资源描述
1一、地球的自然表面岩石圈的表面 自然表面凹凸不平，形态复杂，极不过则，不能作为研究的依据，不能作为测量和制图的基准面。 ？能否找一个规则的形状代替自然表面 陆地： 海洋：29%71%第1页/共31页2二、地球的物理表面 设想一个无波浪、无潮汐的静止海平面，向陆地延伸包围整个球体的封闭曲面，用这个封闭曲面代替地球的自然表面。第2页/共31页3几个重要概念(1) 水准面sea level ： 处于静止状态的海水面。重力等位面个数？无穷多个：在地球表面的作用空间，通过任何高度的点都有一个水准面。特性：第3页/共31页4(2)大地水准面（mean sea level）： 把一个假想的与静止的平均海水面重合，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。 野外测量工作的基准面。(3)大地体：大地水准面所包围的球体静止的平均海水面。第4页/共31页5(4)重力：万有引力与离心力的合力(5)铅垂线：重力作用线野外测量工作的基准面：2、水准面的特性(1)(2)野外测量工作的基准线：重力等位面不规则曲面第5页/共31页6测量得出结论：（天文大地测量、卫星大地测量、地球重力测量） 赤道半径：6738.14km 极半径： 6356.76km 北极地区约高出：18.9km 南极地区则凹下：2430km 三、地球的数学表面 地球并不是一个圆球体，而是一个赤道半径略长，极半径略短，北极突出，南极凹进，横切面接近一个圆，纵切面接近一个椭圆，很像一个椭圆绕其短半径旋转而成的旋转椭球体旋转椭球第6页/共31页7椭球的元素（参数）表示椭球的形状和大小长半轴：a短半轴：b 扁率： aba1222222bzayax椭球公式：椭球的简化：测区面积很小或精度要求不高时，在普通测量中可以把参考椭球看作圆球，半径R：kmbaaR63713圆球第7页/共31页8第8页/共31页9配合最佳的参考椭球面 大地水准面大地水准面差距N2.2 参考椭球及其定位参考椭球：与某个区域的大地水准面最为密合椭球。（用个别国家或局部地区的大地测量资料推求椭球体元素） 总地球椭球：与全球大地水准面最为接近的椭球。（利用全球的各种卫星测量资料，顾及地球的几何及物理参数确定椭球元素）。 第9页/共31页10几个世纪以来，许多学者曾算出参考椭球的参数值，如表：WGS84系统系统(1984) 63781371:298.257 223 563美国国防部制图局美国国防部制图局测量的基准面、基准线制图的基准面、基准线大地水准面、铅垂线、参考椭球面、法线第10页/共31页11椭球的定位：确定椭球面与大地水准面的位置关系配合最佳的参考椭球面 大地水准面大地水准面差距N1、单点定位2、多点定位第11页/共31页121 1、单点定位 在需要定位的国家范围内(自然表面)选择一个点P，将P点沿铅垂线方向投影到大地水准面上，得P；(1)在P上，两面相切，两线重合使大地水准面与参考椭球面相切，法线与铅垂线重合(2)两轴平行，两面平行令椭球的旋转轴(短轴)与地球的自转轴平行，椭球赤道面与地球赤道面平行P点大地原点减化计算 精度低第12页/共31页132 2、多点定位u天文大地控制网中的测量数据u重力测量数据u椭球参数 通过多个天文点的天文经纬度推算大地原点P的大地经纬度（L，B）。多点定位后，在大地原点处，两面不相切，两线不重合在所利用的天文大地网的范围内，大地水准面与参考椭球面有最佳的符合。第13页/共31页14我国采用的大地坐标系：大地坐标系大地坐标系椭球椭球大地原点大地原点定位定位北京北京5454坐标系坐标系(参心坐标系参心坐标系)克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球前苏联的普尔科沃前苏联的普尔科沃单点单点定位定位西安西安8080坐标系坐标系(参心坐标系参心坐标系)1975年国际大地测量与地年国际大地测量与地球物理联合会推荐的椭球球物理联合会推荐的椭球陕西西安北陕西西安北60km的泾阳县永乐镇的泾阳县永乐镇多点多点定位定位WGS84坐标系坐标系(地心坐标系地心坐标系)WGS84椭球椭球Word Geodetic System 协议地球坐标系协议地球坐标系 地心地心(L，B)54(L，B)80第14页/共31页15u在投影面上的坐标(Coordinate)n球面坐标n(L,B,H) n(X,Y,Z)n平面坐标u 到投影面的距离(Elevation) 参考椭球面(L,B,H)(x,y,H)2.3 测量常用坐标系地面点的空间位置由三维坐标确定，包括：n 高程第15页/共31页162.3测量常用坐标系球面坐标系一、天文坐标系 二、大地坐标系 (Geodetic coordinate system) 三、空间直角坐标系 四、坐标转换平面坐标系五、平面直角坐标系(Plane-Rectangular coordinate system) 六、高程第16页/共31页17一、天文坐标系基准面：大地水准面基准线：铅垂线地面点位用天文经度+天文纬度来表示地轴铅垂线第17页/共31页18二、大地坐标系参考椭球面+法线(1)子午面：(2)子午线： (3)首子午面(起始子午面)： (4)首子午线：通过椭球旋转轴的平面子午面与椭球面的交线 通过英国原格林尼治天文台的子午面 首子午面与椭球的交线PPLB旋转轴法线NS(5)赤道面：(6)赤道：(7)纬线(平行圈)：第18页/共31页19(8)大地经度L：面与面的夹角 过P点的子午面与首子午面间的夹角。 过P点的参考椭球面的法线与赤道面间的夹角。(9)大地纬度B：线与面的夹角首子午面 赤道面赤道的大地纬度：0向北：北纬0-90，北半球向南：南纬0-90，南半球首子午面大地经度：0向东：东经0-180，东半球向西：西经0-180，西半球第19页/共31页20（10）大地坐标的计算 地面上某点的大地坐标是根据大地原地的（L0,B0） 再按大地测量的数据推算得到。（ , ）（LP,BP）垂线偏差 建立大地坐标系：就是指定椭球的形状和大小，进行椭球的定位（椭球中心的位置）和定向（椭球旋转轴的方向），确定大地原点的L、B。（ , ）（L0,B0）第20页/共31页21三、空间直角坐标系原点O： 参考椭球体中心X轴：Z轴：Y轴： 在该坐标系中，P点的点位用OP 在这三个坐标轴上的投影X，Y，Z表示。 右手直角坐标系(x,y,z)54(x,y,z)80WGS-84坐标系79年 大地测量与地球物理联合会17届大会原点：位于地球质心；X轴：指向BIH（国际时间局） l984.0的零子午面和CIP赤道的交点；Z轴：指向BIHl984.0定义的协议地球极(CIP)方向；Y轴：垂直于X、Z轴，第21页/共31页22四、坐标转换1、内部转换：大地坐标与空间直角坐标间的转换关系(L,B,H) (x,y,z)e为第一偏心率BeaNabae222222sin1 BHeNzLBHNyLBHNxpppsin)1 (sincos)(coscos)(2 (x,y,z) (L,B,H)xn北京54坐标系下：n西安80坐标系下：(L，B)54(x,y,z)54(L，B)80(x,y,z)80第22页/共31页232 2、外部变换XYZZYXOO空间直角坐标系间的转换 (x，y，z)54 (x，y，z) 80 7参数转换公式：3个平移，3个旋转，1个尺度变化第23页/共31页24大地坐标同空间直角坐标间的转换(L,B)54(L,B)80(L，B)54(x，y，z)54(x，y，z)80(L，B)80(L，B)54(x，y，z)80(L，B)80(x，y，z)54 大地坐标系间的转换(L，B)54(x，y，z)80(x，y，z)54第24页/共31页25五、平面直角坐标系、xyX-Y轴互换：象限划分不同：角度起算不同：不同点：原因：、其目的是为了便于定向可以不改变数学公式而直接将其应用于测量计算中。第25页/共31页261、高斯平面直角坐标系 测量中一般采高斯平面直角坐标系(高斯-克吕格平面直角坐标系) 球面坐标 平面坐标2、独立平面坐标系 当测区的范围较小时，可以球面看成平面，在测区范围内没有已知坐标的点时，可以建立独立平面直角坐标系，假设坐标原点的坐标，使测区内的点位坐标为正值。 3、施工坐标系xyAB建筑物建筑物建筑物OO第26页/共31页27六、高程1、高程：地面点沿基准线方向到基准面的距离假定水准面大地水准面高差ABn绝对高程H（高程海拔）：n相对高程H：n高差h：n大地高：ABABHHh2、水准原点ABHH第27页/共31页282 2、水准原点1956年黄海高程系： 1950-1956 1959 H0 =72.289m1985国家高程基准： 1952-1979 1988 H0 =72.260m高程系水准原点青岛观象山第28页/共31页293 3、验潮站 为了解当地海水潮汐变换的规律而设置. 需要在验潮站上长期观测潮位升降，根据验潮记录求出验潮站的黄海平均海水面作为高程基准面。海水第29页/共31页30总 结 2 . 1 地 球 的 形 状 与 大 小 水 准 面 、 大 地 水 准 面 2 . 2 参 考 椭 球 及 其 定 位 参 考 椭 球 、 总 地 球 椭 球 单 点 定 位 多 点 定 位 北 京 5 4 坐 标 系 西 安 8 0 坐 标 系 2 . 3 测 量 常 用 坐 标 系 天 文 坐 标 系 大 地 坐 标 系 L B 空 间 直 角 坐 标 系 平 面 直 角 坐 标 系 高 程第30页/共31页31感谢您的观看。第31页/共31页
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