武汉大学测绘学院课程大地测量参考框架.

2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)1大地测量参考框架1概论2大地基准3坐标参考系统4国际地球参考框架ITRF5ITRF框架坐标的传递6不同框架间的坐标转换7GPSA级网、B级网8大地测量参考框架在构造数字地球中的作用ab2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)21概论ab大地基准（GeodeticDatum）：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）。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)3大地测量参考系统（GeodeticSystem）：坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统1）坐标参考系统：以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。2）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，以旋转椭球面为参照面的高程系统称为大地高。3）重力参考系统：重力观测值的参考系统2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)42019/12/24大地测量参考框架(郭际明)5大地测量参考框架(GeodeticReferenceFrame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。（）2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)6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,含三角点、导线点共154348个。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)7国家高程控制网按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619.1公里。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)8国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架。2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)92000国家GPS控制网由国家测绘局高精度GPSA、B级网,总参测绘局GPS一、二级网，中国地壳运动观测网组成,共2609个点。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)10讨论题：1大地基准、坐标系、参考框架之间的关系。2“从整体到局部”的测量原则是如何通过坐标参考框架体现的？3大地原点、水准原点在建立大地测量参考框架中的作用是什么？2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)112大地基准经典大地测量基准(几何特征)：经过定位定向且具有确定参数的椭球—参考椭球Therearemanydifferentellipsoidsonwhichpositionsmaybeexpressed.Thesize,shapeandpositioningoftheellipsoidalreferencesystemwithrespecttotheareaofinterestislargelyarbitrary,anddeterminedindifferentwaysaroundtheglobe.Thedefiningparametersofsuchareferencesystemareknownasthegeodeticdatum.Thegeodeticdatummaybedefinedbythefollowingconstants:2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)12thesizeandshapeoftheellipsoid,usuallyexpressedasthesemi-majoraxis(a)andtheflattening(f)oreccentricitysquared(e2).Thereareanumberoftechniquesusedtodeterminethebestfitellipsoidforanarea;thedirectionoftheminoraxisoftheellipsoid;thepositionofitscentre,eitherimpliedbyadoptingageodeticlatitudeandlongitude(B,L)andgeoid/ellipsoidseparation(N)atone(一点定位),ormorepoints(datumstations，多点定位),orinabsoluteterms(X0,Y0,Z0)withreferencetothecentreofmassoftheearth;thezerooflongitude(conventionallytheGreenwichMeridian).2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)13ThemannerinwhichtheGeodeticDatumisdefinedvariesfromcountrytocountry(orregiontoregion).Ellipsoidhasbeenusedinclassicalgeodesyforover200yearstoprovideafigureoftheearthonwhichpositionsmaybegivenintermsoflatitude,longitudeandheightabovetheellipsoidalsurface.Theellipsoidthususedistermedareferenceellipsoid.2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)14Theshapeofthegeoidvariesaroundtheglobe,thereforedifferentsizedellipsoidshavebeenusedfordifferentregions.Eachischosentofitthegeoidascloselyasmeasurementtechnologiesandcomputationalabilitiesallowedatthetimetheywereestablished.Forexample,anellipsoidwhichprovidesagoodfitofthegeoidoverthewholeglobeisnotnecessarilythemostsuitableforNorthAmerica,andneitherwouldbethemostappropriateforIreland(seethediagrambelowforanexaggerateddepiction).2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)152019/12/24大地测量参考框架(郭际明)16参考椭球实例：贝塞尔椭球(1841年)，克拉克椭球(1866年)，海福特椭球(1910年)和克拉索夫斯基椭球(1940年)等名称年代长半径(m)1/f贝塞尔椭球(Bessel)18416377397299.15克拉克椭球(Clarke)18666378206294.98海福特椭球(Hayford)19106378388297.00克拉索夫斯基椭球(Krassovsky)19406378245298.32019/12/24大地测量参考框架(郭际明)17参考椭球定位与定向①选择或求定椭球的几何参数(长半径a和扁率α)②确定椭球短轴的指向(椭球定向)③确定椭球中心的位置(椭球定位，建立大地原点）2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)18椭球定向2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)19一点定位：椭球中心位置由大地原点的大地坐标所确定00,0KKKNKKKiKiKKKKHHABL正,,椭球定位2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)20多点定位：椭球中心位置由一组大地点的大地坐标所确定，大地原点的起算数据按下式求得。kKKkkKiKikkkkkkkNHHABL正tansecmin)min(22新新或N2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)21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，参考椭球参数和大地原点上的起算数据构成经典大地测量基准。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)22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,）和地球自转角速度w。0,225CJ2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)23定义卫星大地测量基准，将涉及到地球重力场模型、地极运动模型、地球引力常数、地球自转速度等。不同大地测量基准的差异对坐标的影响，可根据公共点的大地观测数据求得，并进而求解出转换模型，实现不同基准下的坐标转换，但由于观测误差的存在，导致转换模型误差，其精度取决于公共点的数量和分布、观测精度、数据处理方法等。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)24总地球椭球实例：WGS84,GRS80WGS84(GPS)GRS80(ITRS)a63781376378137fJ21/298.257223563108262.999·10-81/298.257222101108263·10-8ω(rad/s)7292115·10-117292115·10-11GM(m3s-2)3986005·1083986005·1082019/12/24大地测量参考框架(郭际明)25讨论题1旋转椭球作为大地测量基准，其特征是什么？2地球椭球的常数J2与扁率f的关系式为：用WGS84的椭球数据进行验证(298.25722323388)。3椭球定向是如何通过大地原点的起算数据体现的？GMammmJmJJmmJJmJf3232222322222298978493989162756111438921232019/12/24大地测量参考框架(郭际明)263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。2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)27坐标系统是由坐标原点位置、坐标轴的指向和尺度所定义的，对于地固坐标系，坐标原点选在参考椭球中心或地心，坐标轴的指向具有一定的选择性，国际上通用的坐标系一般采用协议地极方向CTP(ConventionalTerrestrialPole)作为Z轴指向，因而称为协议坐标系。地球旋转轴的指向1)空间指向的变化（岁差、章动）2)地球旋转轴相对于地球内部结构的变化（极移）3)地球绕地轴旋转速度的变化（日长变化）2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)282019/12/24大地测量参考框架(郭际明)29空间指向的变化：岁差(precession),章动(nutation)2019/12/24大地测量参考框架(郭际明)30地球旋转轴相对于地球内部结构的变化：极点的变化(极移,polarmotion，国际协议原点CIO)地球自转轴相对地球体的位置并不是固定的，地极点在地球表面上的位置是随时间而变化的，这种现象称为地极移动，简称极移。某一观测瞬间地球北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。2019/