第2章测量坐标系和高程.ppt

测量学 第二章 测量坐标系和高程 2010.02 第二章 测量坐标系和高程 测量学基础 河南理工大学测绘学院 2.1 地球形状和大小 2.2 测量常用坐标系和参考椭球定位 2.4 高程 2.5 用水平面代替水准面的限度 2.6 方位角 基本内容 2.3 地图投影和高斯平面直角坐标系 第一节 地球形状和大小 一、地球形状和大小 　　测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，地球表面有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海洋。珠穆郎玛峰高达 8844.43m，太平洋西部的马里亚纳海沟深达 11022m。海洋面积约占 71%, 陆地面积约占29%。 第一节 地球形状和大小 二、铅垂线 地球表面任一质点，受到两个力： 地球自转产生的惯性离心力、地球质量产生的引力。 它们的合力称为重力。铅垂线是重力的作用线，是测量外业所依据的基准线。 三、水准面 处于自由静止状态的水面称为水准面。水准面是一个重力等位面，水准面上各点处处与该点的重力方向（铅垂线方向）垂直。在地球表面上重力作用的范围内，通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准面有无数个。 在测量上，把一个假想的、与静止的海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。 第一节 地球形状和大小 由于地球表面起伏和内部质量分布不均，重力受其影响，垂线产生不规则变化，所以大地水准面是一个封闭的略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精确表达。大地水准面是测量外业所依据的基准面。 第一节 地球形状和大小 海底 海底 大地水准面 参考椭球面 铅垂线 法线 地表面 θ 四、参考椭球 测绘地形图需要由地球曲面变换为平面的地球投影，若这个曲面不规则，则计算将十分困难。为解决这个问题选一个与大地水准面非常接近并可用数学公式表达的几何体来建立一个投影面。代表地球形状和大小的旋转椭球，称为“地球椭球”。 P P1 E Q 第一节 地球形状和大小 与大地水准面最接近的地球椭球称为总地球椭球，与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。由此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有一个。 在几何大地测量中，椭球的形状和大小通常用长半轴a 、短半轴b和扁率 f 来表示。 图2-3 我国1980年国家大地坐标系采用了1975年国际椭球，该椭球的基本元素是： a= 6 378 140m ,  b = 6 356 755.3m ,  f =1/298.257。 由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时，在普通测量中可把地球近似地看作圆球体，其半径为： 第一节 地球形状和大小 第二节 测量常用坐标系和椭球定位 S 纬线 N O 地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。 子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。 子午线：子午面与地球面的交线，又叫经线。 起始子午面：通过英国格林尼治天文台的子午面NGS 。 纬 线：垂直于地轴的平面与地球面的交线。 赤道平面：垂直于地轴并通过地球中心的平面WME。 赤 道：赤道平面与地球面的交线。 W E 赤道 赤道平面 起始子午面 起始子午线 G 一、参考椭球基本知识 二、确定地面点的坐标系 　　地面上一点的位置用大地坐标（L、B、H）表示，大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。 （一）大地坐标系 大地高　P点沿椭球面法线到椭球面的距离H，称为大地高，从椭球面起算，向外为正，向内为负。 大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二面角叫做P点的大地经度，L表示。东经0~180?西经0~180? 大地纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点的大地纬度，用B表示。北纬0~90?南纬0~90? 赤道平面 O P M 大地经度L 大地纬度B n L B 起始子午面（首子午面） S N 第二节 测量常用坐标系和椭球定位 （二）、空间直角坐标系 以椭球体中心O为原点；起始子午面与赤道面交线为X轴；赤道面上与X轴正交的方向为Y轴；椭球体的旋转轴为Z轴；构成右手直角坐标系O-XYZ。在该坐标系中，P点的位置用x，y，z表示。 　 WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS）采用的坐标系，属地心空间直角坐标系。WGS-84坐标系采用1979年国际大地测量与地球物理联合会第17届大会推荐的椭球参数。WGS-84坐标系的原点位于地球质心；Z轴指向BIHl984.0定义的协议地球极(CIP)方向；X轴指向BIHl984.0