2-大地测量参考框架.ppt

大地测量参考框架(郭际明) 1 概论 大地基准（Geodetic Datum）：用以代表地球形体的旋转椭球，建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转轴，椭球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋转椭球中心与地球中心的关系）。 大地测量参考系统（Geodetic Reference System）：坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统 1）坐标参考系统：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。 2）高程参考系统：以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高，以旋转椭球面为参照面的高程系统称为大地高。 3）重力参考系统：重力观测值的参考系统 坐标系原点、坐标轴、尺度及其有关计算公式 大地测量参考框架(Geodetic Reference Frame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。（） 国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,含三角点、导线点共 154348个。 国家高程控制网按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619.1公里。 国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架。2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点。 2000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPS A、B级网,总参测绘局GPS 一、二级网，中国地壳运动观测网组成,共2609个点。 讨论题： 1 大地基准、坐标系统、参考框架之间的关系。 2 “从整体到局部”的测量原则是如何通过坐标参考框架体现的？ 3 大地原点、水准原点在建立大地测量参考框架中的作用是什么？ 参考椭球实例：贝塞尔椭球(1841年)，克拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年)和克拉索夫斯基椭球(1940年)等 参考椭球大小、定位与定向  ①选择或求定椭球的几何参数(长半径 a和扁率α ) ②确定椭球短轴的指向(椭球定向)  ③确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点） 椭球定向 一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定 多点定位：椭球中心位置由一组大地点的大地坐标所确定，大地原点的起算数据按下式求得。 大地原点和大地起算数据 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，大地原点的经纬度/大地高/至某一固定点的大地方位角称为大地起算数据。 现代大地测量基准/卫星大地测量基准（几何特征+物理特征）： 总地球椭球（椭球中心与地球质心重合，椭球旋转轴与地球旋转轴重合，椭球的起始子午面与地球的起始子午面重合，在全球范围内椭球面与地球表面最佳拟合） 地球椭球的四个基本常数：地球椭球赤道半径a，地心引力常数GM，地球重力场2阶带谐系数J2（由此导出椭球扁率f, ）和地球自转角速度w。 定义卫星大地测量基准，将涉及到地球重力场模型、地极运动模型、地球引力常数、地球自转速度等。 不同大地测量基准的差异对坐标的影响，可根据公共点的大地观测数据求得，并进而求解出转换模型，实现不同基准下的坐标转换，但由于观测误差的存在，导致转换模型误差，其精度取决于公共点的数量和分布、观测精度、数据处理方法等。 总地球椭球实例：WGS84, GRS80 3坐标参考系统 以参考椭球为基准的坐标系，叫做参心坐标系；以总地球椭球为基准的坐标系，叫做地心坐标系。无论是参心坐标系还是地心坐标系均可分为空间直角坐标系和大地坐标系两种，它们都与地球体固连在一起，与地球同步运动，因而又称为地固坐标系，以地心为原点的地固坐标系则称为地心地固坐标系(ECEF)，主要用于描述地面点的相对位置；另一类是空间固定的坐标系，与地球自转无关，称为惯性坐标系或天球坐标系，主要用于描述卫星和地球的运行位置和状态。 坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向、尺度和相关的计算模型所定义的。对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中心或地心；坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(Conventional Terrestrial Pole)作为 Z 轴指向，因而称为协议坐标系；尺度采用国际标准长度单位；实现方式为大地测量理论、技术与方法。 地球旋转轴的指向 1)空间指向的变化（岁差、章动） 2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化（极移） 空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation) 地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化(极移, polar motion，国际协议原点CIO) 地球自转轴相对地