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1、第一节 地球形状、地理坐标和大地坐标系,一、地球形状 二、地理坐标 三、大地坐标系 四、不同大地坐标系间的坐标变换,一、地球形状,1.地球自然形状 2.大地球体的形状 3.大地球体的近似体,1.地球自然形状,珠穆朗玛峰 8 848 m 马里亚那海沟 11 025 m,人造地球卫星资料推出的地球形状,根据人造地球卫星的轨道参数资料推算出地球形状，它既不是球，也不是一个旋转椭球，而是一个梨状体，北极位于梨柄处，而南极位于梨底。假定以赤道海平面到地心为半径作一圆，则北极海面高出此圆16m，而南极海面低于此圆27m。,结论,地球自然表面是一个崎岖不平、非常复杂的不规则曲面，难以用数学公式加以描述，无法
2、在此基础上研究航海的基本问题。,2.大地球体的形状,(1)大地水准面 设想一个与平均海面相吻合的水准面，并将其向陆地延伸，且保持该延伸面始终与当地的铅垂线相垂直，这样所形成的连续不断的、光滑的闭合水准面，叫做大地水准面。 (2)大地球体 由大地水准面所包围的几何体叫做大地球体。,结论,航海上所研究的地球形状，并不是指地球自然表面的形状，而是指大地球体的形状。 但是，由于地球内部物质分布不均匀及地球表面起伏的影响，大地球体依然是不规则的几何体。 航海上，不同场合，根据不同的精度要求，往往将大地球体看作不同的近似体。,3.大地球体的近似体,(1)第一近似体地球圆球体 (2)第二近似体地球椭圆体,(
3、1)第一近似体地球圆球体,航海上为了计算上的简便，在精度要求不高的情况下采用。 根据航海上常用的距离单位(海里/n mile)的定义，可推算地球圆球体半径R：,(2)第二近似体地球椭圆体,在大地测量学、海图学和需要较为准确的航海计算时采用。 地球椭圆体即旋转椭圆体。它是由椭圆PNQPSQ绕其短轴PNPS旋转而成的几何体。,表示地球椭圆体的参数,长半轴a； 短半轴b； 扁率c：表示椭圆体扁的程度。当a=b时，为圆球体；c值愈大，椭球体愈扁。 偏心率e：是子午圈椭圆的焦点离中心的距离与椭圆长(短)半径的比值，反映了椭圆扁平的程度。偏心率，椭球体愈扁。,地球椭圆体参数之间的关系,我国采用的地球椭圆体
4、参数,1952年以前，采用白塞尔地球椭圆体参数； 1953年起，改用原苏联克拉索夫斯基地球椭圆体参数； 现在准备逐步采用IUGG (International Union of Geodesy and Geophysics 国际大地测量学与地球物理学联合会)1975年推荐的地球椭圆体参数。,二、地理坐标,地理坐标是建立在地球椭圆体表面上的。 1.地球上的基本点、线、圈 2.地理坐标地理经度和地理纬度 3.纬差与经差,1.地球上的基本点、线、圈,(1)点 北极(PN)：椭圆短轴即地球的自转轴地轴(PNPS)； 地轴与地球表面的两个交点是地极，在北半球的称为北极(PN)。 南极(PS)：在南半球的
5、称为南极(PS)。 球心(O)：地轴与赤道平面的交点。,(1)点,北极(PN)：椭圆短轴即地球的自转轴地轴(PNPS)； 地轴与地球表面的两个交点是地极，在北半球的称为北极(PN)。 南极(PS)：在南半球的称为南极(PS)。 球心(O)：地轴与赤道平面的交点。,(2)圈,赤道 纬度圈 子午圈,赤道(QQ),通过地球球心且与地轴垂直的平面称为赤道平面，赤道平面与地表面相交的截痕称为赤道。,纬度圈(AA),通过地球球心且与地轴垂直的平面称为赤道平面，赤道平面与地表面相交的截痕称为赤道(QQ)，它将地球分为南、北两个半球；,子午圈(PNQPSQ),通过地轴的任何一个平面是子午圈平面，它与地表面相交
6、的截痕是个椭圆，称为子午圈。,(3)线,经线(PNQPS，PNQPS)子午线：由北半球到南半球的半个子午圈。 格林子午线或格林经线(PNGPS)：通过英国伦敦格林尼治天文台子午仪的子午线。,2.地理坐标,(1)坐标系 (2)地理经度 (3)地理纬度,(1)坐标系,(2)地理经度或Long,定义 简称经度，地面上某点的地理经度为格林经线与该点子午线在赤道上所夹的劣弧长。,度量方法,自格林子午线起算，向东或向西度量到该点子午线，由0到180 计量。 向东度量的称为东经，用E标示； 向西度量的称为西经，用W标示。,表示方法,. 例如：北京的经度为。,(3)地理纬度或Lat,定义 简称纬度，地球椭圆子
7、午线上某点的法线与赤道面的夹角。,度量方法,自赤道起算，向北或向南度量到该点所在纬度圈，由0到90计量。 向北度量的称为北纬，用N标示； 向南度量的为南纬，用S标示。,表示方法,. 例如：北京的纬度为 。,3.纬差与经差,(1)纬差 (2)经差D,(1)纬差D,定义 两地纬度之代数差。 计算公式 D=21 式中： 1起始点纬度； 2到达点纬度；,规定,北纬取正值()； 南纬取负值()。 则： 纬差为正值，表示北纬差，即表示到达点位于起算点之北，或表示船舶向北航行； 纬差为负值，表示南纬差，即表示到达点位于起算点之南，或表示船舶向南航行。,(2)经差D,定义 两地经度之代数差。 计算公式 D=2
8、1 式中： 1起始点经度； 2到达点经度；,规定,东经取正值()； 西经取负值()。 则： 经差为正值，表示东经差，即表示到达点位于起算点之东，或表示船舶向东航行； 经差为负值，表示西经差，即表示到达点位于起算点之西，或表示船舶向西航行。 注意： 经差的绝对值不应大于180。否则，应由360减去该绝对值，并改变符号。,例,某轮由(3650N，12025W)航行至(2540N，14050W)，求两地间纬差和经差。 解： 2 2540N(+) 2 14050W(-) -) 1 3650N(+) -) 1 12025W(-) D 1110S(-) D 2025W(-),例,某轮由(2325N，106
9、14W)航行至(0816S，10008E)，求两地间纬差和经差。 解： 2 0816S(-) 2 10008E(+) -) 1 2325N(+) -) 2 10614W(-) D 3141S(-) D 20622E(+) 360-20622=15338W,三、大地坐标系,1.大地坐标系定义 2.建立大地坐标系 3.地理坐标的相对性 4.世界部分国家采用的大地坐标系 5.地球椭圆体表面、大地水准面与地球自然表面之间的关系,1.大地坐标系定义,确定地球椭圆体与大地球体的相对位置，即确定地球椭圆体中心的位置和坐标轴的方向的坐标系，称为大地坐标系。,2.建立大地坐标系,建立大地坐标系就是对具有一定参数
10、的椭圆体进行定位和定向，包括三个方面的问题： (1)确定椭圆体的参数； (2)确定椭圆体中心的位置(定位)； (3)确定坐标轴的方向(定向)。,3.地理坐标的相对性,地理坐标是在相应的大地坐标系下确定的椭圆体表面上建立的。因此，用地理经、纬度来表示物标位置也只能在相应的大地坐标系下成立，具有相对性。 各国在建立大地坐标系时，主要考虑的是使选定的地球椭圆体与其所在地区的大地水准面更为接近，因此，所采用的大地坐标系往往不同；即使采用相同的椭圆体参数，也会因定位定向不同而采用不同的坐标系。因此，处于同一位置的船舶或物标，在不同的大地坐标系中的地理经、纬度可能不相同，应注意不同坐标系之间的坐标转换。,4.世界部分国家采用的大地坐标系,5.地球椭圆体表面、大地水准面 与地球自然表面之间的关系,地球椭圆体在大地坐标系中的空间位置是确定的，其表面与大地水准面(大地球体)在高度上的差异也是确定的。现代大地测量结果表明，大地水准面与地球椭圆体表面 之间的高度差， 最大约为100m， 也就是说，用 地球椭圆体表 面去代替大地 水准面可以达 到105的精度。,四、不同大地坐标系间的坐标变换,1.坐标变换公式 2.部分大地坐标系与WGS-72、WGS-84之间的转换参数,
