测量中的坐标与时间系统1.3(在大地测量学中)

上接测量中的坐标与时间系统1.2

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上面我们讨论了在卫星大地测量中的坐标时间系统。之前说过这些是大地测量中的坐标时间系统的子集。那么下面让我们看看大地测量中还有什么别的坐标时间系统。

先来看看时间系统

1.2中我们讲世界时的时候提到了太阳时,说它是个时间尺度,下面会仔细分析一下

太阳时,它分为平太阳时(MT)和真太阳时。

真太阳时,以真太阳作为基本参考点,由其周日视运动确定的时间。一个真太阳日就是真太阳连续两次经过某地的上中天(上子午圈)所经历的时间。

由于地球太阳公转速度不均匀。近日点快,远日点慢。真太阳日在近日点最长、远日点最短,周期都为360°+地球公转的度数

平太阳时,假设存在一个平太阳(速度等于太阳周年运动的平均速度),以它为参考点,连续两次经过同一子午圈的时间间隔,称为一个平太阳日(1个平太阳日=(1+1/365.25)恒星日)平太阳时为平太阳日除以24。平太阳日是以平子夜的瞬时作为时间0时。


再来看看坐标系统,在1.1中,我们讨论"协议地球坐标系A2b”时其实是有一些不正确的地方,A2b可以分为参心坐标系A2b1和地心地固坐标系A2b2

下面会具体介绍坐标参考系统(这里加了参考两个字,是因为坐标系统是参考系在坐标上的具体体现)

首先介绍几个概念

大地测量参考框架是大地测量参考系统的物理实现。(只考虑协议地球坐标系A2b

大地测量参考系统包含坐标参考系统、高程参考系统、重力参考系统。

坐标参考系统除了之前的分类,其实在测量中还有一种分类,即分为大地坐标系(BLH)和空间直角坐标系(XYZ),这其实是坐标的两种表示。也就是说,所有测量中的坐标系统(A1A2)都存在这两种表示。

大地基准是大地坐标系的基础。

椭球定位定向的目的就是确定大地基准。定位分为局部定位(参考椭球)、地心定位(总地球椭球)。定向,即确定以地球椭球中心为原点的直角坐标系来确定坐标轴指向。

大地原点,决定参心坐标系的椭球定位定向,我们就是通过大地原点来建立参心坐标系的,具体的方法有多点定位和单点定位,通过选定椭球参数、和它来建立类似于北京54这样的坐标系。


再看到这么多概念后肯定有不少问题吧?

让我们来再以WGS-84和北京54为例来理解一下

协议地球坐标系A2b中不是分为参心坐标系A2b1和地心地固坐标系A2b2么。

北京54和西安80都属于参心大地坐标系。也就是说,这些数据点都是BLH类型的,所以我们要是想用地图或者GIS的方式表示出来,就要用到投影,而北京54是默认使用高斯克-吕格投影的(这里提到了GIS中的投影,我会在之后的文章中总结地图学中常用的投影),投影过后就是XY坐标了。它们的椭球定位是局部定位。


再来看看WGS-84以及CGCS2000坐标系

它们都属于地心大地坐标系。也就是说得到的数据点也是BLH,但是我们可以在总地球椭球中把它化为XYZ类型(利用大地坐标和空间直角坐标的转换)。



我们把1.1中站心G2坐标系可以扩展一下,其实站心坐标系不仅仅在WGS-84中,在日常的测量中经常会用到,它以测站为原点,测站上的法线或者垂线为Z轴,子午线方向为X轴,Y轴(向东)。数据点形式为XYZ或者极坐标形式。


最后我们看看不同坐标系是怎么转换的呢?

1,两个平面直角坐标系之间(通过欧勒角和旋转矩阵)

2,空间直角坐标和大地坐标之间(正向需要迭代,反向可以直接利用公式计算)

3,站心直角坐标系与地心或参心空间直角坐标系之间(三次旋转)

4,不同空间直角坐标系之间(布尔沙模型)

5,不同大地坐标系之间(通过空间直角坐标系这个中间形式进行转换)

6,不同高斯平面直角坐标之间(通过大地坐标系进行转换)

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