大地测量-第二章 坐标系统与时间系统要点总结(2)

作者:jcmp      发布时间:2021-04-27      浏览量:0
第2章  坐标系统与时间系统(2)2.3

第2章  坐标系统与时间系统(2)

2.3.1 基本概念

基准 是指为描述空间位置而定义的点、线、面。

在大地测量中,基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数(如参考椭球的长短半轴),以及参考椭球在空间中的定位及定向,还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。

测量常用基准包括 平面基准、高程基准、重力基准等。

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)来构建坐标参考架、高程参考框架、重力参考框架。

椭球的类型: 参考椭球、总地球椭球。

椭球定位: 是指确定椭球中心的位置,可分为两类:局部定位和地心定位。

儒略日 :是在儒略周期内以连续的日数计算时间的计时法,主要是 天文学家 在使用。儒略日数的计算是从 格林威治标准时间 的中午开始,包含一个整天的时间,起点的时间(0日)回溯至 儒略历 的公元前4713年1月1日中午12点,这个日期是三种多年周期的共同起点,且是历史上最接近现代的一个起点。

天球坐标系: 用于研究天体和人造卫星的定位与运动建立的坐标系统。

地球坐标系: 用于研究地球上物体的定位与运动,是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。

坐标系统: 是由坐标原点位置、坐标轴的指向和尺度所定义的,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。

协议(地固)坐标系 :国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向(CTP)作为 Z 轴指向。

瞬时(地固)坐标系 :与其相对应以瞬时极为Z轴指向的坐标系,为瞬时地球坐标系。

参心地固坐标系: 以参考椭球为基准的坐标系,与地球体固连在一起且与地球同步运动,参考椭球的中心为原点的坐标系。

地心地固坐标系: 以总地球椭球为基准的坐标系,与地球体固连在一起且与地球同步运动,地心为原点的坐标系。

2.3.2 惯性坐标系(CIS)与协议坐标系

惯性坐标系: 是指在空间固定不动或做匀速直线运动的坐标系。

协议惯性坐标系的建立: 由于地球的旋转轴是不断变化的,通常约定某一刻t0作为参考历元,把该时刻对应的瞬时自转轴经岁差和章动改正后的指向作为Z 轴,以对应的春分点为X 轴的指向点,以XOY 的垂直方向为Y 轴建立天球坐标系,称为协议天球坐标系 或协议惯性坐标系 CIS。

协议天球坐标系: 国际大地测量协会和国际天文学联合会决定,从1984年1月1日起采用以J2000.0。

(2000年1月15日)的平赤道和平春分点为依据的协议天球坐标系。

2.3.3 协议地球坐标系与协议天球坐标系的关系

2.3.4 天文测量中常用的天球坐标系

(1) 地平坐标系

横坐标圈:地平圈

纵坐标圈:子午圈

起始点:南点S

特点:地方性、时间性

(2) 时角坐标系

横坐标圈:天赤道

纵坐标圈:子午圈

起始点:上点Q

特点:赤纬无地方性和时间性、时角有地方性和时间性

(3) 赤道坐标系

基本点:春分点

基本圈:天赤道

(4) 黄道坐标系

基本点:春分点

基本圈:黄道

2.3.4 地球参心坐标系

建立地球参心坐标系,需如下几个方面的工作:

-选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率α)。

-确定椭球中心的位置(椭球定位)。

-确定椭球短轴的指向(椭球定向)。

-建立大地原点。

2.3.5 不同空间直角坐标系转换

注意:由于公共点的坐标存在误差,求得的转换参数将受其影响,公共点坐标误差对转换参数的影响与点位的几何分布及点数的多少有关,为了求得较好的转换参数,应选择一定数量、精度较高、分布较均匀公共点。当利用3个以上的公共点求解转换参数时存在多余观测,由于公共点误差的影响而使得转换的公共点的坐标值与已知值不完全相同,而实际工作中又往往要求所有的已知点的坐标值保持固定不变。为了解决这一矛盾,可采用配置法,将公共点的转换值改正为已知值,对非公共点的转换值进行相应的配置。

计算公共点转换值的改正数V=已知值-转换值,公共点的坐标采用已知值。采用配置法计算非公共点转换值的改正数。

2.3.6 地心地固坐标系的建立方法

直接法: 通过一定的观测资料(如天文、重力资料、卫星观测资料等),直接求得点的地心坐标的方法,如天文重力法和卫星大地测量动力法等。

间接法: 通过一定的资料(包括地心系统和参心系统的资料),求得地心和参心坐标系之间的转换参数,然后按其转换参数和参心坐标,间接求得点的地心坐标的方法。

(1) WGS-84 坐标系

WGS-84坐标系是目前GPS所采用的坐标系统,由美国国防部制图局1987年建立。WGS-84(World Geodical System-84)它是一个地心地固坐标系统。

WGS-84坐标系:坐标原点位于地球的质心,Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球地极方向,X轴指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的交点。Y轴与X轴和Z轴构成右手系。

(2) CGCS2000 坐标系

CGCS2000由2000国家GPS大地网在历元2000.0的点位坐标和速度具体实现,实现的实质是CGCS2000是ITRF2000.0参考历元相一致,因此建立的GPS的控制点可以用以ITRF97(2000.0)为参考得到与CGCS2000相一致的坐标成果。

原点:包括海洋和大气的整个地球的质量中心;

Z轴:由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向,该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算,定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转,

X轴:由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面(历元2000.0)的交点。

Y轴:与Z轴、X轴构成右手正交坐标系

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