地图学课件第二章地图的数学基础.ppt

第二章 地图的数学基础,第一节 地球体第二节 大地测量系统第三节 地图投影第四节 地图比例尺,第一节 地球体,地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。,一、概念,1、大地水准面(地球物理表面)：设想当海洋静止时，平均海水面穿过大陆和岛屿，形成一个闭合的曲面，该面上的各点与重力方向（铅垂线）成正交。2、大地球体：大地水准面所包围的球体。,大地水准面的意义.地球形体的一级逼近：对地球形状的很好近似，其面上高出与面下缺少的相当。.起伏波动在制图学中可忽略：对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制图业务中，均把地球当作正球体。.重力等位面：可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面的高度）。,3、地球椭球体(地球数学表面)：扁率极小的椭圆绕大地球体短轴旋转所成的规则椭球体，表面是一个规则的数学表面，可以用数学公式表达，在测量和制图中用它替代地球的自然表面。(二级逼近)4、参考椭球体：与局部地区的大地水准面复合最好的一个地球椭球体。(三级逼近),椭球体 三要素:长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f,中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体；19531980年采用克拉索夫斯基椭球体（坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台）；自1980年开始采用新参考椭球体系，并确定陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点。,陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点大地原点。,地理坐标 用经纬度表示地面点位的球面坐标。,天文经纬度 大地经纬度 地心经纬度,一、地理坐标,天文纬度：过某点的铅垂线与赤道平面间的夹角。,1、天文经纬度：,天文经度：本初子午面与过观测点的子午面所夹的二面角。,2、大地经纬度：,大地经度：过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角。,大地纬度：过参考椭球面上某一点的法线与赤道平面间的夹角。,3、地心经纬度：,地心经度：等同于大地经度。,地心纬度：参考椭球体面上的任意一点和椭球体中心连线与赤道面之间的夹角。,大地控制网：由平面控制网和高程控制网组成。,平面控制网:按统一规范，由精确测定地理坐标的地面点组成，由三角测量或导线测量完成，依精度不同，分为四等。,第二节 大地测量系统,平面控制网,国家测绘局,高程控制网:按统一规范，由精确测定高程的地面点组成，以水准测量或三角高程测量完成。依精度不同，分为四等。,中国高程起算面是 黄海平均海水面。1956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系。1987年国家测绘局公布：启用1985国家高程基准取代黄海平均海水面其比黄海平均海水面上升 29毫米。,高程控制网,国家测绘局,国家测绘局,以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位、定时及导航服务。由三个独立的部分组成：空间部分、地面支撑系统、用户设备部分。,三、全球定位系统GPS,1、空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星（白色）。它们在高度20 200km的近圆形轨道上运行，分布在六个轨道面上，轨道倾角55，两个轨道面之间在经度上相隔60，每个轨道面上布放四颗卫星。卫星在空间的这种配置，保障了在地球上任意地点，任意时刻，至少同时可见到四颗卫星。,2、地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。它向GPS导航卫星提供一系列描述卫星运动及其轨道的参数；监控卫星沿着预定轨道运行；保持各颗卫星处于GPS时间系统及监控卫星上各种设备是否正常工作等。,3、用户设备部分：GPS接收机接收卫星信号，经数据处理得到接收机所在点位的导航和定位信息。通常会显示出用户的位置、速度和时间。还可显示一些附加数据，如到航路点的距离和航向或提供图示。,GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球卫星导航系统的总称,中国的北斗导航系统、欧洲的伽利略导航系统(GALILEO)、俄罗斯的格罗纳斯(GLONASS)和美国的GPS都包括在内。GPS（全球定位系统Global Positioning System），是美国的定位导航系统。,全球卫星导航系统,1、美国全球定位系统GPS,1.1、GPS特点：GPS(Global Positioning Systems)是美国历经20年，耗资超过300亿美元建立的全球卫星定位系统，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大的空间计划。其目标为实时地提供三维位置、三维速度和高精度的时间信息，从根本上解决人类在地球上的导航和定位问题，以满足各种不同用户对全球导航的需要。,GPS由美国国防部控制，可提供军民两种服务。军码定位精度10米，仅供美军及盟友使用；民码定位精度20米左右，平时向全球开放，战时能实施局部关闭。是目前最成功的卫星导航系统，在实际应用和产业化上处于国际垄断地位。GPS已经成为一个国际性的产业。尤其是从2000年5月1日24点开始，美国宣布中止了SA政策，促使GPS产业进入一个更加高速增长的时期。,1.2、GPS应用：,随着GPS向民用开放，它所蕴藏的巨大商机被发掘出来。GPS不仅用于导弹、飞船的导航定位，更是广泛用于飞机、汽车、船舶的导航定位，公安、银行、医疗、消防等用它建立监控、报警、救援系统，企业用它建立现代物流管理系统，农业、林业、环保、资源调查、物理勘探、电信等都离不开导航定位，特别是随着卫星导航接收机的集成微型化，出现各种融通信、计算机、GPS于一体的个人信息终端，使卫星导航技术从专业应用走向大众应用，成为继通信、互联网之后的IT第三个新的增长点。卫星导航技术是国家综合国力的重要组成部分。,2、我国卫星导航系统发展,北斗导航系统是全天候、全天时提供卫星导航信息的区域性导航系统。自2000年10月成功发射第一颗北斗卫星以来，现已独立建成由颗卫星组成的北斗一代卫星导航系统(两颗地球静止卫星、一颗在轨备份卫星)。自北斗一代卫星导航定位系统建成以后，启动了北斗二代区域导航卫星系统。,2007年4月14日凌晨，成功发射北斗二代导航卫星系统的第一颗试验卫星。未来几年里，我国将陆续发射系列北斗导航卫星，计划2008年左右满足我国及周边地区用户对卫星导航系统的需求，并进行系统组网和试验，逐步扩展为全球卫星导航系统。北斗导航卫星计划最终将由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，将成为世界上组网卫星最多的导航卫星系统之一。,从2009年开始，全球将有四套卫星定位导航系统提供服务，卫星定位导航接收机的发展趋势是由单系统向多系统兼容转变，新一代的卫星定位导航接收机，将能够同时兼容接收这些系统的信号，为用户提供更加稳定、可靠、精确的服务，多系统兼容接收机代替单系统接收机成为必然。,