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1、2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),1,1 概論,大地基準（Geodetic Datum）：用以代表地球形體的旋轉橢球，建立大地基準就是求定旋轉橢球的參數(shù)及其定向（橢球旋轉軸平行于地球的旋轉軸，橢球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋轉橢球中心與地球中心的關系）。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),2,,大地測量參考系統(tǒng)（Geodetic Reference System）：坐標參考系統(tǒng)、高程參考系統(tǒng)、重力參考系統(tǒng) 1）坐標參考系統(tǒng)：以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式。 2）高程參考系統(tǒng)：以大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱

2、為正高，以似大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正常高，以旋轉橢球面為參照面的高程系統(tǒng)稱為大地高。 3）重力參考系統(tǒng)：重力觀測值的參考系統(tǒng) 坐標系原點、坐標軸、尺度及其有關計算公式,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),3,,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),4,,大地測量參考框架(Geodetic Reference Frame)：是大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，是通過大地測量手段確定的固定在地面上的控制網(wǎng)（點）所構建的，分為坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架。（）,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),5,國家平面控制網(wǎng)是按控制等級和施測精度分為一、二

3、、三、四等網(wǎng),含三角點、導線點共 154348個。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),6,國家高程控制網(wǎng)按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)，共有水準點成果114041個，水準路線長度為416619.1公里。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),7,國家重力基本網(wǎng)是確定我國重力加速度數(shù)值的參考框架。2000國家重力基本網(wǎng)包括21個重力基準點和126個重力基本點。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),8,2000國家GPS控制網(wǎng)由國家測繪局高精度GPS A、B級網(wǎng),總參測繪局GPS 一、二級網(wǎng)，中國地殼運動觀測網(wǎng)組成,共2609個點。,,2020

4、/9/30,大地測量參考框架(郭際明),9,,討論題： 1 大地基準、坐標系統(tǒng)、參考框架之間的關系。 2 “從整體到局部”的測量原則是如何通過坐標參考框架體現(xiàn)的？ 3 大地原點、水準原點在建立大地測量參考框架中的作用是什么？,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),10,2大地基準,經典大地測量基準(幾何特征)：經過定位定向且具有確定參數(shù)的橢球參考橢球 There are many different ellipsoids on which positions may be expressed. The size, shape and positioning of the ellips

5、oidal reference system with respect to the area of interest is largely arbitrary, and determined in different ways around the globe. The defining parameters of such a reference system are known as the geodetic datum. The geodetic datum may be defined by the following constants:,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際

6、明),11,,the size and shape of the ellipsoid, usually expressed as the semi-major axis (a) and the flattening (f) or eccentricity squared (e2). There are a number of techniques used to determine the best fit ellipsoid for an area; the direction of the minor axis of the ellipsoid; the position of its c

7、entre, either implied by adopting a geodetic latitude and longitude (B,L) and geoid / ellipsoid separation (N) at one(一點定位), or more points (datum stations，多點定位), or in absolute terms(X0,Y0,Z0) with reference to the centre of mass of the earth; the zero of longitude (conventionally the Greenwich Mer

8、idian).,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),12,,The manner in which the Geodetic Datum is defined varies from country to country (or region to region). Ellipsoid has been used in classical geodesy for over 200 years to provide a figure of the earth on which positions may be given in terms of latitude, longitude

9、 and height above the ellipsoidal surface. The ellipsoid thus used is termed a reference ellipsoid.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),13,,The shape of the geoid varies around the globe, therefore different sized ellipsoids have been used for different regions. Each is chosen to fit the geoid as closely as mea

10、surement technologies and computational abilities allowed at the time they were established. For example, an ellipsoid which provides a good fit of the geoid over the whole globe is not necessarily the most suitable for North America, and neither would be the most appropriate for Ireland (see the di

11、agram below for an exaggerated depiction).,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),14,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),15,,參考橢球實例：貝塞爾橢球(1841年)，克拉克橢球(1866年)，海福特橢球(1910年)和克拉索夫斯基橢球(1940年)等,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),16,,參考橢球大小、定位與定向 選擇或求定橢球的幾何參數(shù)(長半徑 a和扁率 ) 確定橢球短軸的指向(橢球定向) 確定橢球中心的位置(橢球定位，建立大地原點）,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),17,橢球定向,,

12、2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),18,一點定位：橢球中心位置由大地原點的大地坐標所確定,,,,橢球定位,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),19,,多點定位：橢球中心位置由一組大地點的大地坐標所確定，大地原點的起算數(shù)據(jù)按下式求得。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),20,大地原點和大地起算數(shù)據(jù) 大地原點也叫大地基準點或大地起算點，大地原點的經緯度/大地高/至某一固定點的大地方位角稱為大地起算數(shù)據(jù)。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),21,,現(xiàn)代大地測量基準/衛(wèi)星大地測量基準（幾何特征+物理特征）： 總地球橢球（橢球中心與地球質心重合，橢

13、球旋轉軸與地球旋轉軸重合，橢球的起始子午面與地球的起始子午面重合，在全球范圍內橢球面與地球表面最佳擬合） 地球橢球的四個基本常數(shù)：地球橢球赤道半徑a，地心引力常數(shù)GM，地球重力場2階帶諧系數(shù)J2（由此導出橢球扁率f, ）和地球自轉角速度w。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),22,,定義衛(wèi)星大地測量基準，將涉及到地球重力場模型、地極運動模型、地球引力常數(shù)、地球自轉速度等。 不同大地測量基準的差異對坐標的影響，可根據(jù)公共點的大地觀測數(shù)據(jù)求得，并進而求解出轉換模型，實現(xiàn)不同基準下的坐標轉換，但由于觀測誤差的存在，導致轉換模型誤差，其精度取決于公共點的數(shù)量和分布、觀測精度、數(shù)據(jù)

14、處理方法等。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),23,,總地球橢球實例：WGS84, GRS80,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),24,,,WUHAN -2267749.162 5009154.325 3221290.762 BEIJING -2148743.784 4426641.236 4044655.935 SHANGHAI -2831733.268 4675666.039 3275369.521 KUNMING -1281255.473 5640746.079 2682880.117 URUMQI 193030.873 4606851.324

15、4393311.421 LHASA -106937.669 5549269.591 3139215.762,,,,,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),25,,WUHAN 67.471907924 253.541597253 25.8259 BEIJING 87.563100346 257.184698733 87.3337 SHANGHAI 69.025901447 269.055343195 22.0670 KUNMING 55.342076376 228.141652447 1986.2195 URUMQI 97.155632104 19

16、4.295087226 858.8410 LHASA 65.505069941 202.163288773 3624.6574,WUHAN 67.471907924 253.541597253 25.8259 BEIJING 87.563100347 257.184698733 87.3337 SHANGHAI 69.025901448 269.055343195 22.0671 KUNMING 55.342076376 228.141652447 1986.2195 URUMQI 97.155632105 194.295087226 858.8410 L

17、HASA 65.505069942 202.163288773 3624.6575,WGS84 VS. GRS80,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),26,,討論題 1 旋轉橢球作為大地測量基準，其特征是什么？ 2 地球橢球的常數(shù)J2與扁率f的關系式為： 用WGS84的橢球數(shù)據(jù)進行驗證。 3 橢球定位是如何通過大地原點的起算數(shù)據(jù)體現(xiàn)的？,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),27,3坐標參考系統(tǒng),以參考橢球為基準的坐標系，叫做參心坐標系；以總地球橢球為基準的坐標系，叫做地心坐標系。無論是參心坐標系還是地心坐標系均可分為空間直角坐標系和大地坐標系兩種，它們都與地球體固

18、連在一起，與地球同步運動，因而又稱為地固坐標系，以地心為原點的地固坐標系則稱為地心地固坐標系(ECEF)，主要用于描述地面點的相對位置；另一類是空間固定的坐標系，與地球自轉無關，稱為慣性坐標系或天球坐標系，主要用于描述衛(wèi)星和地球的運行位置和狀態(tài)。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),28,,坐標系統(tǒng)是由坐標原點位置、坐標軸的指向、尺度和相關的計算模型所定義的。對于地固坐標系，坐標原點選在參考橢球中心或地心；坐標軸的指向具有一定的選擇性，國際上通用的坐標系一般采用協(xié)議地極方向CTP(Conventional Terrestrial Pole)作為 Z 軸指向，因而稱為協(xié)議坐標系；尺度

19、采用國際標準長度單位；實現(xiàn)方式為大地測量理論、技術與方法。 地球旋轉軸的指向 1)空間指向的變化（歲差、章動） 2)地球旋轉軸相對于地球內部結構的變化（極移）,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),29,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),30,,空間指向的變化：歲差(precession),章動(nutation),,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),31,,地球旋轉軸相對于地球內部結構的變化：極點的變化(極移, polar motion，國際協(xié)議原點CIO) 地球自轉軸相對地球體的位置并不是固定的，地極點在地球表面上的位置是隨時間而變化的，這種現(xiàn)象

20、稱為地極移動，簡稱極移。某一觀測瞬間地球北極所在的位置稱為瞬時極，某段時間內地極的平均位置稱為平極。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),32,,國際天文聯(lián)合會(IAU)和國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(IUGG)在1967年于意大利共同召開的第32次討論會上，建議采用國際上5個緯度服務(ILS)站以19001905年的平均緯度所確定的平極作為基準點，通常稱為國際協(xié)議原點CIO(Conventional International Origin)，它相對于19001905年平均歷元1903.0。另外國際極移服務(IPMS)和國際時間局(BIH)等機構分別用不同的方法得到地極原點，與

21、CIO相應的地球赤道面稱為平赤道面或協(xié)議赤道面。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),33,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),34,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),35,3.1 1954年北京坐標系,1954年北京坐標系可以認為是前蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸。它的原點不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應的橢球為克拉索夫斯基橢球。 橢球參數(shù)有較大誤差。 參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準面差距最大達67m。 定向不明確,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),36,3.2 1980年國家大地坐標系

22、(1980西安坐標系),1980年國家大地坐標系的特點是： 采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會 (IUGG) 第16屆大會上推薦的4個橢球基本參數(shù)。 地球橢球長半徑 a=6 378 140 m ， 地心引力常數(shù) GM=3.986 0051014m3/s2, 地球重力場二階帶球諧系數(shù)J2 =1.082 6310-8, 地球自轉角速度 =7.292 11510-5 rad/s 。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),37, 參心大地坐標系是在1954年北京坐標系基礎上建立起來的。 橢球面同似大地水準面在我國境內最為密合，是多點定位。 定向明確。橢球短軸平行于地球質心指向地極原點

23、 JYD1968.0的方向 大地原點地處我國中部，位于西安市以北60 km 處的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。 大地高程基準采用1956年黃海高程系,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),38,平差后提供的大地點成果屬于1980年西安坐標系，它和原1954年北京坐標系的成果是不同的。這個差異除了由于它們各屬不同橢球與不同的橢球定位、定向外，還因為前者是經過整體平差，而后者只是作了局部平差。 不同坐標系統(tǒng)的控制點坐標可以通過一定的數(shù)學模型，在一定的精度范圍內進行互相轉換，使用時必須注意所用成果相應的坐標系統(tǒng)。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),39,3.3 新1954年北

24、京坐標系(BJ54新),新1954年北京坐標系，是在GDZ80基礎上，改變GDZ80相對應的IUGG1975橢球幾何參數(shù)為克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并將坐標原點(橢球中心)平移，使坐標軸保持平行而建立起來的。,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),40,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),41,,,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),42,BJ54新的特點是： 采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)。 是綜合 GDZ80和BJ54建立起來的參心坐標系。 采用多點定位，但橢球面與大地水準面在我國境內不是最佳擬合。 定向明確，坐標軸與 GDZ80 相平行，橢球短軸平行于

25、地球質心指向1968.0地極原點的方向 大地原點與 GDZ80 相同，但大地起算數(shù)據(jù)不同。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),43,, 大地高程基準采用1956年黃海高程系。 與 舊BJ54相比，所采用的橢球參數(shù)相同，其定位相近，但定向不同。舊BJ54的坐標是局部平差結果，而新BJ54是GDZ80 整體平差結果的轉換值，兩者之間無全國統(tǒng)一的轉換參數(shù)，只能進行局部轉換。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),44,3.4 地心地固坐標系,地心地固空間直角坐標系的定義是：原點O與地球質心重合，Z軸指向地球北極，X軸指向格林尼治平均子午面與地球赤道的交點，Y軸垂直于XOZ平

26、面構成右手坐標系。 地球北極是地心地固坐標系的基準指向點，地球北極點的變動將引起坐標軸方向的變化。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),45,地心地固大地坐標系的定義是：地球橢球的中心與地球質心重合，橢球面與大地水準面在全球范圍內最佳符合，橢球的短軸與地球自轉軸重合(過地球質心并指向北極),,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),46,以協(xié)議地極CTP(Conventional Terrestrial Pole)為指向點的地球坐標系稱為協(xié)議地球坐標系CTS(Conventional Terrestrial System)，而以瞬時極為指向點的地球坐標系稱為瞬時地球坐標系。

27、在大地測量中采用的地心地固坐標系大多采用協(xié)議地極原點CIO為指向點，因而也是協(xié)議地球坐標系，一般情況下協(xié)議地球坐標系和地心地固坐標系代表相同的含義。,3.5 協(xié)議地球坐標系,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),47,,20世紀60年代以來，美國和原蘇聯(lián)等國家利用衛(wèi)星觀測等資料，開展了建立地心坐標系的工作。美國國防部曾先后建立過世界大地坐標系(World Geodetic System，簡稱為WGS)WGS60，WGS66和WGS72，并于1984年開始，經過多年修正和完善，建立起更為精確的地心坐標系統(tǒng)，稱為WGS84。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),48,3.6

28、WGS84世界大地坐標系 WGS84是一個協(xié)議地球參考系CTS。該坐標系的原點是地球的質心， Z 軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極CTP方向，X軸指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交點， Y軸和Z、X 軸構成右手坐標系,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),49,WGS84坐標系統(tǒng)采用的4個基本參數(shù)是： a =6 378 137m GM =3 986 005108m3s-2 C2,0=-484.166 8510-6 =7 292 11510-11rad/s,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),50,為了改善WGS84系統(tǒng)的精度，1994年6月，由美國

29、國防制圖局(DMA)將其和美國空軍(Air Force)在全球的10個GPS跟蹤站的數(shù)據(jù)加上部分IGS站的ITRF91數(shù)據(jù)，進行聯(lián)合處理，并以IGS站在ITRF91框架下的站坐標為固定值，重新計算了這些全球跟蹤站在1994.0歷元的站坐標，更新為WGS84(G730) 1996年，WGS84坐標框架再次進行更新，得到了WGS84(G873),2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),51,WGS84的體現(xiàn)與維持,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),52,WGS84高程異常,正常重力:WGS84所定義的地球橢球面是一個地心旋轉橢球等位面，橢球面上的重力稱為正常重力(索密里安公

30、式C.Somigliana),對于高出橢球面H的地面點：,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),53,,地球重力場模型-EGM96:360X360階次的球諧展開式(http://earth-info.nga.mil/GandG/wgsegm/egm96.html)，求定高程異常：,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),54,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),55,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),56,,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),57,,對于武漢IGS站wuhn： L=114.212613407 B=30.3153

31、95288 H=25.8259 Geoid Height=-14.43,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),58,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),59,3.7 地方坐標系,1）目的 減小圖上距離或坐標反算距離與實測距離的差值； 工程建設的急需； 滿足特定工程的精度要求； 滿足工程特定的使用習慣。 2）依據(jù)：長度歸化從觀測表面到投影面，當投影面低于觀測表面時變短，反之變長；高斯投影的長度比大于1，并且離中央子午線越遠，長度比越大。在城市或工程建設地區(qū)要求歸化變形和投影變形的代數(shù)和不超過1:40000(相當于每公里2.5cm),2020/9/30,大地測量參考框架(

32、郭際明),60,,邊長的高程歸化公式,Rm=6370km,當觀測地面的大地高小于160m時，邊長的高程歸化變形在1:40000內,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),61,,高斯投影長度改化,Rm=6370km,當觀測點位離中央子午線小于45km時，邊長的高斯投影變形在1:40000內,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),62,,3) 方法 中央子午線選在城市或工程地區(qū)的中心，投影面選擇平均高程面。這樣既可使該測區(qū)的高程歸化改正和地區(qū)中央的投影變形幾乎為零，又可保證在離中央子午線45 km內的地區(qū)其投影變形的相對誤差小于是1：40 000。這種獨立坐標系最適合一般城市需

33、要，因為其所轄面積不會太大，東西跨度90 km完全可以滿足需要。 利用高程歸化改正和投影變形可以相互抵消的特點，把它們結合起來進行設計。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),63,,如果中央子午線設在城市或工程建設地區(qū)中央，高程歸化面在地區(qū)平均高程面以下100m左右，離開中央子午線各約57km的地方亦可保證長度變形小于1：40 00 0。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),64,,不變動高程面，只變動中央子午線 最大Y 例如,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),65,,只改變歸化高程面，不改變高斯投影參數(shù),2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),6

34、6,,橢球膨脹法建立地方坐標系：保持參考橢球扁率不變，伸縮其長半軸，從而使觀測地點的平均高程面與采用的橢球面相切。 橢球參數(shù)與坐標計算,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),67,,城市坐標系 以過城市中心的子午線為中央子午線，按高斯投影建立平面直角坐標系O-xy。 工程坐標系 主體建筑軸線為坐標軸，原點位于主體建筑中心。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),68,,討論題 1 地球旋轉軸的指向變化特點及其與大地測量坐標系的關系。 2 歲差、章動、極移的不同點是什么？ 3 WGS84的Z軸指向哪里？ 4 當采用改變橢球參數(shù)法建立地方坐標系時，x坐標是否會有很大（數(shù)10米）

35、變化？,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),69,4 國際地球參考框架ITRF,ITRF（International Terrestrial Reference Frame）是由IERS（International Earth Rotation Service）提供的國際地球參考框架，其構成是基于甚長基線干涉VLBI、激光測月LLR、激光測衛(wèi)SLR、GPS和衛(wèi)星軌道跟蹤和定位DORIS等空間大地測量技術的觀測數(shù)據(jù)。這些觀測數(shù)據(jù)首先由不同技術各自的分析中心進行處理，最后由IERS中心局（IERS CB）根據(jù)各分析中心的處理結果進行綜合分析，得出ITRF的最終結果，并由IERS年度報告

36、和技術備忘錄向世界發(fā)布，提供各方面的應用。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),70,4.1 ITRF系列,IERS CB每年將全球站的觀測數(shù)據(jù)進行綜合處理和分析，得到一個ITRF框架，并以IERS年報和IERS技術備忘錄的形式發(fā)布。自1988年起，IERS已經發(fā)布ITRF88，89，90，91，92，93，94，96，97，ITRF2000 ，ITRF2005等全球坐標參考框架。目前，IGS各種軌道產品的坐標參考基準采用的是ITRF2005參考框架。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),71,4.1.1 ITRF2000與其他框架的轉換,TRANSFORMATION

37、PARAMETERS AND THEIR RATES FROM ITRF2000 TO PREVIOUS FRAMES SOLUTION T1 T2 T3 D R1 R2 R3 EPOCH Ref. UNITS---------- cm cm cm ppb .001 .001 .001 IERS Tech. . . . . . . . Note # RATES T1 T2 T3 D R1 R2 R3 UNITS---------- cm/y cm/y cm/y ppb/y .001/y .001/y .001/y ------------

38、------------------------------------------------------------------------- ITRF97 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 27 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF96 0.67 0.61 -1.85 1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 24 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF94 0.67 0.61 -1.85

39、1.55 0.00 0.00 0.00 1997.0 20 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),72,,ITRF93 1.27 0.65 -2.09 1.95 -0.39 0.80 -1.14 1988.0 18 rates -0.29 -0.02 -0.06 0.01 -0.11 -0.19 0.07 ITRF92 1.47 1.35 -1.39 0.75 0.00 0.00 -0.18 1988.0 15 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.0

40、2 ITRF91 2.67 2.75 -1.99 2.15 0.00 0.00 -0.18 1988.0 12 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF90 2.47 2.35 -3.59 2.45 0.00 0.00 -0.18 1988.0 9 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF89 2.97 4.75 -7.39 5.85 0.00 0.00 -0.18 1988.0 6 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02 ITRF8

41、8 2.47 1.15 -9.79 8.95 0.10 0.00 -0.18 1988.0 rates 0.00 -0.06 -0.14 0.01 0.00 0.00 0.02,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),73,,Transformation Parameters from ITRF2005 to ITRF2000 at epoch 2000.0 T1 T2 T3 D R1 R2 R3 mm mm mm 10-9 mas mas mas 0.1 -0.8 -5.8 0.40 0.000 0.000 0.000 0.3 0.3 0.3 0.05

42、0.012 0.012 0.012 Rates -0.2 0.1 -1.8 0.08 0.000 0.000 0.000 0.3 0.3 0.3 0.05 0.012 0.012 0.012,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),74,,已知wuhn的ITRF2000下1997.0參考歷元的坐標(m)及變化率(m/y)為： -2267749.162 5009154.325 3221290.762 -.0325 -.0077 -.0119 求： 1）wuhn的ITRF2000下2005年3月20日為參考歷元的坐標； 2） wuhn的ITRF97下2005年3月2

43、0日為參考歷元的坐標。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),75,4.1.2 ITRF與WGS84的轉換,-Parameters from ITRF90 to WGS84-Doppler realized system: T1(m) T2(m) T3(m) D(ppm) R1(“) R2(“) R3(“) 0.060 -0.517 -0.223 -0.011 0.0183 -0.0003 0.0070 - New realizations of WGS84 based on GPS data, such as WGS84(G730 or G873)

44、: These new WGS84 realizations are coincident with ITRF at about 10-centimeter level. For these realizations there are no official transformation parameters. This means that one can consider that ITRF coordinates are also expressed in WGS84 at 10 cm level.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),76,4.2 IERS,http://

45、www.iers.org/ The IERS was established as the International Earth Rotation Service in 1987 by the International Astronomical Union and the International Union of Geodesy and Geophysics and it began operation on 1 January 1988. In 2003 it was renamed to International Earth Rotation and Reference Syst

46、ems Service.,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),78,,IERS的任務主要有以下幾個方面： 維持國際天球參考系統(tǒng)(ICRS)和框架(ICRF)； 維持國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)和框架(ITRF)； 為當前應用和長期研究提供及時準確的地球自轉參數(shù)(EOP)。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),79,,IERS Products The IERS maintains the following main products: Earth orientation data Conventions International Celestial Refere

47、nce System International Celestial Reference Frame International Terrestrial Reference System International Terrestrial Reference Frame http://www.iers.org/iers/publications/tn/tn31/ Geophysical fluids data,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),80,,ITRF2000 STATION POSITIONS（m) AT EPOCH 1997.0 AND VELOCITIES(m/y)

48、 BJFS -2148743.784 4426641.236 4044655.935 -.0444 .0141 -.0013 WUHN -2267749.162 5009154.325 3221290.762 -.0325 -.0077 -.0119,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),81,4.3 IGS,4.3.1 HISTORY International Global Positioning System (GPS) Service for Geodynamics (IGS) formally began on 1 Jan

49、uary 1994. Due to the expansion of IGS objectives, the name of the service was changed to International GPS Service (IGS) on 1 January 1999. Following further expansion of IGS, integrating data from GLONASS system and planning for the deployment of Galileo system, the name was changed to Internation

50、al Global Navigation Satellite System (GNSS) Service (IGS) on 14 March 2005.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),82,,4.3.2 GOALS AND OBJECTIVES The IGS strives to: Provide the highest quality, reliable GNSS data and products, openly and readily available to all. Promote universal acceptance of IGS products, sta

51、ndards and conventions. Continuously innovate by attracting leading-edge expertise and pursuing challenging projects and ideas. Seek and pursue new growth opportunities while responding to changing user needs.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),83,,Sustain and nurture the IGS culture of collegiality, openness,

52、 inclusiveness, and cooperation. Maintain a voluntary organization with effective leadership, governance, and management.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),84,,4.3.3 Data & products Tracking data (daily RINEX files) (Global) Navigation message files (broadcast messages of tracking stations) Meteorological Fil

53、es and Summary files GPS satellite ephemerides Earth rotation parameters IGS tracking station coordinates and velocities GPS satellite and IGS tracking station clock information Zenith path delay estimates,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),85,,4.3.4 IGS組織主要由以下幾部分組成： 1) 跟蹤站網(wǎng)（Tracking Stations） IGS跟蹤站網(wǎng)由全球24小時全天

54、候觀測的GPS跟蹤站組成，IGS跟蹤站劃分為全球跟蹤站（Global Sites）、區(qū)域跟蹤站（Regional Sites）和地方跟蹤站（Local Sites）。建立連續(xù)觀測跟蹤站網(wǎng)的目的是計算衛(wèi)星軌道，確定地球參考框架及地球自轉參數(shù)等。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),86,,There are 382 stations as of 3 Apr 2006. Each station is assigned a 4-character site ID. The raw station data is converted to RINEX format and accesse

55、d through Internet.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),87,,2)操作中心(Operational Centers) 該中心負責一個地方跟蹤站網(wǎng)的運作，進行GPS原始觀測數(shù)據(jù)的格式轉換，以及為網(wǎng)內各跟蹤站提供管理和技術支持。 3）數(shù)據(jù)中心(Data Centers) 全球數(shù)據(jù)中心（Global Data Center） 主要任務是為分析中心及外部用戶提供數(shù)據(jù)服務。 包括： CDDIS: Crustal Dynamics Data Information System SIO : Scripps Institution of Oceanography IGN :

56、 Institut Geographique National,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),88,,區(qū)域數(shù)據(jù)中心（Reginal Data Center） 區(qū)域數(shù)據(jù)中心的目的是從數(shù)個地方數(shù)據(jù)中心收集數(shù)據(jù)，滿足本區(qū)域的需求，減少數(shù)據(jù)傳輸流量，并且將數(shù)據(jù)傳輸至全球數(shù)據(jù)中心，包括： BKG : Bundesamt fuer Kartographie und Geodaesie AUSLIG: Australian Surveying and Land Information NRCAN : Natural Resources of Canada GODC (formerly CI

57、GNET): Geoscience Laboratory, NOAA JPL: Jet Propulsion Laboratory,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),89,,地方數(shù)據(jù)中心（Local Data Center） 地方數(shù)據(jù)中心與跟蹤站直接相聯(lián)系，他們的任務是進行數(shù)據(jù)格式轉換、壓縮數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)及傳輸數(shù)據(jù)至區(qū)域數(shù)據(jù)中心。 4）分析中心 (Analysis Centers) 分析中心每天的基本任務是從全球數(shù)據(jù)中心獲取GPS跟蹤站觀測數(shù)據(jù)，獨立地進行數(shù)據(jù)處理和分析，估計得到GPS衛(wèi)星軌道、地球自轉參數(shù)和站坐標及其速度，并將各自的分析成果返回給數(shù)據(jù)中心。分析中心包括NRCan

58、、GFZ、JPL、CODE、ESA、SIO和NGS等七個。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),90,,5）協(xié)調分析中心（Analysis Centers Coordinator） 協(xié)調分析中心負責監(jiān)督分析中心的工作，并且對各個分析中心的產品進行質量分析、評價，最后進行加權平均，得到最終的IGS產品。并在數(shù)據(jù)采集后十天內，發(fā)送給IGS數(shù)據(jù)中心和IGS中心局信息系統(tǒng)CBIS。 6）中心局(Central Bureau) 中心局主要負責IGS日常工作，包括組織會議，制定標準及出版相關出版物等。由中心局維護的中心局信息系統(tǒng)CBIS，包含IGS的各種產品和信息，設有web網(wǎng)站和ftp服務器

59、。位于法國巴黎的全球數(shù)據(jù)中心IGN設有其ftp服務的鏡像站。用戶通過web網(wǎng)站或ftp服務器都可以訪問IGS跟蹤站數(shù)據(jù)及IGS軌道產品。,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),91,,4.3.5 獲取IGS觀測數(shù)據(jù)和產品 1) 文件命名規(guī)則 The tracking data is made available in daily RINEX files. All tracking sites generate at least a daily RINEX observation and navigation message file. The files are organized

60、by type, year, day of year, GPS week, day of week, site ID.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),92,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),93,,Observation Files Naming conventions ssssdddf.yyD.Z, ssssdddf.yyO.Z (ftp://garner.ucsd.edu/pub/rinex/) Navigation Message Files Naming conventions ssssdddf.yyN.Z (ftp://garner.ucsd.ed

61、u/pub/nav/) Global Navigation Message File brdcdddf.yyN.Z (ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdata/brdc/) Convert software between .yyD and .yyO: CRX2RNX.exe and RNX2CRX.exe (ftp://igscb.jpl.nasa.gov/pub/software/RNXCMP_2.4.2/dos/exe_win2000/),2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),94,,2) How to Access IGS Trac

62、king Data Identification of the Tracking Sites http://igscb.jpl.nasa.gov/network/allmaps.html Data Download Connect to the center by ftp or http and download the files. For example: ftp://garner.ucsd.edu/pub ftp://cddisa.gsfc.nasa.gov/pub/gps/gpsdata ftp://igs.ensg.ign.fr/pub/igs/ ftp://igscb.jpl

63、.nasa.gov/pub/product/ Example: wuhn0230.05o, wuhn0230.05n,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),95,,3）Download Precise Ephemeris http://igscb.jpl.nasa.gov/igscb/product/ igs13170.sp3 (3 Apr. 2005) 4) GPS Calendar for April, 2005,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),96,5 ITRF框架坐標的傳遞,方法：與IGS連續(xù)運行跟蹤站的數(shù)據(jù)進行聯(lián)合處理，得到待求點與IGS站之間的準確的基線向

64、量，從而求得測區(qū)內一點的ITRF坐標，再以該點作為已知點進行控制網(wǎng)平差，得到全部其他點的ITRF坐標。 特殊性：由于在我國IGS站較少，測區(qū)與IGS站的距離往往很長，甚至達到1000km以上，解算這種超長基線，一般需要特殊軟件，我國用的較多的是Gamit. 應用實例(某工程控制網(wǎng)),2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),97,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),98,,WUHN -2267749.4617 5009154.2928 3221290.6716 BJFS -2148744.1162 4426641.2776 4044655.8947 LHAS -10693

65、8.0821 5549269.5274 3139215.8675 SHAO -2831733.5363 4675665.9494 3275369.3979 00G2 -2081460.5626 5097545.5610 3208420.9766 0.31 0.55 0.37,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),99,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),100,,,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),101,5.1 Gamit簡介,GAMIT is the collection of programs used for the ana

66、lysis of GPS data. It uses the GPS broadcast carrier phase and pseudorange observables to estimate three-dimensional relative positions of ground stations and satellite orbits, atmospheric zenith delays, and earth orientation parameters. The software is designed to run under any UNIX operating system. A version for Redhat Linux is also available.,2020/9/30,大地測量參考框架(郭際明),102,,GAMIT is a comprehensive suite of programs developed by MIT, Scripps Institution of Oceanography, and Harvard University f