大地测量参考框架.ppt

2020/5/20,1,1概论,大地基准（GeodeticDatum）：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）。,2020/5/20,2,大地测量参考系统（GeodeticReferenceSystem）：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,2020/5/20,3,2020/5/20,4,大地测量参考框架(GeodeticReferenceFrame)：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。（）,2020/5/20,5,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。,2020/5/20,6,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。,2020/5/20,7,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。,2020/5/20,8,2000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPSA、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。,2020/5/20,9,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？,2020/5/20,10,参考椭球实例：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,2020/5/20,11,参考椭球大小、定位与定向选择或求定椭球的几何参数(长半径a和扁率)确定椭球短轴的指向(椭球定向)确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点）,2020/5/20,12,椭球定向,2020/5/20,13,一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定,椭球定位,2020/5/20,14,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。,2020/5/20,15,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。,2020/5/20,16,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。,2020/5/20,17,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。,2020/5/20,18,总地球椭球实例：WGS84,GRS80,2020/5/20,19,WUHAN-2267749.1625009154.3253221290.762BEIJING-2148743.7844426641.2364044655.935SHANGHAI-2831733.2684675666.0393275369.521KUNMING-1281255.4735640746.0792682880.117URUMQI193030.8734606851.3244393311.421LHASA-106937.6695549269.5913139215.762,WUHNBJFSSHAOKUNMURUMLHAS,2020/5/20,20,3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。,2020/5/20,21,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(ConventionalTerrestrialPole)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）,2020/5/20,22,2020/5/20,23,空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation),2020/5/20,24,地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化(极移,polarmotion，国际协议原点CIO)地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的，这种现象称为地极移动，简称极移。某一观测瞬间地球北极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。,2020/5/20,25,国际天文联合会(IAU)和国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)在1967年于意大利共同召开的第32次讨论会上，建议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以19001905年的平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议原点CIO(ConventionalInternationalOrigin)，它相对于19001905年平均历元1903.0。另外国际极移服务(IPMS)和国际时间局(BIH)等机构分别用不同的方法得到地极原点，与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面。,2020/5/20,26,2020/5/20,27,3.11954年北京坐标系,1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。椭球参数有较大误差。参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达67m。定向不明确,2020/5/20,28,3.21980年国家大地坐标系(1980西安坐标系),1980年国家大地坐标系的特点是：采用1975年国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)第16届大会上推荐的4个椭球基本参数。地球椭球长半径a=6378140m，地心引力常数GM=3.9860051014m3/s2,地球重力场二阶带球谐系数J2=1.0826310-8,地球自转角速度=7.29211510-5rad/s。,2020/5/20,29,参心大地坐标系是在1954年北京坐标系基础上建立起来的。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点JYD1968.0的方向大地原点地处我国中部，位于西安市以北60km处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。大地高程基准采用1956年黄海高程系,2020/5/20,30,平差后提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型，在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须注意所用成果相应的坐标系统。,2020/5/20,31,3.3新1954年北京坐标系(BJ54新),新1954年北京坐标系，是在GDZ80基础上，改变GDZ80相对应的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点(椭球中心)平移，使坐标轴保持平行而建立起来的。,2020/5/20,32,2020/5/20,33,2020/5/20,34,BJ54新的特点是：采用克拉索夫斯基椭球参数。是综合GDZ80和BJ54建立起来的参心坐标系。采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国境内不是最佳拟合。定向明确，坐标轴与GDZ80相平行，椭球短轴平行于地球质心指向1968.0地极原点的方向大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。,2020/5/20,35,大地高程基准采用1956年黄海高程系。与旧BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相近，但定向不同。旧BJ54的坐标是局部平差结果，而新BJ54是GDZ80整体平差结果的转换值，两者之间无全国统一的转换参数，只能进行局部转换。,2020/5/20,36,3.4地心地固坐标系,地心地固空间直角坐标系的定义是：原点O与地球质心重合，Z轴指向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极点的变动将引起坐标轴方向的变化。,2020/5/20,37,地心地固大地坐标系的定义是：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极),2020/5/20,38,以协议地极CTP(ConventionalTerrestrialPole)为指向点的地球坐标系称为协议地球坐标系CTS(ConventionalTerrestrialSystem)，而以瞬时极为指向点的地球坐标系称为瞬时地球坐标系。在大地测量中采用的地心地固坐标系大多采用协议地极原点CIO为指向点，因而也是协议地球坐标系，一般情况下协议地球坐标系和地心地固坐标系代表相同的含义。,3.5协议地球坐标系,2020/5/20,39,20世纪60年代以来，美国和原苏联等国家利用卫星观测等资料，开展了建立地心坐标系的工作。美国国防部曾先后建立过世界大地坐标系(WorldGeodeticSystem，简称为WGS)WGS60，WGS66和WGS72，并于1984年开始，经过多年修正和完善，建立起更为精确的地心坐标系统，称为WGS84。,2020/5/20,40,3.6WGS84世界大地坐标系WGS84是一个协议地球参考系CTS。该坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极CTP方向，X轴指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z、X轴构成右手坐标系,2020/5/20,41,WGS84坐标系统采用的4个基本参数是：a=6378137mGM=3986005108m3s-2C2,0=-484.1668510-6=729211510-11rad/s,2020/5/20,42,为了改善WGS84系统的精度，1994年6月，由美国国防制图局(DMA)将其和美国空军(AirForce)在全球的10个GPS跟踪站的数据加上部分IGS站的ITRF91数据，进行联合处理，并以IGS站在ITRF91框架下的站坐标为固定值，重新计算了这些全球跟踪站在1994.0历元的站坐标，更新为WGS84(G730)1996年，WGS84坐标框架再次进行更新，得到了WGS84(G873)2004年进一步更新为WGS84(G1150),2020/5/20,43,WGS84的体现与维持,2020/5/20,44,讨论题1地球旋转轴的指向变化特点及其与大地测量坐标系的关系。2岁差、章动、极移的不同点是什么？3WGS84的Z轴指向哪里？,2020/5/20,45,4国际地球参考框架ITRF,ITRF（InternationalTerrestrialReferenceFrame）是由IERS（InternationalEarthRotationService）提供的国际地球参考框架，其构成是基于甚长基线干涉VLBI、激光测月LLR、激光测卫SLR、GPS和卫星轨道跟踪和定位DORIS等空间大地测量技术的观测数据。这些观测数据首先由不同技术各自的分析中心进行处理，最后由IERS中心局（IERSCB）根据各分析中心的处理结果进行综合分析，得出ITRF的最终结果，并由IERS年度报告和技术备忘录向世界发布，提供各方面的应用。,2020/5/20,46,4.1ITRF系列,IERSCB每年将全球站的观测数据进行综合处理和分析，得到一个ITRF框架，并以IERS年报和IERS技术备忘录的形式发布。自1988年起，IERS已经发布ITRF88，89，90，91，92，93，94，96，97，ITRF2000，ITRF2005等全球坐标参考框架。目前，IGS各种轨道产品的坐标参考基准采用的是ITRF2005参考框架。,2020/5/20,47,4.1.1ITRF2000与其他框架的转换,TRANSFORMATIONPARAMETERSANDTHEIRRATESFROMITRF2000TOPREVIOUSFRAMESSOLUTIONT1T2T3DR1R2R3EPOCHRef.UNITS-cmcmcmppb.001.001.001IERSTech.Note#RATEST1T2T3DR1R2R3UNITS-cm/ycm/ycm/yppb/y.001/y.001/y.001/y-ITRF970.670.61-1.851.550.000.000.001997.027rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF960.670.61-1.851.550.000.000.001997.024rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF940.670.61-1.851.550.000.000.001997.020rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02,2020/5/20,48,ITRF931.270.65-2.091.95-0.390.80-1.141988.018rates-0.29-0.02-0.060.01-0.11-0.190.07ITRF921.471.35-1.390.750.000.00-0.181988.015rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF912.672.75-1.992.150.000.00-0.181988.012rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF902.472.35-3.592.450.000.00-0.181988.09rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF892.974.75-7.395.850.000.00-0.181988.06rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02ITRF882.471.15-9.798.950.100.00-0.181988.0rates0.00-0.06-0.140.010.000.000.02,2020/5/20,49,TransformationParametersfromITRF2005toITRF2000atepoch2000.0T1T2T3DR1R2R3mmmmmm10-9masmasmas0.1-0.8-5.80.400.0000.0000.000,2020/5/20,50,已知wuhn的ITRF2000下1997.0参考历元的坐标(m)及变化率(m/y)为：-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.0119求wuhn的ITRF2000下2009年3月19日为参考历元的坐标。,2020/5/20,51,4.1.2ITRF与WGS84的转换,-ParametersfromITRF90toWGS84-Dopplerrealizedsystem:T1(m)T2(m)T3(m)D(ppm)R1(“)R2(“)R3(“)0.060-0.517-0.223-0.0110.0183-0.00030.0070-NewrealizationsofWGS84basedonGPSdata,suchasWGS84(G730orG873):ThesenewWGS84realizationsarecoincidentwithITRFatabout10-centimeterlevel.Fortheserealizationstherearenoofficialtransformationparameters.ThismeansthatonecanconsiderthatITRFcoordinatesarealsoexpressedinWGS84at10cmlevel.,2020/5/20,52,4.2IERS,http:/www.iers.org/TheIERSwasestablishedastheInternationalEarthRotationServicein1987bytheInternationalAstronomicalUnionandtheInternationalUnionofGeodesyandGeophysicsanditbeganoperationon1January1988.In2003itwasrenamedtoInternationalEarthRotationandReferenceSystemsService.,2020/5/20,55,IERS的任务主要有以下几个方面：维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)；维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)；为当前应用和长期研究提供及时准确的地球自转参数(EOP)。,2020/5/20,56,IERSProductsTheIERSmaintainsthefollowingmainproducts:EarthorientationdataConventionsInternationalCelestialReferenceSystemInternationalCelestialReferenceFrameInternationalTerrestrialReferenceSystemInternationalTerrestrialReferenceFramehttp:/www.iers.org/iers/publications/tn/tn31/Geophysicalfluidsdata,2020/5/20,57,ITRF2000STATIONPOSITIONS（m)ATEPOCH1997.0ANDVELOCITIES(m/y)BJFS-2148743.7844426641.2364044655.935-.0444.0141-.0013WUHN-2267749.1625009154.3253221290.762-.0325-.0077-.0119,2020/5/20,58,4.3IGS,4.3.1HISTORYInternationalGlobalPositioningSystem(GPS)ServiceforGeodynamics(IGS)formallybeganon1January1994.DuetotheexpansionofIGSobjectives,thenameoftheservicewaschangedtoInternationalGPSService(IGS)on1January1999.FollowingfurtherexpansionofIGS,integratingdatafromGLONASSsystemandplanningforthedeploymentofGalileosystem,thenamewaschangedtoInternationalGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)Service(IGS)on14March2005.,2020/5/20,59,4.3.2GOALSANDOBJECTIVESTheIGSstrivesto:Providethehighestquality,reliableGNSSdataandproducts,openlyandreadilyavailabletoall.PromoteuniversalacceptanceofIGSproducts,standardsandconventions.Continuouslyinnovatebyattractingleading-edgeexpertiseandpursuingchallengingprojectsandideas.Seekandpursuenewgrowthopportunitieswhilerespondingtochanginguserneeds.,2020/5/20,60,SustainandnurturetheIGScultureofcollegiality,openness,inclusiveness,andcooperation.Maintainavoluntaryorganizationwitheffectiveleadership,governance,andmanagement.,2020/5/20,61,4.3.3Data（2）增加辐射参数(radiationparameters)to100分析类型(0-ITER)-假定先验坐标结果很好,2020/5/20,97,Sestbl.observables,LC_HELP使用伪距来固定整周模糊度,适合局部GPS网LC_only使用载波数据来固定整周模糊度，适合快速、全球GPS网中L1,L1+L2-单频载波相位联合;-最好对短基线(如带状网)-电离层影响110ppm-对天线类型不统一时，要注意,2020/5/20,98,Autcln控制,是通过命令文件Autcln.cmd来实现AutclnPostfit-Y根据先验的观测数据的噪音模型-R如果Pre-fit均方根（RMS）太高，就进行迭代UseN-file-Y自动计算各个测站的一个高度角的独立观测噪声估计参数删除autcln的输入C-files-控制运行的速度和大小,2020/5/20,99,大气延迟的设置,天顶和倾斜方向的延迟各个点采用分段连续函数来估计(全面约束)高斯马尔可夫参数(变化与时间相关)倾斜参数的个数(全面约束)在缺省条件下，大多数情况结果教好;如果有比较差的观测条件，这些约束应该松弛。截止高度角的设置（15度）Autcln应该设置一致（清理的最小高度小于估计的最小高度）,2020/5/20,100,Model参数（1）,天线模型-ELEV是最普通的-当天线类型不统一，该参数重要潮汐模型(每个控制是一个1bit)-1地球潮汐-2频率参数根据K1-4极地潮汐.-8海潮,2020/5/20,101,Model参数（2）,EOP模型的选择-一天或12小时的模式-1Pole-2UT1-4UseRay模型（VLBI模型）YAW(偏航)模型的选择-处理卫星的旋转参数-缺省是Y-当日蚀,月蚀，对早期数据可能有一些问题,2020/5/20,102,Solve控制,控制观测M文件，完成最小二乘估计对EOP的估计-在后来运行的GLOBK可以约束UT1和摇摆约束-通常在GLOBK中进行，对区域网，可以来加强解的约束,2020/5/20,103,Cleaning控制,快速预处理-设置估计的类型-可以按十个一批进行处理删除日蚀,月蚀的观测数据-POST删除日蚀,月蚀的30分钟的数据-ALL删除日蚀,月蚀时的数据-主要用全球数据的发布,2020/5/20,104,模糊度的固定,对1000公里以内的网是最优，缺省是500公里宽巷（L1-L2）组合和窄巷组合根据距离来进行电离层的约束一般情况下，缺省值，计算结果比较好比较准的先验坐标值（约束）对结果有很好的影响,2020/5/20,105,Sittbl.控制,一般情况下，不要改变主要是对先验测站坐标进行约束优先考虑比起sestbl不是所有的条目都要求,2020/5/20,106,GAMIT基线Q文件,Q-文件Baselinevector(m):NRC1(Site1)toSCH2(Site2)X335859.60307Y(E)956232.16605Z668091.18766L1213889.39504+-0.01345+-0.01506+-0.02364+-0.00667(meters)Correlations(X-Y,X-Z,Y-Z)=-0.12947-0.08323-0.84194O-文件(文件中每条基线占一行，此处显示为3行）：0011_00142001.238XX-3324.5802+-0.0029Y282.5566+-0.0044Z-3274.0067+-0.0030L4674.5900+-0.0014Correlations(X-Y,X-Z,Y-Z)=-0.82053-0.788900.84825,2020/5/20,107,Tables网上资源,下载数据文件:ftp:/garner.ucsd.edu/pubftp:/cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdataftp:/igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ftp:/igscb.jpl.nasa.gov/pub/product/观测值文件：RINEXO文件星历文件:RINEXN文件文件目录结构：类型type,年year,年积日dayofyear,周GPSweek,周天dayofweek,站名标识siteID,2020/5/20,108,6不同框架间的坐标转换,不同坐标系统之间的转换模型是以多个公共点的框架坐标为依据而建立的，依据该转换模型可实现其他非公共点之间的框架坐标的相互转换。根据实际情况分为三维转换模型和二维转换模型。如果两系统被转换点的大地高比较精确，一般采用三维转换的方法，否则采用二维转换的方法。目前我国有多种框架坐标正在使用，例如1980西安坐标，1954年北京坐标，WGS84坐标，ITRF坐标，以及在许多大中城市和工矿区，为了本身的特殊需要，还建立有一些地方独立坐标框架。为了满足不同的需要，需建立这些框架坐标之间的相互转换关系。,2020/5/20,109,(1)GPS测量已在我国广泛应用。它属于地心坐标系，往往需要将其转换到国家参心大地坐标系或某些独立坐标系后才便于使用。(2)为了加速1980西安坐标系在全国各部门的使用，需要尽快地将已有未保存观测值结果的1954年北京坐标系的点转换为1980西安坐标系，以便更好地发挥作用。(3)在利用1954年北京坐标系地形图资料编绘新坐标系统地形图的过程中，也存在一个坐标转换问题。,2020/5/20,110,(4)国家采用的大地坐标系坐标也还要与地方独立坐标系坐标之间相互转换，一方面可以将一部分精度较高的独立坐标系的点纳入国家坐标系统，另一方面也可将国家大地坐标系的点转换到独立坐标系，以补充其不足。(5)许多研究试验性的工作也常常进行各种坐标系间坐标的转换。,2020/5/20,111,6.1欧勒角与旋转矩阵两个直角坐标系进行相互变换的旋转角称为欧勒角对于二维直角坐标系,2020/5/20,112,对于三维空间直角坐标系O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通过三次旋转，可实现O-X1Y1Z1到O-X2Y2Z2的变换,2020/5/20,113,2020/5/20,114,2020/5/20,115,6.2不同空间直角坐标系转换,布尔沙-沃尔夫(Bursa-Wolf)模型,2020/5/20,116,2020/5/20,117,2020/5/20,118,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，因而为了求得较好的转换参数，应选择一定数量的精度较高且分布较均匀并有较大覆盖面的公共点。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。,2020/5/20,119,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,2020/5/20,120,特例：站心直角坐标与地心(或参心)空间直角坐标的转换模型,2020/5/20,121,2020/5/20,122,算例:SiteA:31.484479041120.58509819219.498WGS84基线向量AB:dX=-2023.48068mdY=-1349.45100mdZ=183.16090m测站A的站心坐标系中，B点坐标为：dN=216.45105mdE=2429.44165dU=-1.46923,A,B,U,N,E,2020/5/20,123,6.2不同大地坐标系换算,2020/5/20,124,2020/5/20,125,2020/5/20,126,7GPSA级网、B级网,7.1GPS网精度分级,2020/5/20,127,上表所列的精度指标，主要是对GPS网的平面位置而言，而考虑到垂直分量的精度，一般较水平分量为差，所以根据经验，在GPS网中对垂直分量的精度要求，可将上表所列的比例误差部分增大一倍。精度指标，是GPS网优化设计的一个重要量，它的大小将直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计工作中，要根据用户的实际需要和可能，慎重确定。AA、A、B级GPS网点应与GPS永久性跟踪站联测，联测站数：AA4,A3,B2,2020/5/20,128,7.2观测要求,有效卫星总数,2020/5/20,129,7.3数据处理,1）AA、A、B级网基线精处理须采用专用软件（例如Gamit,Bernese)，C级以下可采用商用软件。2）起算点坐标系，AA、A、B级应为ITRFYY。3）AA、A、B级网基线精处理应采用精密星历。4）无约束平差应选取一个点相应于观测历元的ITRF坐标作为起算基准。,2020/5/20,130,7.4国家GPSA级网,1992年夏季在中国资源卫星应用中心、中国测绘工程规划设计中心组织协调下，由国家测绘局、国家地震局、中国石油天然气总公司、地质矿产部、煤炭工业部等部门利用IGS92会战机会，合作完成了一次全国性GPS精密定位会战，即国家高精度GPSA级网的布测。该网由27点组成，其平均边长约800km。观测从1992年7月25日开始至8月25日结束。该网在上海、长春、武汉和乌鲁木齐4个跟踪站上用MINI-MAC2816接收机连续观测，其余各点使用13台Trimble4000SST和17台AshtechMDXll双频接收机观测。,2020/5/20,131,数据处理及其精度根据IAG的决议和推荐以及1992年GPS精密星历的坐标框架，为了与全球动力学追踪数据进行比较，A级网的数据处理在ITRF91坐标框架下进行，历元为1992.58。为使A级网准确地置于IFRF91的坐标框架中，处理时在全球选择了FAIR，YELL，KOKB，PGGA，ALGO，HERS，WTZR，HART，FAIW，YAR1等10个GPS跟踪站作为数据处理的基准点。,2020/5/20,132,A级网数据处理利用了全球站观测数据和松驰轨道技术，给全球站加以约束，同时把卫星轨道作适当松驰，求解A级网点坐标。松驰轨道的目的是避免星历的误差导致网的畸变。基线用SUN工作站上的GAMIT软件处理。在数据处理时，将每天所有测站一起处理得到单天解。最后进行整网平差，平差后在ITRF91中得点位精度优于0.2m，边长优于0.1ppm。,2020/5/20,133,1996年在国家测绘局主持下，进行了A级网的复测。复测A级网相对定位基准，是卫星星历和固定站坐标共同给出的。为了进一步精化A级网的地心坐标，必须将A级网纳入到相应的ITRF中。随着IGS站的资料积累和数据处理方法不断完善，大部分IGS站坐标精度达到了土lcm，坐标变化速度精度达到2mmy，IGS卫星轨道精度优于土10cm。因此数据处理时，采用IGS站和IGS精密星历提供A级网的基准。,2020/5/20,134,根据IGS站的分布和相应测站和测站速度的精度选择了GRAE，HERS，WTER，HART，ALGO，YELL，FAIR，KOKB，FORT，YARl，USUD，TAIW，MASl，KIT3作为基准站。相应站的地心坐标分量精度在510mm，速度精度在12mmy，IGS卫星轨道精度优于10mm。在数据处理时，要求地面站坐标的框架及历元与卫星星历的框架及历元保持一致。考虑到IGS星历是根据多个分析中心的定轨结果，用更精确的力学模型拟合得出的，因此采用约束全球站，固定卫星轨道定位的方法。,2020/5/20,135,根据IGS公布的站坐标和坐标变化率的精度约束站坐标，其分量X，Y，Z分别取1cm，1cm，2cm，少数站分别取2cm，2cm，4cm。复测A级网数据处理后在ITRF93参考框架中的地心坐标精度优于10cm。A级网的建立不仅是为了在我国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新的地心参考框架，求定其与国家坐标系的转换参数，也为GPSB级网布设提供精确的骨干框架，同时奠定了现代地壳运动及地球动力学研究的基础。,2020/5/20,136,7.5国家GPSB级网,国家GPSB级网是国家测绘局“八五”重点工程项目之一。全网总点数共816个，从1991年开始至1997年完成。国家GPSB级网是在国家GPSA级网的控制下，建立覆盖大陆，满足各种不同需要，多用途的第二级空间定位网。主要是以便更好的为国家各项建设和地学研究服务，其作用在于以下几方面：(1)精化我国大地水准面；(2)提供检核和加强全国天文大地网的依据；(3)建立覆盖全国的三维地心坐标框架；,2020/5/20,137,(4)精确测定我国大地坐标系与地心坐标系之间的转换参数；(5)监测我国地壳形变和板块运动；(6)建立海洋大地测量与陆地大地测量统一的大地基准。根据我国国情，网的密度有所不同，具体分划为三类区域。沿海经济发达地区，平均点间距离为5070km。中部地区布点密度适中，平均点间距离为100km左右。西部地区布点密度较稀，特别是困难地区，原则上沿主要交通线呈导线形式布测，平均点间距离为150km。,2020/5/20,138,国家B级网的整体平差,1平差的数据选择。B级网的外业观测数据基准是由不同的作业单位，采用不同类型的GPS接收机完成，平差前依下列原则，将全网划分为不同的子网：(1)不同时期施测的GPS网；(2)采用不同类型的GPS接收机；(3)依据不同的作业等级要求；(4)基线解算时采用不同的星历(5)边长特性相差较大；(6)补测和修测的零散同步网，划归所在的子网中。,2020/5/20,139,全网划分为24个子网，包括1426个同步观测环，4940条独立基线向量。其中除国家GPSB级网以外，还包括了1992年、1996年GPSA级网(国家测绘局)、塔里木盆地GPS网(石油部，1994年)、西藏GPS网(中德合作，1995年)、青藏高原地壳形变监测网(武汉测绘科技大学，1995年)、深圳市GPS框架网(武汉测绘科技大学，1996年)。这些GPS网的观测及基线解算均满足或超过B级网的要求，且弥补了B级网在这些地区分布的不足，作为子网参加B级网的整体平差可以提高整网的精度。,2020/5/20,140,2平差的观测量统一采用GAMIT软件进行同步网的基线解算，平差时取同步网的独立基线向量及其全协方差阵作为平差的观测量。作为观测量的GPS基线向量，本身只包含了尺度基准信息和方位基准信息。在同一个子网中，认为各基线向量的尺度基准和方位基准是统一的，而在不同的子网之间存在着系统性的差异。因此全网的整体平差，应对各子网的基线向量顾及尺度参数和旋转参数。,2020/5/20,141,3平差的参考基准：ITRF93,参考历元96.3654平差函数模型1）子网中基线向量Bij误差方程,2020/5/20,142,2020/5/20,143,2)子网k误差方程设基线数为t，测站数为s,2020/5/20,144,2020/5/20,145,4）,2020/5/20,146,5平差结果精度统计,1）相对精度0.1ppm平面精度优于0.07m,高程优于0.16平均中误差，平面0.02m,高程0.04m,2020/5/20,147,7.6A、B级网与全国天文大地网比较,1）A级网与天文大地网边长比较,2020/5/20,148,2）B级网与天文大地网边长比较,2020/5/20,149,7.7GPSB级精密工程控制网,1）特大桥梁控制网,2020/5/20,150,2）磁悬浮铁路测量控制网,2020/5/20,151,8大地测量参考框架在构造数字地球中的作用,8.1数字地球构造体系数字地球是一个在高速计算机技术、数字传输网络、对地观测系统等高科技支撑下快速增长的各种自然、人文、经济信息融合在一起的虚拟现实世界，它能够将大量的、多源的地球空间数据和信息融合于一体，并提供不同分辨率尺度下的地球三维可视化浏览界面。四个组成部分：1)全球信息基础设施(GII)2)地球空间数据基础设施(GSDI)3)地球空间数据网络集成4)科学计算可视化,2020/5/20,152,1)全球信息基础设施,全球信息基础设施是顺应世界经济增长、竞争和社会文化发展的潮流而产生的，也是现代计算机科学和通讯技术发展的必然结果。其目的是要让不同部门机构中的人们能够在世界范围内进行信息的产生、存贮、发送和使用，以支持信息社会中人类信息服务行业与应用部门的发展。全球信息基础设施，主要由计算机网络服务器和客户机、网络通讯技术和设备、网络操作平台和网络安全性等构成。国家信息基础设施是建立全球信息基础设施的基础，只有建立起了国家信息基础设施，并进一步地通过因特网将它们相连接，才能建立起全球信息基础设施。全球信息基础设施为数字地球的战略实施提供了必要条件，它是建设数字地球的基础平台。,2020/5/20,153,2）地球空间数据基础设施,地球空间数据基础设施是有关地球空间数据的协调、管理与分发的体系和结构，它包括数据框架、交换标准和数据交换网站。地球空间数据框架建立了数字地球的基本数据集，包括大地测量、地籍测量、数字正射影像、数字高程模型、水文、交通、边界等具有地理坐标定位特征的空间数据，而许多其他具有行业特征的数据类型集都是依赖于它们而建立起来的；空间数据交换标准主要是针对直接和间接与地球空间位置相关的目标或现象数据制定一套标准，以便确定空间数据的表示、管理、采集、处理、分析、查询以及转换的方法和工艺等，该标准的建立为实现数据资源的共享奠定了基础；空间数据交换网站是在地球空间数据的生产者、管理者和用户三者之间，采用电子通讯方式相连接的一个广域网络工作站，它的建立为数字地球中空间数据的运行提供了保障。,2020/5/20,154,地球空间数据框架的建立将涉及到空间数据分类方法及其编码体系等内容的研究，空间数据交换标准的制定将涉及到空间数据质量、空间数据转换格式标准、空间元数据标准等内容的研究，而所有这些研究内容都将进一步涉及到地球空间信息科学方法的研究。国家空间数据基础设施是建立地球空间数据基础设施的基础。,2020/5/20,155,3)地球空间数据网络集成,地球空间数据的网络集成就是通过网络汇集来自不同地方、不同部门的多方面数据，并按照地理空间框架对它们进行数据的存储和管理，以实现数字地图或地形数据的无缝集成，它决定了海量空问数据的存在形式。显然，地球空间数据的网络集成将涉及到投影坐标转换、空间比例尺转换等地球信息机理的研究，而地球信息机理则是地球空间信息科学基础理论研究的核心内容。,2020/5/20,156,4)科学计算可视化,数字地球不仅可以为用户提供地球空间信息搜索导航以及发布其信息产品的机制，而且也能够为全球科学家共同探索人类与其居住环境错综复杂的关系提供一个没有围墙的“实验室”。因此，我们可以将数字地球的功能分为两大类，一类主要是面向社会大众，提供从信息检索到产品发布的一般性服务，另一类则是面向地球科学研究提供一个开放的实验室。,2020/5/20,157,8.2地球空间信息科学的基本组成,地球空间信息科学(3eospatialInformationScience)是90年代新兴的地球科学研究的前沿领域，是在卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字传输网络等一系列现代信息技术的高度集成以及信息科学与地球系统科学的交叉基础之上所形成的科学体系。建立地球空间信息科学的目的，是要从空间信息流的角度来揭示地球表层系统发生、发展及其演化规律，以实现对于资源、环境与社会发展的预测与预报。因此，有关地球空间信息科学的理论与方法技术的研究主要围绕着空间数据采集、空间信息表达与建模、空间信息分析与辅助决策展开。,2020/5/20,158,1）地球空间信息科学是基于空间信息流的研究,2020/5/20,159,2）地球空间信息科学是一门新兴的交叉学科,2020/5/20,160,3)地球空间信息科学是多种空间信息技术的综合集成,从信息技术看，地球空间信息科学是多种空间信息技术，包括全球定位系统(GPs)、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、电子制图、虚拟现实技术和一系列数字信息技术，如图像处理、计算机扫描、计算机绘图以及因特网等的综合与集成。,2020/5/20,161,8.3国家空间数据基准框架,工程目标：建立并维持我国相互补充、互为依存的空间数据四维坐标参考基准框架、高程基准框架和重力基准框架。将在整体上把大地测量的各类控制网有机地结合起来，互为补充。在几何空间、物理空间、动态变化上提供高精度、高分辨率的基础性服务。为国民经济建设、国防建设提供空间坐标参考基准、高程基准和高精度、高分辨率的地球重力场和大地水准面。科学目标：提高我国大地测量学的理论研究和应用水平，推动相关科学，如地球动力学、海洋科学、气象学及边缘科学的进步。,2020/5/20,162,1）国家空间参考基准及大地测量服务体系第一层次：GPS连续运行参考站阵列由较高密度、较高的采样率、组合通讯网络与精密数据差分技术的连续运行的GPS观测站构成，能以较高的分辨率实现了全球框架同步动态监测，获取地壳形变量、反演地壳下部地幔物质运动、监测地震。同时获取高时空分辨的电离层变化与对流层变化，成为大气科学研究、超视距通讯保障、超视距雷达侦察、气象预报的重要技术手段。,2020/5/20,163,在我国建设永久性连续运行的基准站阵列与服务体系，将在已有的GPS连续运行参考站的基础上，在一些地区增加新站，从而建立起由100个站构成、覆盖全国范围、分布比较均匀的高精度、高稳定性的国家连续运行参考框架网。主要功能是：(1)通过与国际IGS站的联测，建立和维持与国际ITRF框架之间的联系；(2)作为国家空间参考基准中最高精度的坐标框架点，提供在地心框架下毫米级相对精度的三维坐标和速度矢量；(3)为各种区域和广域的GPS测量提供GPS基准站的观测数据，同时可广泛服务于地壳运动监测、气象、差分服务和导航等领域；(4)观测数据与成果满足GPS技术应用、地球科学研究等多种需求。,2020/5/20,164,第二层次：建立满足现代化测绘技术要求的国家GPS基准点，在2000国家GPS大地控制网的基础上进行改造和加密，布测覆盖全国、具有一定数量和分布密度的有永久测量标志的国家级GPS大地测量基准网，最终达到全国5000点左右。主要功能是：(1)作为国家空间参考基准中的基准点，提供在某一历元的水平2cm、高程34cm左右相对精度的三维地心坐标，有多期观测时可提供测站的速度矢量；,2020/5/20,165,(2)在每幅1：5万比例尺的地形图中有一个国家级GPS点，为地方加密GPS网提供国家坐标框架基准；(3)保证在GPS暂停使用时，拥有一定数量和分布密度的维持国家空间参考基准的永久性大地测量基准点；(4)为建立我国厘米级大地水准面，提供大地高成果；(5)一些点作为航摄地标，满足无控制成图的技术需求。,2020/5/20,166,第三层次：改算50000点构成的原天文大地网，将其纳入三维地心基准，充分发挥其重要作用。第四层次：在全局的统一协调下，将已建或待建的应用级工程性网依法纳入国家框架基准中，统一国家空间基准框架。国家通过联测或搜集各省市主管部门与行业自建的GPS、水准、重力观测资料，经统一计算后将丰富、密集国家空间基准框架，提高模型精化的精度。另一方面地方测绘部门通过与国家基准网的联测、整体平差，获取更高精度的在全国统一空间参考基准下的坐标成果，同时获得由国家测绘局确认的坐标使用认证。,2020/5/20,167,2）高程基准框架3）重力基准框架4）数据处理与服务系统(1)管理维护国家GPS连续运行跟踪站系统运行，完善组织形式、促进技术应用，形成满足现代化空间对地观测需要的事业基础。实施数据的处理分析及建库工作，负责国家大地测量基准框架数据与成果的管理和发布。(2)实现对各个GPS跟踪站的网络化监控与遥控。负责完成相关国内GPS跟踪站数据、国际站的观测数据、精密星历收集与存贮；具备GPS卫星区域定轨及精密星历的数据分析、发布、预报星历能力。条件成熟时发布精密星历。,2020/5/20,168,(3)获得GPS跟踪站坐标时间序列、速度场与地壳运动图像。(4)维护和管理国家空间参考基准数据库，建设动态数据库为基础的网站，面向用户提供优质高效的数据信息服务。(5)建立安全可靠的数据交换标准，实现快速交换与安全的数据共享机制。(6)跟踪国际前沿的大地基准和有关新技术的理论和应用研究，为维持和更新国家空间参考基准提供先进的技术支持。(7)培养掌握现代空间大地测量理论和技术的高级人才。,2020/5/20,169,(8)分析地球自转，产出极移公报自转参数。分析电离层变化与对流层变化，产生动态电离层变化图像、水气变化图像。(9)监测地壳运动、反演地下物质变化规律、预警地震灾害和地质灾害。(10)处理分析Champ卫星数据，精化国家重力场与大地水准面。,