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1、大地测量中常用的坐标系,一 定向井工程中大地测量的应用 二 大地测量的基本概念 三 大地水准面 1 参考椭球面 2 空间直角坐标系 3 空间大地坐标系 5 高斯平面直角坐标系 6 高程系统 7 GPS全球定位系统,一 定向井工程中大地测量的应用,二 大地测量的基本概念,2.1 大地测量学的定义 主要任务是测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息。是一门地球信息学科。是一切测绘科学技术的基础。 2.2 大地测量学的基本分支 a) 几何大地测量学：基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。 B) 物理大地测量学：基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状及其外部重
2、力场。 C) 空间大地测量学：以人造地球卫星及格其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。,二 大地测量的基本概念,2.3 大地测量学的基本体系 a) 应用大地测量学：以研究建立国家大地测量控制网为中心内容。 B) 椭球大地测量学：研究坐标系建立及地球椭球性质以及投影数学变换为主要内容。 C) 大地天文测量学：以研究测量天文经度、纬度及天文方位角为中心内容。 D) 大地重力测量学：以研究重力场及重力测量方法为中心内容。 E) 测量平差：以研究大地测量控制网平差计算为主要内容。,二 大地测量学的基本概念,三 大地水准面,3.1 大地水准面的概念 大地测量学所研究的是在整体上非常接近于
3、地球自然表面的水准面。设想与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面的连续封闭曲面。由它包围的形体称为大地体。 3.2 似大地水准面 由于地球质量特别是外层质量分布的不君性，使得大地水准面形状非常复杂。引入不需要任何关于地壳结构方面的假设而确定的似大地水准面，它与大地水准面很接近。,三 大地水准面,地球上物体,地球引力,离心力,太阳等引力,三 大地水准面,重力,地球引力,离心力,三 大地水准面,铅垂线一条细绳系一铅球，细绳在重力作用下形成的下垂线。它是测量工作的基准线,三 大地水准面,水准面在地面上，处处与重力方向垂直的连续曲面,水准面重力等
4、位面,水准面因高度不同有,三 大地水准面,大地水准面是水准面中的一个特殊水准面。即在海洋中与静止海水面重合，最接近地球的真实形态和大小。,大地水准面是不规则曲面，不便于进行测量数据处理,三 大地水准面,三 大地水准面,为便于准确计算测量成果，用一个接近大地体的旋转椭圆球体作为地球的参考大小和形状称为参考椭球体，称其外表为参考椭球面。,三 大地水准面,a，b为参考椭球体的几何参数,1954年北京坐标系,a6378245米，=1:298.3,1980年西安大地坐标系,a6378140米，=1:298.257,中华人民共和国大地原点 中国的地理坐标 为了在国家领土上进行大地测量，必须采用一个参考椭球
5、体。其数学的参考椭球面必须与物理的大地水准面相近，并且把两者关系确定下来，这就是参考椭球定位。大地原点则是定位中的基准点，也是地理坐标经度、纬度的起算点。 中国的大地原点坐落在距西安市36千米的咸阳市泾阳县境内。原点在地下室，标志用红色玛瑙石制成，直径10厘米，中部突起的半球上，刻有精密十字。如果谁有幸用手触摸那指甲盖大的十字，就等于按在中国大地经纬坐标的起算点和基准点中华大地的“原点”上。,WGS-84坐标系,a6378137米，=1:298.257223563,新华网北京2001年月日电（记者张继民）覆盖我国全部国土，其分辨率东部为公里见方格网、西部为公里见方格网，精度为厘米至厘米的中国似
6、大地水准面，近日通过国家验收。这表明，新一代分米级精度大地水准面已在我国建立。 曾确定了被称为中国大地水准面。这一水准面的精度为米至米，分辨率为公里见方网格。随着科学技术特别是卫星空间技术的飞速发展，测绘生产技术发生了重大变革，中国大地水准面已远远不能满足现代大地测量发展以及地学研究、国民经济建设的需要。为此，国家测绘局在“九五”期间设立了重点科技攻关项目建立我国分米级精度大地水准面研究。 使用大量我国大陆及其周边海洋地区的重力、高精度水准、多代卫星测高数据和数字高程模型及海深模型等国内外资料，并结合国情，最终建立了我国新一代分米级精度大地水准面。通过用中国地壳运动观测网络的个水准点进行独立检
7、核，表明其精度在我国东部即东经度以东地区，优于米。西部即东经度以西、北纬度以北优于米，东经度以西、北纬度以南优于米。首次以整体分米级精度覆盖了我国全部国土。,世界各地坐标系,坐标系统,生活中的坐标系统: 相对位置 家庭地址: 122 Hamilton Road Chapel Hill, NC 27517 交通方向: Go down the second traffic light, turn right 我们不会用以下家庭地址: 35o54.781 N, 79o01.391W,空间直角坐标系的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，Y轴位于赤道面上
8、，且按右手系与X轴呈90夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。,1 空间直角坐标系,2 空间大地坐标系,3 平面直角坐标系,5 高斯平面直角坐标系,5.1 基本概念 地图数学投影：将椭球面上元素（包括坐标、方位和距离）按一定的数学法则投影到平面上。 高斯投影对地图投影的要求： a) 采用等角投影（又称正形投影）。在有限的范围内使地图上图形同椭球上原形保持相似，免除了大量投影计算工作。 B) 在所采用的正形投影中，要求长度和面积变形不大。 C) 投影后应该保证具有一个单一起算点的统一的坐标系。,高斯平面直角坐标系,高斯平面直角坐标系,高斯平面直角坐标系,高斯平面直
9、角坐标系,高斯平面直角坐标系,高斯平面直角坐标系的建立,Y（东）,高斯平面直角坐标系的建立,5.2 国家统一坐标 在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值（在赤道上）约 为330为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500,000m。 此外还应在坐标前面冠以带号。 例如，有一点Y=19 123456.789m，该点位在19带内，其相对于 中央子午线而言的横坐标是：首先去掉带号，再减去500000m， 最后得Y=-376543.211m。,高斯平面直角坐标系的建立,Y（东）,坐标间的变换,a 为地球椭球 b 为地球椭球的短半轴。,高程系统,高程系统,高程系统,Transverse Mercator
10、 Projection applied to each 6o zone to minimize distortion,UTM Zone Projection,The Universal Transverse Mercator Coordinate System,60 zones, each 6 longitude wide zones run from 80 S to 84 N poles covered by Universal Polar System (UPS),横轴墨卡托投影坐标系统,UTM Coordinate Parameters,Unit: meters Zones: 6o lo
11、ngititue N and S zones: separate coord X-origin: 500,000 m east of central meridian Y-origin: equator,Transverse Mercator Projection 横轴墨卡托投影网格,Advantage of UTM Settings,Zone central meridian Eastings = 50,000meters North pole Northings = 10,000,000 meters allows overlap between zones form mapping pu
12、rposes give all eastings positive numbers tell if we are to the east or west of the central meridian provide relationship between true north and grid north,e.g. UTM Eastings = 587,310m; Northings = 4,513,410m East of central meridian about four tenths of the way up from equator to the north pole grid north is to the east of true north,USA In The UTM Zones, ,
