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1、子情境1 坐标系的类型,一、GPS坐标系的特点,二、GPS常用坐标系统的分类1、空固坐标系、地固坐标系；2、地心坐标系、参心坐标系；3、空间直角坐标系、球面坐标系、大地坐标系；4、瞬时坐标系、协议坐标系。5、二维坐标系、三维坐标系。,子情境2 天球坐标系,一、天球的基本概念,天球以地心为球心，以任意长为半径的球面。天轴地球旋转轴。天极天轴与天球面的交点。Pn、Ps。天球赤道面过球心且与天轴垂直的平面。黄道面地球公转轨道所在平面，与赤道面夹角为23.5。春分点太阳从南半球向北半球运行时，黄道与赤道的交点。,重庆3月1日地方时12点春分点位置,2、天球坐标系的概念,二、天球坐标系1）天球空间直角坐
2、标系2）天球球面坐标系3）空间直角坐标系与球面坐标系的转换,天球空间直角坐标系,原点：地球质量中心Z轴：指向北天极PnX轴：指向春分点Y轴：与X、Z轴构成右手坐标系赤经：天体子午面与春分点子午面的夹角赤纬：天体与地心连线和天球赤道面的夹角向径r：天体到地心的距离,右手坐标系,三、岁差与章动,日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋转轴在空间的指向发生移动。岁差：假定月球轨道固定，北天极沿圆形轨道绕北黄极的运动叫岁差，春分点每年西移50.2，周期约为25800年。章动：由月球轨道变化引起的北天极沿椭圆形轨道运动叫章动，椭圆长半径约为9.2，18.6年一周期。平北天极：不考虑章动的北天极。平春分
3、点。瞬时北天极：绕平北天极18.6年转一周。真春分点。,岁差与章动,四、协议天球坐标系,1）瞬时天球坐标系：z轴指向瞬时北天极，x轴指向瞬时春分点（真春分点）。2）平天球坐标系：z轴指向平北天极，x轴指向平春分点。3）协议天球坐标系1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北天极，z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，x轴指向协议春分点。4）三者间的转换：见教材P17。,坐标系的旋转,子情境3 地球坐标系,一、地球坐标系的概念,常用的有空间直角坐标系和大地坐标系两种。空间直角坐标系：原点：一般取地球质心。Z轴：指向地球北极。X轴：指向格林威治子午线与地球赤道的交点
4、。Y轴：构成右手坐标系。,大地坐标系：大地经度L；大地纬度B大地高H。,空间直角坐标系与大地坐标系的转换,N法线长度，N=a/W；e地球椭球第一偏心率；地心纬度，即观测点和地心连线与赤道面的夹角,tan=Z/（X2+Y2）1/2；W=(1-e2sin2B)1/2;R地心向径，R=（X2+Y2+Z2）1/2。,二、地极移动,由于地球不是刚体，在地幔对流以及其他物质迁移的影响下，地球自转轴相对于地球体发生移动的现象。,三、协议地球坐标系,Z轴指向19001905年平均地球北极或其它国际协定的地球北极。应当注意，地极移动与岁差和章动是不同的概念，岁差和章动是指地球自转轴在空间指向的移动，而地极移动则
5、是指地球北极与地面参照物的相对移动。,地球坐标系与天球坐标系的转换卫星位置用天球坐标系的坐标表示，而测站点位置用地球坐标系的坐标表示，要用卫星坐标求测站坐标，需将天球坐标系的坐标转换成地球坐标系的坐标。转换的步骤是：协议天球坐标系平天球坐标系瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系。在转换过程中，因两者的坐标原点一致，故只需多次旋转坐标轴即可。,四、高斯投影与横轴墨卡托投影,高斯投影时，中央子午线长度不变，离中央子午线愈远，长度变形愈大，对于6带，赤道与边界子午线交点处的投影变形为0.138%。高斯投影在控制测量课程中已做了详细讲授，在这不再赘述。在投影带宽度不变的情况下，采用横轴墨卡托投影
6、，使中央子午线长度缩短为原长度的0.9996倍（通用横轴墨卡托投影），以减小长度变形的绝对值。通用横轴墨卡托投影，对于6带，在y为 180km范围内长度缩短，以外长度伸长。,子情境4 大地测量基准及其转换,一、大地测量基准的概念,大地测量基准是指描述地球大小、形状和地球在空间定位、定向的参数，包括：几何参数：长半径a、地球重力场二阶带谐系数J2；物理参数：GM、；定向定位参数。经典大地测量基准是由几何测量确定的，缺少物理参数，现代大地测量基准是由物理测量确定的，参数齐全。,大地测量坐标系与大地测量基准的异同,大地测量坐标系是理论定义，空间一点在不同坐标系之间转换不影响点位。大地测量基准是依据若
7、干观测点的观测数据确定的大地测量坐标系，因观测有误差，故空间一点在不同基准之间的转换会带来误差。在多数场合下，两者不加区别。,二、常用大地测量基准,1.WGS-84坐标系WGS-84坐标系是美国84年在卫星大地测量的基础上建立的以地球质心为原点的大地测量基准。大小形状参数见后，Z轴指向1984北极，X轴指向1984格林威治子午线与赤道交点，Y轴与X、Z轴构成右手坐标系。由GPS卫星发布的星历参数是WGS-84坐标系的数据，故GPS测量时，先求得测站点的WGS-84坐标，再换算为当地使用的坐标。,2.ITRF参考框架,ITRF是国际地球自转服务局根据分布全球的地面观测站，以最先进的测量技术获得的
8、数据确定的大地测量基准。是世界公认的精度最高的大地测量基准。目前尚未普遍采用。但其日后必将代替WGS-84。IERS已发布了ITRF88、89、90、91、92、93、94、96、97、2000等多个地心参考框架，椭球参数与WGS-84相同，定向不同。参考网站：http:/,3.北京54坐标系,（1）克拉索夫斯基椭球，与现代值相差较大；（2）指向不明；（3）参考椭球面与大地水准面差距大；（4）误差积累大；（5）未整体平差，各部分结合部有2m误差。,4.西安80坐标系,对国家网进行了整体平差，在我国国内，椭球面与似大地水准面吻合最好。Z轴、X轴分别指向1968北极和格林威治子午线与赤道交点。存在
9、问题：是局部基准而非全球基准；二维坐标系，不适合卫星定位。,各基准的参数比较,三、基准转换1.七参数法(适合于空间直角坐标系间转换）,七参数法公式,2.四参数法（适合于高斯平面坐标间转换）,3.参数估算七参数法需已知三个点在两个坐标系中的坐标。四参数法需已知两个点在两个坐标系中的坐标。其中m用测距仪确定也可。,4.地方独立坐标系,地方独立坐标系都是在北京54或西安80的基础上进行三项改化，一是将统一编号的投影带中央子午线移至测区中央，二是将投影面由参考椭球面改为测区平均高程面，三是高斯投影后将独立坐标系原点的纵横坐标加一个常数，（105-106.25,70,52,300)。转换时，参考椭球参数除长半径加H+外，其它参数均不改变。,
