第十章 常用大地测量坐标系及其变换.ppt

Fundation of Geodesy 第十章常用大地测量坐标系及其变换 地球的公转：开普勒三大运动定律： — 运动的轨迹是椭圆，太阳位于其椭圆的一个焦点上； — 与太阳连线在单位时间内扫过的面积相等； — 运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。 地球自转的特征 (1) 地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动） 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 0 ，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″。 月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对于黄道有约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。 (2)地轴相对于地球内部结构的相对位置变化（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。 某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段时间内地极的平均位置称为平极。地球极点的变化，导致地面点的纬度发生变化。 (3)地球自转速度变化（日长变化） 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，导致日长的视扰动并缓慢变长，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，其数值可以在国际地球旋转服务(IERS)网站( )上得到。 1、大地基准 所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面。 大地基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。 所谓天球，是指以地球质心O为中心，半径 r为任意长度的一个假想的球体。 在天文学中，通常均把天体投影到天球的球面上，并利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天体之间的关系。 天轴与天极 地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点PN PS称为天极，其中PN 称为北天极，PS为南天极。 天球赤道面与天球赤道 通过地球质心 O 与天轴垂直的平面称为天球赤道面。天球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相交的大圆称为天球赤道。 天球子午面与子午圈 含天轴并通过任一点的平面， 称为天球子午面. 天球子午面与天球相交的大圆 称为天球子午圈。 时圈 通过天轴的平面与天球相交的大圆均称为时圈。 黄道 地球公转的轨道面(黄道面)与天球相交的大圆称为黄道。黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5度。 黄极 通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点，称为黄极。其中靠近北天极的交点称为北黄极， 靠近南天极的交点称南黄极。 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。视太阳在黄道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球赤道的交点称为春分点，用r表示。 在天文学中和研究卫星运动时，春分点和天球赤道面，是建立参考系的重要基准点和基准面 赤经与赤纬 地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为赤纬,春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的夹角为赤经。 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； 大地水准面相对于旋转椭球面的起伏如图所示，正常高及正高与大地高有如下关系： H=H正常+ζ H=H正高+N  国家平面控制网是全国进行测量工作的平面位置的参考框架，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。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共154348个。 国家高程控制网是全国进行测量工作的高程参考框架，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，目前