《橢球基本知識(shí)》課件

橢球基本知識(shí)橢球是地球形狀的數(shù)學(xué)模型。它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的橢圓體，其赤道半徑大于極半徑。橢球定義與特性定義橢球是指一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體，它由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成，地球的形狀近似于一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體。特性橢球具有兩個(gè)半軸：長(zhǎng)半軸（赤道半徑）和短半軸（極半徑），它們是地球橢球的重要參數(shù)，決定了橢球的形狀和大小。應(yīng)用橢球模型在地球表面定位、測(cè)量、導(dǎo)航等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，是地理信息系統(tǒng)、地圖制圖和空間測(cè)量的基礎(chǔ)。精度地球橢球模型并非完全精確，但它能夠以足夠的精度反映地球的形狀，用于實(shí)際應(yīng)用。橢球的幾何形狀地球橢球是一個(gè)規(guī)則的幾何圖形，用于近似地球的形狀。它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，即繞著地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)形成的橢球體。由于地球的自轉(zhuǎn)，赤道半徑略大于極半徑，因此地球橢球體并不是一個(gè)完美的球體。地球橢球的形狀與地球的真實(shí)形狀非常接近，被廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量和地理信息系統(tǒng)中。地球橢球參數(shù)地球橢球參數(shù)描述了地球的形狀和大小。這些參數(shù)在各種大地測(cè)量、導(dǎo)航和地圖制作應(yīng)用中至關(guān)重要。地球橢球參數(shù)通常包括長(zhǎng)半軸（a）、短半軸（b）、扁率（f）和地球重力常數(shù)（GM）。6378.137KM長(zhǎng)半軸6356.752KM短半軸0.0033528扁率大地坐標(biāo)系定義大地坐標(biāo)系是指以地球橢球面為參考面建立的坐標(biāo)系。類型常見的類型包括地心坐標(biāo)系和地心大地坐標(biāo)系。應(yīng)用大地坐標(biāo)系用于描述地球表面點(diǎn)的位置，廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、導(dǎo)航等領(lǐng)域。大地經(jīng)緯度坐標(biāo)1緯度緯度表示地球表面上一點(diǎn)與赤道之間的角距離，以度、分、秒為單位。2經(jīng)度經(jīng)度表示地球表面上一點(diǎn)與本初子午線之間的角距離，以度、分、秒為單位。3坐標(biāo)系大地經(jīng)緯度坐標(biāo)是基于參考橢球體建立的，通常采用WGS-84坐標(biāo)系或其他本地坐標(biāo)系。坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換定義坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換是指將不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的過程。它在不同地圖數(shù)據(jù)之間進(jìn)行匹配和疊加時(shí)至關(guān)重要。方法常見的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法包括：7參數(shù)轉(zhuǎn)換、4參數(shù)轉(zhuǎn)換、投影變換等，每種方法都有其適用場(chǎng)景和精度要求。應(yīng)用坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換廣泛應(yīng)用于地圖制作、地理信息系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域，確保不同數(shù)據(jù)源之間的一致性和互操作性。軟件各種地理信息系統(tǒng)軟件和專門的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換軟件可以方便地進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，提高工作效率。大地距離測(cè)量大地距離是指地球表面兩點(diǎn)之間的最短距離，也稱為測(cè)地線距離。大地距離測(cè)量是大地測(cè)量學(xué)中重要的研究?jī)?nèi)容，在導(dǎo)航、測(cè)繪、地理信息系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。重力加速度重力加速度描述g物體在地球表面所受的重力加速度9.8m/s2近似值緯度影響因素海拔高度影響因素重力加速度是描述地球?qū)ξ矬w引力大小的物理量。重力加速度會(huì)受到緯度和海拔高度的影響，因此不同地點(diǎn)的重力加速度略有差異。重力異常重力異常是指實(shí)際觀測(cè)到的重力值與理論重力值之間的差異。理論重力值是根據(jù)地球橢球模型計(jì)算得到的。重力異常反映了地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不均勻性，以及地形和地質(zhì)構(gòu)造的影響。幾何水準(zhǔn)定義幾何水準(zhǔn)是指地面點(diǎn)之間的高差，它反映了地面點(diǎn)在垂直方向上的相對(duì)位置關(guān)系。測(cè)量方法水準(zhǔn)測(cè)量是測(cè)定地面點(diǎn)高差的主要方法，利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，根據(jù)水平視線和水準(zhǔn)尺讀數(shù)來計(jì)算高差。應(yīng)用幾何水準(zhǔn)在工程建設(shè)、地形測(cè)繪、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是建立高程系統(tǒng)和繪制地形圖的基礎(chǔ)。重力水準(zhǔn)重力水準(zhǔn)面重力水準(zhǔn)面是指地球表面上所有重力位相等點(diǎn)的連線構(gòu)成的曲面。它是一個(gè)理想的曲面，實(shí)際地球表面并非完全符合重力水準(zhǔn)面。重力水準(zhǔn)面的應(yīng)用重力水準(zhǔn)面是大地測(cè)量學(xué)中的重要參考面，用于定義地球的形狀和大小，也是進(jìn)行高程測(cè)量和地球物理研究的基礎(chǔ)。正常高程1定義正常高程是指從參考橢球面到地面點(diǎn)的距離，它是地球表面點(diǎn)在參考橢球面上的投影點(diǎn)到該點(diǎn)沿法線方向的距離。2特點(diǎn)正常高程不受重力異常影響，其值與大地水準(zhǔn)面高程存在微小差異，通常用字母“H”表示。3應(yīng)用正常高程廣泛應(yīng)用于地形圖繪制、地理信息系統(tǒng)、工程建設(shè)等領(lǐng)域，能夠更好地反映地表起伏變化。4計(jì)算正常高程的計(jì)算需要利用重力異常和大地水準(zhǔn)面高程進(jìn)行換算，涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式和數(shù)據(jù)處理。重力測(cè)量原理重力測(cè)量是通過測(cè)量重力加速度來研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形狀的一種方法。1引力地球?qū)ξ矬w的吸引力2離心力地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力3重力加速度地球引力與離心力的合力4重力測(cè)量測(cè)量重力加速度大小和方向重力異常計(jì)算1觀測(cè)值實(shí)測(cè)重力值2理論值正常重力值3重力異常觀測(cè)值減去理論值重力異常是實(shí)際測(cè)量的重力值與理論計(jì)算的正常重力值之間的差異。通過重力異?？梢粤私獾厍騼?nèi)部的質(zhì)量分布情況，進(jìn)而推斷地殼結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。地球質(zhì)量質(zhì)量5.97237×10^24千克平均密度5.515克/立方厘米地球的質(zhì)量是通過測(cè)量地球引力對(duì)其他天體的作用得到的。平均密度是指地球的總質(zhì)量與其體積的比值。地球密度地球密度是指地球單位體積的質(zhì)量。地球密度并非均勻分布，內(nèi)部密度遠(yuǎn)大于外部密度。5.52克/立方厘米平均密度13克/立方厘米地核密度3.3克/立方厘米地殼密度地球形狀變化地球形狀并非完全靜止的，會(huì)隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化。地殼板塊運(yùn)動(dòng)、火山爆發(fā)、地震等因素都會(huì)導(dǎo)致地球形狀的改變。這些變化雖然緩慢，但會(huì)影響大地測(cè)量、導(dǎo)航等領(lǐng)域。海平面變化海平面變化是指全球海平面相對(duì)于陸地的升降變化。主要受全球氣候變化、冰川融化、海水熱膨脹等因素影響。海平面上升會(huì)導(dǎo)致沿海地區(qū)被淹沒、海岸線后退、海水入侵等問題，對(duì)人類社會(huì)造成重大影響。近年來，全球海平面上升趨勢(shì)明顯，對(duì)沿海地區(qū)造成嚴(yán)重威脅。大地測(cè)量基本理論地球形狀地球形狀近似于橢球體，大地測(cè)量學(xué)研究地球形狀和大小。大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系描述地球表面點(diǎn)的位置，包括經(jīng)度、緯度和高程。大地測(cè)量數(shù)據(jù)大地測(cè)量數(shù)據(jù)包括重力加速度、地球密度、地球形狀變化等。測(cè)量方法大地測(cè)量方法包括GPS測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、重力測(cè)量等。大地測(cè)量?jī)x器11.全站儀全站儀是一種集光學(xué)經(jīng)緯儀、電子測(cè)距儀和數(shù)據(jù)處理于一體的精密測(cè)量?jī)x器，廣泛應(yīng)用于各種工程測(cè)量、地籍測(cè)量和控制測(cè)量。22.水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀是一種用于測(cè)量高程差的精密儀器，其原理是利用水準(zhǔn)管的水平面來確定兩點(diǎn)的高程差，在工程測(cè)量、地形測(cè)量中發(fā)揮重要作用。33.GPS接收機(jī)GPS接收機(jī)利用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位和導(dǎo)航，是現(xiàn)代大地測(cè)量中不可或缺的工具，廣泛應(yīng)用于測(cè)繪、導(dǎo)航、交通等領(lǐng)域。44.重力儀重力儀是一種用于測(cè)量重力加速度的精密儀器，其主要類型有絕對(duì)重力儀和相對(duì)重力儀，在基礎(chǔ)地殼結(jié)構(gòu)研究中發(fā)揮重要作用。大地測(cè)量基本方法1水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量是一種精確測(cè)量地面點(diǎn)高程的方法，利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，通過視線水平投射來確定兩點(diǎn)之間的高差。2三角測(cè)量三角測(cè)量是通過測(cè)量三角形邊角，利用三角形幾何關(guān)系計(jì)算地面點(diǎn)坐標(biāo)和高程的方法，主要用于地形測(cè)繪和控制測(cè)量。3導(dǎo)線測(cè)量導(dǎo)線測(cè)量是利用一系列連接點(diǎn)，測(cè)量其之間的距離和方位角，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算點(diǎn)坐標(biāo)的方法，主要用于建立地形控制網(wǎng)和工程測(cè)量。GPS測(cè)量原理GPS測(cè)量原理基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，通過接收衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行定位。1衛(wèi)星信號(hào)衛(wèi)星發(fā)射無線電信號(hào)，包含時(shí)間信息和位置信息。2接收信號(hào)地面接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，計(jì)算信號(hào)到達(dá)時(shí)間。3距離測(cè)量通過信號(hào)傳播時(shí)間計(jì)算接收器與衛(wèi)星之間的距離。4位置計(jì)算至少四個(gè)衛(wèi)星信號(hào)，確定接收器三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量具有高精度、全天候、實(shí)時(shí)定位等特點(diǎn)，在測(cè)繪、導(dǎo)航、交通、地質(zhì)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。GPS應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ш脚c定位精準(zhǔn)定位車輛、船舶、飛機(jī)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航。地圖測(cè)繪提供高精度地圖數(shù)據(jù)，用于地圖制作和地理信息系統(tǒng)。工程測(cè)量精確測(cè)量建筑物、橋梁、隧道等工程項(xiàng)目的尺寸和位置?？茖W(xué)研究用于地球科學(xué)、氣象學(xué)、海洋學(xué)等領(lǐng)域的科研工作。數(shù)字高程模型地形數(shù)據(jù)數(shù)字高程模型（DEM）是一種基于地形數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)字模型，它以數(shù)字的形式描述地球表面海拔高度。三維可視化DEM可用于創(chuàng)建三維地形可視化，幫助人們更好地了解地球表面形狀和特征。應(yīng)用領(lǐng)域DEM在眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，包括地形分析、地圖制作、水文建模、災(zāi)害評(píng)估等。遙感技術(shù)遙感技術(shù)是一種非接觸式數(shù)據(jù)獲取技術(shù)，利用傳感器探測(cè)并記錄地表目標(biāo)的電磁輻射信息，用于獲取地表特征和變化信息。遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于地理信息系統(tǒng)、土地利用監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、資源調(diào)查等多個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)傳感器的工作波段范圍，遙感技術(shù)可分為可見光遙感、紅外遙感、微波遙感等。地理信息系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)管理地理信息系統(tǒng)(GIS)可用于管理各種類型空間數(shù)據(jù)，例如地圖、遙感圖像和人口統(tǒng)計(jì)信息。GIS提供了存儲(chǔ)、組織、分析和可視化空間數(shù)據(jù)的工具，支持決策制定和規(guī)劃?？臻g分析GIS可以用于執(zhí)行空間分析，例如緩沖區(qū)、疊加、網(wǎng)絡(luò)分析等。這些功能允許用戶理解空間模式、預(yù)測(cè)事件和做出更明智的決策。大地測(cè)量的應(yīng)用地圖繪制大