地球形状、地理坐标与大地坐标系课件.ppt
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1、2022/12/17,1,11 地球形状、地理坐标与大地坐标系,一、地球形状(earth shape)地球上任意一点的水准面是指通过该点且与该点的铅垂线垂直的平面。液体的静止表面就是水准面。设想一个与平均海面相吻合的水准面,并将它延伸到陆地内部,在延伸中始终保持此面处处与当地的铅垂线正交,这样形成的一个连续不断的、光滑的闭合曲面,叫做大地水准面(geoid) 。被大地水准面所围成的球体叫做大地球体。航海上所研究的地球形状是指大地水准面所包围的地球几何体的形状。,2022/9/27111 地球形状、地理坐标与大地坐,2022/12/17,2,1、第一近似体 地球圆球体(航海上为了计算的方便)。(
2、terrestrial sphere)2、第二近似体 两极略扁的地球椭圆体/旋转椭圆体(航海上为了更准确地计算)。(earth ellipsoid) 式中: a- 长半轴; b- 短半轴; c- 扁率; e- 偏心率。3、第三近似体 地球椭球体(航海实际中一般不采用),2022/9/2721、第一近似体,2022/12/17,3,二、地理坐标(geographic coordinate) 地理坐标是建立在地球椭圆体表面上,用来表示地面上的位置。 地球上的基本点、线、圈。 (如图1-1-2所示),2022/9/273二、地理坐标(geographic co,2022/12/17,4,基本点: 地
3、心(O) 北极(PN) 南极(PS)基本线: 地轴(earth axis) (PNPS) 子午线(meridian) 或 经线格林子午线 (Greenwich meridian)基本圈: 子午圈、赤道(equator)、纬度圈(parallel of latitude)。,2022/9/274基本点:,2022/12/17,5,2、地理坐标 包括地理经度和地理纬度。 地理经度(geographic longitude), 缩写为“Long”,用“”表示。 定义:格林经线与某点子午线在 赤道上所夹劣弧长、或该劣弧所 夹的球 心角,或极角。 度量: 从格林子午线起算,向东(西)沿赤道在000o18
4、0o 范围内 量至测者所在的子午线。 向东度量为东经(E);向西度量为西经(W)。例如:北京的经度是116o28.2E;纽约的经度是073o50.0W.,2022/9/275 2、地理坐标,2022/12/17,6, 地理纬度(geographic latitude),缩写为“Lat.”,用“”表示 定义:地球椭圆子午线 上某点的法线与赤道面 的夹角。 度量: 从赤道起算,向北(南), 沿子午线在0 90o的范围 内量至测者所在的纬度圈。 向北度量为北纬(N);向南度量为南纬(S)。 例如: 北京的纬度是39o54.4N;好望角的纬度是34o21.0S。,2022/9/276 地理纬度(geo
5、graphic la,2022/12/17,7,经差与纬差(difference of longitude & latitude)分别用符号“D”和“D”表示。计算公式,注意事项:经差应不大于180o,若D180o, 应用180o D,并改变其 符号;规定:N、E为正;S、W为负。D、D为正时分别为北纬差和东经差;D、D为负时分别为南纬差和西经差。,2022/9/277经差与纬差(difference o,2022/12/17,8, 计算举例 某船由25o39N,151o42航行至12o43S,175o28W。 求两地的经差(D)和纬差(D)。解: 2 12o43 S() )1 25o39 N
6、() D 38o22 S() 2 175o28W() )1 151o42E () D 327o10 W() 360o327o10= 032o50E,2022/9/278 计算举例,2022/12/17,9,3、 地心坐标 地心坐标是由该点的地心纬度(geocentric latitude)和地理经度组成。 某点的地心纬度(e)是指某点的地球椭圆体的向径与赤道面的夹角。 地心纬度改正量(correction of geocentric latitude): (e)= 691.5 sin 2 当=0o、90o时,其值=0。,2022/9/2793、 地心坐标,2022/12/17,10,三、大地坐
7、标系(geoid coordinate system) 建立大地坐标系就是对具有一定参数的椭圆体进行定向和 定位。包括: 确定椭圆体参数; 确定椭圆体中心的位置(定位); 确定坐标轴的方向(定向)。 即:建立起形状、大小、位置和轴向完全确定的椭圆体, 使之既不变形、也不能平移和旋转,从而在其上确定 大地坐标。 不同的国家和地区往往采用不同的大地坐标系(为使所选 定的地球椭圆体与其所在地区的大地水准面更为接近)。,2022/9/2710三、大地坐标系(geoid coord,2022/12/17,11, 不同坐标系中,对于同一位置的船舶或物标,其经纬度 可能有所不同,航海实践中主要体现以下两方面
8、:1)相邻的两张海图采用的坐标系不同;2)卫星导航定位仪采用的坐标系与所使用海图坐标系不同。 以上情况,会导致转移定位点时出现误差,严重时(当两坐标系的位移量大于海图的极限精度时,特别是大比例尺海图)会危及航行安全。 特别注意海图标题栏的说明部分。当相邻的两张海图或 卫星导航仪(如GPS)与海图所采用的坐标系不同而进行 转移定位点(船位)或定位时,应进行坐标系换算(修 正船位),2022/9/2711 不同坐标系中,对于同一位置的船舶,2022/12/17,12,12 航向与方位,一、方向的确定与划分1、方向的确定 为了确定N、E、S、W四个基本方向,首先必须弄清与此有关的几个基准面。(如图所
9、示) 测者铅垂线 凡通过测者眼睛并与视点重力 方向重合的直线(AAO) 。 测者地面真地平(sensible horizon) 通过测者眼睛并垂直于测者 铅垂线的平面。(NESW),2022/9/271212 航向与方位一、方向的确定与,2022/12/17,13, 测者子午圈平面 包含测者子午圈(PNAPSPN)的平面。 (NSSN) 南北线 测者A点的子午圈平面与测者 地面真地平相交的直线。(NS) 测者东西圈(prime vertical) 平面(卯酉圈平面) 包含测者铅垂线并垂直于测者 子午圈平面的平面。(WEEW) 东西线 卯酉圈平面与测者地面真地平 相交的直线。 这样,在测者地面真
10、地平上,南北线靠近北极的一方为正北(N),另 一端为正南(S);当测者面北背南时,东西线右側为正东(E),另一 端为正西(W)。,2022/9/2713 测者子午圈平面,2022/12/17,14,位于两极的测者,无法确定N、E、S、 W四个基本方向;位于北极的测者无真北方向,其任意方 向皆为正南;位于南极的测者无真南方向,其任意方 向皆为正北。,2022/9/2714位于两极的测者,无法确定N、E、S,2022/12/17,15,2、方向的划分 在测者地面真地平上,仅有四个基本方向还不够,航海上有如下几种进一步划分方向的方法: 圆周法 以N点为000o,顺时针用三位数字从000o360o再计
11、算到正北。是航海上最常用的一种表示方向的方法。 N:000o; E:090o; S:180o; W:270o; N:360o。 半圆周法 以N或S为000o,向东或西由0o180o计算到S或N。 如:145oNE 度数后面的两个字母中,第一个字母表示起 算点,第二个字母表示方向点。 天文航海中常用之表示天体的方位。,2022/9/27152、方向的划分,2022/12/17,16, 罗经点法 四个基点:N、E、S、W 四个隅点:即平分四基点,NE、SE、SW、NW,2022/9/2716 罗经点法,2022/12/17,17, 罗经点法 八个三字点:即等分基点与隅点之间的地平方向,NNE、EN
12、E、ESE、SSE、SSW、WSW、WNW、NNW。,2022/9/2717 罗经点法,2022/12/17,18, 罗经点法 十六个偏点: N/E、NE/N、NE/E、E/N、E/S、SE/E、SE/S、S/E、S/W、SW/S、SW/W、W/S、W/N、NW/W、NW/N、N/W。 这样,将360o圆周等分成32个罗经点,每个罗经点为11 o.25,罗经点法常用来表示风的大概方向,2022/9/2718 罗经点法罗经点法常用来表示风的大概,2022/12/17,19,3三种方向划分系统之间的换算 半圆圆周法 NE半圆, 圆周度数 = 半圆度数; SE半圆, 圆周度数 = 180o 半圆度数
13、; SW半圆,圆周度数 = 180o + 半圆度数; NW半圆,圆周度数 = 360o 半圆度数; 罗经点圆周法 1个罗经点 = 11o.25,2022/9/27193三种方向划分系统之间的换算,2022/12/17,20,二、航向、方位和舷角1、航向线(Course Line)CL 首尾线向船首方向的延伸线叫之。2、真航向(True Course)TC 船舶航行时,从真北(NT)方向 顺时针计算到CL的夹角。3、船首向(heading)Hdg 指在任何情况下, 船舶某一瞬间的船首方向。4、方位线(Bearing Line)BL 在地球表面上,连接测者与物标的大圆叫物标的方位圈; 而方位圈平面
14、与测者地面真地平相交的直线叫之。,2022/9/2720二、航向、方位和舷角,2022/12/17,21,5、真方位(True Bearing)TB 在测者地面真地平上,从真北(NT)顺时针计算到物标的BL的夹角。在地面上是测者子午圈平面与物标方位圈平面之间的两面角。6、舷角(Relative Bearing)Q 在测者地面真地平面上,以CL为准至BL之间的夹角。 以船首方向为0o,按顺时针方向在0o360o范围内计算至BL;或以船首方向为0o,向右(左),在0o180o范围内计算至BL。分别为Q右(Q左)。 Q = 090o、或 Q右 = 90o时,叫物标的右正横; Q = 270o、或 Q
15、左 = 90o时,叫物标的左正横。航向、方位和舷角三者之间的关系 TB = TC + Q TB = TC + Q右 = TC Q左,2022/9/27215、真方位(True Bearing),2022/12/17,22,三、罗经向位、罗经差和向位换算罗经向位 以罗北(NC)或陀罗北(NG)为基准读出的向位叫做罗经向位。 罗航向(compass course, CC); 罗方位(compass bearing, CB); 陀罗航向(gyro-compass course, GC); 陀罗方位(gyro-compass bearing,GB )。磁罗经刻度盘0o所指的方向称为罗北(compass
16、 north, NC);陀螺罗经刻度盘0o所指的方向称为陀罗北(compass north, NG)。,2022/9/2722三、罗经向位、罗经差和向位换算,2022/12/17,23,罗经差 陀螺罗经差(gyro-compass error, G); 磁罗经差(compass error, C)。 陀罗差 是陀罗北(NG)偏开 真北(NT)的角度。 (如图1-1-9所示) NG偏在NT的 东面时为正(); NG偏在NT的 西面时为负();,2022/9/2723罗经差,2022/12/17,24,G与航向无关;G与地理纬度、航速有关;当航向正在变化时,G会有暂时变化。当陀罗经重新启动,或进行
17、了清洁和维护保养后,G会有新的变化。 因此,当每次启动陀罗经时,待其稳定后,应注意核对主罗经和各分罗经之间的读数,校对一致。航行中,应抓住一切机会测定和校验G。,2022/9/2724G与航向无关;,2022/12/17,25, 磁罗经差 是船上磁罗经的磁针在受到地磁和船磁合力的影响下指示的罗北(NC)偏开真北(NT)的角度。(如图1-1-10所示)NC偏在NT的东面时为正(+);NC偏在NT的西面时为负(-);C = Var. + Dev.,2022/9/2725 磁罗经差,2022/12/17,26,2022/9/2726,2022/12/17,27, 磁差(Variation, Var.
18、) 是磁子午线北方,即磁北(NM) 偏开真北(NT)的角度。 (如图1-1-13所示) NM偏在NT的 东面时为正(+); NM偏在NT的 西面时为负(-);,2022/9/2727 磁差(Variation, Var,2022/12/17,28, 影响磁差变化的因素 随地点而变。 因地磁磁轴与地轴并不吻合且不通过地球球心,及地磁磁场的不规则性。通常低纬地区磁差较小(最小可到0o),高纬地区尤其是磁极附近,磁差较大且变化显著(最大可达180o)。 随时间变化。 因为地磁磁极沿椭圆轨道绕地极作缓慢的移动,约650年绕地极一周。同一地点每年可能有0o0o.2的变化。叫做磁差的年变化(annual
19、change)或年差。,2022/9/2728 影响磁差变化的因素,2022/12/17,29, 影响磁差变化的因素 随地磁异常和磁暴变化。 由于地下埋葬有磁性矿物质的影响,使该地区地磁差与附近磁差有明显差异,称地磁异常(abnormal magnetic variation)。(可在相关海图或航路指南中查阅) 地磁要素的偶然和罕见波动,称为磁暴(magnetic storm)。它与极光和太阳黑子有关。 磁暴虽时间短暂,但在一昼夜中可使磁差变化几度至几十度,因此,应格外谨慎。,2022/9/2729 影响磁差变化的因素,2022/12/17,30, 年差的表示方法 用磁差的绝对值的增加(inc
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