大地測(cè)量系統(tǒng)與參考框架.ppt

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大地測(cè)量系統(tǒng)與參考框架贛 工測(cè) 書童 大地測(cè)量系統(tǒng)與參考框架 一 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)二 大地測(cè)量參考框架三 高程系統(tǒng)和框架四 重力參考系統(tǒng)和重力參考框架五 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 1 大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn)大地測(cè)量時(shí)空基準(zhǔn) 就是指大地測(cè)量基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn) 它由相應(yīng)的大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)及它們相應(yīng)的參考框架所構(gòu)成 大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)是總體概念 大地測(cè)量參考框架和時(shí)間參考框架是大地測(cè)量系統(tǒng)和時(shí)間參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn) 2 大地測(cè)量系統(tǒng)與大地測(cè)量參考框架 1 大地測(cè)量系統(tǒng)大地測(cè)量系統(tǒng)規(guī)定了大地測(cè)量的起算基準(zhǔn)和尺度標(biāo)準(zhǔn)及其實(shí)現(xiàn)方式 包括理論 模型和方法 大地測(cè)量系統(tǒng)包括坐標(biāo)系統(tǒng) 高程系統(tǒng) 深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng) 2 大地測(cè)量系統(tǒng)與大地測(cè)量參考框架 2 大地測(cè)量參考框架大地測(cè)量參考框架 就是按大地測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)定的原則 采用大地測(cè)量技術(shù) 在全球或局域范圍內(nèi)所測(cè)定的 固定在地面上的點(diǎn)所構(gòu)成的大地網(wǎng) 點(diǎn) 或其他實(shí)體 靜止或運(yùn)動(dòng)的物體 是對(duì)大地測(cè)量系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn) 與大地測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)應(yīng) 大地測(cè)量參考框架有坐標(biāo) 參考 框架 高程 參考 框架和重力測(cè)量 參考 框架三種 3 大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)的任務(wù)大地測(cè)量基準(zhǔn)建設(shè)的任務(wù)是 確定或定義坐標(biāo)系統(tǒng) 高程系統(tǒng) 深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng) 建立和維持坐標(biāo)框架 高程框架和重力框架 3 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 1 時(shí)間系統(tǒng)時(shí)間系統(tǒng)規(guī)定了時(shí)間測(cè)量的參考標(biāo)準(zhǔn) 包括時(shí)刻得參考標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間間隔的尺度標(biāo)準(zhǔn) 2 時(shí)間參考框架時(shí)間參考框架就是在全球或局域范圍內(nèi) 通過(guò)守時(shí) 授時(shí)和時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù) 實(shí)現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng) 守時(shí)為了隨時(shí)獲得世界時(shí) 要用精密的天文時(shí)計(jì)將天文測(cè)時(shí)結(jié)果記錄下來(lái) 并根據(jù)天文時(shí)計(jì)運(yùn)行的規(guī)律隨時(shí)指示外推的世界時(shí) 這種工作稱為守時(shí) 也就是時(shí)間的保持 最初用來(lái)保持時(shí)間的時(shí)計(jì)為天文擺鐘 第二次世界大戰(zhàn)后 石英鐘擔(dān)負(fù)起了守時(shí)的任務(wù) 目前各國(guó)都用原子鐘來(lái)保持時(shí)間 授時(shí)系統(tǒng)是確定和發(fā)播精確時(shí)刻的工作系統(tǒng)我國(guó)的多座天文臺(tái)均參加測(cè)時(shí)工作 陜西天文臺(tái)定時(shí)發(fā)播時(shí)號(hào) 供全國(guó)校正時(shí)間使用 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 大地測(cè)量系統(tǒng)包括兩個(gè)方面的概念 一是大地測(cè)量系統(tǒng)所采用的大地測(cè)量常數(shù)的確定 二是大地測(cè)量應(yīng)滿足的條件 1 大地測(cè)量常數(shù)大地測(cè)量常數(shù)是指與地球一起旋轉(zhuǎn)且和地球表面最佳吻合的旋轉(zhuǎn)橢球 即地球橢球 幾何和物理參數(shù) 分為基本常數(shù)和導(dǎo)出常數(shù) 基本常數(shù)唯一定義了大地測(cè)量系統(tǒng) 導(dǎo)出常數(shù)是由基本常數(shù)導(dǎo)出 便于大地測(cè)量應(yīng)用 習(xí)題 119 下列系統(tǒng)中 屬于大地測(cè)量參照系統(tǒng)的是 A 坐標(biāo)系統(tǒng)B 高程系統(tǒng)C 深度基準(zhǔn)D 重力參考系統(tǒng)E 時(shí)間系統(tǒng) 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 1 大地測(cè)量常數(shù) 1 大地測(cè)量基本常數(shù)地球橢球的幾何和物理屬性可由四個(gè)基本常數(shù)完全確定 這四個(gè)基本常數(shù)就是大地測(cè)量基本常數(shù) 它們是赤道半徑a 地心引力常數(shù) 包含大氣質(zhì)量 GM 地球動(dòng)力學(xué)形狀因子J2 地球重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù) 地球自轉(zhuǎn)角速度 如圖 習(xí)題 120 通常所說(shuō)的大地測(cè)量基本常數(shù)指的是 A 赤道半徑aB 地心引力常數(shù) 包含大氣質(zhì)量 GMC 地球動(dòng)力學(xué)形狀因子J2D 地球自轉(zhuǎn)角速度 E 扁率f121 下列大地測(cè)量常數(shù)中 屬于物理常數(shù)的是 A 長(zhǎng)半徑aB 地心引力常數(shù) 包含大氣質(zhì)量 GMC 地球重力場(chǎng)二階帶球諧系數(shù)J2D 地球自轉(zhuǎn)角速度 E 扁率 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 1 大地測(cè)量常數(shù) 2 主要的大地測(cè)量導(dǎo)出常數(shù)橢球短半軸b 橢球第一偏心率e 橢球第二偏心率e 橢球幾何扁率f 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 1 大地測(cè)量常數(shù) 3 屬于旋轉(zhuǎn)橢球物理常數(shù)方面的有橢球的正常重力位U0 橢球的正常重力位 橢球正常重力扁率f 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 1 大地測(cè)量常數(shù) 4 國(guó)際測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì) IUGG 推薦的大地測(cè)量常數(shù)IUGG分別于1971年 1975年 1979年推薦了3組大地測(cè)量常數(shù) 它們對(duì)應(yīng)于大地測(cè)量參考系統(tǒng)1967 GRS67 IUGG75 GRS80 我國(guó)西安80坐標(biāo)系統(tǒng)采用的是IUGG75的大地測(cè)量常數(shù) 目前廣泛使用的是相應(yīng)于GRS80的大地測(cè)量常數(shù) 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 2 大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和應(yīng)滿足的條件 1 大地坐標(biāo)系統(tǒng)的類別大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)是一種固定在地球上 隨地球一起轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性坐標(biāo)系統(tǒng) 也稱地固坐標(biāo)系統(tǒng) 根據(jù)其原點(diǎn)位置不同 分為地心坐標(biāo)系統(tǒng)和參心坐標(biāo)系統(tǒng) 前者的原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合 后者的原點(diǎn)與參考橢球中心重合 參考橢球是指與某一地區(qū)或國(guó)家地球表面最佳吻合的地球橢球 從表現(xiàn)形式上分 常用的大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)有空間直角坐標(biāo)系統(tǒng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)二種形式 2 地 參 心坐標(biāo)系應(yīng)滿足的條件 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 2 大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和應(yīng)滿足的條件 2 地 參 心坐標(biāo)系應(yīng)滿足的條件 地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下四個(gè)條件 原點(diǎn)位于整個(gè)地球 合海洋和大氣 的質(zhì)心 尺度是廣義相對(duì)論意義下某一局部地球框架內(nèi)的尺度 定向?yàn)閲?guó)際時(shí)間局 測(cè)定的某一歷元的協(xié)議地極 CTP 和零子午線 稱為地球定向參數(shù)EOP 如BIH1984 0是指z軸和x軸指向分別為BIH歷元1984 0年的CTP和零子午線 定向隨時(shí)間的演變滿足地殼無(wú)整體運(yùn)動(dòng)的約束條件 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 2 大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和應(yīng)滿足的條件 2 地 參 心坐標(biāo)系應(yīng)滿足的條件 地心坐標(biāo)系地心空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)從幾何方面通俗的定義也可以作如下表述 坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于地球質(zhì)心 z軸和x軸的定向由某一歷元的EOP確定 y與x z構(gòu)成空間右手直角坐標(biāo)系 地心大地坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)與總地球橢球中心 即地球質(zhì)心 重合 橢球旋轉(zhuǎn)軸與協(xié)議地極重合 起始大地子午面與零子午面重合 二 大地測(cè)量常數(shù)和大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 2 大地測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和應(yīng)滿足的條件 2 地 參 心坐標(biāo)系應(yīng)滿足的條件 地心坐標(biāo)系 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)位于參考橢球中心 z軸 橢球旋轉(zhuǎn)軸 與地球自轉(zhuǎn)軸平行 x軸在參考橢球的赤道面并平行于天文起始子午面 三 大地測(cè)量參考框架 1 大地測(cè)量坐標(biāo)框架建立的基本方法 1 地心坐標(biāo)框架地心坐標(biāo)框架是地心坐標(biāo)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn) 全球性地心坐標(biāo)框架一般以甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量 VLBI 衛(wèi)星激光測(cè)距 SLR 激光測(cè)月 LLR 全球定位系統(tǒng) GNSS 和衛(wèi)星多普勒定軌定位 DORIS 等空間大地測(cè)量技術(shù)構(gòu)成全球或局域的大地測(cè)量坐標(biāo)框架 也可稱為大地測(cè)量控制網(wǎng) 經(jīng)數(shù)據(jù)處理 得到這些控制網(wǎng)點(diǎn) 地面觀測(cè)站 的坐標(biāo)和速度等 由此具體體現(xiàn)地心坐標(biāo)系 三 大地測(cè)量參考框架 1 大地測(cè)量坐標(biāo)框架建立的基本方法 1 地心坐標(biāo)框架區(qū)域性地心坐標(biāo)框架一般由三級(jí)構(gòu)成 第一級(jí)為GNSS連續(xù)運(yùn)行站構(gòu)成的動(dòng)態(tài)地心坐標(biāo)框架 它是區(qū)域性地心坐標(biāo)框架的主控制 第二級(jí)是與第一級(jí)GNSS連續(xù)運(yùn)行站定期聯(lián)測(cè)的大地控制點(diǎn)構(gòu)成的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)地心坐標(biāo)框架 第三級(jí)是與第一 二級(jí)GNSS連續(xù)運(yùn)行參考站聯(lián)測(cè)的加密大地控制點(diǎn) 2 參心坐標(biāo)框架傳統(tǒng)的參心坐標(biāo)框架是由以經(jīng)典大地測(cè)量技術(shù)所測(cè)定的天文大地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和維持的 一般定義在參心坐標(biāo)系統(tǒng)中 是一種區(qū)域性 二維 靜態(tài)的參心坐標(biāo)框架 是參心坐標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 20世紀(jì) 世界上絕大部分國(guó)家或地區(qū)都采用天文大地網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持各自的參心坐標(biāo)框架 四 高程系統(tǒng)和框架 1 高程系統(tǒng) 1 高程系統(tǒng)的概念采用不同的基準(zhǔn)面表示地面點(diǎn)的高低所產(chǎn)生的幾種不同的高程表示法 有正高 正常高 力高和大地高程等系統(tǒng) 2 高程基準(zhǔn)面的種類高程基準(zhǔn)面基本上有兩種 一是大地水準(zhǔn)面 它是正高和力高的基準(zhǔn)面 二是橢球面 它是大地高程的基準(zhǔn)面 此外 為了克服正高不能精確計(jì)算的困難還采用正常高 以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面 它非常接近大地水準(zhǔn)面 四 高程系統(tǒng)和框架 2 高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)定義了陸地上高程測(cè)量的起算點(diǎn) 區(qū)域性高程基準(zhǔn)可以用驗(yàn)潮站的長(zhǎng)期平均海面來(lái)確定 通常定義該平均海面的高程為零 在地面預(yù)先設(shè)置好一固定點(diǎn) 組 利用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)量固定點(diǎn)與該平均海面的高差 從而確定固定點(diǎn) 組 的海拔高程 這個(gè)固定點(diǎn)就稱為水準(zhǔn)原點(diǎn) 其高程就是區(qū)域性水準(zhǔn)測(cè)量的起算高程 3 高程框架高程框架是高程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 一般采用高程控制網(wǎng)的方法實(shí)現(xiàn)和維持 五 重力參考系統(tǒng)和重力參考框架 1 重力基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng)重力是重力加速度的簡(jiǎn)稱 重力測(cè)量就是測(cè)定空間一點(diǎn)的重力加速度 重力基準(zhǔn)就是標(biāo)定一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的 絕對(duì) 重力值的標(biāo)準(zhǔn) 在20世紀(jì)50 70年代 我國(guó)采用波茨坦重力基準(zhǔn) 而我國(guó)重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù) 20世紀(jì)80年代 我國(guó)重力基準(zhǔn)用經(jīng)過(guò)國(guó)際比對(duì)的高精度相對(duì)重力儀自行測(cè)定 而重力參考系統(tǒng)則采用IUGG75橢球常數(shù)及其相應(yīng)的正常重力場(chǎng) 2 重力框架重力測(cè)量框架由分布在全國(guó)的若干絕對(duì)重力點(diǎn)和相對(duì)重力點(diǎn)構(gòu)成的重力控制網(wǎng) 以及用作相對(duì)重力尺度標(biāo)準(zhǔn)的若干條長(zhǎng)短基線構(gòu)成 六 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 時(shí)間系統(tǒng)規(guī)定了時(shí)間測(cè)量的參考標(biāo)準(zhǔn) 包括時(shí)刻得參考標(biāo)準(zhǔn)和時(shí)間間隔的尺度標(biāo)準(zhǔn) 時(shí)間系統(tǒng)也稱為時(shí)間基準(zhǔn)或時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 頻率基準(zhǔn)規(guī)定了 秒長(zhǎng) 的尺度 任何一種時(shí)間基準(zhǔn)都必須建立在某個(gè)頻率基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上 因此 時(shí)間基準(zhǔn)又稱為時(shí)間頻率基準(zhǔn) 時(shí)間參考框架就是在全球或局域范圍內(nèi) 通過(guò)守時(shí) 授時(shí)和時(shí)間頻率測(cè)量技術(shù) 實(shí)現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時(shí)間系統(tǒng) 1 作為時(shí)間基準(zhǔn)的條件凡能滿足穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性的要求 并能得到廣泛承認(rèn)的時(shí)間參考標(biāo)準(zhǔn)都有可能成為測(cè)量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn) 一般來(lái)說(shuō) 凡是周期性的運(yùn)動(dòng)都可以作為測(cè)量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn) 例如 地球自轉(zhuǎn) 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn) 月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn) 單擺振動(dòng) 原子內(nèi)部超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)躍遷輻射或吸收的電磁波等 六 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 1 作為時(shí)間基準(zhǔn)的條件在上述周期運(yùn)動(dòng)中 能公認(rèn)稱為時(shí)間系統(tǒng)的只有地球自轉(zhuǎn) 地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn) 月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn) 和銫原子內(nèi)部超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)躍遷輻射的電磁波 前三種是唯一的自然現(xiàn)象 沒(méi)有復(fù)現(xiàn)性問(wèn)題 雖然近代發(fā)現(xiàn)它們穩(wěn)定性有問(wèn)題 但長(zhǎng)期來(lái)能滿足應(yīng)用要求 所以它們一度成為公認(rèn)的時(shí)間測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 現(xiàn)在人們發(fā)現(xiàn) 銫原子內(nèi)部超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)躍遷輻射的電磁波的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性是最高的 因此在近代已經(jīng)代替前三種作為時(shí)間測(cè)量的基準(zhǔn) 六 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 2 常見(jiàn)的幾種時(shí)間系統(tǒng) 1 世界時(shí) UT 2 歷書時(shí) ET 3 動(dòng)力學(xué)時(shí) UT 4 原子時(shí) AT 5 協(xié)調(diào)時(shí) UTC 6 GPS時(shí) UT 六 時(shí)間系統(tǒng)與時(shí)間參考框架 3 時(shí)間系統(tǒng)框架描述一個(gè)時(shí)間系統(tǒng)通常需要設(shè)計(jì)以下4個(gè)方面的問(wèn)題 1 采用的時(shí)間頻率基準(zhǔn)時(shí)間系統(tǒng)決定了時(shí)間系統(tǒng)框架采用的時(shí)間頻率基準(zhǔn) 2 守時(shí)系統(tǒng)授時(shí)系統(tǒng)用于建立和維持時(shí)間頻率基準(zhǔn) 確定時(shí)刻 3 授時(shí)系統(tǒng)授時(shí)系統(tǒng)主要是向用戶授時(shí)和時(shí)間服務(wù) 授時(shí)和時(shí)間服務(wù)可通過(guò)電話 網(wǎng)絡(luò) 無(wú)線電 電視 專用電臺(tái) 衛(wèi)星等設(shè)施進(jìn)行 4 覆蓋范圍覆蓋范圍是指區(qū)域或全球