第2章测量坐标系和高程分解
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N 赤道 平面 P O n L
程测
第 二 章 大地纬度：过P点的法线 起始子午面 （首子午面） 测 Pn与赤道面的夹角叫做 量 P点的大地纬度，用B表 M 坐 示。北纬0~90˚南纬 0~90˚ 标 大地高 P点沿椭球面法线 系 到椭球面的距离H，称为 和 大地高，从椭球面起算， 高 向外为正，向内为负。 大地经度L
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
二、铅垂线 地球表面任一质点，受到两个力： 地球自转产生的惯性离心力、地球质量产生的引力。 它们的合力称为重力。铅垂线是重力的作用线，是测 量外业所依据的基准线。
程测
第一节 地球形状和大小
处于自由静止状态的水面称为水准面。水准面是 量 一个重力等位面，水准面上各点处处与该点的重力方 学
B
S
大地纬度B
第二节 测量常用坐标系和椭球定位
（二）、空间直角坐标系
以椭球体中心O为原点；起始子午面与 赤道面交线为X轴；赤道面上与X轴正交的 方向为Y轴；椭球体的旋转轴为Z轴；构成 右手直角坐标系O-XYZ。在该坐标系中，P 点的位置用x，y，z表示。
程测
量 学
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
第一节 地球形状和大小
测绘地形图需要由地球曲面变换为平面的地球投 量 学 影，若这个曲面不规则，则计算将十分困难。为解决
程 测 四、参考椭球
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
这个问题选一个与大地水准面非常接近并可用数学公 式表达的几何体来建立一个投影面。代表地球形状和 大小的旋转椭球，称为“地球椭球”。
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
程 测 三、水准面
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
向（铅垂线方向）垂直。在地球表面上重力作用的范 围内，通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准 面有无数个。 在测量上，把一个假想的、与静止的海水面重合 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。 由于地球表面起伏和内部质量分布不均，重力受 其影响，垂线产生不规则变化，所以大地水准面是一 个封闭的略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精 确表达。大地水准面是测量外业所依据的基准面。
G O
赤道源自文库面
E
赤道
起始子午面
S
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
二、确定地面点的坐标系 （一）大地坐标系 地面上一点的位置用大地坐标（L、B、H）表示，大地 坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面和赤道面 作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。 大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二 面角叫做P点的大地经度，L表示。东经0~180˚西经0~180˚
铅 垂 θ 线 法 线 地表面
参考椭球面 大地水准面 海底 海底
第一节 地球形状和大小 量 与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭 学 球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。由
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有 一个。
P
程 测 与大地水准面最接近的地球椭球称为总地球椭球，
测量工作的主要研究对象是地球的自然表面， 量 学 地球表面有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海
程 测 一、地球形状和大小
第 洋。珠穆郎玛峰高达 8844.43m，太平洋西部的 二 马里亚纳海沟深达 11022m。海洋面积约占 71%, 章 陆地面积约占29%。 测 量 坐 标 系 和 高
第一节 地球形状和大小 量 学
测量学基础
第二章 测量坐标系和高程
河南理工大学测绘学院
2010.02
程测
基本内容 2.1 地球形状和大小
量 学
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
2.2 测量常用坐标系和参考椭球定位
2.3 地图投影和高斯平面直角坐标系 2.4 高程 2.5 用水平面代替水准面的限度 2.6 方位角
第一节 地球形状和大小
（三）、 WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS） 采用的坐标系，属地心空间直角坐标系。 WGS-84 坐标系采用 1979 年国际大地测量与 地球物理联合会第 17届大会推荐的椭球参数。 WGS-84坐标系的原点位于地球质心； Z轴指 向BIHl984.0定义的协议地球极(CIP)方向；X 轴指向 BIHl984.0 的零子午面和 CIP 赤道的交 点； Y 轴垂直于 X 、 Z 轴， X 、 Y 、 Z 轴构成右 手直角坐标系。
图1-5
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
（四）、平面直角坐标系 测绘平面直角坐标系与解析几何平面直角坐标系有所 不同，前者以纵轴为X轴，表示南北方向，向北为正；横 轴为Y轴，表示东西方向，向东为正；象限顺序依顺时针 方向排列。
程测
第 二 章 测 量 坐 图2-6 标 当测区范围较小时（如小于100km2），常把球面看作 系 平面，建立独立平面直角坐标系，这样地面点在投影面上 和 的位置就可以用平面直角坐标来确定。建立独立坐标系时， 高 假设的原点位置应使测区内各点的x、y值为正。
E
Q
P1
第一节 地球形状和大小
在几何大地测量中，椭球的形状和大小通常用 量 长半轴a 、短半轴b和扁率 f 来表示。 a b 学 f a
程测
第 二 我国1980年国家大地坐标系采用了 章 1975年国际椭球，该椭球的基本元 素是： 测 a= 6 378 140m , 量 b = 6 356 755.3m , 坐 图2-3 f =1/298.257。 标 由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时， 系 在普通测量中可把地球近似地看作圆球体，其半径为： 和 1 R (a a b) 6371km 高
3
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
一、参考椭球基本知识 地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。 子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。 起始子午面：通过英国格林尼治天文台的子午面NGS 。
纬线 起 始 子 午 线
W N
程测
第 子午线：子午面与地球 二 面的交线，又叫经线。 章 纬 线：垂直于地轴 测 的平面与地球面的交 量 线。 坐 赤道平面：垂直于地轴 标 并通过地球中心的平面 系 WME。 和 赤 道：赤道平面与地 球面的交线。 高
程测
第 二 章 大地纬度：过P点的法线 起始子午面 （首子午面） 测 Pn与赤道面的夹角叫做 量 P点的大地纬度，用B表 M 坐 示。北纬0~90˚南纬 0~90˚ 标 大地高 P点沿椭球面法线 系 到椭球面的距离H，称为 和 大地高，从椭球面起算， 高 向外为正，向内为负。 大地经度L
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
二、铅垂线 地球表面任一质点，受到两个力： 地球自转产生的惯性离心力、地球质量产生的引力。 它们的合力称为重力。铅垂线是重力的作用线，是测 量外业所依据的基准线。
程测
第一节 地球形状和大小
处于自由静止状态的水面称为水准面。水准面是 量 一个重力等位面，水准面上各点处处与该点的重力方 学
B
S
大地纬度B
第二节 测量常用坐标系和椭球定位
（二）、空间直角坐标系
以椭球体中心O为原点；起始子午面与 赤道面交线为X轴；赤道面上与X轴正交的 方向为Y轴；椭球体的旋转轴为Z轴；构成 右手直角坐标系O-XYZ。在该坐标系中，P 点的位置用x，y，z表示。
程测
量 学
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
第一节 地球形状和大小
测绘地形图需要由地球曲面变换为平面的地球投 量 学 影，若这个曲面不规则，则计算将十分困难。为解决
程 测 四、参考椭球
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
这个问题选一个与大地水准面非常接近并可用数学公 式表达的几何体来建立一个投影面。代表地球形状和 大小的旋转椭球，称为“地球椭球”。
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
程 测 三、水准面
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
向（铅垂线方向）垂直。在地球表面上重力作用的范 围内，通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准 面有无数个。 在测量上，把一个假想的、与静止的海水面重合 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。 由于地球表面起伏和内部质量分布不均，重力受 其影响，垂线产生不规则变化，所以大地水准面是一 个封闭的略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精 确表达。大地水准面是测量外业所依据的基准面。
G O
赤道源自文库面
E
赤道
起始子午面
S
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
二、确定地面点的坐标系 （一）大地坐标系 地面上一点的位置用大地坐标（L、B、H）表示，大地 坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面和赤道面 作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。 大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二 面角叫做P点的大地经度，L表示。东经0~180˚西经0~180˚
铅 垂 θ 线 法 线 地表面
参考椭球面 大地水准面 海底 海底
第一节 地球形状和大小 量 与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭 学 球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。由
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
此可见，参考椭球有许多个，而总地球椭球只有 一个。
P
程 测 与大地水准面最接近的地球椭球称为总地球椭球，
测量工作的主要研究对象是地球的自然表面， 量 学 地球表面有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海
程 测 一、地球形状和大小
第 洋。珠穆郎玛峰高达 8844.43m，太平洋西部的 二 马里亚纳海沟深达 11022m。海洋面积约占 71%, 章 陆地面积约占29%。 测 量 坐 标 系 和 高
第一节 地球形状和大小 量 学
测量学基础
第二章 测量坐标系和高程
河南理工大学测绘学院
2010.02
程测
基本内容 2.1 地球形状和大小
量 学
第 二 章 测 量 坐 标 系 和 高
2.2 测量常用坐标系和参考椭球定位
2.3 地图投影和高斯平面直角坐标系 2.4 高程 2.5 用水平面代替水准面的限度 2.6 方位角
第一节 地球形状和大小
（三）、 WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS） 采用的坐标系，属地心空间直角坐标系。 WGS-84 坐标系采用 1979 年国际大地测量与 地球物理联合会第 17届大会推荐的椭球参数。 WGS-84坐标系的原点位于地球质心； Z轴指 向BIHl984.0定义的协议地球极(CIP)方向；X 轴指向 BIHl984.0 的零子午面和 CIP 赤道的交 点； Y 轴垂直于 X 、 Z 轴， X 、 Y 、 Z 轴构成右 手直角坐标系。
图1-5
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
（四）、平面直角坐标系 测绘平面直角坐标系与解析几何平面直角坐标系有所 不同，前者以纵轴为X轴，表示南北方向，向北为正；横 轴为Y轴，表示东西方向，向东为正；象限顺序依顺时针 方向排列。
程测
第 二 章 测 量 坐 图2-6 标 当测区范围较小时（如小于100km2），常把球面看作 系 平面，建立独立平面直角坐标系，这样地面点在投影面上 和 的位置就可以用平面直角坐标来确定。建立独立坐标系时， 高 假设的原点位置应使测区内各点的x、y值为正。
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Q
P1
第一节 地球形状和大小
在几何大地测量中，椭球的形状和大小通常用 量 长半轴a 、短半轴b和扁率 f 来表示。 a b 学 f a
程测
第 二 我国1980年国家大地坐标系采用了 章 1975年国际椭球，该椭球的基本元 素是： 测 a= 6 378 140m , 量 b = 6 356 755.3m , 坐 图2-3 f =1/298.257。 标 由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时， 系 在普通测量中可把地球近似地看作圆球体，其半径为： 和 1 R (a a b) 6371km 高
3
第二节 测量常用坐标系和椭球定位 量 学
一、参考椭球基本知识 地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。 子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。 起始子午面：通过英国格林尼治天文台的子午面NGS 。
纬线 起 始 子 午 线
W N
程测
第 子午线：子午面与地球 二 面的交线，又叫经线。 章 纬 线：垂直于地轴 测 的平面与地球面的交 量 线。 坐 赤道平面：垂直于地轴 标 并通过地球中心的平面 系 WME。 和 赤 道：赤道平面与地 球面的交线。 高