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測量基本知識之二
作者:  武漢航道學校張曉燕      來源:長江航道局      時間:2012-08-29 16:01     閱讀次數:

  1.測量常用坐標系

  1.1 大地坐標系

  大地坐標系是以參考橢球面作為基準面,以起始子午面和赤道面作為在橢球面上確定某一點投影位置的兩個參考面,如圖2.1。

  大地經度:過地面某點的子午面與起始子午面之間的夾角,稱為該點的大地經度,用 L表示。

  規定:從起始子午面起算,向東為正,由 0度至180度,稱為東經;向西為負,由0度至180度,稱為西經。

  大地緯度:過地面某點的橢球面法線與赤道面的夾角,稱為該點的大地緯度,用B表示。

  規定:從赤道面起算,由赤道面向北為正,從0度到90度,稱為北緯;由赤道面向南為負,從 0度到90度,稱為南緯。

  大地高:P點沿橢球面法線到橢球面的距離H,稱為大地高,從橢球面起算,向外為正,向內為負。

  1.2 空間直角坐標系

  以橢球體中心O為原點;起始子午面與赤道面交線為X軸;赤道面上與X軸正交的方向為Y軸;橢球體的旋轉軸為Z軸;構成右手直角坐標系O-XYZ。在該坐標系中,P點的位置用x,y,z表示,如圖2.2。

  1.3  WGS-84坐標系

  WGS-84坐標系是全球定位系統(GPS)采用的坐標系,屬地心空間直角坐標系。WGS-84坐標系采用1979年國際大地測量與地球物理聯合會第17屆大會推薦的橢球參數。WGS-84坐標系的原點位于地球質心;Z軸指向BIHl984.0定義的協議地球極(CIP)方向;X軸指向BIHl984.0的零子午面和CIP赤道的交點;Y軸垂直于X、Z軸,X、Y、Z軸構成右手直角坐標,如圖2.3。

  1.4 平面直角坐標系

  測繪工作中所用的平面直角坐標系與解析幾何中所用的平面直角坐標系有所不同,測量平面直角坐標系以縱軸為X軸,表示南北方向,向北為正;橫軸為Y軸,表示東西方向,向東為正;象限順序依順時針方向排列,如圖2.4.1和圖2.4.2。

  當測區范圍較小時(如小于100平方公里),常把球面看作平面,建立獨立平面直角坐標系,這樣地面點在投影面上的位置就可以用平面直角坐標來確定。建立獨立坐標系時,坐標原點有時是假設的,假設的原點位置應使測區內各點的x、y值為正。

  2 參考橢球定位

  確定參考橢球面與大地水準面的相關位置,使參考橢球面在一個國家或地區范圍內與大地水準面最佳擬合,稱為參考橢球定位。

  如圖2.5所示,在一個國家適當地點選定一地面點P作為大地原點,并在該點進行精密天文測量和高程測量。令大地原點上的大地經度和緯度分別等于該點上的天文經、緯度;由大地原點至某一點的大地方位角等于該點上同一邊的天文方位角;大地原點至橢球面的高度恰好等于其至大地水準面的高度。這樣的定位方法稱為單點定位法。

  在掌握了一定數量的天文大地和重力測量數據后,利用天文大地網中許多天文點的天文觀測成果和已有的橢球參數進行橢球定位,這種方法稱為多點

  定位法。多點定位的結果使在大地原點處橢球的法線方向不再與鉛垂線方向重合,橢球面與大地水準面不再相切,但在定位中所利用的天文大地網的范圍內,橢球面與大地水準面有最佳的密合。

  1949年以后,我國采用了兩種不同的大地坐標系,即1954年北京坐標系和1980年國家大地坐標系。

  1954年我國完成了北京天文原點的測定,采用了克拉索夫斯基橢球體參數,并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測,建立了1954年北京坐標系。

  為了適應我國經濟建設和國防建設發展的需要,我國在1972-1982年期間進行天文大地網平差時,建立了新的大地基準,相應的大地坐標系稱為1980年國家大地坐標系。大地原點地處我國中部,位于陜西省西安市以北60km處的涇陽縣永樂鎮,簡稱西安原點。橢球參數采用1975年國際大地測量與地球物理聯合會第16屆大會的推薦值(見表2-1),應用多點定位法定位。該坐標系建立后,實施了全國天文大地網平差,平差后提供的大地點成果屬于1980年國家大地坐標系,它與原1954年北京坐標系的成果是不同的,使用時必須注意所用成果相應的坐標系統。



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