(jù)庫建立及應用等。

11現(xiàn)代大地測量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內部結構到動力過程。

⑶觀測精度越高，相對精度達到10-8~10-9，絕對精度可到達毫米。⑷測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復雜。

12§3大地測量學發(fā)展簡史及展望

3.1大地測量學的發(fā)展簡史

第一階段：地球圓球階段

從遠古至17世紀，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差，用大地法得到對應的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量）

第二階段：地球橢球階段

從17世紀至19世紀下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認識推進到向兩極略扁的橢球。

13

球形地球公元前６世紀希臘畢達哥拉斯提出“地圓說”

扁球形地球１６８７牛頓提出“地扁說”14大地測量儀器：望遠鏡，游標尺，十字絲，測微器；大地測量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測量法;行星運動定律：1619年德國的開普勒發(fā)表了行星運動三大定律；重力測量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進行重力測量的原理；英國物理學家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。幾何大地測量標志性成果：1)長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位為1m。2)最小二乘法的提出：法國的勒讓德，德國的高斯.3)橢球大地測量學的形成：解決了橢球上測量計算問題。4)弧度測量大規(guī)模展開。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測量。5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、克拉克橢球參數(shù)。15物理大地測量標志性成就：克萊羅定理的提出：法國學者克萊羅(A.C.Clairaut)假設地球是由許多密度不同的均勻物質層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準面)。該橢球面上緯度φ的一點的重力加速度按下式計算：16重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關系，法國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質的函數(shù)：在一個參考坐標系中，引力位對被吸引點三個坐標方向的一階導數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場緊密地聯(lián)系在一起。地殼均衡學說的提出：英國的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時提出地殼均衡學說，根據(jù)地殼均衡學說可導出均衡重力異常以用于重力歸算。重力測量有了進展。設計和生產了用于絕對重力測量以及用于相對重力測量的便攜式擺儀。極大地推動了重力測量的發(fā)展。17幾何大地測量學進展：

天文大地網(wǎng)的布設有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（1800－1900印度，一等三角網(wǎng)2萬公里，平均邊長45公里；1911－1935美國一等7萬公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬多公里)因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測微器的水準儀及因瓦水準尺使用。

第三階段：大地水準面階段

從19世紀下半葉至20世紀40年代，人們將對橢球的認識發(fā)展到是大地水準面包圍的大地體。

18物理大地測量在這階段的進展

1.大地測量邊值問題理論的提出

英國學者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動位兩部分，實際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準面為邊界面的擾動位計算公式和大地水準面起伏公式。后來，荷蘭學者維寧·曼尼茲(F.A.VeningMeinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準面為參考面的垂線偏差公式。

2.提出了新的橢球參數(shù)

赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。19第四階段：現(xiàn)代大地測量新時期

20世紀下半葉，以電磁波測距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長基線干涉測量等為代表的新的測量技術的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測量帶來了革命性的變革，大地測量學進入了以空間測量技術為代表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。

梨形地球20世紀50年代衛(wèi)星大地測量20

●

我國高精度天文大地網(wǎng)的建立

1951-1975年：一等三角點5萬多個，全長7.5多萬公里，二等鎖，一等導線等，1972－1982年平差數(shù)據(jù)處理，建立1980國家大地坐標系。

●

我國高精度重力網(wǎng)的建立

1981年開始絕對重力測量與相對重力測量，11個絕對重力點（基準點），40多個（基本點），重力網(wǎng)的平差，1985年國家重力基本網(wǎng)形成。

主要技術

EDM：ElectronicDistanceMeasure;

GPS:GlobalPositioningSystem;

VLBI:VeryLongBaselineInterferometry;SLR：SatelliteLaserRanging;INS:InertialNavigationSystem21223.2大地測量的展望全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，激光測衛(wèi)(SLR)以及甚長基線干涉測量(VLBI),慣性測量統(tǒng)(INS)是主導本學科發(fā)展的主要的空間大地測量技術

用衛(wèi)星測量、激光測衛(wèi)及甚長基線干涉測量等空間大地測量技術建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場，建立大地基準參考框架，監(jiān)測地殼形變，保證空間技術及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準等科技任務的基本技術方案。精化地球重力場模型是大地測量學的重要發(fā)展目標。

大地測量學基礎

丁士俊武漢大學測繪學院

聯(lián)系電話-mail:Shjding@課程簡介與基本要求課程簡介

專業(yè)基礎課，必修課；開課對象：測繪專業(yè)學生。為了適應新形勢下教學的需要，在原有課程的基礎上，刪除了陳舊過時的內容，增添了大量的新理論、新技術，內容廣泛。如地球重力學、實用天文學、橢球大地測量學、控制測量學、大地坐標系的建立與變換等相關內容。內容廣難深，授課課時短等特點。課程的教學安排教學時間：共13周，總學時52學時。教學形式：以上課為主，自學為輔，包括上機計算、課間與課外實習、課堂練習等。主要參考文獻[1]《地球形狀與地球重力場》寧津生等編[2]《橢球大地測量學》陳建等編[3]《大地坐標系的建立》朱華統(tǒng)編[4]《應用大地測量學》陳建等編課程學習的具體要求第一章緒論

第一章緒論

§1大地測量學的定義和作用§2大地測量學的基本體系和內容§3大地測量學的發(fā)展簡史及展望

§1大地測量學的定義和作用

1.1大地測量學的定義

大地測量學是指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供地球空間信息的一門學科。

經典大地測量：在一定范圍內測繪地球，研究其形狀、大小及其外部重力場。但研究范圍小，不適動態(tài)監(jiān)測。

現(xiàn)代大地測量：以空間測繪技術(人造地球衛(wèi)星、空間探測器)為主要特征，研究空間精密定位理論、技術與方法。

1.2大地測量學的作用大地測量學是一切測繪科學技術的基礎，在國民經濟建設中發(fā)揮著基礎性的作用。如交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等

土地規(guī)劃與城鎮(zhèn)建設高速鐵路建設大地測量學在防災，減災，救災及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊作用。如地震、山體滑坡、交通事故等的監(jiān)測與救援。三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測GPS大壩監(jiān)測大地測量是發(fā)展空間技術和國防建設的重要保障。如:衛(wèi)星、導彈、航天飛機、宇宙探測器等發(fā)射、制導、跟蹤、返回工作需要大地測量作保證。大地測量在地球科學研究中的地位顯得越來越重要。綜合各種大地測量技術與方法，能以高空間分辨率與時間分辨率測定全球、地區(qū)或局部的地殼運動，與其它地學學科一起共同揭示地球內部的奧秘。大地測量是其它測繪分支學科的基礎。該學科的發(fā)展極大的影響其它學科的發(fā)展。§2大地測量學基本體系和內容

2.1大地測量學的基本體系

應用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量平差等；新分支：海樣大地測量、行星大地測量、衛(wèi)星大地測量、地球動力學、慣性大地測量。大地測量的基本體系概括為以下三個分支幾何大地測量學（即天文大地測量學）

基本任務：確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。

主要內容：國家大地測量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準測量；地球橢球數(shù)學性質，橢球面上測量計算，橢球數(shù)學投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學模型等。物理大地測量學：即理論大地測量學

基本任務：是用物理方法(重力測量)確定地球形狀及其外部重力場。

主要內容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場的理論與方法?？臻g大地測量學：

主要研究以人造地球衛(wèi)星、空間探測器為代表的空間大地測量的理論、技術與方法。2.2大地測量學的基本內容

確定地球形狀及外部重力場及其隨時間的變化，研究地殼形變(包括垂直升降及水平位移)，測定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽系行星的形狀及重力場。

建立和維持國家和全球的測繪基準、坐標系統(tǒng)（天文大地水平控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和精密水準網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)），以滿足國民經濟和國防建設的需要。

研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術方法。研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學變換及有關大地測量計算。研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測量數(shù)據(jù)庫建立及應用等。

現(xiàn)代大地測量的特征：

⑴研究范圍大（全球：如地球兩極、海洋）⑵從靜態(tài)到動態(tài)，從地球內部結構到動力過程。

⑶觀測精度高，相對精度達到10-8~10-9，絕對精度毫米。⑷測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復雜。

§3大地測量學發(fā)展簡史及展望

3.1大地測量學的發(fā)展簡史

第一階段：地球圓球階段

從遠古至17世紀，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差，用大地法得到對應的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量）。

第二階段：地球橢球階段

從17世紀至19世紀下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球的認識推進到向兩極略扁的橢球。

球形地球公元前６世紀希臘畢達哥拉斯提出“地圓說”

扁球形地球１６８７牛頓提出“地扁說”大地測量儀器：望遠鏡，游標尺，十字絲，測微器；大地測量方法：1615年荷蘭斯涅耳(W.Snell)首創(chuàng)三角測量法;行星運動定律：1619年德國的開普勒發(fā)表了行星運動三大定律；重力測量：1673年荷蘭的惠更斯提出用擺進行重力測量的原理；英國物理學家牛頓(L.Newton)提出地球特征：1）是兩極扁平的旋轉橢球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由赤道向兩極與sin２φ(φ——地理緯度)成比例地增加。幾何大地測量標志性成果：

1)長度單位的建立：子午圈弧長的四千萬分之一作為長度單位為1m。2)最小二乘法的提出：法國的勒讓德，德國的高斯.3)橢球大地測量學的形成：解決了橢球上測量計算問題。4)弧度測量大規(guī)模展開。主要有以英、法、西班牙為代表的西歐弧度測量，以及德國、俄國、美國等為代表的三角測量。5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。如貝賽爾、克拉克橢球參數(shù)。物理大地測量標志性成就：克萊羅定理的提出：法國學者克萊羅(A.C.Clairaut)假設地球是由許多密度不同的均勻物質層圈組成的橢球體，這些橢球面都是重力等位面(即水準面)。該橢球面上緯度φ的一點的重力加速度按下式計算：重力位函數(shù)的提出：為了確定重力與地球形狀的關系，法國的勒讓德提出了位函數(shù)的概念。所謂位函數(shù)，即是有這種性質的函數(shù)：在一個參考坐標系中，引力位對被吸引點三個坐標方向的一階導數(shù)等于引力在該方向上的分力。研究地球形狀可借助于研究等位面。因此，位函數(shù)把地球形狀和重力場緊密地聯(lián)系在一起。地殼均衡學說的提出：英國的普拉特(J.H.Pratt)和艾黎(G.B.Airy)幾乎同時提出地殼均衡學說，根據(jù)地殼均衡學說可導出均衡重力異常以用于重力歸算。重力測量有了進展。設計和生產了用于絕對重力測量以及用于相對重力測量的便攜式擺儀。極大地推動了重力測量的發(fā)展。幾何大地測量學進展：

天文大地網(wǎng)的布設有了重大發(fā)展。全球三大天文大地網(wǎng)的建立（1800－1900印度，一等三角網(wǎng)2萬公里，平均邊長45公里；1911－1935美國一等7萬公里；1924-1950蘇聯(lián)，7萬多公里)因瓦基線尺出現(xiàn)，平行玻璃板測微器水準儀及因瓦水準尺使用。

第三階段：大地水準面階段

從19世紀下半葉至20世紀40年代，人們將對橢球的認識發(fā)展到是大地水準面包圍的大地體。

梨形地球20世紀50年代衛(wèi)星大地測量物理大地測量在這階段的進展

1.大地測量邊值問題理論的提出

英國學者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重力位分為正常重力位和擾動位兩部分，實際的重力分為正常重力和重力異常兩部分，在某些假定條件下進行簡化，通過重力異常的積分，提出了以大地水準面為邊界面的擾動位計算公式和大地水準面起伏公式。后來，荷蘭學者維寧·曼尼茲(F.A.VeningMeinesz)根據(jù)斯托克司公式推出了以大地水準面為參考面的垂線偏差公式。

2.提出了新的橢球參數(shù)

赫爾默特橢球、海福特橢球、克拉索夫斯基橢球等。我國高精度天文大地網(wǎng)的建立

1951-1975年：一等三角點5萬多個，全長7.5多萬公里，二等鎖，一等導線等，1972－1982年平差數(shù)據(jù)處理，1980國家大地坐標系。我國高精度重力網(wǎng)的建立

1981年開始絕對與相對重力測量，11個絕對重力點（基準點），40多個（基本點），重力網(wǎng)的平差，1985年國家重力基本網(wǎng)形成。

主要技術

EDM,

GPS,VLBI:SLR;INS:

20世紀下半葉，以電磁波測距、人造地球衛(wèi)星定位系統(tǒng)及甚長基線干涉測量等為代表的新的測量技術的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測量帶來了革命性的變革，大地測量學進入了以空間測量技術為代表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。第四階段：現(xiàn)代大地測量新時期

3.2大地測量的展望全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，激光測衛(wèi)(SLR)以及甚長基線干涉測量(VLBI),慣性測量統(tǒng)(INS)是主導本學科發(fā)展的主要空間大地測量技術

用衛(wèi)星測量、激光測衛(wèi)及甚長基線干涉測量等空間大地測量技術建立大規(guī)模、高精度、多用途的空間大地測量控制網(wǎng)，是確定地球基本參數(shù)及其重力場，建立大地基準參考框架，監(jiān)測地殼形變，保證空間技術及戰(zhàn)略武器發(fā)展的地面基準等科技任務的主要技術方案。精化地球重力場模型是大地測量學的重要發(fā)展目標。

第二章坐標與時間系統(tǒng)天文學的基本概念地球運轉可分為四類：1）與銀河系一起在宇宙中運動；2)在銀河系內與太陽一起旋轉；3)與其它行星一起繞太陽旋轉(地球公轉-周年視運動）；4)地球的自轉（周日視運動）。2.1地球的運動所謂天球，是指以地球質心O為中心，半徑r為任意長度的一個假想的球體。在天文學中，通常把天體投影到天球的球面上，并利用球面坐標來表達或研究天體的位置及天體之間的關系。天球的概念地球的運轉2.1地球的運動

天軸與天極:地球自轉軸的延伸直線為天軸，天軸與天球的交點PN和PS稱為天極，其中PN稱為北天極，PS為南天極。

天球赤道面與天球赤道:通過地球質心O與天軸垂直的平面稱為天球赤道面。天球赤道面與地球赤道面相重合。該赤道面與天球相交的大圓稱為天球赤道。天球的參考點、線、面2.1地球的運動（續(xù)）天球子午面與子午圈:含天軸并通過任一點鉛垂線的平面，稱為天球子午面，天球子午面與天球相交的大園稱為天球子午圈。時圈:通過天軸的平面與天球相交的大圓均稱為時圈。黃道:地球公轉的軌道面(黃道面)與天球相交的大園稱為黃道。黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤交角，約為23.5度。黃極:通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點，稱為黃極。其中靠近北天極的交點稱為北黃極，靠近南天極的交點稱為南黃極。春分點與秋分點:黃道與赤道的兩個交點稱為春分點和秋分點。視太陽在黃道上從南半球向北半球運動時，黃道與天球赤道的交點稱為春分點，用γ表示。在天文學中和研究衛(wèi)星運動時，春分點和天球赤道面，是建立參考系的重要基準點和基準面

赤經與赤緯:

地球的中心至天體的連線與天球赤道面的夾角稱為赤緯,春分點的天球子午面與過天體的天球子午面的夾角為赤經。2.1地球的運動（續(xù)）北天極南黃極北黃極天球子午圈天軸南天極春分點赤緯赤經黃赤交角天球的參考點、線、面和園

1、地球的公轉

開普勒三大運動定律：

—運動的軌跡是橢圓，太陽位于其橢圓的一個焦點上；—在單位時間內掃過的面積相等；

—運動的周期的平方與軌道的長半軸的立方的比為常數(shù)。2.1地球的運動（續(xù)）開普勒三大定律決定了地球繞太陽旋轉的特征：1）橢圓軌道（黃道）2）軌道上運動速度，近日點14710km,遠日點15210km.3)運行時間由長半軸大小決定，一恒星年。

2、地球的自轉

(1)地軸方向相對于空間變化歲差和章動

地球自轉軸在空間的變化，是日月引力的共同結果。使得地球的旋轉軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉，類似于旋轉陀螺，形成一個倒圓錐體(見圖),其錐角等于黃赤交角ε=23.5o

，旋轉周期為26000年，這種運動稱為日月歲差，其它行星對地球的微小引力，不足以改變地軸的方向，但使黃道面產生微小變化，導致春分點位置產生微小變化，這種現(xiàn)象為行星歲差，統(tǒng)稱為歲差，是地軸方向相對于空間的長周期運動。歲差使春分點每年向西移動50.3″2.1地球的運動（續(xù)）2.1地球的運動（續(xù)）

月球繞地球旋轉的軌道稱為白道，月球運行的軌道以及月地之間距離是不斷變化的，使得月球引力產生的大小和方向不斷變化，從而導致北天極在天球上繞黃極旋轉的軌道不是平滑的小園，而是類似園的波浪曲線向西運動，即地球旋轉軸在歲差的基礎上疊加周期為18.6年且振幅為9.21″的短周期運動。這種現(xiàn)象稱為章動。

考慮歲差和章動的共同影響：

真（瞬時）旋轉軸

真（瞬時）天極

真（瞬時）天球赤道

真（瞬時）春分點考慮歲差的影響：瞬時平天極。2.1地球的運動（續(xù)）

(2)地軸相對于地球本身相對位置變化（極移）

地球自轉軸存在相對于地球體自身內部結構的相對位置變化，從而導致極點在地球表面上的位置隨時間而變化，這種現(xiàn)象稱為極移。某一觀測瞬間地球極所在的位置稱為瞬時極，某段時間內地極的平均位置稱為平極。1967年天文聯(lián)合會(IAU)和大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG)采用國際上5個緯度服務(ILS)站以1900～1905年的觀測結果，定義一個1903.0平極，通常稱為國際協(xié)議原點CIO

(ConventionalInternationalOrigin)

2.1地球的運動（續(xù)）國際極移服務(IPMS,1962)和國際時間局(BIH,1919)等機構分別用不同的方法得到協(xié)議地球極（CTP），1984.0為參考歷元的CPT被廣泛使用，WGS1984、ITRF框架采用BIH1984.0的CPT作為Z軸的指向。與CIO相應的地球赤道面稱為協(xié)議赤道面。2.1地球的運動（續(xù)）(3)地球自轉速度變化（日長變化）

地球自轉不是均勻的，存在著多種短周期變化和長期變化，短周期變化是由于地球周期性潮汐影響，長期變化表現(xiàn)為地球自轉速度緩慢變小。地球的自轉速度變化，導致日長的視擾動和緩慢變長，從而使以地球自轉為基準的時間尺度產生變化。Y(West)X(Greenwich)2.1地球的運動（續(xù)）2.2時間系統(tǒng)

大地測量學研究的對象是隨時間變化的，其觀測量與時間密切相關。在衛(wèi)星導航與定位中時間是重要參數(shù)。時間的描述包括時間原點、單位（尺度）兩大要素。時間是物質運動過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時間單位的基本原則是選取一種物質的運動。時間的特點是連續(xù)、均勻。地球定向參數(shù)EOP):描述地球自轉運動規(guī)律(歲差、章動、極移、自轉速度變化)的參數(shù)。地球自轉參數(shù)(ERP)：描述地球自轉速度變化的參數(shù)和描述極移的參數(shù)。

EOP=ERP+歲差+章動其數(shù)值可以在國際地球旋轉服務(IERS)網(wǎng)站()上得到。周期運動滿足如下三項要求，可以作為計量時間的方法。運動是連續(xù)的；

運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性；

運動是可觀測的。選取的物理對象不同，時間的定義不同:地球自轉、公轉、物質的振動等都可作為計量時間的方法。幾種較常用時間系統(tǒng)：恒星時（ST=SiderealTime)；平太陽時(MT)世界時；歷書時與力學時；原子時協(xié)調世界時GPS時間系統(tǒng)2.2時間系統(tǒng)恒星時(ST=SiderealTime)以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為恒星時。春分點連續(xù)兩次經過同一子午圈上中天的時間間隔為一個恒星日，分為24個恒星時，某一地點的地方恒星時，在數(shù)值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。上中天：天體經過某地子午圈為天體中天，過上子午圈為上中天。

地方真恒星時(LAST)、地方平恒星時(LMST)、格林尼治真恒星時(GAST)、格林尼治平恒星時(GMST)之間的關系：

2.2時間系統(tǒng)2.2時間系統(tǒng)(續(xù))2.2時間系統(tǒng)(續(xù))

由于歲差與章動的影響，春分點分為真春分點與平春分點，恒星時分為真恒星時(LAST)與平恒星時(LMST)。式中：為黃經章動;為黃赤交角為J2000.0至計算歷元間的儒略世紀數(shù)。2.2時間系統(tǒng)(續(xù))世界時UT（UniversalTime）以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為真太陽時。真太陽日就是真太陽連續(xù)兩次經過某地的上中天（上子午圈）所經歷的時間。

地球繞太陽公轉的速度不均勻。近日點快、遠日點慢。真太陽日在近日點最長、遠日點最短。太陽的周年視運動

地球的公轉速度不斷變化，在軌道的任何地方真太陽日彼此都不相等。假設以平太陽為參考點，其速度等于真太陽周年運動的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經過同一子午圈的時間間隔，稱為一個平太陽日AqBq時間系統(tǒng)(續(xù))1回歸年長＝365.2422平太陽日＝366.2422恒星日1平太陽日＝（1＋1/365.2422)恒星日民用中采用：整年為365天，閏年為366天（每4年閏一年）

平太陽日：以平子夜的瞬時作為時間的起算零點。平太陽兩次經過春分點的時間間隔為一回歸年

。以格林尼治平子夜為零時起算的平太陽時稱為世界時。未經任何改正的世界時表示為UT0，經過極移改正的世界時表示為UT1，進一步經過地球自轉速度的季節(jié)性改正后的世界時表示為UT2。UT1=UT0+Δλ,UT2=UT1+ΔT

儒略日JD=JulianDay:

一種不用年﹑月的長期計日法。儒略日的定義的起點：公元前4713年1月1日格林尼治時間平午(世界時12:00)，以平太陽日連續(xù)計算.其計算方法很多，參考相關教材。J2000.0（2000年1月1日112時）相應的儒略日為2451545.0。1900年3月以后的格林尼治午正的儒略日計算方法：

通常采用簡化儒略日MJD：MJD=JD-2400000.5

MJD相應的起點是1858年11月17日世界時0時。36525個平太陽日稱為一個儒略世紀。時間系統(tǒng)(續(xù))時間系統(tǒng)(續(xù))

儒略歷:

公元前46年，羅馬執(zhí)政官儒略·凱撒頒布儒略歷，平年365天，閏年366天。除2月外，單數(shù)月份31天，偶數(shù)月份30天。2月份平年29天，閏年30天。每隔3年置一閏年，每年的平均長度是365.25天.

缺點：(365.25-365.2422)*400=3.1244（天）

奧古斯都歷:

儒略·凱撒的侄子屋大維修改儒略歷。將8月改成31天，將9、10、11、12月的大小月對換，并從2月份扣去一天，成為平年28天，閏年29天。

歷書的來歷：時間系統(tǒng)(續(xù))公歷的特點：平均年長度：(365*400+97)/400=365.2425天。與回歸年差：(365.2425-365.242189)*400=0.1244。3300年內：(365.2425-365.242189)*3300=1

天。

格里高利歷（格利歷）—公歷

公元1582年3月1日，羅馬教皇格里高利十三世頒布了格里高利歷，規(guī)定凡是不能被4整除的世紀年（即年末尾數(shù)字為兩個零的年份，如1600、1700）都不能算作閏年，則正好每400年去掉3天，在公歷中，每400年有97個閏年。格利歷是目前全世界通用的公歷，我國從1912起采用。時間系統(tǒng)(續(xù))歷書時ET=Ephemeristime在天文年歷中，計算與觀測采用時間單位不同，觀測所得天體位置與計算出來的天體位置有差異。1958年第10屆IAU決定，自1960年起開始以地球公轉運動為基準的歷書時來量度時間，用歷書時系統(tǒng)代替世界時。定義地球兩次通過春分點的時間間隔為1回歸年，等于365.2422平太陽日，起始歷元定為1900年1月1日12時，秒長規(guī)定為1900年1月1日12時整回歸年長度的1／31556925.9747，據(jù)此描述天體運動及編制天體年歷表。

時間系統(tǒng)(續(xù))在天文學中，天體的星歷是根據(jù)天體動力學理論建立的運動方程編寫，根據(jù)廣義相對論，太陽質心系與地球質心系的時間不相同，1976年IAU定義了兩坐標系的時間TDB與TDT。其獨立變量是以時間為參數(shù),定義為力學時。TDT和TDB可以看作是ET分別在兩個坐標系中的實現(xiàn)，TDT代替了過去的ET。地球質心力學時的基本單位國際秒制，與原子時的尺度相同,TDT的計量采用原子鐘實現(xiàn)。

IAU規(guī)定：1977年1月1日原子時（TAI）0時與地球力學時嚴格對應，兩者的起點不同，其關系式為

TDT=TAI+32.184。力學時DT=Dynamicaltine時間系統(tǒng)(續(xù))原子時(AT)原子時是一種以原子諧振信號周期為標準。原子時的基本單位是原子時秒。

定義：在零磁場下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個超精細能級間躍遷輻射192631770周所持續(xù)的時間為原子時秒，規(guī)定為國際單位制中的時間單位。

原子時原點定義：1958年1月1日UT2的0時。

AT=UT2－0.0039(s)地球自轉的不均性，原子時與世界時的誤差逐年積累。時間系統(tǒng)(續(xù))協(xié)調世界時(UTC)原子時與地球自轉沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，秒長不等，大約每年相差1秒，便于日常使用，協(xié)調好兩者的關系，建立以原子時秒長為計量單位、在時刻上與平太陽時之差小于0.9秒的時間系統(tǒng)，稱之為世界協(xié)調時(UTC)。當大于0.9秒，采用12月31日或6月30日調秒。調秒由國際計量局來確定公布。世界各國發(fā)布的時號均以UTC為準。

TAI=UTC+1×n(秒）時間系統(tǒng)(續(xù))GPS時間系統(tǒng)時間的計量對于衛(wèi)星定軌、地面點與衛(wèi)星之間距離測量至關重要，精確定時設備是導航定位衛(wèi)星的重要組成部分。GPS的時間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實驗室USNO維持的原子時稱為GPST，它與國際原子的原點不同，瞬時相差一常量：

TAI－GPST=19(s)GPST的起點規(guī)定1980年1月6日0時GPS與UTC相等。

GPST=UTC+1×n-19

GPST與UTC的關系：

1cm點位誤差時間的精度要求：dT1≤2x10-5SdT2≤1x10-6SdT3≤1x10-10S時間系統(tǒng)(續(xù))

基準是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)（如參考橢球的長短半軸），以及參考橢球在空間中的定位及定向，還包括描述這些位置時所采用的單位長度的定義。測量常用的基準包括平面基準、高程基準、重力基準

等。

2.3.1基本概念1、大地基準2、天球(見前面補充內容）2.3坐標系統(tǒng)大地測量系統(tǒng)與參考框架

大地測量系統(tǒng)：地測量起算基準、尺度標準及其實現(xiàn)方式（理論、模型與方法）構成大地測量系統(tǒng)。大地測量參考系統(tǒng)是通過大地測量參考框架實現(xiàn)。

大地測量參考框架：通過大地測量手段，由固定在地面上的點所構成的大地網(wǎng)(點）按大地測量系統(tǒng)所規(guī)定的模式構建的，是大地測量系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。大地測量系統(tǒng)是總體概念，大地測量參考框架是大地測量系統(tǒng)的具體的應用形式。

大地測量系統(tǒng)包括：坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、重力參考系統(tǒng)。大地測量參考框架包括：坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架。3、大地測量參考系統(tǒng)與大地測量參考框架

坐標參考系統(tǒng)與坐標參考框架坐標參考系統(tǒng)：天球坐標系：用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運動。2.3坐標系統(tǒng)(續(xù))天球坐標系地球坐標系地球坐標系：用于研究地球上物體的定位與運動。是以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)，根據(jù)其原點的位置不同，分為參心坐標系統(tǒng)與地心坐標系統(tǒng)，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式。坐標參考框架：2.3坐標系統(tǒng)(續(xù))傳統(tǒng)測量坐標參考框架是由天文大地網(wǎng)來實現(xiàn)的，一般定義在參心坐標系中，是一種區(qū)域、二維、靜態(tài)的地球參考框架。50~80年代，建立了北京1954參心坐標參考框架、西安1980參心坐標參考框架。國家平面坐標參考框架按控制網(wǎng)的等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，包含三角點、導線點共計15萬多個。新一代坐標參考框架為2000國家GPS控制網(wǎng)。該網(wǎng)國家測繪局布設的高精度GPSA、B級網(wǎng)，總參布設的GPS一、二級網(wǎng)，地震局、總參測繪局、科學院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網(wǎng)組成，該控制網(wǎng)整合了上述三個大型的有重要影響力的GPS觀測網(wǎng)的成果，共2609個點，通過聯(lián)合處理建立了CGCS2000，可滿足現(xiàn)代測量技術對地心坐標的需求，是我國新一代的地心坐標系統(tǒng)的基礎框架。高程參考系統(tǒng)與參考框架高程基準：

區(qū)域性高程基準可以由驗潮站的長期平均海水面來確定，通常定義該平均海水面的高程為零。平均海水面通常稱為高程的基準面。

高程基準面的確定：在地面上預先設置一固定點（組），利用精密水準測量聯(lián)測固定點與該平均海水面的高差，從而確定該固定點（組)的海拔高程。該固定點稱為水準原點。水準原點的高程就是區(qū)域性水準測量的起算點。國家高程基準：

1987年以前,“1956年國家高程基準”.水準原點高程為72.289m

1988年1月1日,“1985國家高程基準”,水準原點的高程為72.260.“1985國家高程基準”的平均海水面比“1956年國家高程基準”的平均海水面高0.029m。

高程系統(tǒng)與參考框架

高程系統(tǒng)與參考框架

常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。

大地高系統(tǒng)：是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。同一個點，在不同的基準下，具有不同的大地高。正高系統(tǒng)：是以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。點的正高是該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離。正常高系統(tǒng)：是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng)。點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離。

高程參考系統(tǒng)國家高程系統(tǒng):

正常高系統(tǒng)

。GeoidEllipsoidNhTopographyOceanHGeodeticHeightOrthometricHeightGeoidHeight83高程框架是高程系統(tǒng)的實現(xiàn)。我國高程框架由全國高精度水準網(wǎng)實現(xiàn)，以黃海高程基準為起算基準,以正常高系統(tǒng)為水準高差的傳遞方式。水準高程框架分為四個等級,為國家一、二、三、四等水準控制網(wǎng)?？蚣茳c的正常高采用逐級控制布設,其現(xiàn)勢性通過一等水準網(wǎng)的定期復測和二等網(wǎng)的部分復測來維護。①第一期主要是1976年以前完成的,以1956年黃海高程基準起算的各等級水準網(wǎng)；②第二期主要是1976年至1990年完成,以“1985國家高程基準”起算的國家一、二等水準網(wǎng);

高程系統(tǒng)與參考框架高程參考框架③第三期是1990年以后國家一等水準網(wǎng)的復測和局部地區(qū)二等水準網(wǎng)的復測,現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內業(yè)平差計算工作,成果已提供使用。高程框架的另一種形式可以通過似大地水準面來實現(xiàn)。高程系統(tǒng)與參考框架廣東省一二等水準路線略圖重力參考系統(tǒng)與重力測量框架重力基準和參考系統(tǒng)

重力基準是標定一個國家或地區(qū)重力值的標準。20世紀70年代以前我國采用波茨坦重力基準，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。80年我國重力基準采用經國際比對的高精度相對重力儀自行測定，參考系統(tǒng)是IUGG75橢球常數(shù)。21世紀初，我國采用高精度絕對和相對重力儀測定我國新的重力基準，目前重力基準的參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)。重力參考框架

重力參考框架由分布在我國的若干絕對重力點和相對重力點構成的重力網(wǎng)，以及用做相對重力尺度標準的若干重力長短基線構成。

重力參考系統(tǒng)與框架

重力測量基本概念（補充）重力基準點：用高精度絕對重力儀測定其重力值，國家重力控制網(wǎng)的起算基準點。重力基準：國家重力控制網(wǎng)中的基準點構成國家重力基準。重力基本點；以基準點為起算點，通過相對重力儀聯(lián)測與整體平差確定的重力控制點。引點：從基本點一等點按同等級聯(lián)測精度以支線聯(lián)測的重力點。段差：重力測量中，相鄰兩個點間的重力差。測線：閉合測線與附合測線。

重力參考框架的現(xiàn)狀國家重力基本網(wǎng)是確定我國重力加速度數(shù)值的參考框架，目前提供使用的2000國家重力基本網(wǎng)包括21個重力基準點和126個重力基本點與基本點引點112個。重力參考系統(tǒng)與框架2.3坐標系統(tǒng)(續(xù))橢球的類型:

參考橢球:具有確定參數(shù)(長半徑a和扁率α)，經過局部定位和定向，同某一地區(qū)大地水準面最佳擬合的地球橢球。

總地球橢球:

除了滿足地心定位和雙平行條件外，在確定橢球參數(shù)時能使它在全球范圍內與大地體最密合的地球橢球。橢球定位:

確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部定位和地心定位。局部定位：要求在一定范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求。地心定位：要求在全球范圍內橢球面與大地水準面最佳的符合，同時要求橢球中心與地球質心一致。4、橢球定位和定向概念2.3坐標系統(tǒng)(續(xù))2.3.2慣性坐標系(CIS)與協(xié)議坐標系慣性坐標系：指在空間固定不動或做勻速直線運動的坐標系。協(xié)議慣性坐標系：由于地球的旋轉軸是不斷變化的，通常約定某一刻t0作為參考歷元，把該時刻對應的瞬時自轉軸經歲差和章動改正后的指向作為Z軸，以對應的春分點為X軸的指向點，以XOY的垂直方向為Y軸建立天球坐標系，稱為協(xié)議天球坐標系或協(xié)議慣性坐標系CIS(ConventionalInertialSystem)

橢球的定向

指確定橢球旋轉軸的方向，不論是局部定位還是地心定位，都應滿足兩個平行條件：①橢球短軸平行于地球自轉軸；②大地起始子午面平行于天文起始子午面。坐標系統(tǒng)(續(xù))國際大地測量協(xié)會IAG和國際天文學聯(lián)合會IAU決定，從1984年1月1日起采用以J2000.0(2000年1月1日12時)的平赤道和平春分點為依據(jù)的協(xié)議天球坐標系.協(xié)議天球坐標系瞬時平天球標系瞬時真天球標系協(xié)議天球坐標系轉換到瞬時平天球坐標系

協(xié)議天球坐標系與瞬時平天球坐標系的差異是歲差導致的Z軸方向發(fā)生變化產生的，通過對協(xié)議天球坐標系的坐標軸旋轉，就可以實現(xiàn)兩者之間的坐標變換。坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))為觀測歷元t的儒略日。P為歲差旋轉矩陣，為歲差參數(shù)。坐標系統(tǒng)(續(xù))瞬時平天球坐標轉換到瞬時真天球坐標瞬時真天球坐標系與瞬時平天球坐標系的差異主要是地球自轉軸的章動造成的，兩者之間的相互轉換可以通過章動旋轉矩陣來實現(xiàn)。合并上述兩式：協(xié)議與瞬時天球坐標系的關系式中其它系數(shù)從IAU章動表中得到。坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))2.3.3地固坐標系（地球坐標系）以參考橢球為基準的坐標系，與地球體固連在一起與地球同步運動，參考橢球的中心為原點的坐標系,稱為參心地固坐標系。以總地球橢球為基準的坐標系.與地球體固連在一起且與地球同步運動，地心為原點的坐標系,又稱為地心地固坐標系。

特點：地面上點坐標在地固坐標系中不變（不考慮潮汐、板塊運動），在天球坐標系中是變化的(地球自轉).坐標系統(tǒng)是由坐標原點位置、坐標軸的指向和尺度所定義的，對于地固坐標系，坐標原點選在參考橢球中心或地心，坐標軸的指向具有一定的選擇性，國際上通用的坐標系一般采用協(xié)議地極方向CTP)作為Z軸指向，因而稱為協(xié)議(地固）坐標系。與其相對應坐標系瞬時地球坐標系稱為瞬時(地固）坐標系.1）協(xié)議地球坐標系與瞬時地球坐標系的轉換

——極移的影響；——極移參數(shù)的確定；坐標系統(tǒng)(續(xù))極移參數(shù)國際地球自轉服務組織IERS根據(jù)所屬臺站的觀測資料推算得到并以公報形式發(fā)布，由此可以實現(xiàn)兩種坐標系之間的相互變換。坐標系統(tǒng)(續(xù))2）瞬時地球坐標系與瞬時天球坐標系的關系坐標系統(tǒng)(續(xù))1.協(xié)議地球坐標與瞬時地球坐標的關系3.瞬時天球坐標與協(xié)議天球坐標的關系2.瞬時地球坐標與瞬時天球坐標的關系

協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的關系

定義：參心坐標系統(tǒng)的原點位于參考橢球體的中心，Z軸即橢球的旋轉軸與地球的自轉軸平行，X軸指向平行于天文起始子午面的大地子午面與赤道面的交點，Y軸與X和Z軸構成右手坐標系。3）參心坐標系統(tǒng)

參心坐標系的建立：建立地球參心坐標系，需如下幾個方面的工作：選擇或求定橢球的幾何參數(shù)(半徑a和扁率α)。確定橢球中心的位置(橢球定位)。確定橢球短軸的指向(橢球定向)。建立大地原點。坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))參考橢球定位、定向與大地原點橢球的定位與定向是建立地球與參考橢球之間的位置關系。具體方法：選擇一合適點作為大地原點，在大地原點上進天文觀測與高程測量，得到該點天文經緯度與正高，與某一相鄰點的天文方位角。以大地原點垂線偏差分量（子午線與卯酉線方向）、大地水準面差距以及三個旋轉角等為參數(shù)，根據(jù)廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程：坐標系統(tǒng)(續(xù))顧及到雙平行條件，滿足：一點定位如果選擇大地原點：則大地原點的坐標為：坐標系統(tǒng)(續(xù))廣義弧度測量方程:設垂線偏差與大地水準面公式:多點定位：

坐標系統(tǒng)(續(xù))由空間直角坐標與大地坐標的關系，取全微分可得：坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))因為兩個不同空間直角坐標系的關系滿足（七參數(shù)模型）：由上式舍棄旋轉角與尺度差乘積的二次項可得：坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))上式稱為廣義弧度測量方程。特殊情況下：多點定位滿足下列條件坐標系統(tǒng)(續(xù))

多點定位的過程：1)由廣義弧度測量方程，采用最小二乘法求參數(shù)；橢球參數(shù):旋轉參數(shù):新的橢球參數(shù)：2)由廣義弧度測量方程計算大地原點；3)廣義垂線偏差公式與廣義拉普拉斯方程計算。大地原點也叫大地基準點或大地起算點，參考橢球參數(shù)和大地原點上的起算數(shù)據(jù)的確立是一個參心大地坐標系建成的標志。

坐標系統(tǒng)(續(xù))大地原點和大地起算數(shù)據(jù)大地原點的作用？1954年北京坐標系1954年北京坐標系是前蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸。它的原點在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應的橢球為克拉索夫斯基橢球。

坐標系統(tǒng)(續(xù))1954年北京坐標系的特點:1）參心坐標；2）克拉索夫斯基橢球；3）多點定位；4）原點在普爾科沃；5）高程異常以蘇聯(lián)1955平差結果為起算值，沿我國天文水準路線推算得到。1954年北京坐標系的缺限:橢球參數(shù)有較大誤差。參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準面差距最大達+68m。幾何大地測量和物理大地測量應用的參考面不統(tǒng)一。定向不明確。按最小二乘法求大地原點的起算數(shù)據(jù).坐標系統(tǒng)(續(xù))

1980年國家大地坐標系

建立的方法：1980和1954年北京坐標系的成果是不同的。差異在于它們各屬不同橢球、不同的橢球定位與定向，前者是經過整體平差，而后者只是作了局部平差。

坐標系統(tǒng)(續(xù))1980年國家大地坐標系的特點：

采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會IUGG第16屆大會上推薦的4個橢球基本參數(shù)。長半徑a=6378140m,

地心引力常數(shù)GM=3.986005×1014m3/s2重力場二階帶球諧系數(shù)J2=1.08263×10-8自轉角速度ω=7.292115×10-5rad/s在1954年北京坐標系基礎上建立起來的。橢球面同似大地水準面在我國境內最為密合，多點定位。定向明確。橢球短軸平行于地球質心指向地極原點JYD1968.0的方向。大地原點地處我國中部，位于西安市以北60km處的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。

大地高程基準采用1956年黃海高程系。坐標系統(tǒng)(續(xù))新1954年北京坐標系(BJ54新)

新1954年北京坐標系,是在GDZ80基礎上，改變GDZ80相對應的IUGG1975橢球幾何參數(shù)為克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并將坐標原點(橢球中心)平移,使坐標軸保持平行而建立起來的。坐標系統(tǒng)(續(xù))

BJ54新的特點是：采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。采用多點定位。定向明確，坐標軸與GDZ80相平行，橢球短軸平行于地球質心指向1968.0地極原點的方向。

大地原點與GDZ80相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。高程基準采用1956年黃海高程系。

與BJ54相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。坐標系統(tǒng)(續(xù))地心坐標系統(tǒng)滿足以下四個條件：原點位于整個地球的質心（包括海洋和大氣）尺度是相對論意義下某一局部地球框架內的尺度。定向為國際時間局測定的某一歷元的協(xié)議地極和零子午線，稱為地球的定向參數(shù)EOP。定向隨時間的演變滿足地殼無整體的約束條件。通俗化的定義：原點位于地球的質心;Z軸與X軸的定向某一歷元的EOP參數(shù)確定;Y軸與X、Z構成空間右手坐標系。4）地心坐標系統(tǒng)坐標系統(tǒng)(續(xù))地心地固坐標系的建立方法:通過一定的資料，包括地心系統(tǒng)和參心系統(tǒng)的資料，求得地心和參心坐標系之間的轉換參數(shù)，然后按其轉換參數(shù)和參心坐標，間接求得點的地心坐標的方法。通過一定的觀測資料(如天文、重力資料、衛(wèi)星觀測資料等)，直接求得點的地心坐標的方法，如天文重力法和衛(wèi)星大地測量動力法等。大地測量基準常數(shù)

·間接法·直接法大地測量基準常數(shù)是指與地球一起旋轉且和地球表面最佳吻合的旋轉橢球（即地球橢球）的幾何與物理參數(shù)。坐標系統(tǒng)(續(xù))地球橢球的幾何和物理屬性可由四個基本常數(shù)完全確定赤道半徑（橢球長半徑）地心引力常數(shù)（大氣質量）地球重力場二階帶諧系數(shù)地球自轉角速度

GRS80橢球的基本常數(shù)為：

目前通常采用正?；A帶球諧系數(shù)代替

兩者關系為：國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG)分別于1971,1975,1979年推薦了三組大地測量常數(shù)，對應于大地測量系統(tǒng)GRS67、IUGG75、GRS80。我國西安1980坐標系統(tǒng)采用IUGG75大地測量常數(shù)，目前廣泛使用的常數(shù)是GRS80大地測量常數(shù)。坐標系統(tǒng)(續(xù))

1）參心坐標參考框架

坐標參考框架我國天文大地網(wǎng)簡介:

20世紀50年代初，60年代末基本完成，先后共布設一等三角鎖401條，一等三角點6182個，構成121個一等鎖環(huán)，鎖系長達7.3萬km。一等導線點312個，構成10個導線環(huán)，總長約1萬km。

1982年完成天文大地網(wǎng)的整體平差工作。網(wǎng)中包括一等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)，總共約有5萬個大地控制點，30萬個觀測量的天文大地網(wǎng)。平差結果：網(wǎng)中離大地點最遠點的點位中誤差為±0.9m，一等觀測方向中誤差為±0.46″。

坐標系統(tǒng)(續(xù))2）地心坐標參考框架國際地面參考框架（ITRF）是國際地面參考系統(tǒng)的實現(xiàn),采用甚長基線干涉（VLBI）、激光測衛(wèi)SLR、激光測月LLR、DORIS技術,

GPS技術等空間大地測量技術,利用全球觀測站點進行觀測與分析,經數(shù)據(jù)處理得到ITRF點（地面觀測站）的站坐標和速度場等。目前ITRF是全球公認的應用最廣泛、精度最高的地心坐標框架。（1)國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)與ITRF國際地球自轉服務IERS(InternationalEarthRotationService)

1988年:IUGG+IAU→IERS（IBH+IPMS）IERS的任務主要有以下幾個方面：維持國際天球參考系統(tǒng)(ICRS)和框架(ICRF)；維持國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)和框架(ITRF)；提供及時準確的地球自轉參數(shù)(EOP)。

坐標系統(tǒng)(續(xù))

IERS觀測數(shù)據(jù)與分析機構：VLBI分析中心：GSFC:Goddardspaceflightcenter戈達德空間宇航中心GIUB:波恩大學大地測量學院NOAA:美國海洋大氣局

JPL:Jetpropulsionlaboratory美國噴氣實驗室SLR分析中心:CSR:Centerspaceresearch克薩斯大學空間研究中心GSFC:Goddardspaceflightcenter戈達德空間宇航中心DORIS分析中心:GRGS:法國空間大地測量研究所CSR:Centerspaceresearch克薩斯大學空間研究中心IGN:法國國家地理研究所

坐標系統(tǒng)(續(xù))坐標系統(tǒng)(續(xù))GPS分析中心:EMR:加拿大天然能源GFZ:徳國地球科學研究所CODE:歐洲軌道測量中心ESA:EuropeanSpaceAgency歐洲空間局NGS:NationalGeodeticSurvey美國大地測量局JPT:Jetpropulsionlaboratory美國噴氣實驗室SIO:美國斯克里普思海洋研究所國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)ITRS是一種協(xié)議地球參考系統(tǒng)(CTRS),定義為：CTRS的原點為地心，并且是指包括海洋和大氣在內的整個地球的質心；CTRS的長度單位為米(m)，并且是在廣義相對論框架下的定義；CTRS的定向Z軸從地心指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)；X軸從地心指向格林尼治平均子午面與CTP赤道的交點；Y軸與XOZ平面垂直而構成右手坐標系；CTRS的定向隨時演變滿足地殼無整體旋轉NNR條件的板塊運動模型國際地球參考系統(tǒng)ITRSITRF是ITRS的具體實現(xiàn),

自1988年起，IERS已經發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000、ITRF2005、TRF2008等全球參考框架。ITRF是通過框架的定向、原點、尺度和框架時間演變基準的明確定義來實現(xiàn)的。ITRF2000的站坐標與速度:StationPositions(m)atEpoch1997.0andVelocities(m/y)BJFS-2148743.7844426641.2364044655.935-.0444.0141-.0013WUHN-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.0119國際地球參考框架(ITRF)SOLUTIONT1T2T3DR1R2R3EPOCHcmcmcmppb.001“.001“.001".......RATEST1T2T3DR1R2R3cmcmcmppb.001".001“.001“/y--------------------------------------------------------------------ITRF970.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF960.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF940.670.61-1.851.550.000.000.001997.00.00-0.06-0.140.010.000.000.02國際地球參考框架(ITRF)ITRF2000坐標轉換為以前框架坐標的轉換參數(shù)：1324全球ITRF站點分布圖國際地球參考框架(ITRF)1324中國及其周邊ITRF站點分布圖國際地球參考框架(ITRF)WGS84地心坐標系

WGS84的定義：WGS-84坐標系的坐標原點位于地球的質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地極方向，X軸指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的交點，Y軸與X軸和Z軸構成右手系。（2)WGS-84世界大地坐標系

20世紀60年代美國、蘇聯(lián)等國家利用衛(wèi)星觀測資料開展建立地心坐標的研究，美國國防部先后建立WGS60、WGS66、WGS72，從1984年起，經過修訂與完善建立較精確的地心坐標系統(tǒng)WGS84.WGS84最初是采用美國海軍的TRANSIT導航衛(wèi)星系統(tǒng)的多普勒觀測數(shù)據(jù)所建立的（1987年），主要為導航服務，精度較低，約為1～2m。

4個基本參數(shù)：

長半軸：

地球引力常數(shù)：

正?；A帶球諧系數(shù)：

地球自轉角速度：

其它基本參數(shù)：

極點正常重力：

赤道正常重力：

第二偏心率平方：

第一扁心率平方：

地球扁率：

WGS84坐標系基本參數(shù)為改善WGS-84系統(tǒng)的精度，1994年6月，由美國國防制圖局DMA(DefenceMappingAgency)和美國空軍(AirForce)在全球的10個GPS跟蹤站的數(shù)據(jù)加上部分IGS站(InternationalGPSServiceforGeodynamics)的ITRF91數(shù)據(jù)，進行聯(lián)合處理，以IGS站在ITRF91框架下的站坐標為固定值，重新計算了這些全球跟蹤站在1994.0歷元的站坐標，得到了精確的WGS84（G730）坐標參考框架，G表示GPS，730表示GPS周。1996年，WGS84坐標框架再次更新,得到WGS84(G873),坐標參考歷元為1997.0。坐標精度與ITRF94框架的差異小于2cm。

2004年1月再次更新，更新后的WGS84(G1150)的站坐標與ITRF2000框架的站坐標差異為幾個厘米，參考歷元為2001.0。WGS84坐標的更新過程：WGS84地心坐標系為了加強國際間GPS地學研究合作應用，IAG于1993年成立了IGS組織，于1994年1月正式運作。IGS組織主要由全球跟蹤站網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、分析中心和協(xié)作分析中心、協(xié)調分析中心、中心局及發(fā)布中心等幾部分組成IGS的基本目標是通過其一系列的產品為地學研究提供支持。其最初提供的產品主要包括：—GPS衛(wèi)星精密星歷，—IGS跟蹤站坐標及速度，—地球自轉參數(shù)，—全球電離層信息。IGS概念：(InternationalGPSServiceforGeodynamics)IGS