大地测量基础知识总结

我国的授时无线电电台有上海天文台和陕西天文台。每天8：00-22： 00以10MC、15MC频率播发加了极移改正的世界时UT1和协议世界时UTC 时号。而22：00-8：00则以10MC和5MC播发。
第四节 地球重力场基本理论
地球重力场对大地测量有重要的意义：
•地球外部重力场是大地测量中绝大多数观测量的参考系，因此为了 将观测量归算到由几何定义的参考系中，就必须要知道这个重力场。
二、地球椭球
把形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位置确 定的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球面是测量计算的基 准面，椭球面法线则是测量计算的基准线。
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
二、地球椭球－部分参考椭球参数一览表
参考椭球名称 贝塞尔 克拉克 赫尔墨特 海福特 克拉索夫斯基 1967年大地坐标系 国际大地测量与地球物理联合会IUGG十六届大会推荐值 IUGG十七届大会推荐值 IUGG十八届大会推荐值 WGS-84 CGCS2000 推求年代 1841 1866 1906 1909 1940 1971 1975 1979 1983 1984 2000 长半径a 6377397.155 6378206.4 6378140 6378388 6378245 6378160 6378140 6378137 6378136 6378137 6378137 扁率f 1：299.152 812 8 1：294.978 698 2 1：298.3 1：297.0 1：298.3 1：298.247 167 427 1：298.257 1：298.257 1：298.257 1：298.257 223 563 1：298.257 222 101
以上几种时间系统在天文观测中得到了应用
第三节 时间系统
5、原子时(Intemational Atomic Time)
为了满足卫星定位的精度要求，1967年第13届国际计量大会定义了 更高精度的原子时。
以物质内部原子运动周期（如铯原子133能级辐射震荡频率 9192631170周为一秒）定义原子时（IAT）。原子时起点定在1958年1 月1日0时0分0秒（UT2），即在此时刻原子时与世界时重合。但事后发 现，原子时与世界时此刻之差为0.0039秒，此后，原子时与世界时之 差便逐年积累。原子时时间精度高，可达毫微秒以上。而平太阳时精 度只能达到毫秒量级。力学时TDT的计量已用原子钟实现，因两者的起 点不同，TDT=IAT+32.184
• 假如地面重力值的分布情况是已知的话，那么就可结合大地测量 中的其它观测量一起来确定地球表面的形状。
• 对于高程测量而言，最重要的参考面-------大地水准面，亦即最 理想化的海洋面是重力场中的一个水准面。
第四节 地球重力场基本理论
一、地球的重力和重力位
1.重力
重力g——引力F与离心力P的合力。
GPS时间系统为：秒长为IAT，时间起算点为1980.1.6.UTC 0时，启动 后不跳秒，连续运行的时间系统。 GPS时=原子时IAT-19s
第三节 时间系统
二、恒星时与平太阳时的关系
太阳 地球 春分点 第一天
• 平太阳日和恒星日的关系：
1个平太阳日=（1+1/365.25） 恒星日 • 如果以平太阳时尺度计算，
第三节 时间系统
3、世界时(Universal
Time)
格林尼治的平太阳时（从半夜零点算起）定义为世界时（UT）。 由于地球自转的不稳定性，在UT中加入极移改正即得到UT1。UT1加上 地球自转速度季节性变化后为UT2。以经度15度的倍数的子午线Ln所处 地点定义的民用时叫区时Tn。Tn=UT+n，n为时区号。如北京时间为经 度120度处的民用时（n=8），与世界时相差8小时。
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第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
1.天文坐标系位角
应用大地测量学
第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
2.大地坐标系 大地经度L和大地纬度B 大地高H大 大地方位角
应用大地测量学
第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
2 2 2
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第二节 常用大地测量坐标系统
三、高斯平面直角坐标系
建立过程：如下图
高斯正形投影又称横轴 等角切椭圆柱投影
应用大地测量学
第二节 常用大地测量坐标系统
三、高斯平面直角坐标系
高斯投影的特点： 1.椭球面上角度投影到平面上后保持不变 2.中央子午线投影后为X轴, 在X轴上投影后长度不变 3.赤道投影线为Y轴 4.中央子午线与赤道交点投影后为坐标原点 5.距中央子午线越远, 投影变形越大, 为减少变形应 分带投影
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第二章 大地测量 基础知识
江苏师范大学大学测绘学院
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
本节重点研究以下四个表面
地球自然表面
大地水准面
参考椭球面 总地球椭球
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第一节 大地测量的基准面和基准线
地球的自然表面
大地测量是在地球自然表面上进行的，这个表面高低起 伏、很不规则，不能用数学公式描述。
第三节 时间系统
4、历书时（ET）与力学时（DT）
由于地球自转速度不均匀，用其定义的恒星时与平太阳时不稳定， 1958年第十届国际天文协会决定，自1960年起开始以地球公转运动为 基准的历书时代替世界时。历书时的秒长规定为1900年1月1日12时整 回归年长度的1/31556925.9747，起始历元定在1900年1月1日12时。 历书时对应的地球运动理论是牛顿力学，根据广义相对论，太阳质 心系和地心系所定义的历书时间将不相同。于是，1976年国际天文联 合会定义了太阳系质心力学时（TDB）和地球质心力学时（TDT）。
（1）地球引力
大小： F f
M m 方向：指向地心 2 r
f为万有引力常数， fM 3 986 000 108 m3 / s 2
（2）离心力
大小： P m 2 ，方向：指向质点所在平行圈半径的外方向， 在赤道上最大，但也仅是地球引力的1/ 200;w为地球自转角速度，为 7.292115×10-5rad/s。
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第三节 时间系统
一、时间系统
1、恒星时(Sidereal Time)
恒星时是以春分点为参照点的时间系统（ST）。春分点（或除太 阳以外的任一恒星）连续两次经过测站子午圈的时间间隔为一恒星日。
2、平太阳时(Mean
Solar
Time)
平太阳时是以平太阳（以平均速度运行的太阳）为参照点的时间 系统（MT）。平太阳连续两次经过测站子午圈的时间间隔为一平太阳 日。平太阳时从半夜零点起算称为民用时。
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第一节 大地测量的基准面和基准线
三、垂线偏差和大地水准面差距
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第二节 常用大地测量坐标系统
本节重点研究下列几个坐标系统：
天球坐标系 地球坐标系
天文坐标系 大地坐标系 空间大地直角坐标系 地心坐标系 站心坐标系
高斯平面直角坐标系
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第二节 常用大地测量坐标系统
黄道 第二天 太阳 地球 春分点
1个恒星日等于23h56m04s • GPS卫星绕地球一周，按照 世界时计算是11h58min，按照
恒星时计算是12h
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第三节 时间系统
三、守时和授时
将正确的时间保存下来叫守时； 用精确的无线电信号播发时间信号，叫授时；
各种钟表即为守时仪器；
守时仪器接收无线电信号然后与其时间进行比对，叫时间比对（对 表）；
一、天球与天球坐标系
Pn En
Pn
黄道
s
d
O
O

天球赤道


r 天球赤道 x
r
y
Ps
Es
应用大地测量学
第二节 常用大地测量坐标系统
一、天球与天球坐标系
用途：描述人造卫星的位置采用天球坐标系是方便的。也 可以描述天空中的恒星的坐标。 表示方式：球面坐标（r，α，δ） 或者直角坐标（X,Y,Z） 二者具有唯一的坐标转换关系。
应用大地测量学
第三节 时间系统
在卫星定位中，时间系统有着重要的意义。作为观测 目标的 GPS 卫星以每秒几千米的速度运动。对观测者而言， 卫星的位置和速度都在不断地迅速变化。因此，在对卫星 的观测和跟踪定轨测量中，每给出卫星位置的同时，必须 给出相应的瞬间时刻。
天文观测中，因地球自转的原因，天体的瞬间位置都 与时间有关。 时间系统与坐标系统一样，应有其尺度（时间单位） 与原点（历元）。把尺度与原点结合起来，才能给出时刻 的概念。
第一节 大地测量的基准面和基准线
一、水准面与大地水准面
特点：地表起伏不平、地壳内部物质密度分布不均匀， 使得重力方向产生不规则变化。由于大地水准面处处与铅 垂线正交，所以大地水准面是一个无法用数学公式表示的 不规则曲面。故大地水准面不能作为大地测量计算的基准 面。
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
设有一个力场
第四节 地球重力场基本理论
或 则称 为力f的力位。
f grad
（2）引力位
①引力位函数 设被吸引质点为单位质点，则引力位函数的形式为：
V f
②引力加速度 引力向量等于引力位的梯度：
M r
F gradV M M g1 f 2 ，将 g1 f 2 和 F f M m 比 因为 F mg1 ，所以， r r r2
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第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
5.站心坐标系
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第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
5.站心坐标系
x r cos A cosh y r sin A cosh z r sinh
2 2 h arctg( z / x y ) r x y z A arctg( y / x )
第四节 地球重力场基本理论
（3）重力
g=F+P
2.重力位
力位是力学空间位置的一个标量函数，此标量函数称为力的位函数， 而力是力位的梯度。对重力场有重力位，地面空间任意一点的重力位 等于引力位加离心力位。
（1）力位的概念
f f xi f y j f zk 若存在一个标量函数 使 fx , fy , fz x y z
为了有一个共同的基准，选择十分接近地球表面又能代 表地球形状和大小的水准面，即大地水准面
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
一、水准面与大地水准面
设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且 保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面，我 们称它为大地水准面。 大地体
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第三节 时间系统
6、协调世界时(Coodinated Universal Time)
以原子时秒长定义的世界时为协调世界时（UTC）。协调世界时秒长 为原子时，但表示时间的年月日时分秒仍是世界时。由于原子时快于世 界时，UTC每年要跳秒，才能保证时分秒与世界时一致。
7、GPS时间系统（GPSTime）
陆地最高点－珠穆朗玛峰：峰顶岩面海拔高8844.43米
海洋最低点－马里亚纳海沟：－10911米
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
一、水准面与大地水准面
重力：地心引力与离心力的合理
铅垂线：重力的方向 铅垂线是野外测量的基准线 水准面：静止的液体表面，有无穷多个
水准面是野外工作的基准面：水平角、高差、距离
应用大地测量学
第一节 大地测量的基准面和基准线
二、地球椭球
从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 总地球椭球满足以下条件： 1 、椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。 2、椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水 准面之间的差距平方和为最小。 3、椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。
3.空间大地直角坐标系 XYZ
X ( N H ) cos B cos L Y ( N H ) cos B sin L Z [ N (1 e 2 ) H ] sin B
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第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
4.地心坐标系 定义：建立大地坐标系时，如果选择的旋转椭球为总 地球椭球，椭球中心就是地球质心，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。 分类：地心大地坐标系与地心空间直角坐标系 应用：空间技术和卫星大地测量中