Chpt2坐标与时间系统

天轴：地轴的延长线，叫做天轴。 天极：天轴同天球的交点就是天极，在北极上空的是 北天极（P），在南极上空的是南天极（P‘）。 天球赤道：通过天球中心，同天轴垂直的平面和天球 相交的大圆圈，叫做天球赤道。北天极和南天极就是 天赤道的两极。天赤道把天球分成南、北两半球。显 然，天球赤道平面同地球的赤道平面或者重合（地心 天球）或者平行（以观测者为中心的天球或日心天 球）。 天球子午圈（面）：通过天极的大圆，叫做（天）子 午圈，相应的平面就是天球子午面。

我国几乎所有的 测绘成果都采用 高斯投影 具体又有3度带 和6度带高斯投 影
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2.3 地球坐标系统
我国小比例尺图 （圆锥投影）
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2.4 天球坐标系统

天球坐标系

又称为恒星坐标系，用来确定天体在天球上的位置。

天球的几何形状是正球。 既可以用直角坐标系，也适合用球面坐标系表 示天体的位置。


1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天极为协议北 天极。 Z轴指向协议北天极的天球坐标系称为协议天球坐标系，X 轴指向协议春分点。
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2.5 常用坐标系统简介
WGS-84世界大地坐标系 由美国国家影像制图局（NIMA）和其前身美国国防 部测绘局（DMA）制定的。 GPS采用。 一个地固空间直角坐标系。 原点在地球质心。（又称地心坐标系） Z轴指向国际时间局BIH1984.0定义的协议地球极 （CTP）方向。 X轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点。 Y轴和Z、X轴构成右手坐标系。
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2.6 时间系统
时间的概念 时间包括时刻（绝对时间）与时间间隔（相对 时间）两个概念。 测量时间同样需要建立测量基准，包括尺度与 原点。 可作为时间基准的运动现象必须是周期性的， 且其周期应有复现性和足够的稳定性。
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2.4 天球坐标系统
Z z
地心
s δ
y
春分点
x
α
Y
X
天球坐标系
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2.4 天球坐标系统
天球空间直角坐标系 地球质心O为坐标原点。 Z轴指向天球北极。 X轴指向春分点。 Y轴垂直于XOZ平面，与X轴和Z轴构成右手坐 标系 空间点的位置由坐标（X，Y，Z）来描述。
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2.2 天球及其模型
地平线与天顶
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2.2 天球及其模型
观察者与地平线
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2.2 天球及其模型
观察者与地平线、黄道、天球赤道、春分点的关系
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2.2 天球及其模型

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2.3 地球坐标系统
赤道和本初子午线
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2.3 地球坐标系统
大地坐标系和空间直角坐标系
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2.3 地球坐标系统
球面坐标系 以参考椭球中心为原点。 用大地经纬度和大地高程来描述空间点位置。 用（B, L, H）来表示。纬度B和经度L表示， 其中高度H为空间点到椭球面的垂直距离。
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2.2 天球及其模型
地球轴的进动（岁差）
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2.2 天球及其模型

章动？

地球自转轴的进动复杂。进动轨迹可以看作是在平 均位置附近做短周期的微小摆动。称这种微小的摆 动为章动。 地球自转轴会在地球内部绕行，其周期为305天。 地极的这种运动，称为极移。
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2.2 天球及其模型
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2.2 天球及其模型


日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球 旋转轴在空间的指向发生移动：岁差、章动。 岁差？



春分点在恒星间的位置不是固定不变的。 使得春分点沿着黄道缓慢地向西移动，每年约 50.37s 。 使得太阳通过春分点的时刻总是比太阳回到恒星间 的同一位置的时刻要早一些 。 回归年的长度比恒星年的长度短。 这一现象称为岁差 。

问题：

由于参考椭球的中心大多不能与地球的质心完全重 合，就导致使用不同的椭球参数的国家和地区所测 得的大地坐标之间存在一定的差异。
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2.3 地球坐标系统
地图投影 地球椭球面是不可展曲面 我们习惯操作的纸质地图和数字地图是建立在 二维平面坐标基础上的 需要把球形的地球表面的点映射到一个平面上 这种从球形表面到平面的转换就称为地图投影 实质就是建立地球椭球面上点的坐标（m, n） 与平面上对应的坐标（x, y）之间的函数关系
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2.4 天球坐标系统
天球球面坐标系 地球质心O为坐标原点。 春分点轴与天轴所在平面为天球经度（赤经α ） 测量基准(基准子午面)，赤道为天球纬度（赤 纬δ ）测量基准而建立球面坐标。 向径r 表示天体到地球质心的距离。 空间点S的位置为（r，α，δ）。

如何建立地球表面的几何模型？


地球椭球体的表示：


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2.1 地球及其地球网格

如何选择地球椭球体的长半径a和短半径b？



为了测量计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用 数学方法来表达的旋转椭球来代替地球。 用地球的自然表面？ 用地球的海平面？从海平面延伸到所有大陆下部，而与地 球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，这就是 大地水准面。
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2.3 地球坐标系统
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2.3 地球坐标系统
高斯投影 高斯－克吕格投影的简称，又称为横轴墨卡托 投影。 一种横轴等角圆柱投影，以椭圆柱作为投影面， 并与椭球体相切于一条经线上，该经线即为投 影带的中央经线。 按等角方式将中央经线东西一定范围内的区域 投影到椭圆柱表面上，再展成平面，便构成了 横轴等角切椭圆柱投影。
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2.6 时间系统
时间的概念 现代测量科技与空间科技紧密结合，测量精度 极高。 卫星定轨、飞机和车辆导航等问题，不仅要求 给出空间位置，而且应给出相应的时间。 现代大地测量基准应是包括时间在内的四维基 准。 GPS测量中，时间的意义

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确定GPS卫星的在轨位置； 确定测站位置； 确定地球坐标系与天球坐标系的关系。
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2.2 天球及其模型
北 天极 本 初子 午圈 地 球赤 道 天 球赤 道 黄道 地球
太阳
赤经 星体
赤纬
南 天极
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2.2 天球及其模型




黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆， 称为黄道。即当地球绕太阳公转时，地球上的 观察者所见到的太阳在天球上运动的轨迹。 黄赤交角：黄道面与赤道面的夹角，称为黄赤 交角，约为23.5度。 春分点：定义当太阳在黄道上从南半天球向北 半天球运动时，黄道与天球赤道的交点，称为 春分点。 春分点和天球赤道面是建立参考系1-23
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2.5 常用坐标系统简介
1954年北京坐标系 采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球（苏）。 大地坐标系。 问题：



椭球参数有较大误差。 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。 定向不明确。

新的1980年国家大地坐标系。
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2.4 天球坐标系统
解决方案： 北极和春分点：“平”和“瞬时”两种位置表示。 平天球球面坐标系： Z轴指向平北天极，X轴指向平 春分点。 瞬时天球球面坐标系： Z轴指向瞬时北天极，X轴指 向瞬时春分点（真春分点）。 在精度要求不高的时候，一般多使用平坐标系系列。 协议天球坐标系：



克拉索夫斯基，1940，6378245，298.3，北京54 坐标系 IAG-75，1975，6378140，298.257，国家80坐标 系 WGS-84，1984，6378137，298.257223563美国
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2.2 天球及其模型
什么是天球？


以空间某一点（例如观 察者）为中心、半径为 无穷大的一个圆球。 半径是任意长，观测者 任何移动，球面形状不 变。
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2.3 地球坐标系统



地球坐标系是围绕地球椭球建立起来的。 又称为全球坐标系统（Global Coordinate System）或大地坐标系。 以参考椭球面为基准面，用以表示地面点位置 的参考系。 如何确定坐标系？


选择了相应的椭球 确定坐标原点及其坐标轴的方向 确定它与大地水准面的相关关系

极移？

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2.2 天球及其模型
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2.2 天球及其模型

极移与岁差、章动对坐标系的影响？