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1、大地测量坐标系一、测量学大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功(如水在这个面上是不会流动的)。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距-大地水准面差距(对于似大地水准面而言，则称为高程异常)来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔
2、高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。由于地球内部质量分布不均匀，致使地面上各点的铅垂线方向产生不规则变化，所以，大地水准面是一个不规则的无法用数学式表述的曲面，在这样的面上是无法进行测量数据的计算及处理的。因此人们进一步设想，用一个与大地体非常接近的又能用数学式表述的规则球体即旋转椭球体来代表地球的形状。某一国家或地区为处理测量成果而采用与大地体的形状大小最接近，又适合本国或本地区要求的旋转椭球，这样的椭球体称为参考椭球体。确定参考椭球体与大地体之间的
3、相对位置关系，称为椭球体定位。参考椭球体面只具有几何意义而无物理意义，它是严格意义上的测量计算基准面。测量学是研究获取反映地球形状、地球重力场、地球上自然和社会要素的位置、形状、空间关系、区域空间结构的数据的科学和技术。它的主要任务有三个方面:一是研究确定地球的形状和大小，为地球科学提供必要的数据和资料;二是将地球表面的地物地貌测绘成图;三是将图纸上的设计成果测设至现场。根据研究的具体对象及任务的不同，传统上又将测量学分为以下几个主要分支学科:大地测量学(Geodesy)-是研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。其基本任务是建立国
4、家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程测量提供基础起算数据;为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大地测量学及物理大地测量学等。地形测量学(Topography)-是研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及其它有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的学科。按成图方式的不同地形测图可分为模拟化测图和数字化测图。摄影测量与遥感学(Photogrammetryandremotesensing)-是研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学
5、科。其基本任务是通过对摄影像片或遥感图像进行处理、量测、解译，以测定物体的形状、大小和位置进而制作成图。根据获得影像的方式及遥感距离的不同，本学科又分为地面摄影测量学，航空摄影测量学和航天遥感测量等。工程测量学(EngineeringSurveying)-工程测量学是研究在工程建设的设计、施工和管理各阶段中进行测量工作的理论、方法和技术。工程测量是测绘科学与技术在国民经济和国防建设中的直接应用，是综合性的应用测绘科学与技术。按工程建设的进行程序，工程测量可分为规划设计阶段的测量，施工兴建阶段的测量和竣工后的运营管理阶段的测量。规划设计阶段的测量主要是提供地形资料。取得地形资料的方法是，在所建立
6、的控制测量的基础上进行地面测图或航空摄影测量。施工兴建阶段的测量的主要任务是，按照设计要求在实地准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程，作为施工与安装的依据。一般也要求先建立施工控制网，然后根据工程的要求进行各种测量工作。竣工后的营运管理阶段的测量，包括竣工测量以及为监视工程安全状况的变形观测与维修养护等测量工作。按工程测量所服务的工程种类，也可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁与隧道测量、矿山测量、城市测量和水利工程测量等。此外，还将用于大型设备的高精度定位和变形观测称为高精度工程测量;将摄影测量技术应用于工程建设称为工程摄影测量;而将以电子全站仪或地面摄影仪为传感器在电子计算机支持下的测量系
7、统称为3维工业测量。地图制图学(Cartography)-是研究模拟和数字地图的基础理论、设计、编绘、复制的技术、方法以及应用的学科。它的基本任务是利用各种测量成果编制各类地图，其内容一般包括地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等分支。测量仪器学-研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。地形测量学-是研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及其它有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的学科。按成图方式的不同地形测图可分为模拟化测图和数字化测图。二、测量坐标系1、地理坐标(GeograptlicCoordinate)(天文坐标)以大地水准面为基准面，地面点沿铅垂线投影在该基准面上的位置，称为该点
8、的天文坐标。该坐标用天文经度和天文纬度表示。如图，将大地体看作地球，NS即为地球的自转轴，N为北极，S为南极，O为地球体中心。包含地面点P的铅垂线且平行于地球自转轴的平面称为P点的天文子午面。天文子午面与地球表面的交线称为天文子午线，也称经线。而将通过英国格林尼治天文台埃里中星仪的子午面称为起始子午面，相应的子午线称为起始子午线或零子午线，并作为经度计量的起点。过点P的天文子午面与起始子午面所夹的两面角就称为P点的天文经度。通过地球体中心O且垂直于地轴的平面称为赤道面。它是纬度计量的起始面。赤道面与地球表面的交线称为赤道。其它垂直于地轴的平面与地球表面的交线称为纬线。过点P的铅垂线与赤道面之间
9、所夹的线面角就称为P点的天文纬度。2、大地坐标(GeodeticCoordinate)以参考椭球面为基准面，地面点沿椭球面的法线投影在该基准面上的位置，称为该点的大地坐标。该坐标用大地经度和大地纬度表示。包含地面点P的法线且通过椭球旋转轴的平面称为P的大地子午面。过P点的大地子午面与起始大地子午面所夹的两面角就称为P点的大地经度。用L表示，其值分为东经0180和西经0180。过点P的法线与椭球赤道面所夹的线面角就称为P点的大地纬度。用B表示，其值分为北纬090和南纬090。3、我国1954年北京坐标系(1)旧54北京坐标系1954年北京坐标系是国家在20世纪50年代为了满足建设的需要迫切建立的
10、一个坐标系统。此坐标系采用的是苏联克拉索夫斯基椭球参数。而椭球定向不明确，椭球定位时大地原点位于苏联最西部列宁格勒附近的普尔科沃，此定位使得椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性倾斜。该坐标系的大地点坐标是经局部平差逐次得到的，全国的大地控制点不能连成统一的整体，区与区之间的接合部存在较大隙距，同一点在不同区的坐标之差可达12m。虽然该坐标系在近五十年的测绘生产中发挥勒巨大的作用，但是随着科学技术的发展，它已经难以适应现代化建设的需要。(2)新54北京坐标系1980年国家大地坐标系建立之后，各大地点坐标与1954年北京坐标系统的原坐标出现较大的差异，这给成果换算带来很大的不便，鉴于此国家在1
11、980年国家大地坐系的基础上又改用克拉索夫斯基椭球参数，同时沿空间3个坐标轴上进行平移，建立了新1954年北京坐标系统。新1954年北京坐标系仍然采用克拉索夫斯基椭球参数;而其定位定向的依据依然与1980年国家大地坐标系相同，大地原点仍然采用西安原点只是大地原点的起算数据有所不同;大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准的正常高系统。4、1980年国家大地坐标系在1978年我国决定对全国的天文大地网施行整体平差，而这项工作需要在新的坐标系参考椭球面上进行，于是首先建立了新的大地坐标系统，即1980年国家大地坐标系。此坐标系可以描述如下:采用了1975年国际大地测量与地球物理
12、联合会第16届大会推荐的椭球体参数。大地原点位于我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，简称为西安大地原点。大地点高程是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准的正常高系统。椭球定位满足的条件:椭球面与似大地水准面在我国地域最密合，起始子午面平行于我国定义的起始天文子午面。1980年国家大地坐标系统完全符合建立经典参心大地坐标系的原理，椭球面与大地水准面能够较好的密合，全国范围的平均差值由1954北京坐标系的29m减少至10m。5、WGS-84坐标系(WGS一84CoordinateSystem)一种国际上采用的地心坐标系。坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的之轴指向BIH(国际时间)1984
13、.O定义的协议地球极(CTP)方向，调轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，称为1984年世界大地坐标系统。6、高程系(ElevationSystem)由高程基准面起算的地面点的高度称为高程。一般地，一个国家只采用一个平均海水面作为统一的高程基准面，由此高程基准面建立的高程系统称为国家高程系，否则称为地方高程系。1985年前，我国采用1956年黄海高程系(以19501956年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面);1985年开始启用1985国家高程基准(以19521979年青岛验潮站测定的平均海水面作为高程基准面)。7、地图投影(MapP
14、rojection)地图投影是把地球椭球面上的经纬线网和地理要素表示到平面上的数学法则。按投影面的形状，地图投影分为方位投影、圆柱投影、圆锥投影;按投影变形的性质，分为等角投影、等面积投影、等距离投影。8、高斯克吕格投影(Gauss一KrugerProjection)简称高斯投影。它是一种横轴等角切圆柱投影。它把地球视为球体，假想一个平面卷成一个横圆柱面并把它套在球体外面，使横轴圆柱的轴心通过球的中心，球面上一根子午线与横轴圆柱面相切。这样，该子午线在圆柱面上的投影为一直线，赤道面与圆柱面的交线是一条与该子午线投影垂直的直线。将横圆柱面展开成平面，由这两条正交直线就构成高斯-克吕格平面直角坐标系。为减少投影变形，高斯-克吕格投影分为3度带和6度带投影。9、平面直角坐标系(RectangularPlaneCoordinateSystem)用直角坐标原理在投影面上确定地面点平面位置的坐标系。与数学上的直角坐标系不同的是，它的竖轴为X轴，横轴为Y轴。在投影面上，由投影带中央经线的投影为调轴、赤道投影为横轴(Y轴)以及它们的交点为原点的直角坐标系称为国家坐标系，否则称为独立坐标系。
