坐標與時間系統(tǒng)課件

第2章坐標與時間系統(tǒng)昆明理工大學(xué)國防科技大學(xué)第2章坐標與時間系統(tǒng)1主要內(nèi)容2.1地球及其地球網(wǎng)格2.2天球及其模型2.3地球坐標系統(tǒng)2.4天球坐標系統(tǒng)2.5常用坐標系統(tǒng)簡介2.6時間系統(tǒng)2.7小結(jié)2022/12/1823STF主要內(nèi)容2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1523ST2.1地球及其地球網(wǎng)格地圖要素：代表地球表面的空間要素。坐標系：地圖要素的位置是基于坐標系的。地理網(wǎng)格：空間要素的位置是基于用經(jīng)度和緯度表示的地理網(wǎng)格的。什么是經(jīng)線（Latitude）？什么是緯線（Longitude）？地面上點位的確定:通常用經(jīng)度和緯度來決定。2022/12/1833STF2.1地球及其地球網(wǎng)格地圖要素：代表地球表面的空間要素。22.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1843STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1543STF2.1地球及其地球網(wǎng)格描述和表現(xiàn)地理空間建立地球表面的幾何模型如何建立地球表面的幾何模型？用一種球體來表示：地球橢球體

由一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的地球橢球體的表示：長半徑a和短半徑b或一個半徑和扁率α

α=(ab)/b

2022/12/1853STF2.1地球及其地球網(wǎng)格描述和表現(xiàn)地理空間2022/12/12.1地球及其地球網(wǎng)格如何選擇地球橢球體的長半徑a和短半徑b？為了測量計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)方法來表達的旋轉(zhuǎn)橢球來代替地球。用地球的自然表面？用地球的海平面？從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準面，這就是大地水準面。2022/12/1863STF2.1地球及其地球網(wǎng)格如何選擇地球橢球體的長半徑a和短半徑2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1873STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1573STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1883STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1583STF2.1地球及其地球網(wǎng)格但是：大地水準面仍然有起伏。因此：與局部地區(qū)（一個或幾個國家）的大地水準面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為參考橢球體（基準橢球）。例如：克拉索夫斯基，1940，6378245，298.3，北京54坐標系IAG-75，1975，6378140，298.257，國家80坐標系WGS-84，1984，6378137，298.257223563美國2022/12/1893STF2.1地球及其地球網(wǎng)格但是：大地水準面仍然有起伏。20222.2天球及其模型什么是天球？以空間某一點（例如觀察者）為中心、半徑為無窮大的一個圓球。半徑是任意長，觀測者任何移動，球面形狀不變。

2022/12/18103STF2.2天球及其模型什么是天球？2022/12/15103S2.2天球及其模型地平線與天頂2022/12/18113STF2.2天球及其模型地平線與天頂2022/12/15113S2.2天球及其模型觀察者與地平線2022/12/18123STF2.2天球及其模型觀察者與地平線2022/12/151232.2天球及其模型觀察者與地平線、黃道、天球赤道、春分點的關(guān)系2022/12/18133STF2.2天球及其模型觀察者與地平線、黃道、天球赤道、春分點的2.2天球及其模型天軸：地軸的延長線，叫做天軸。天極：天軸同天球的交點就是天極，在北極上空的是北天極（P），在南極上空的是南天極（P‘）。天球赤道：通過天球中心，同天軸垂直的平面和天球相交的大圓圈，叫做天球赤道。北天極和南天極就是天赤道的兩極。天赤道把天球分成南、北兩半球。顯然，天球赤道平面同地球的赤道平面或者重合（地心天球）或者平行（以觀測者為中心的天球或日心天球）。天球子午圈（面）：通過天極的大圓，叫做（天）子午圈，相應(yīng)的平面就是天球子午面。2022/12/18143STF2.2天球及其模型天軸：地軸的延長線，叫做天軸。2022/2.2天球及其模型2022/12/18153STF2.2天球及其模型2022/12/15153STF2.2天球及其模型黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，稱為黃道。即當?shù)厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)時，地球上的觀察者所見到的太陽在天球上運動的軌跡。黃赤交角：黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為23.5度。春分點：定義當太陽在黃道上從南半天球向北半天球運動時，黃道與天球赤道的交點，稱為春分點。春分點和天球赤道面是建立參考系的重要基準點和基準面。2022/12/18163STF2.2天球及其模型黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，2.2天球及其模型2022/12/18173STF2.2天球及其模型2022/12/15173STF2.2天球及其模型日月對地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動：歲差、章動。歲差？春分點在恒星間的位置不是固定不變的。使得春分點沿著黃道緩慢地向西移動，每年約50.37s。使得太陽通過春分點的時刻總是比太陽回到恒星間的同一位置的時刻要早一些。回歸年的長度比恒星年的長度短。這一現(xiàn)象稱為歲差。2022/12/18183STF2.2天球及其模型日月對地球赤道隆起部分的引力作用，使地球2.2天球及其模型地球軸的進動（歲差）2022/12/18193STF2.2天球及其模型地球軸的進動（歲差）2022/12/152.2天球及其模型章動？地球自轉(zhuǎn)軸的進動復(fù)雜。進動軌跡可以看作是在平均位置附近做短周期的微小擺動。稱這種微小的擺動為章動。極移？地球自轉(zhuǎn)軸會在地球內(nèi)部繞行，其周期為305天。地極的這種運動，稱為極移。2022/12/18203STF2.2天球及其模型章動？2022/12/15203STF2.2天球及其模型2022/12/18213STF2.2天球及其模型2022/12/15213STF2.2天球及其模型極移與歲差、章動對坐標系的影響？它們是完全不同的地球物理現(xiàn)象。歲差和章動是地球自轉(zhuǎn)軸的方向在恒星空間中的變化，但是地球內(nèi)部的相對位置并沒有變化。歲差和章動只引起天體坐標的變化，卻不會引起地球表面經(jīng)度和緯度的改變。極移表現(xiàn)為地球內(nèi)部的相對位置在改變，這樣就引起地球表面上各地經(jīng)度和緯度的變化。2022/12/18223STF2.2天球及其模型極移與歲差、章動對坐標系的影響？20222.3地球坐標系統(tǒng)地球坐標系是圍繞地球橢球建立起來的。又稱為全球坐標系統(tǒng)（GlobalCoordinateSystem）或大地坐標系。以參考橢球面為基準面，用以表示地面點位置的參考系。如何確定坐標系？選擇了相應(yīng)的橢球確定坐標原點及其坐標軸的方向確定它與大地水準面的相關(guān)關(guān)系2022/12/18233STF2.3地球坐標系統(tǒng)地球坐標系是圍繞地球橢球建立起來的。202.3地球坐標系統(tǒng)空間直角坐標系

原點位于地球橢球的中心EarthCentered,EarthFixedCartesiancoordinates

Z軸指向地球的自轉(zhuǎn)軸北極X軸指向格林威治子午線與地球赤道的交點Y軸位于赤道面上按右手系與X軸呈90度夾角2022/12/18243STF2.3地球坐標系統(tǒng)空間直角坐標系2022/12/15242.3地球坐標系統(tǒng)赤道和本初子午線

2022/12/18253STF2.3地球坐標系統(tǒng)赤道和本初子午線2022/12/1522.3地球坐標系統(tǒng)大地坐標系和空間直角坐標系

2022/12/18263STF2.3地球坐標系統(tǒng)大地坐標系和空間直角坐標系2022/12.3地球坐標系統(tǒng)球面坐標系

以參考橢球中心為原點。用大地經(jīng)緯度和大地高程來描述空間點位置。用（B,L,H）來表示。緯度B和經(jīng)度L表示，其中高度H為空間點到橢球面的垂直距離。問題：由于參考橢球的中心大多不能與地球的質(zhì)心完全重合，就導(dǎo)致使用不同的橢球參數(shù)的國家和地區(qū)所測得的大地坐標之間存在一定的差異。2022/12/18273STF2.3地球坐標系統(tǒng)球面坐標系2022/12/15273S2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影地球橢球面是不可展曲面我們習慣操作的紙質(zhì)地圖和數(shù)字地圖是建立在二維平面坐標基礎(chǔ)上的需要把球形的地球表面的點映射到一個平面上這種從球形表面到平面的轉(zhuǎn)換就稱為地圖投影

實質(zhì)就是建立地球橢球面上點的坐標（m,n）與平面上對應(yīng)的坐標（x,y）之間的函數(shù)關(guān)系2022/12/18283STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影2022/12/15283STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/18293STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/15293STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影的種類不同的投影方式具有不同的形態(tài)和變形特征常見的投影是把參考橢球向一個幾何投影面投影圓柱投影：圓柱為投影面的投影稱為圓柱投影圓錐投影：以圓錐面為投影面的投影稱為圓錐投影方位投影：以平面為投影面的投影稱為方位投影2022/12/18303STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影的種類2022/12/153032.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/18313STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/15313STF2.3地球坐標系統(tǒng)高斯投影高斯－克呂格投影的簡稱，又稱為橫軸墨卡托投影。一種橫軸等角圓柱投影，以橢圓柱作為投影面，并與橢球體相切于一條經(jīng)線上，該經(jīng)線即為投影帶的中央經(jīng)線。按等角方式將中央經(jīng)線東西一定范圍內(nèi)的區(qū)域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構(gòu)成了橫軸等角切橢圓柱投影。2022/12/18323STF2.3地球坐標系統(tǒng)高斯投影2022/12/15323STF2.3地球坐標系統(tǒng)中央經(jīng)線XY500km例如：6度分帶，每一個分帶構(gòu)成一個獨立的平面直角坐標網(wǎng)。投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為y軸，赤道投影后為x軸。為了使得經(jīng)度坐標值不出現(xiàn)負值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線西移500km。2022/12/18333STF2.3地球坐標系統(tǒng)中央經(jīng)線XY500km例如：6度分帶，每2.3地球坐標系統(tǒng)我國幾乎所有的測繪成果都采用高斯投影具體又有3度帶和6度帶高斯投影2022/12/18343STF2.3地球坐標系統(tǒng)我國幾乎所有的測繪成果都采用高斯投影202.3地球坐標系統(tǒng)我國小比例尺圖（圓錐投影）2022/12/18353STF2.3地球坐標系統(tǒng)我國小比例尺圖（圓錐投影）2022/122.4天球坐標系統(tǒng)天球坐標系又稱為恒星坐標系，用來確定天體在天球上的位置。天球的幾何形狀是正球。既可以用直角坐標系，也適合用球面坐標系表示天體的位置。2022/12/18363STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球坐標系2022/12/15363ST2.4天球坐標系統(tǒng)2022/12/18373STF2.4天球坐標系統(tǒng)2022/12/15373STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球空間直角坐標系地球質(zhì)心O為坐標原點。Z軸指向天球北極。X軸指向春分點。Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標系空間點的位置由坐標（X，Y，Z）來描述。2022/12/18383STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球空間直角坐標系2022/12/1532.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系

地球質(zhì)心O為坐標原點。春分點軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)α

）測量基準(基準子午面)，赤道為天球緯度（赤緯δ

）測量基準而建立球面坐標。向徑r

表示天體到地球質(zhì)心的距離。空間點S的位置為（r，α，δ）。2022/12/18393STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系2022/12/15392.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系的作用？常用的星表、星圖上恒星的坐標位置均用天球球面坐標系來表示。該坐標系對恒星來說是固定的，因此用赤經(jīng)和緯經(jīng)來表示天體在天球上的位置較為合適。問題：地球自轉(zhuǎn)軸的歲差、章動和極動等現(xiàn)象。2022/12/18403STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系的作用？2022/12/12.4天球坐標系統(tǒng)解決方案：北極和春分點：“平”和“瞬時”兩種位置表示。平天球球面坐標系：Z軸指向平北天極，X軸指向平春分點。瞬時天球球面坐標系：Z軸指向瞬時北天極，X軸指向瞬時春分點（真春分點）。在精度要求不高的時候，一般多使用平坐標系系列。協(xié)議天球坐標系：1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極。Z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標系稱為協(xié)議天球坐標系，X軸指向協(xié)議春分點。2022/12/18413STF2.4天球坐標系統(tǒng)解決方案：2022/12/15413ST2.5常用坐標系統(tǒng)簡介WGS-84世界大地坐標系由美國國家影像制圖局（NIMA）和其前身美國國防部測繪局（DMA）制定的。GPS采用。一個地固空間直角坐標系。原點在地球質(zhì)心。（又稱地心坐標系）Z軸指向國際時間局BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向。X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點。Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標系。2022/12/18423STF2.5常用坐標系統(tǒng)簡介WGS-84世界大地坐標系20222.5常用坐標系統(tǒng)簡介1954年北京坐標系

采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球（蘇）。大地坐標系。問題：橢球參數(shù)有較大誤差。幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。定向不明確。新的1980年國家大地坐標系。2022/12/18433STF2.5常用坐標系統(tǒng)簡介1954年北京坐標系2022/12.6時間系統(tǒng)時間的概念

現(xiàn)代測量科技與空間科技緊密結(jié)合，測量精度極高。衛(wèi)星定軌、飛機和車輛導(dǎo)航等問題，不僅要求給出空間位置，而且應(yīng)給出相應(yīng)的時間。現(xiàn)代大地測量基準應(yīng)是包括時間在內(nèi)的四維基準。GPS測量中，時間的意義確定GPS衛(wèi)星的在軌位置；確定測站位置；確定地球坐標系與天球坐標系的關(guān)系。2022/12/18443STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念2022/12/15443STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念

時間包括時刻（絕對時間）與時間間隔（相對時間）兩個概念。測量時間同樣需要建立測量基準，包括尺度與原點。可作為時間基準的運動現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應(yīng)有復(fù)現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。2022/12/18453STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念2022/12/15453STF2.6時間系統(tǒng)世界時UT（UniversalTime）系統(tǒng)

度量時間一般用周期性運動來作為測量的基準。這種周期性運動必須是均勻的和連續(xù)的。把地球自轉(zhuǎn)作為時間基準，稱為世界時。世界時系統(tǒng)又可以分為恒星時和平太陽時由于觀察地球自轉(zhuǎn)運動時，所采用的空間參考點不同。2022/12/18463STF2.6時間系統(tǒng)世界時UT（UniversalTime）系2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

恒星時：恒星時的參考點是春分點。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。由于恒星時是以春分點相對于本地子午圈時為原點計算的，同一瞬時對不同的測量站的恒星時各異，所以恒星時具有地方性，屬于地方時。2022/12/18473STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15473STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

平太陽時利用太陽的視運動來確定時間基準，就是太陽時。地球相對于太陽自轉(zhuǎn)一周的時間稱為真太陽日。一年中最長和最短的太陽日相差51s，按照真太陽日來計算時就很不準確。假想一個太陽，其視運動速度是均勻的，為真太陽視運動的全年平均值，假想的太陽稱為平太陽。地球相對于平太陽自轉(zhuǎn)一周的時間稱為平太陽日。2022/12/18483STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15483STF2.6時間系統(tǒng)天體的視運動（apparentmotion）此圖為北極拍攝2022/12/18493STF2.6時間系統(tǒng)天體的視運動（apparentmotion2.6時間系統(tǒng)行星的視運動動畫2022/12/18503STF2.6時間系統(tǒng)行星的視運動動畫2022/12/15503S2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

世界時以本初子午線的平子夜起算的平太陽時。又稱格林尼治平時。各地的地方平時與世界時之差等于該地的地理經(jīng)度。由于地球自轉(zhuǎn)速度變化的影響，它不是一種均勻的時間系統(tǒng)。2022/12/18513STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15513STF2.6時間系統(tǒng)英國倫敦格林威治（一譯格林尼治）天文臺（舊址）埃里中星儀所在的子午線作為時間和經(jīng)度計量的標準參考子午線，稱為本初子午線，又稱零子午線。圖中是擺放中星儀的屋子，經(jīng)線穿過屋子中央。2022/12/18523STF2.6時間系統(tǒng)英國倫敦格林威治（一譯格林尼治）天文臺（舊址2.6時間系統(tǒng)歷書時系統(tǒng)

根據(jù)行星在太陽系中的運動所得到的時間，屬于動力學(xué)時（DynamicalTime）。歷書時是以太陽系內(nèi)的天體公轉(zhuǎn)運動為基礎(chǔ)的時間系統(tǒng)，描述天體運動的動力學(xué)方程中作為時間自變量所體現(xiàn)的時間，或天體歷表中應(yīng)用的時間。它是由天體力學(xué)的定律確定的均勻時間。其規(guī)定1900年1月1日12h的回歸年長度的1/31556925.9747為1歷書秒。在該瞬間，歷書時與世界時在數(shù)值上相同。2022/12/18533STF2.6時間系統(tǒng)歷書時系統(tǒng)2022/12/15533STF2.6時間系統(tǒng)歷書時系統(tǒng)

1958年國際天文學(xué)聯(lián)合會決議決定：自1960年開始用歷書時代替世界時作為基本的時間計量系統(tǒng)。規(guī)定天文年歷中太陽系天體的位置都按歷書時推算。歷書時與世界時之差可由觀測太陽系天體（主要是月球）定出。歷書時的測定精度較低，1967年起已被原子時代替作為基本時間計量系統(tǒng)。2022/12/18543STF2.6時間系統(tǒng)歷書時系統(tǒng)2022/12/15543STF2.6時間系統(tǒng)原子時系統(tǒng)

由于地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化及其其他不規(guī)則的變化，世界時并不是一個很嚴格均勻的時間系統(tǒng)。物資內(nèi)部原子運動的規(guī)律性非常穩(wěn)定，從而研究出原子時系統(tǒng)IAT（InternationalAtomicTime）當代最理想的時間系統(tǒng)。原子時系統(tǒng)是以物質(zhì)的原子內(nèi)部發(fā)射的電磁振蕩頻率為基準的時間計量系統(tǒng)。原子時的初始歷元規(guī)定為1958年1月1日世界時0時，秒長定義為銫133原子基態(tài)的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時間。2022/12/18553STF2.6時間系統(tǒng)原子時系統(tǒng)2022/12/15553STF2.6時間系統(tǒng)原子時系統(tǒng)

這是一種均勻的時間計量系統(tǒng)。1967年起，原子時已取代歷書時作為基本時間計量系統(tǒng)。原子時的秒長規(guī)定為國際單位制的時間單位，作為三大物理量的基本單位之一。原子時由原子鐘的讀數(shù)給出。國際計量局收集各國各實驗室原子鐘的比對和時號發(fā)播資料，進行綜合處理，建立國際原子時。國際原子時是在1977年建立，通過100臺原子鐘比對求得。2022/12/18563STF2.6時間系統(tǒng)原子時系統(tǒng)2022/12/15563STF2.6時間系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時系統(tǒng)

在天文導(dǎo)航、空間分析器跟蹤、大地和天文測量等應(yīng)用中，當前仍然采用以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的世界時。但是由于地球自轉(zhuǎn)速度變慢的趨勢，近二十年來，世界時每年比原子時約慢1秒鐘，兩者差逐年積累。為了避免發(fā)播的原子時與世界時之間產(chǎn)生過大的偏差，從1972年采用了以原子時秒長為基礎(chǔ)，在時刻上盡量接近于世界時的一種折中的時間系統(tǒng)，這種時間系統(tǒng)就稱為協(xié)調(diào)世界時UTC（CoordinateUniversalTime）。協(xié)調(diào)世界時的秒長，等于原子時的秒長，而采用閏秒（或跳秒）的辦法，使協(xié)調(diào)世界時與世界時的時刻相接近。2022/12/18573STF2.6時間系統(tǒng)協(xié)調(diào)世界時系統(tǒng)2022/12/15573S2.6時間系統(tǒng)GPS時間系統(tǒng)

為了精密導(dǎo)航和測量的需要，全球地位系統(tǒng)GPS建立了專用的時間系統(tǒng)，簡稱為GPST，它由GPS主控站，即美國海軍天文臺的原子鐘控制。GPS時屬于原子時系統(tǒng)，其秒長與原子時相同，但是與國際原子時具有不同的原點。2022/12/18583STF2.6時間系統(tǒng)GPS時間系統(tǒng)2022/12/15583S2.7小結(jié)3S系統(tǒng)涉及到空間信息的處理和管理。空間信息包括太空、大氣層空間和地面空間信息。GPS和遙感衛(wèi)星的運動是在三維空間進行的，一般采用空間直角坐標系比較方便，而地面及其近地空間物體及其運動與地球橢球的關(guān)系密切，因此使用大地坐標系比較方便。因此，為了描述不同事務(wù)及其信息，就需要定義不同的坐標系。2022/12/18593STF2.7小結(jié)3S系統(tǒng)涉及到空間信息的處理和管理。空間信息包括2.7小結(jié)不可展的曲面映射到平面的方法—地圖投影?，F(xiàn)代測量科技與空間科技緊密結(jié)合，測量精度極高。如衛(wèi)星定軌、飛機和車輛導(dǎo)航、地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)、研究地殼升降和板塊運動等問題，不僅要求給出空間位置，而且應(yīng)給出相應(yīng)的時間。常用的世界時、歷書時、原子時、協(xié)調(diào)世界時和GPS時間系統(tǒng)。2022/12/18603STF2.7小結(jié)不可展的曲面映射到平面的方法—地圖投影。2022第2章坐標與時間系統(tǒng)昆明理工大學(xué)國防科技大學(xué)第2章坐標與時間系統(tǒng)61主要內(nèi)容2.1地球及其地球網(wǎng)格2.2天球及其模型2.3地球坐標系統(tǒng)2.4天球坐標系統(tǒng)2.5常用坐標系統(tǒng)簡介2.6時間系統(tǒng)2.7小結(jié)2022/12/18623STF主要內(nèi)容2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1523ST2.1地球及其地球網(wǎng)格地圖要素：代表地球表面的空間要素。坐標系：地圖要素的位置是基于坐標系的。地理網(wǎng)格：空間要素的位置是基于用經(jīng)度和緯度表示的地理網(wǎng)格的。什么是經(jīng)線（Latitude）？什么是緯線（Longitude）？地面上點位的確定:通常用經(jīng)度和緯度來決定。2022/12/18633STF2.1地球及其地球網(wǎng)格地圖要素：代表地球表面的空間要素。22.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/18643STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1543STF2.1地球及其地球網(wǎng)格描述和表現(xiàn)地理空間建立地球表面的幾何模型如何建立地球表面的幾何模型？用一種球體來表示：地球橢球體

由一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的地球橢球體的表示：長半徑a和短半徑b或一個半徑和扁率α

α=(ab)/b

2022/12/18653STF2.1地球及其地球網(wǎng)格描述和表現(xiàn)地理空間2022/12/12.1地球及其地球網(wǎng)格如何選擇地球橢球體的長半徑a和短半徑b？為了測量計算的需要，選用一個同大地體相近的、可以用數(shù)學(xué)方法來表達的旋轉(zhuǎn)橢球來代替地球。用地球的自然表面？用地球的海平面？從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準面，這就是大地水準面。2022/12/18663STF2.1地球及其地球網(wǎng)格如何選擇地球橢球體的長半徑a和短半徑2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/18673STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1573STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/18683STF2.1地球及其地球網(wǎng)格2022/12/1583STF2.1地球及其地球網(wǎng)格但是：大地水準面仍然有起伏。因此：與局部地區(qū)（一個或幾個國家）的大地水準面符合得最好的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為參考橢球體（基準橢球）。例如：克拉索夫斯基，1940，6378245，298.3，北京54坐標系IAG-75，1975，6378140，298.257，國家80坐標系WGS-84，1984，6378137，298.257223563美國2022/12/18693STF2.1地球及其地球網(wǎng)格但是：大地水準面仍然有起伏。20222.2天球及其模型什么是天球？以空間某一點（例如觀察者）為中心、半徑為無窮大的一個圓球。半徑是任意長，觀測者任何移動，球面形狀不變。

2022/12/18703STF2.2天球及其模型什么是天球？2022/12/15103S2.2天球及其模型地平線與天頂2022/12/18713STF2.2天球及其模型地平線與天頂2022/12/15113S2.2天球及其模型觀察者與地平線2022/12/18723STF2.2天球及其模型觀察者與地平線2022/12/151232.2天球及其模型觀察者與地平線、黃道、天球赤道、春分點的關(guān)系2022/12/18733STF2.2天球及其模型觀察者與地平線、黃道、天球赤道、春分點的2.2天球及其模型天軸：地軸的延長線，叫做天軸。天極：天軸同天球的交點就是天極，在北極上空的是北天極（P），在南極上空的是南天極（P‘）。天球赤道：通過天球中心，同天軸垂直的平面和天球相交的大圓圈，叫做天球赤道。北天極和南天極就是天赤道的兩極。天赤道把天球分成南、北兩半球。顯然，天球赤道平面同地球的赤道平面或者重合（地心天球）或者平行（以觀測者為中心的天球或日心天球）。天球子午圈（面）：通過天極的大圓，叫做（天）子午圈，相應(yīng)的平面就是天球子午面。2022/12/18743STF2.2天球及其模型天軸：地軸的延長線，叫做天軸。2022/2.2天球及其模型2022/12/18753STF2.2天球及其模型2022/12/15153STF2.2天球及其模型黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，稱為黃道。即當?shù)厍蚶@太陽公轉(zhuǎn)時，地球上的觀察者所見到的太陽在天球上運動的軌跡。黃赤交角：黃道面與赤道面的夾角，稱為黃赤交角，約為23.5度。春分點：定義當太陽在黃道上從南半天球向北半天球運動時，黃道與天球赤道的交點，稱為春分點。春分點和天球赤道面是建立參考系的重要基準點和基準面。2022/12/18763STF2.2天球及其模型黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面與天球相交的大圓，2.2天球及其模型2022/12/18773STF2.2天球及其模型2022/12/15173STF2.2天球及其模型日月對地球赤道隆起部分的引力作用，使地球旋轉(zhuǎn)軸在空間的指向發(fā)生移動：歲差、章動。歲差？春分點在恒星間的位置不是固定不變的。使得春分點沿著黃道緩慢地向西移動，每年約50.37s。使得太陽通過春分點的時刻總是比太陽回到恒星間的同一位置的時刻要早一些。回歸年的長度比恒星年的長度短。這一現(xiàn)象稱為歲差。2022/12/18783STF2.2天球及其模型日月對地球赤道隆起部分的引力作用，使地球2.2天球及其模型地球軸的進動（歲差）2022/12/18793STF2.2天球及其模型地球軸的進動（歲差）2022/12/152.2天球及其模型章動？地球自轉(zhuǎn)軸的進動復(fù)雜。進動軌跡可以看作是在平均位置附近做短周期的微小擺動。稱這種微小的擺動為章動。極移？地球自轉(zhuǎn)軸會在地球內(nèi)部繞行，其周期為305天。地極的這種運動，稱為極移。2022/12/18803STF2.2天球及其模型章動？2022/12/15203STF2.2天球及其模型2022/12/18813STF2.2天球及其模型2022/12/15213STF2.2天球及其模型極移與歲差、章動對坐標系的影響？它們是完全不同的地球物理現(xiàn)象。歲差和章動是地球自轉(zhuǎn)軸的方向在恒星空間中的變化，但是地球內(nèi)部的相對位置并沒有變化。歲差和章動只引起天體坐標的變化，卻不會引起地球表面經(jīng)度和緯度的改變。極移表現(xiàn)為地球內(nèi)部的相對位置在改變，這樣就引起地球表面上各地經(jīng)度和緯度的變化。2022/12/18823STF2.2天球及其模型極移與歲差、章動對坐標系的影響？20222.3地球坐標系統(tǒng)地球坐標系是圍繞地球橢球建立起來的。又稱為全球坐標系統(tǒng)（GlobalCoordinateSystem）或大地坐標系。以參考橢球面為基準面，用以表示地面點位置的參考系。如何確定坐標系？選擇了相應(yīng)的橢球確定坐標原點及其坐標軸的方向確定它與大地水準面的相關(guān)關(guān)系2022/12/18833STF2.3地球坐標系統(tǒng)地球坐標系是圍繞地球橢球建立起來的。202.3地球坐標系統(tǒng)空間直角坐標系

原點位于地球橢球的中心EarthCentered,EarthFixedCartesiancoordinates

Z軸指向地球的自轉(zhuǎn)軸北極X軸指向格林威治子午線與地球赤道的交點Y軸位于赤道面上按右手系與X軸呈90度夾角2022/12/18843STF2.3地球坐標系統(tǒng)空間直角坐標系2022/12/15242.3地球坐標系統(tǒng)赤道和本初子午線

2022/12/18853STF2.3地球坐標系統(tǒng)赤道和本初子午線2022/12/1522.3地球坐標系統(tǒng)大地坐標系和空間直角坐標系

2022/12/18863STF2.3地球坐標系統(tǒng)大地坐標系和空間直角坐標系2022/12.3地球坐標系統(tǒng)球面坐標系

以參考橢球中心為原點。用大地經(jīng)緯度和大地高程來描述空間點位置。用（B,L,H）來表示。緯度B和經(jīng)度L表示，其中高度H為空間點到橢球面的垂直距離。問題：由于參考橢球的中心大多不能與地球的質(zhì)心完全重合，就導(dǎo)致使用不同的橢球參數(shù)的國家和地區(qū)所測得的大地坐標之間存在一定的差異。2022/12/18873STF2.3地球坐標系統(tǒng)球面坐標系2022/12/15273S2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影地球橢球面是不可展曲面我們習慣操作的紙質(zhì)地圖和數(shù)字地圖是建立在二維平面坐標基礎(chǔ)上的需要把球形的地球表面的點映射到一個平面上這種從球形表面到平面的轉(zhuǎn)換就稱為地圖投影

實質(zhì)就是建立地球橢球面上點的坐標（m,n）與平面上對應(yīng)的坐標（x,y）之間的函數(shù)關(guān)系2022/12/18883STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影2022/12/15283STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/18893STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/15293STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影的種類不同的投影方式具有不同的形態(tài)和變形特征常見的投影是把參考橢球向一個幾何投影面投影圓柱投影：圓柱為投影面的投影稱為圓柱投影圓錐投影：以圓錐面為投影面的投影稱為圓錐投影方位投影：以平面為投影面的投影稱為方位投影2022/12/18903STF2.3地球坐標系統(tǒng)地圖投影的種類2022/12/153032.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/18913STF2.3地球坐標系統(tǒng)2022/12/15313STF2.3地球坐標系統(tǒng)高斯投影高斯－克呂格投影的簡稱，又稱為橫軸墨卡托投影。一種橫軸等角圓柱投影，以橢圓柱作為投影面，并與橢球體相切于一條經(jīng)線上，該經(jīng)線即為投影帶的中央經(jīng)線。按等角方式將中央經(jīng)線東西一定范圍內(nèi)的區(qū)域投影到橢圓柱表面上，再展成平面，便構(gòu)成了橫軸等角切橢圓柱投影。2022/12/18923STF2.3地球坐標系統(tǒng)高斯投影2022/12/15323STF2.3地球坐標系統(tǒng)中央經(jīng)線XY500km例如：6度分帶，每一個分帶構(gòu)成一個獨立的平面直角坐標網(wǎng)。投影帶中央經(jīng)線投影后的直線為y軸，赤道投影后為x軸。為了使得經(jīng)度坐標值不出現(xiàn)負值，規(guī)定每帶的中央經(jīng)線西移500km。2022/12/18933STF2.3地球坐標系統(tǒng)中央經(jīng)線XY500km例如：6度分帶，每2.3地球坐標系統(tǒng)我國幾乎所有的測繪成果都采用高斯投影具體又有3度帶和6度帶高斯投影2022/12/18943STF2.3地球坐標系統(tǒng)我國幾乎所有的測繪成果都采用高斯投影202.3地球坐標系統(tǒng)我國小比例尺圖（圓錐投影）2022/12/18953STF2.3地球坐標系統(tǒng)我國小比例尺圖（圓錐投影）2022/122.4天球坐標系統(tǒng)天球坐標系又稱為恒星坐標系，用來確定天體在天球上的位置。天球的幾何形狀是正球。既可以用直角坐標系，也適合用球面坐標系表示天體的位置。2022/12/18963STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球坐標系2022/12/15363ST2.4天球坐標系統(tǒng)2022/12/18973STF2.4天球坐標系統(tǒng)2022/12/15373STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球空間直角坐標系地球質(zhì)心O為坐標原點。Z軸指向天球北極。X軸指向春分點。Y軸垂直于XOZ平面，與X軸和Z軸構(gòu)成右手坐標系空間點的位置由坐標（X，Y，Z）來描述。2022/12/18983STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球空間直角坐標系2022/12/1532.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系

地球質(zhì)心O為坐標原點。春分點軸與天軸所在平面為天球經(jīng)度（赤經(jīng)α

）測量基準(基準子午面)，赤道為天球緯度（赤緯δ

）測量基準而建立球面坐標。向徑r

表示天體到地球質(zhì)心的距離?？臻g點S的位置為（r，α，δ）。2022/12/18993STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系2022/12/15392.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系的作用？常用的星表、星圖上恒星的坐標位置均用天球球面坐標系來表示。該坐標系對恒星來說是固定的，因此用赤經(jīng)和緯經(jīng)來表示天體在天球上的位置較為合適。問題：地球自轉(zhuǎn)軸的歲差、章動和極動等現(xiàn)象。2022/12/181003STF2.4天球坐標系統(tǒng)天球球面坐標系的作用？2022/12/12.4天球坐標系統(tǒng)解決方案：北極和春分點：“平”和“瞬時”兩種位置表示。平天球球面坐標系：Z軸指向平北天極，X軸指向平春分點。瞬時天球球面坐標系：Z軸指向瞬時北天極，X軸指向瞬時春分點（真春分點）。在精度要求不高的時候，一般多使用平坐標系系列。協(xié)議天球坐標系：1984年1月1日后，取2000年1月15日的平北天極為協(xié)議北天極。Z軸指向協(xié)議北天極的天球坐標系稱為協(xié)議天球坐標系，X軸指向協(xié)議春分點。2022/12/181013STF2.4天球坐標系統(tǒng)解決方案：2022/12/15413ST2.5常用坐標系統(tǒng)簡介WGS-84世界大地坐標系由美國國家影像制圖局（NIMA）和其前身美國國防部測繪局（DMA）制定的。GPS采用。一個地固空間直角坐標系。原點在地球質(zhì)心。（又稱地心坐標系）Z軸指向國際時間局BIH1984.0定義的協(xié)議地球極（CTP）方向。X軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點。Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標系。2022/12/181023STF2.5常用坐標系統(tǒng)簡介WGS-84世界大地坐標系20222.5常用坐標系統(tǒng)簡介1954年北京坐標系

采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球（蘇）。大地坐標系。問題：橢球參數(shù)有較大誤差。幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。定向不明確。新的1980年國家大地坐標系。2022/12/181033STF2.5常用坐標系統(tǒng)簡介1954年北京坐標系2022/12.6時間系統(tǒng)時間的概念

現(xiàn)代測量科技與空間科技緊密結(jié)合，測量精度極高。衛(wèi)星定軌、飛機和車輛導(dǎo)航等問題，不僅要求給出空間位置，而且應(yīng)給出相應(yīng)的時間?，F(xiàn)代大地測量基準應(yīng)是包括時間在內(nèi)的四維基準。GPS測量中，時間的意義確定GPS衛(wèi)星的在軌位置；確定測站位置；確定地球坐標系與天球坐標系的關(guān)系。2022/12/181043STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念2022/12/15443STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念

時間包括時刻（絕對時間）與時間間隔（相對時間）兩個概念。測量時間同樣需要建立測量基準，包括尺度與原點。可作為時間基準的運動現(xiàn)象必須是周期性的，且其周期應(yīng)有復(fù)現(xiàn)性和足夠的穩(wěn)定性。2022/12/181053STF2.6時間系統(tǒng)時間的概念2022/12/15453STF2.6時間系統(tǒng)世界時UT（UniversalTime）系統(tǒng)

度量時間一般用周期性運動來作為測量的基準。這種周期性運動必須是均勻的和連續(xù)的。把地球自轉(zhuǎn)作為時間基準，稱為世界時。世界時系統(tǒng)又可以分為恒星時和平太陽時由于觀察地球自轉(zhuǎn)運動時，所采用的空間參考點不同。2022/12/181063STF2.6時間系統(tǒng)世界時UT（UniversalTime）系2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

恒星時：恒星時的參考點是春分點。春分點連續(xù)兩次經(jīng)過本地子午圈的時間間隔為一恒星日。由于恒星時是以春分點相對于本地子午圈時為原點計算的，同一瞬時對不同的測量站的恒星時各異，所以恒星時具有地方性，屬于地方時。2022/12/181073STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15473STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

平太陽時利用太陽的視運動來確定時間基準，就是太陽時。地球相對于太陽自轉(zhuǎn)一周的時間稱為真太陽日。一年中最長和最短的太陽日相差51s，按照真太陽日來計算時就很不準確。假想一個太陽，其視運動速度是均勻的，為真太陽視運動的全年平均值，假想的太陽稱為平太陽。地球相對于平太陽自轉(zhuǎn)一周的時間稱為平太陽日。2022/12/181083STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15483STF2.6時間系統(tǒng)天體的視運動（apparentmotion）此圖為北極拍攝2022/12/181093STF2.6時間系統(tǒng)天體的視運動（apparentmotion2.6時間系統(tǒng)行星的視運動動畫2022/12/181103STF2.6時間系統(tǒng)行星的視運動動畫2022/12/15503S2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)

世界時以本初子午線的平子夜起算的平太陽時。又稱格林尼治平時。各地的地方平時與世界時之差等于該地的地理經(jīng)度。由于地球自轉(zhuǎn)速度變化的影響，它不是一種均勻的時間系統(tǒng)。2022/12/181113STF2.6時間系統(tǒng)世界時系統(tǒng)2022/12/15513STF2.6時間系統(tǒng)英國倫敦格林威治（一譯格林尼治）天文臺（舊址）埃里中星儀所在的子午線作為時間和經(jīng)度計量的標準參考子午線，稱為本初子午線，又稱零子午線。圖中是擺放中星儀的屋子，經(jīng)線穿過屋子中央。2022/12/181123STF2.6時間系統(tǒng)英國倫敦格林威治（一譯格林尼治）天文臺（舊址2.6時間系統(tǒng)歷書時系統(tǒng)

根據(jù)行星在太陽系中的運動所得到的