坐标及时间系统
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5、球面
在范围不大时，或地球扁率的影响可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：
地球自转角速度
7292115*10-11(rad/s)
组成国际极移服务，在北纬39度08分处建五个 国际纬度站，观测成果经归化后得到平均纬度值， 对应的地极为平地极。称为国际协议原点(CIO） 4) 国际时间局
由于极移影响，各地经度也会发生变化，从而 影响时间的确定。国际上成立国际时间（BIH） 5)本初子午线
通过英国格林尼治天文台艾黎中星仪的子午圈 为本初子午线。
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
地球引力常数GM
3986005*108(m3/s2)
地球椭球长半径a
6378137m
地球扁率f
1/298.257223563
光速值c
299792458m/s
SGS-85 椭球
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面积约占29%
1976年开始由国家测绘局、总参测绘局、 水利部、国家地震局共同承担重新布测国 家一等水准网，总长93000多公里，组成 100个水准环，经过平差，建立了1985年 国家高程系。
水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
Leabharlann Baidu
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
第二讲 坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
➢1. 天球的概念 ➢2.地球的形状和大小 ➢3.坐标和坐标系 ➢4.坐标变换与坐标转换 ➢5.地图投影—高斯投影；麦卡托投影 ➢6.时间系统
坐标及时间系统
坐标系统和时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和 表达观测站位置的数学和物理基础 1.天球的概念 天球-是以地球质心为中心，半经为任意长的假想球体，天文 学中将天体投影到天球上，用球面坐标研究天体位置和天体间 的关系。 天轴-地球旋转轴的延伸 天极-天轴与天球的交点 天球赤道面-过质心与天轴垂直的面 黄道-地球公转轨道面与天球相交大圆 黄极-过天球中心，并垂直于黄道面的直线与天球的交点 春分点-黄道与赤道交点，太阳从南半球向北半球运动的点 白道-月亮公转轨道面与天球相交大圆 黄赤交角-黄道面与赤道面交角。（23度26分） 黄白交角-黄道面与白道面交角。（5度09分）
球面所作的垂线。 (5) 决定参考椭球大小的元素为椭圆
的长半轴a和扁率f，简称参考椭 球元素。
坐标及时间系统
参考椭球面和大地水准面
坐标及时间系统
(6)我国现用的几个参考椭球元素值
克拉索夫斯基椭球由前苏联大地测量学家克拉索夫斯基根据苏联境内天 文大地测量资料于1940年推算出的椭球
IUGG-75椭球国际大地测量与地球物理联合会根据全球卫星测量 数据和全球重力资料推算地球总椭球体并于1975年定义
气因素引起。 特点--是近似园形不规则的螺旋曲线 周期--周期为一年，振幅为0.1纱；另一个为
432天，振幅0.2秒称为张德勒周期变化。顺时 针方向。6年移动5周，范围为24m2 极移会造成子午圈和地球赤道发生变化，地球上 点的坐标会发生变化，时间也会发生变化。
坐标及时间系统
3) 国际协议原点 为了研制极移，国际大地测量学会和天文学会
上述两项造成天极绕北黄极沿着黄赤交角为半径的小圆 作匀速运动，周期为25800年-此为平北天极
造成平春分点沿黄道面向西移50.29秒，称为岁差
而真北天极是绕平北天极做周期为18.6年波浪形曲线
移动。称为章动
坐标及时间系统
2).极移 地球自转轴在地球内的运动，使地极在地球表面
上不停的移动称为极移 原因--地球内部物质不均匀，地球表面海洋、大
坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
岁差、章动和极移
1).岁差、章动
由于日、月对地球赤道隆起部分的引力，使地球自转轴 产生一个力矩，这个力矩随太阳和月亮视运动而变化， 造成北天极绕北黄极在天球上自东向西进动
另外行星引力对地球公转轨道也有摄动，使黄道面发生 变化。因此使北黄极在天球上也产生移动，每年以0.4 秒速度沿与黄极和天报成7度角的大圆弧移动。
2、重力与铅垂线
– 重力: 地球上质点所受万有引力
与离心力的合力
– 铅垂线: 重力线. 不一定过地心
– 铅垂方向: 重力方向。不一定指
向地心
坐标及时间系统
3、水准面与大地水准面
(1) 水准面
– 假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的 封闭曲面称水准面。
– 水准面是重力等位面, 处处与重力方向(铅垂线)垂直 – 有无穷多个水准面，但各水准面之间是不平行的。 – 是不规则的闭合曲面
(2) 将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。 (3) 通常选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示
的椭球面作为投影基准面，它由椭圆绕其短轴NS旋转而成 的旋转椭球，称参考椭球，其表面称参考椭球面。要求：
(1)总质量=地球质量，中心与质心 重合， 短轴与旋转轴重合。
(2)旋转角速度与地球自转速度等。 (3)表面与大地水准面拟合最好。 (4) 法线——由地表任一点向参考椭
在范围不大时，或地球扁率的影响可以忽略时,可将
地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径
R=6371km
6、平面
坐标及时间系统
在范围不大时，可以平面代替大地水准面.
WGS-84椭球
美国全球卫星定位系统GPS选用的地球总椭球体。
参数为：
地球自转角速度
7292115*10-11(rad/s)
组成国际极移服务，在北纬39度08分处建五个 国际纬度站，观测成果经归化后得到平均纬度值， 对应的地极为平地极。称为国际协议原点(CIO） 4) 国际时间局
由于极移影响，各地经度也会发生变化，从而 影响时间的确定。国际上成立国际时间（BIH） 5)本初子午线
通过英国格林尼治天文台艾黎中星仪的子午圈 为本初子午线。
(2) 大地水准面
– 与平均海水面相吻合的水准面称大地水准面 – 大地水准面是唯一的。 – 大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自
然形状和大小。 – 测量工作的高程基准面
坐标及时间系统
我国在青岛设有验潮站，在青岛观象山建立国家水准原点
坐标及时间系统
国家高程基准
1956年通过对青岛验潮站7年观测成果的 计算，求出水准原点高程为： 72.289m以此为基准称为1956年黄海高 程基准。
地球引力常数GM
3986005*108(m3/s2)
地球椭球长半径a
6378137m
地球扁率f
1/298.257223563
光速值c
299792458m/s
SGS-85 椭球
坐标及时间系统
2.地球的形状和大小
1、地球 (1)由于地球的自转和公转，地球南北极稍扁，赤道稍长，南北 相差43km ，椭球平均半径约为6371km (2) 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，有高山、丘
陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形 态，如：珠峰+8844.43m, 马里亚纳海沟-11022m,但这样的 高低变化与地球半径6371km相比只有1/600,变化是微小的。 (3) 海洋面积约占71%，陆地面积约占29%
1976年开始由国家测绘局、总参测绘局、 水利部、国家地震局共同承担重新布测国 家一等水准网，总长93000多公里，组成 100个水准环，经过平差，建立了1985年 国家高程系。
水准原点高程为：72.260m
坐标及时间系统
Leabharlann Baidu
4、参考椭球面
(1) 大地水准面——大地水准面由于受地球重力场影响，微小 起伏、不规则、很难用数学方程表示
第二讲 坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
➢1. 天球的概念 ➢2.地球的形状和大小 ➢3.坐标和坐标系 ➢4.坐标变换与坐标转换 ➢5.地图投影—高斯投影；麦卡托投影 ➢6.时间系统
坐标及时间系统
坐标系统和时间系统是描述卫星运动，处理观测数据和 表达观测站位置的数学和物理基础 1.天球的概念 天球-是以地球质心为中心，半经为任意长的假想球体，天文 学中将天体投影到天球上，用球面坐标研究天体位置和天体间 的关系。 天轴-地球旋转轴的延伸 天极-天轴与天球的交点 天球赤道面-过质心与天轴垂直的面 黄道-地球公转轨道面与天球相交大圆 黄极-过天球中心，并垂直于黄道面的直线与天球的交点 春分点-黄道与赤道交点，太阳从南半球向北半球运动的点 白道-月亮公转轨道面与天球相交大圆 黄赤交角-黄道面与赤道面交角。（23度26分） 黄白交角-黄道面与白道面交角。（5度09分）
球面所作的垂线。 (5) 决定参考椭球大小的元素为椭圆
的长半轴a和扁率f，简称参考椭 球元素。
坐标及时间系统
参考椭球面和大地水准面
坐标及时间系统
(6)我国现用的几个参考椭球元素值
克拉索夫斯基椭球由前苏联大地测量学家克拉索夫斯基根据苏联境内天 文大地测量资料于1940年推算出的椭球
IUGG-75椭球国际大地测量与地球物理联合会根据全球卫星测量 数据和全球重力资料推算地球总椭球体并于1975年定义
气因素引起。 特点--是近似园形不规则的螺旋曲线 周期--周期为一年，振幅为0.1纱；另一个为
432天，振幅0.2秒称为张德勒周期变化。顺时 针方向。6年移动5周，范围为24m2 极移会造成子午圈和地球赤道发生变化，地球上 点的坐标会发生变化，时间也会发生变化。
坐标及时间系统
3) 国际协议原点 为了研制极移，国际大地测量学会和天文学会
上述两项造成天极绕北黄极沿着黄赤交角为半径的小圆 作匀速运动，周期为25800年-此为平北天极
造成平春分点沿黄道面向西移50.29秒，称为岁差
而真北天极是绕平北天极做周期为18.6年波浪形曲线
移动。称为章动
坐标及时间系统
2).极移 地球自转轴在地球内的运动，使地极在地球表面
上不停的移动称为极移 原因--地球内部物质不均匀，地球表面海洋、大
坐标及时间系统
坐标及时间系统
坐标及时间系统
岁差、章动和极移
1).岁差、章动
由于日、月对地球赤道隆起部分的引力，使地球自转轴 产生一个力矩，这个力矩随太阳和月亮视运动而变化， 造成北天极绕北黄极在天球上自东向西进动
另外行星引力对地球公转轨道也有摄动，使黄道面发生 变化。因此使北黄极在天球上也产生移动，每年以0.4 秒速度沿与黄极和天报成7度角的大圆弧移动。
2、重力与铅垂线
– 重力: 地球上质点所受万有引力
与离心力的合力
– 铅垂线: 重力线. 不一定过地心
– 铅垂方向: 重力方向。不一定指
向地心
坐标及时间系统
3、水准面与大地水准面
(1) 水准面
– 假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的 封闭曲面称水准面。
– 水准面是重力等位面, 处处与重力方向(铅垂线)垂直 – 有无穷多个水准面，但各水准面之间是不平行的。 – 是不规则的闭合曲面
(2) 将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。 (3) 通常选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示
的椭球面作为投影基准面，它由椭圆绕其短轴NS旋转而成 的旋转椭球，称参考椭球，其表面称参考椭球面。要求：
(1)总质量=地球质量，中心与质心 重合， 短轴与旋转轴重合。
(2)旋转角速度与地球自转速度等。 (3)表面与大地水准面拟合最好。 (4) 法线——由地表任一点向参考椭