大地测量参考框架_武汉大学测绘学院

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• 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,
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The shape of the geoid varies around the globe, therefore different sized ellipsoids have been used for different regions. Each is chosen to fit the geoid as closely as measurement technologies and computational abilities allowed at the time they were established. For example, an ellipsoid which provides a good fit of the geoid over the whole globe is not necessarily the most suitable for North America, and neither would be the most appropriate for Ireland (see the diagram below for an exaggerated depiction).
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➢ the size and shape of the ellipsoid, usually expressed as the semimajor axis (a) and the flattening (f) or eccentricity squared (e2). There are a number of techniques used to determine the best fit ellipsoid for an area;
N新2 min(或
2 新
min)
Lk k k seck
Bk k k
AKi Ki k t ank
H K H正K Nk
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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。
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25.8259 87.3337 22.0671 1986.2195 858.8410 3624.6575
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• 讨论题 1 旋转椭球作为大地测量基准，其特征是什么？ 2 地球椭球的常数J2与扁率f的关系式为：
用3 椭Wf 球GS定2384位J的2是椭如12球何m数通据89过进J大2行2 地验1原34证点J。2的m起 51算61数m据2 体12现67 J的23？
Ellipsoid has been used in classical geodesy for over 200 years to provide a figure of the earth on which positions may be given in terms of latitude, longitude and height above the ellipsoidal surface. The ellipsoid thus used is termed a reference ellipsoid.
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• 大地测量参考框架(Geodetic Reference Frame)：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。（）
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2000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPS A、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。
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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？
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2大地基准
• 经典大地测量基准(几何特征)：经过定位定向且具 有确定参数的椭球—参考椭球
There are many different ellipsoids on which positions may be expressed. The size, shape and positioning of the ellipsoidal reference system with respect to the area of interest is largely arbitrary, and determined in different ways around the globe. The defining parameters of such a reference em are known as the geodetic datum. The geodetic datum may be defined by the following constants:
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总地球椭球实例：WGS84, GRS80
WGS84(GPS)
a
6378137
f
1/298.257223563
J2
108262.999·10-8
ω(rad/s) 7292115·10-11
GRS80(ITRS)
6378137
1/298.257222101 108263·10-8
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椭球定向
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椭球定位
• 一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定
K 0, K 0
NK 0
LK K , BK K , AKi Ki
H K H正K
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• 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。
KUNMING -1281255.473 5640746.079 2682880.117
URUMQI 193030.873 4606851.324 4393311.421
LHASA
-106937.669 5549269.591 3139215.762
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WGS84 VS. GRS80
）和地球自转角速度w。
J2 5 C2,0
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• 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。
7292115·10-11
GM(m3 s-2)
3986005·108
3986005·108
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WUHAN -2267749.162 5009154.325 3221290.762
BEIJING -2148743.784 4426641.236 4044655.935
SHANGHAI -2831733.268 4675666.039 3275369.521
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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。
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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。
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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。
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• 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
名称 贝塞尔椭球(Bessel) 克拉克椭球(Clarke) 海福特椭球(Hayford) 克拉索夫斯基椭球
(Krassovsky)
• 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
WUHAN BEIJING SHANGHAI KUNMING URUMQI
LHASA
67.471907924 253.541597253 87.563100346 257.184698733 69.025901447 269.055343195 55.342076376 228.141652447 97.155632104 194.295087226 65.505069941 202.163288773
25.8259 87.3337 22.0670 1986.2195 858.8410 3624.6574
WUHAN 67.471907924 253.541597253 BEIJING 87.563100347 257.184698733 SHANGHAI 69.025901448 269.055343195 KUNMING 55.342076376 228.141652447 URUMQI 97.155632105 194.295087226 LHASA 65.505069942 202.163288773
年代 1841 1866 1910 1940
长半径(m) 6377397 6378206 6378388 6378245
1/f 299.15 294.98 297.00 298.3
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参考椭球大小、定位与定向
①选择或求定椭球的几何参数(长半径 a和扁率α ) ②确定椭球短轴的指向(椭球定向) ③确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点）
1 概论
• 大地基准（Geodetic Datum）：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）。
b a
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• 大地测量参考系统（Geodetic Reference System）： 坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统
➢ the zero of longitude (conventionally the Greenwich Meridian).
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The manner in which the Geodetic Datum is defined varies from country to country (or region to region).
➢ the direction of the minor axis of the ellipsoid;
➢ the position of its centre, either implied by adopting a geodetic latitude and longitude (B,L) and geoid / ellipsoid separation (N) at one(一点定位), or more points (datum stations，多点定位), or in absolute terms(X0,Y0,Z0) with reference to the centre of mass of the earth;