大地测量 2017 (第二章,基本理论; 地球参考系 )
大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
地球参考系与参考框架课件
中国地球参考框架的建立
方法
通过全球定位系统（GPS）观测和数据处理，结合 天文测量和重力测量等多种手段，建立中国地球参 考框架。
过程
收集和处理大量观测数据，进行数据分析和处理， 确定中国范围内的地球坐标和地球动力学参数，形 成中国地球参考框架。
中国地球参考框架的应用
地理信息系统
中国地球参考框架是地理信息系统的基础，为各种地理信 息数据的采集、处理、分析和应用提供统一的坐标和参数 。
资源调查与环境监测
中国地球参考框架在资源调查、环境监测等领域也具有广 泛应用，为相关工作的开展提供了重要的技术支持。
城市计划与建设
在城市计划、建设和管理工作中，需要使用中国地球参考 框架提供的地理坐标和参数，以确保各项工作的精度和准 确性。
科学研究
在地球科学、地质学、气象学等领域，中国地球参考框架 为科学研究提供了重要的基础数据和参数，促进了相关学 科的发展。
建立国际地球参考框架需要使用高精度的测量技术和先 进的算法，以确保其精度和可靠性。
国际地球参考框架的应用
国际地球参考框架是全球导航卫星系 统（GNSS）的基础，用于定位和导 航。
国际地球参考框架还应用于地球科学 、气象学、地震学和环境监测等领域 ，为相关研究和应用提供统一的参考 系统和数据基础。
它也是地理信息系统（GIS）的重要 参考，用于地图制作、地理信息分析 和可视化。
04
地球参考系与导航定位
Chapter
导航定位系统的基本原理
导航定位系统的概念
导航定位系统是一种能够确定物体位置、速度和姿态的系统，广泛 应用于军事、交通、气象等领域。
导航定位系统的组成
导航定位系统通常由信号发射器、信号接收器和数据处理系统三部 分组成。
测绘技术中的大地测量原理与方法
测绘技术中的大地测量原理与方法概述大地测量作为测绘技术的一个重要领域，以其在地球科学、地理信息系统等领域中的广泛应用而备受关注。
本文将介绍大地测量的原理与方法，包括大地测量的基本概念、坐标系统、测量手段等方面，以期帮助读者更好地理解和应用大地测量技术。
一、大地测量的基本概念大地测量是指对地球表面形状、尺寸和相对位置进行测量的一种技术。
它通过测量地球上两点的经纬度、高程等信息，进而计算出地球上其他点的位置和形状等重要参数。
大地测量的基本概念包括地球椭球体模型、大地测量参考系和大地测量基准等。
地球椭球体模型是大地测量的基础，它将地球视为一个近似于椭球体的几何模型，通过确定椭球体的主椭球参数来描述地球的形状。
大地测量参考系是指在测量中用于确定地球上任意点位置的坐标系统。
地球上常用的大地测量参考系有地心地固参考系、地心大地参考系和地心球坐标系等。
大地测量基准是指测量中选择的起点或基准点，用于确定其他点的坐标。
在国际上常用的大地测量基准有国际地球参考系统（ITRS）和国内地球参考系统（CGCS）等。
二、大地测量的测量手段大地测量在实际应用中采用多种测量手段，包括全站仪、卫星定位、三角测量等。
全站仪是一种高精度的测量仪器，可以通过测量地球上两点的水平角、垂直角和斜距等信息，计算出两点之间的水平距离和高程差。
卫星定位技术是利用卫星系统（如GPS、GLONASS等）所提供的信号，通过接收并处理卫星信号来确定测量点在地球参考系中的坐标位置。
这种技术具有全球范围、高精度和实时性强等优点，被广泛应用于大地测量领域。
三角测量是一种传统的测量手段，通过测量地球上三个点之间的两边长度和夹角，利用三角函数关系计算出其他点之间的距离和角度。
虽然在实际应用中准确度相对较低，但由于测量设备和操作简便，仍然广泛应用于大地测量中的一些场合。
三、大地测量的数据处理与应用大地测量数据处理和应用是大地测量的重要环节，也是保证测量结果精度和可靠性的关键。
(完整word版)参考系坐标系及转换
1 天球坐标系、地球坐标系和卫星测量中常用的坐标系的建立方法.天球直角坐标系天球坐标系天球球面坐标系坐标系地球直角坐标系地球坐标系地球大地坐标系常用的天球坐标系：天球赤道坐标系、天球地平坐标系和天文坐标系。
在天球坐标系中，天体的空间位置可用天球空间直角坐标系或天球球面坐标系两种方式来描述.1 天球空间直角坐标系的定义地球质心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。
则在此坐标系下,空间点的位置由坐标（X，Y，Z)来描述.春分点：当太阳在地球的黄道上由天球南半球进入北半球，黄道与赤道的交点）2 天球球面坐标系的定义地球质心O为坐标原点，春分点轴与天轴（天轴：地球自转的轴）所在平面为天球经度(赤经）测量基准-—基准子午面，赤道为天球纬度测量基准而建立球面坐标.空间点的位置在天球坐标系下的表述为（r,α，δ)。
天球空间直角坐标系与天球球面坐标系的关系可用图2—1表示：岁差和章动的影响岁差:地球实际上不是一个理想的球体，地球自转轴方向不再保持不变，这使春分点在黄道上产生缓慢的西移，这种现象在天文学中称为岁差。
章动：在日月引力等因素的影响下,瞬时北天极将绕瞬时平北天极旋转，大致呈椭圆,这种现象称为章动。
极移：地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，因而，地极点在地球表面上的位置，是随时间而变化的,这种现象称为极移。
地球的自转轴不仅受日、月引力作用而使其在空间变化，而且还受地球内部质量不均匀影响在地球内部运动。
前者导致岁差和章动，后者导致极移。
协议天球坐标系:为了建立一个与惯性坐标系统相接近的坐标系，人们通常选择某一时刻,作为标准历元，并将此刻地球的瞬时自转轴（指向北极）和地心至瞬时春分点的方向，经过瞬时的岁差和章动改正后，分别作为X轴和Z轴的指向，由此建立的坐标系称为协议天球坐标系.3 地球坐标系地球直角坐标系和地球大地坐标系的转换其中:过椭球面上一点的法线，可作无限个法截面，其中一个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈称为卯酉圈。
如何进行大地测量和地球形状测定
如何进行大地测量和地球形状测定大地测量和地球形状测定是地理学和测量学领域中重要的研究方向。
通过这些测量方法可以了解地球的形状、大小及其变化。
本文将介绍大地测量和地球形状测定的基本概念、方法和应用。
一、大地测量的基本概念大地测量是利用测地仪和其他相关设备对地球表面进行测量的科学方法。
它的目的是确定地球形状、测量地球大小以及研究地球表面的变化。
大地测量的基本概念包括测地参考系、测地基准面和大地水准面。
测地参考系是一个参考框架，用来描述和测量地球表面的位置和形状。
常见的测地参考系有WGS84和国家水准面。
这些参考系对大地测量和地球形状测定非常重要，因为它们提供了准确的参考数据。
测地基准面是大地测量的基础面，通常与海平面接近。
在大地测量中，我们将地球表面视为一个椭球体，而测地基准面是描述这个椭球体的参考面。
常用的测地基准面有椭球面、椭球体和球面。
大地水准面是一个与重力场等势面垂直的参考面。
它描述了地球表面的高度变化。
在大地测量中，我们通过测量地球上的高程点来确定大地水准面的形状和变化。
大地水准面对于建立高程基准面和测量地球高程变化至关重要。
二、地球形状测定的方法地球形状测定是通过测量地球表面的形状和大小来确定地球的几何形状。
目前常用的地球形状测定方法包括三角测量法、测地测量法和卫星测量法。
三角测量法是一种基于三角形原理的测量方法。
通过测量三角形的边长和角度，再结合地球半径等参数，可以计算出地球表面上的点的位置和高程。
三角测量法在地球形状测定中被广泛应用，并已取得了很好的结果。
测地测量法是利用测地仪等设备测量地球表面的方法。
测地仪通过测量地球表面的曲率和重力，可以推导出地球的几何形状。
测地测量法对于测量地球形状和重力场等非常有用，并在地理学和测量学领域有着广泛的应用。
卫星测量法是利用卫星和全球定位系统(GPS)等技术测量地球形状和大小的方法。
通过卫星测量和数据处理，可以得出地球的几何形状和尺寸。
卫星测量法在现代测地学中发挥着越来越重要的作用，它不仅可以测量地球的形状和大小，还可以监测地球的变化和变形。
2017年注册测绘师考试知识点整理：测绘综合能力--大地测量
2017年注册测绘师考试知识点整理：测绘综合能力--大地测量测绘综合能力--大地测量第1节1.1 大地测量概论知识点一、大地测量的任务和特点[熟悉]:大地测量的任务和特点(一)任务大地测量是为建立和维持测绘基准与测绘系统而进行的确定位置、地球形状、重力场及其随时间和空间变化的测绘活动。
其任务是建立与维持大地基准、高程基准、深度基准和重力基准;确定与精化似大地水准面和地球重力场模型。
(二)特点①高精度;②长距离、大范围;③实时、快速;④“四维”：能提供在合理复测周期内有时间序列的、高于10-7相对精度的大地测量数据;⑤地心;⑥学科融合知识点二、大地测量系统与参考框架[熟悉]:大地测量系统与参考框架大地测量系统(规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式，包括理论、模型和方法)是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。
大地测量系统包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统。
与大地测量系统相对应大地参考框架有坐标(参考)框架、高程(参考)框架和重力测量(参考)框架三种。
(一)大地测量坐标系统和大地测量坐标框架1. 参心坐标框架以参考椭球的几何中心为基准的大地坐标系，通常分为：参心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和参心大地坐标系(以b，l，h 为其坐标元素)。
80西安坐标系和54北京坐标系，都是参心坐标系2. 地心坐标框架以地球质心为原点的大地坐标系，通常分为地心直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以b，l，h为其坐标元素)。
2000国家大地坐标系、wgs-84坐标系、glonass是采用pz-90坐标，都是属于地心坐标系(二)高程系统和高程框架1. 高程基准高程基准定义了陆地上高程测量的起算点。
1985国家高程基准是我国现采用的高程基准，青岛水准原点高程为72.2604m。
2. 高程系统高程系统是相对于不同性质的起算面(如大地水准面、似大地水准面、椭球面等)所定义的高程体系。
大地测量学基础
N
P 赤道面
线与赤道面的夹角
经度是空间中的
点与参考椭球的自 转轴所在的面与参 考椭球的起始子午
面的夹角
大地高是空间点 沿参考椭球的法线 方向到参考椭球面 的距离
大地高H
基本概念：空间直角坐标系①
空间直角坐标系定义
坐标系原点位于参考椭球 的中心； Z轴指向参考椭球的北极 ； X轴指向起始子午面与赤 道的交点； 起始子午面 Y轴位于赤道面上，且按 右手系与X轴呈90夹角。
水准面： 任何静止的液体表面称为水准面，是 一个处处与重力方向垂直的连续曲面。铅垂线和 水准面是测量工作所依据的线和面。随着高度的 不同，水准面有无数个。平均海水面是其中的一 个。
P
离心力
铅 垂 线 垂球
重 力
基本概念：大地水准面
大地水准面：平均海水面向陆地、岛屿延伸而形成的封 闭曲面。它所包围的形体叫大地体。 由于地球内部质量分布不均匀，使得地面上各点的铅垂 线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一 个连续的封闭的但有微小起伏的不规则曲面，无法用数 学模型来表示。
3.空间坐标系与平面直角坐标系间的转换
1.空间直角坐标系与空间大地坐标系间的转换
在相同的基准下，将空间大地坐标转换为空间直角坐标公式为：
X ( N H ) cos B cos L Y ( N H ) cos B sin L a2 2 Z N (1 e ) H sin B N 2 H sin B b
坐标原点位于地球的质心 Z轴指向协议地球极方向 X轴指向起始子午面和赤道的交点 Y轴与X轴和Z轴构成右手系。
1954北京坐标系
1954北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。 该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。
大地测量学基础笔记.docx
大地测量学基础笔记第二章坐标系统与时间系统2.1地球的自转2.1.1 地球绕太阳旋转(也称地球的公转)的轨道是椭圆，称为黄道。
地球绕太阳旋转一圈的时间是由起轨道的长半轴的大小决定的，成为一恒星年。
2.1.2 岁差：地球瞬时自转轴在空间中不断的改变方向的长期性运动。
章动：地球瞬时自转轴在空间中不断的改变方向的周期性运动。
平极：有若干个极移监测站在一定时期内，大量持续的观测数据算得的平均地（北）极位置。
极移：它是瞬时自转轴在地球体内运动在地面上的反映。
2.2时间坐标系统时刻：时间坐标轴上的坐标点，指发生某一现象的时间。
历元：把观测时间即某一事件相应的时刻。
任何一个周期性的运动，如果满足如下的三项要求，就可以作为计量时间的方法：（1）运动是连续的（2）运动的周期具有足够的稳定性（3）运动是可观的。
研究时间的两个问题：时间系统的起点；所用时间的基准，即时间长度定义。
2.2.1 恒星时（以地球自转为基础）以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
2.2.2 世界时（以格林尼治子夜起算的平太阳时）以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
平太阳时：由假想的平太阳时以真太阳时的周年视运动的平均速度，作周年视运动所确定的时间。
平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔，称谓一个平太阳日，分为24个平太阳小时。
未经任何改正的世界时表示为UT0,经过极移改正的世界时表示为UT1，进一步经过地球自转速度的季节性改正后的世界时表示为UT2。
时间框架是对时间系统的实现，是在某一区域或者全球范围内，通过守时、授时和时间平率测量技术来实现和维持统一的时间观念。
2.2.3 1960起开始以地球公转运动为基准历书时来度量时间，用历书时系统代替世界时。
根据广义相对论，太阳质心系和地球质心系的时间将不相同，分别定义为太阳质心力学时和地球质心力学时，称为“力学”。
2.2.4 原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续技术的时标。
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。
以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
《大地测量学》教学大纲(最终版)
《大地测量学》教学大纲（最终版）第一篇: 《大地测量学》教学大纲（最终版）《大地测量学》教学大纲一、课程概述1. 课程的性质与地位“大地测量学基础”是测绘学科本科各专业的一门专业基础必修课, 对学生建立测绘基准（包括: 大地基准、高程基准、重力基准）和测绘系统（包括: 大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统）等测绘学科的基本概念, 了解大地测量数据采集技术和大地控制网的建立技术, 掌握大地测量学的基本理论、技术和方法, 培养学生良好的业务作风, 为进一步学习其他专业课打下坚实基础具有不可替代的重要作用和意义。
2. 课程基本理念本课程的教学应坚持以人为本、以学为主、注重创新意识和综合素质培养的指导思想, 坚持将知识学习、能力训练和综合素质培养融为一体, 将大地测量学理论学习与测绘实践紧密结合, 强调学生在学习中发现问题、分析问题、解决问题的能力, 注重对学生科学探索精神、创新意识和团队精神的培养。
3. 课程设计思路本课程以测绘基准和测绘系统为主线, 以各专业后续专业课程的需要和工程实际应用为主导, 按照循序渐进的思路, 从大地测量数据采集技术入手, 逐步引入各类测绘成果处理过程中所必须依据的各种基准和系统, 并安排相应的计算实习, 巩固和加深学生对所学理论的理解。
本课程是近年我院教学改革和课程建设的新产物, 要力求避免原有多门课程知识的简单拼凑, 按照21世纪人才培养对大地测量学基础知识的要求, 针对大学本科生的知识基础, 明确课程主旨, 合理选取课程内容, 贯彻“少而精”的方针。
因此, 本课程并不完全遵循已有的专业课程体系, 也不受限于以往的课程设置范式。
大学专业基础课程与适当介绍学术热点、学术前沿之间似乎存在一定的矛盾, 但恰好可以成为激励学生热情并融科学性、趣味性于一炉的画龙点睛之处。
因此, 本课程在重视基础内容的经典性和完整性的同时, 也酌情安排一些关于学科新进展的窗口, 以利于开拓学生的视野和思路, 并作为测量工程后续专业课程的接口。
大地测量学基础课件+++
1 C
2
人卫最激新课光件 仪
25
精度最高的绝对定位技术。 全球地心参考框架、地球自转参数、全球重力场低阶模型、精密定轨等
方面有重要作用。 地基：在卫星上安置反光镜，地面上安激光测距仪，对卫星测距。 天基：在卫星上安置激光测距仪，地面上安反光镜，对地测距
3）、惯性测量系统 利用惯性力学原理，测定地面点三维坐标、重力异常和垂线偏差。
大地测量学基础
最新课件
1
第一章 绪 论
最新课件
2
一、大地测量学的定义
定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科学，着重研
究地球的几何特征（形状和大小）和基本物理特性
（重力场）及其变化。 性质：地球科学的一个分支，是一门地球信息科学，既是基础
科学，又是应用科学 任务：测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地
最新课件
5
2、在防灾、减灾、救灾及环境保护、监测、评价中的作用 1). 建立大地形变监测系统，为地震预报提供有关资料； 2). 监测泥石流、山体滑坡、雪崩、森林火灾、洪水等灾害， 并为灾后评估提供资料； 3). 监测海水面的变化； 4). 为灾难事件救援提供快速定位；如空难、海难、交通事故； 5). 环境监测，如沙漠，森林，土地利用情况等；
12
3、现代在地测量的特征 1)、测量范围大，范围从地区、全球乃至宇宙空间； 2)、研究对象和范围不断深入、全面和精细，从静态测量 发展到动态测量，从地球表面测绘发展到地球内部构造 及动力过程的研究；
3)、观测精度高； 4)、观测周期短。
最新课件
13
4、大地测量的基本内容
1)、确定地球形状、外部重力场及其变化；建立大地测量 坐标系；研究地壳形变，极移和海洋水面地形用其变化
大地测量学第2章
虚线：1995.0～ 1998.5期间 地极的变化 实线：1900～1997年期间地极 的年平均位置
地球自转速度变化
地球自转不是均匀的，存在着多种短周期变化和长期变化，短周期变化是由于 地球周期性潮汐影响，长期变化表现为地球自转速度缓慢变小。地球的自转速 度变化，导致日长的视扰动和缓慢变长，从而使以地球自转为基准的时间尺度 产生变化。 描述上述三种地球自转运动规律的参数称为地球定向参数 (EOP)，描述地 球自转速度变化的参数和描述极移的参数称为地球自转参数(ERP)，EOP 即为 ERP 加上岁差和章动.
协调世界时（UTC）
第二章 课堂笔记
大地测量学基础笔记第二章：坐标系统与时间系统一、地球的运转(一)地球绕太阳公转1.地球的公转：开普勒三大运动定律：（运用条件：仅考虑二体运动）1)运动的轨迹是椭圆（黄道），太阳位于其椭圆的一个焦点上；2)在单位时间内扫过的面积相等；3)运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。
(二)地球的自转1.地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）1)岁差：地球自转轴在空间的变化，是日月引力的共同结果。
假设月球的引力及其运行轨道是固定不变的,由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，类似于旋转陀螺，形成一个倒圆锥体（见下图），其锥角等于黄赤交角ε=23.5 °，旋转周期为26000年，这种运动称为岁差，是地轴方向相对于空间的长周期运动。
岁差使春分点每年向西移动50.3″（以春分点为参考点的坐标系统受岁差影响：赤道和黄道坐标系）2)章动：月球绕地球旋转的轨道称为白道，月球运行的轨道与月的之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆，而是类似圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加周期为18.6年，且振幅为9.21″的短周期运动。
这种现象称为章动。
3)考虑岁差和章动的共同影响：真旋转轴、瞬时真天极、真天球赤道、瞬时真春分点。
考虑岁差的影响：瞬时平天极、瞬时平天球赤道、瞬时平春分点。
2.地轴相对于地球本身内部相对位置变化（极移）1)极移:地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2)瞬时极：某一观测瞬间地球极所在的位置；平极：某段时间内地极的平均位置称。
3)地球极点的变化，导致地面点的纬度发生变化。
（同一经线上的点纬度变化相同；经度相差180°的经线上的点纬度变化符号相反。
）4)国际协议原点CIO (Conventional International Origin) ：1900～1905年的平均纬度所确定的平极作为基准点。
大地测量学知识点
大地测量学知识点第一篇：大地测量学知识点1.大地坐标系：地面点在参考椭圆的位置用大地经度和纬度表示，若地面的点不在椭球面上，它沿法线到椭球面的距离称为大地高2.空间大地直角坐标系：是大地坐标系相应的三维大地直角坐标系3.地心坐标系：定义大地坐标系时，如果选择的旋转椭球为总地球椭球，椭球中心就是地质中心，再定义坐标轴的指向，此时建立的大地坐标系叫做地心坐标系大地方位角：p点的子午面与过p点法线及Q点的平面所成的角度正高系统：地面上一点沿铅垂线到大地水准面的距离正常高系统：一点沿铅垂线到似水准面的距离国家水准网布设的原则：从高级到低级，从整体到局部，分为四个等级布设，逐级控制，逐级加密4.理论闭合差：在闭合的环形水准路线中，由于水准面不平行所产生的闭合差5.大地高系统：地面一点沿法线到椭球面的距离6.平面控制网的测量方法三角测量：在地面上按一定的要求选定一系列的点，他们与周围的邻近点通视，并构成相互联接的三角网状图形，称为三角网，网中各点称为三角点，在各点上可以进行水平角测量，精确观测各三角内角，另外至少精确测量一条三角形边长度D和方位角，作为网的起始边长和起始方位角，推算边长，方位角进而推算各点坐标三边测量：根据三角形的余弦公式，便可求出三角形内角，进而推算出各边的方位角和各点坐标7.国家高程基准的参考面有平均海水面，大地水准面，似大地水准面，参考椭球面1956年黄海高程系统1985年国家高程基准8.角度观测误差分析视准轴误差：视准轴不垂直于水平轴产生水平轴误差：水平轴不垂直于垂直轴产生这2个的消除误差方法为取盘左盘右读数取平均值垂直轴倾斜误差：垂直轴本身偏离铅垂线的位置，即不竖直解决的方法：观测时，气泡不得偏离一格，测回之间重新整理仪器，观测目标的垂直角大于3度，按气泡偏离的格数计算垂直轴倾斜改正9.方向观测法是在一测回内将测站上所有要观测的方向先置盘左位置，逐一照准进行观测，再盘右的位置依次观测，取盘左盘右的平均值作为各方向的观测值。
2-大地测量参考框架
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。
14 2013-10-20
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。
15
2013-10-20
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, J 2 5 C 2,0 ）和地球自转角速度w。
25
2013-10-20
26
2013-10-20
3.1 1954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
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）。
大地测量学基础课件
大地测量学的应用领域
总结词
大地测量学的应用领域广泛，包括卫星导航定位、地 球科学、空间科学、气象预报和地震监测等。
详细描述
大地测量学在卫星导航定位领域中发挥着重要作用，通 过大地测量数据可以确定卫星轨道、提高导航定位精度 等。此外，大地测量学还应用于地球科学和空间科学领 域，研究地球各部分之间的相对位置关系、地球重力场 等，为地质勘探、资源开发等领域提供支持。同时，大 地测量学在气象预报和地震监测等领域也有广泛应用， 例如通过大地测量数据可以监测地震活动、预测地震灾 害等。
02
大地测量基本原理
大地水准面与地球椭球
总结词
大地水准面和地球椭球是大地测量的基本概念，它们决定了地球表面的几何形态 和测量基准。
详细描述
大地水准面是假想一个与平均海平面重合并随海面调整变化的闭合曲面，它与地 球质心相连，形成地球椭球的旋转轴。地球椭球是一个对地球的数学模型，用于 描述地球的几何形态，包括地球的赤道、极点和经纬度系统等。
大地测量数据误差分析
Байду номын сангаас
01
02
03
误差来源辨认
分析大地测量数据误差的 来源，如测量设备误差、 数据处理误差等。
误差传播规律研究
研究误差在大地测量数据 处理过程中的传播规律， 为误差控制和修正提供根 据。
误差修正与估计
采用适当的误差修正和估 计方法，减小误差对大地 测量结果的影响，提高数 据的准确性和可靠性。
数据特殊值处理
辨认并处理特殊值，以避免对数据分析结果产生不良影响。
大地测量数据解析与建模
数据特征提取
从大地测量数据中提取关键特征，为后续的建模和分析提供根据。
数学建模
根据提取的特征，建立相应的数学模型，用于描述和预测大地测量数据的变化规律。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
λ φ
: 经度 0°-360° : 纬度 -90°，90°
格林威治
r
O 地心 λ y
φ
z
r’
x P’
１７６６年马斯卡林（第五任台长） 将本初子午线的位置争取到格林尼治。
天球坐标系统：定义
Z：与地球自转轴重合 指向：北天极 （北极星）
®
小熊座 小熊座（亮度二等）
r = ( x, y, z ) P
α : 赤经 0°-360° δ : 赤纬 -90°，90°
John Harrison 1693年-1776年
天球坐标系- 时间系统
时间是物质存在和运动的客观形式 时间是其运动连续性的一种表现方式。 “时间”的含义
包含了“时刻”和“时间间隔”两个概念。 时刻是指发生某一现象的瞬间。 时间间隔是指发生某一现象所经历的过程，是这一过程始末 的时间之差。 时间间隔测量称为相对时间测量 而时刻测量相应称为绝对时间测量
θ欧拉角
球坐标系间旋转变换
第一次旋转： 绕z轴旋转 (逆时针，右手法则，z轴位于O-XYZ第一象限）
旋转中： x, x’, y, y’共面
® ®
Z
®
r = ( x, y, z ) ß
®
r 1 = ( x1, y1, z )
r1 = Sz (e z )r
旋转后： X, x’, z
共面
x’ ,y’在 XOY平面下
P (x, y, z)
分别为到三个的平面的距离
z R (x,0,0)
O (0,0,0)
Q (0,y,0) y x
P’ (x, y,0)
基本工具
参考系：球坐标系统
基本工具
正算公式
Z
P (x, y, z)
P (r, λ, φ)
反算公式
x = r cosj cos l y = r cosj sin l z = r sin j r ' = r cosj
x
ez
ey
x’
X
e z y’ e x
旋转变换的数学性质
Si (ei )
(i = x, y, z)
ù ú ú ú û
[ Si (g i )Si (mi )]Si (k i ) = Si (g i )[ Si (mi )Si (k i )] Si (g i )Si (mi ) ¹ Si (mi )Si (g i ) Si (g i )Si (mi ) = Si (mi + g i ) Si-1 (g i ) = S T i (g i ) = S i (-g i ) (Si (g i )Si (mi )) = S (mi )S (g i )
天体测量（距离）：恒星视差
1 天文单位= 1.5亿公里 1 秒差距 = 206265 天文单位, = 3.26 光年
结果 1
恒星 行星
结果 2 太阳 地球 地球
地球坐标系-地面点天文经纬度
天顶
北极 纬度
纬度测量:
北极
武汉 赤道 恒星 纬度 纬度
南
恒星天顶距 恒星赤纬
地平
北 方式：观测子午圈上恒星天顶距 结果： 纬度＝180°-(赤纬+天顶距)
地球圆球坐标系
天文经纬度
® Z 自转轴
r = ( x, y, z ) (r, l, j ) P
平均半径 R
r
O 地心 λ y
φ
z
r’
x P’
R- b=14 km a-R=7 km 长轴 a 短轴 b
地球椭球坐标系
平均半径 R
1）原点o ： 椭球中心，或地心
北极星
2）短半轴(Z)：对应自转轴，地心-北级距离b
赤道
测站纬度为极点的高度角
纬度≈90-北极星天顶距
地球坐标系-地面点天文经纬度
天顶
北极
地平
纬度
纬度测量
北极
恒星 武汉 赤道 纬度
恒星天顶距
纬度
恒星赤纬
南
地平
北
方式：观测子午圈上恒星天顶距 结果：
赤道
纬度＝(赤纬+天顶距)
测站纬度为极点的高度角
纬度≈90-北极星天顶距
经度测量
太阳过该点与格林威治两地
é cos e sin e 0 ù z z ê ú Sz (e z ) = ê - sin e z cose z 0 ú ê ú 0 1 ú ê ë 0 û
O
x
ez
x’
ez
y’ y
X
天球坐标系间旋转变换
顺时针，左手法则，
在三个坐标平面上，通过三次旋转才能完成。
第二次旋转： 绕y’轴旋转
旋转中： X, x’, z, z’共面 旋转后： X, x’, 重合
椭球高
天文纬度
赤道面
o
经 度
大地纬度
大地纬度 φ ：测站点垂线与赤道面的夹角
大地经度λ：测站点子午面与本初子午面夹角
椭球高 h ： 测站点到椭球面的垂线距离
大地经度=天文经度
北极 自转轴
地球椭球坐标系
b
x = ( N + h)cosj cos l y = (( N + h)cosj sin l z = [(1 - e ) N + h]sin j
第二定律（面积定律）
第三定律（周期定律）
椭圆轨道长半轴立方与运行周期平方之比为 常量
天球坐标系- 时间系统：真太阳时
2017/3/13
26
天球坐标系- 时间系统：平太阳时
设一参考天体在天球赤道上作周年视运动，其速度等于真太阳周年运动的平均速 度，该天体称“平太阳”。“平太阳”连续两次经过本地子午圈的时间间隔为一 平太阳日。
a = 6378 km
b = 6356 km
R = 6371 km
短半轴 b
3）长半轴(X-Y)：赤道面，X对应本初子午线， 地心到赤道距离a ， 4）扁率： f = (a-b)/a
本初子 午线
P (x, y, z)
赤道面
格林威治
x 2 + y2 z2 + 2 =1 2 a b
北极
地球椭球坐标系
自转轴
r
z O：球心 δ α y
白羊座
黄道：地球公转轨道面 在天球上的投影
r’
x
白羊座
天球赤道 <------> 地球赤道
天球、地球坐标系间旋转变换
Z Z
P x
® ®
r
O 地心 x
y
y
R = ( X, Y , Z ) r = ( x, y, z )
在三个坐标平面上， 通过三次旋转才能 完成。
平面坐标系之间的变换
“平太阳”
2017/3/13
27
天球坐标系- 时间系统：
世界时（UT)
格林威治
天极
赤道
以子夜为零时起算的格林尼治 平太阳时为世界时（UT0） 1) 由于自转不稳定性， 加极移改正（UT1）。 2 ) 加自转角速度的季节性变化改正（UT2）。
虽然经过改正， 世界时UT2不是一个严格均匀的时间系统。
2017/3/13 28
O
λ y
r= x +y +z
2 2
2
r
φ
z
l = arctg( y / x ) j = arctg(z / r ')
r' = x + y
2 2
r’
x
三维球坐标系：O-(r,λ,φ )与直角坐标的换算
地球圆球坐标系
北极星
® Z 自转轴
r = ( x, y, z ) (r, l, j ) P
平均半径 R
® ®
R = ( x1, y1 ) r = ( x2 , y2 )
x2 cos sin x1 y sin cos y 1 2
®
r = S (q ) R sin q ù ú cosq û
®
é cosq S (q ) = ê ë - sin q
Z
ey
r2 = Sy (e y )r1 é cose 0 - sin e y y ê Sy (e y ) = ê 0 1 0 ê sin e 0 cose z y y ê ë ù ú ú ú ú û
x
®
®
ez
x’
ey
X
ez
®
y’
r 1 = ( x1, y1, z ) ß
®
y
r2 = ( X, y1, z1 )
弗拉姆斯蒂德在天空中划定一条假想的零经度线， 然后记录每颗星通过这条线的时间和所处的高度。
John Flamsteed, 1646-1719 英国
天球坐标系恒星的经纬度-星
表
12h
北极星
格林威治
5000BC
18h 50°
60°
70°
80°
北极星（2等）
6h 14000AC
7000AC 0h
基本星表 FK5 （IAU 1990） ～3000 颗 恒星 （九等 ） 观测（赤经、赤纬）精度 0.005” （地面上 0.15 m )，
N
地球坐标系定义
1）球心 ： 地心 o
纬度
o
经度
2）短半轴(Z)：对应自转轴，地心-北级距 离b 3）长半轴(X-Y)：赤道面，X对应本初子午 线，地心到赤道距离a ，
Y
X
4）扁率： e = (a-b)/a
绝对位置 ： 大地坐标（ 经、纬度）
纬度 ： 测站点的垂线与 赤道面的夹角。 经度：测站点子午面与本 初子午面之间的夹角。
N ：卯酉圈曲率半径
e ：偏心率