地球形状和地理坐标.ppt

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1、1,第一章 坐标、方向和距离,第一节 地球形状、地理坐标和大地坐标系,一、地球形状二、地理坐标三、大地坐标系四、不同大地坐标系间的坐标变换,2,一、地球形状,1.地球自然形状,珠穆朗玛峰 8 848 m,马里亚那海沟 11 025 m,3,人造地球卫星资料推出的地球形状,根据人造地球卫星的轨道参数资料推算出地球形状，它既不是球，也不是一个旋转椭球，而是一个梨状体，北极位于梨柄处，而南极位于梨底。假定以赤道海平面到地心为半径作一圆，则北极海面高出此圆16m，而南极海面低于此圆27m。,4,地球自然表面是一个崎岖不平、非常复杂的不规则曲面，难以用数学公式加以描述，无法在此基础上研究航海的基本问题（

2、即在这种自然表面上建立坐标确定船舶与物标的相对位置、确定方向基准和距离单位等是不可能的。必须有一个数学描述的表面来代替地球的自然表面才能够去研究航海问题）。,航海上所研究的地球形状，并不是指地球自然表面的形状，而是指大地球体的形状。,5,2.大地球体,(1)大地水准面(geoid),是设想的一个与平均海面相吻合的水准面，并将其向陆地延伸，且保持该延伸面始终与当地的铅垂线相垂直，这样所形成的连续不断的、光滑的闭合水准面，叫做大地水准面。,(2)大地球体,由大地水准面所包围的几何体叫做大地球体。,6,是否可以用大地球体来进行航海研究哪？,由于地球内部物质分布不均匀及地球表面起伏的影响，大地球体依然

3、是不规则的几何体。,显然,不能将大地球体作为航海研究的数学实体。,航海上，在不同场合，可根据不同的精度要求，将大地球体看作不同的近似体。,7,3.大地球体的近似体,(1)第一近似体-地球圆球体,(2)第二近似体-地球椭圆体,(3)第三近似体-地球椭球体,8,（1）大地球体第一近似体-地球圆球体,航海上为了计算上的简便，在精度要求不高的情况下采用。,根据航海上常用的距离单位(海里/n mile)的定义，可推算地球圆球体半径R为：,9,（2）大地球体第二近似体-地球椭圆体,在大地测量学、海图学和需要较为准确的航海计算时采用。,地球椭圆体即旋转椭圆体。它是由椭圆PNQPSQ绕其短轴PNPS旋转而成的

4、几何体。,a-椭圆PNQPSQ长半轴,b-椭圆PNQPSQ短半轴,10,表示地球椭圆体的相关参数：,长半轴a,短半轴b,扁率c：,表示椭圆体扁的程度。当a=b时，显然椭圆体就成为圆球体；c值愈大，椭球体愈扁。,11,偏心率e：,是子午圈椭圆的焦点离中心的距离与椭圆长(短)半径的比值，反映了椭圆扁平的程度。偏心率愈大，椭球体愈扁。,12,我国采用的地球椭圆体参数,1952年以前，采用白塞尔地球椭圆体参数；1954年，改用原苏联克拉索夫斯基地球椭圆体参数；现在准备逐步采用IUGG(International Union of Geodesy and Geophysics 国际大地测量学与地球物理学

5、联合会)1975年推荐的地球椭圆体参数。,13,（3）大地球体第三近似体-地球椭球体,该近似体地球 赤道和纬度圈是一个椭圆，但在航海实际应用中一般不采用。,14,二、地理坐标,地理坐标是建立在地球椭圆体表面上的。,地球上的基本点、线、圈,地理坐标地理经度和地理纬度,纬差与经差,15,1.地球上的基本点、线、圈,(1)点,北极(PN)：,椭圆短轴即地球的自转轴地轴(PNPS)；,地轴与地球表面的两个交点是地极，在北半球的称为北极(PN)。,南极(PS)：在南半球的称为南极(PS)。,椭圆体中心(O)：地轴与赤道平面的交点。,航海教研室张寿桂,16,16,(2)线,经线或子午线(Meridian

6、line)：,由北半球到南半球的半个子午圈。,格林子午线或格林经线(Greenwich meridian)：,通过英国伦敦格林尼治天文台子午仪的子午线。,17,(3)圈,赤道,纬度圈,子午圈,18,赤道(Equator),通过地球球心且与地轴垂直的平面称为赤道平面。,赤道平面与地表面相交的截痕称为赤道。,19,纬度圈(Parallel of latitude),与赤道平面平行的平面称为纬度圈平面，该平面与地球椭圆体表面相交的截痕是一个小圆，称为纬度圈。,20,子午圈(Meridian),通过地轴的任何一个平面是子午圈平面.,它与地表面相交的截痕是个椭圆，称为子午圈。,21,2.地理坐标（建立在

7、地球椭圆体表面上）,地理坐标系,地理纬度,地理经度,22,地理坐标的坐标系,23,地理纬度(Geographical latitude),地面某点的地理纬度简称纬度，它是该点地球椭圆子午线上的法线与赤道面的夹角。,航海上用或Lat表示。,24,地理纬度的度量方法,自赤道起算，向北或向南度量到该点所在纬度圈，由0到90计量。,向北度量的称为北纬，用N标示,向南度量的称为南纬，用S标示,表示方法,.,如：北京的纬度为,3954.4N,25,地理经度(Geographical longitude),地面某点的地理经度简称经度，它是格林经线与该点子午线在赤道上所夹的劣弧长（或该劣弧所对应的球心角或极角

8、）。,航海上用或Long表示。,26,地理经度的度量方法,自格林子午线起算，由0到180 计量，向东或向西度量到该点子午线。,向东度量的称为东经，用E标示；,向西度量的称为西经，用W标示；,表示方法,.,例如：北京的经度为：,27,3.纬差与经差,纬差D,经差D,28,(1)纬差(Difference of Latitude),定义,两地纬度之代数差，用D表示。,计算公式,D=21,式中：,1起始点纬度；,2到达点纬度；,29,计算时的注意事项：,代入时北纬取正值()；,代入时南纬取负值(-)；,求得的纬差为正值，表示北纬差，即表示到达点位于起算点之北，或表示船舶向北航行；,求得的纬差为负值，

9、表示南纬差，即表示到达点位于起算点之南，或表示船舶向南航行。,30,举例1,某船由(3226N，12206W)航行至(4514N，9604W)，求两地间纬差。,2 4514N(+)-)1 3226N(+)D 1248N(+),31,(2)经差(Difference of longitude),定义,两地经度之代数差，用D表示。,计算公式,D=21,式中：,1起始点经度；,2到达点经度；,32,计算时的注意事项：,代入时东经取正值()；,代入时西经取负值()。,求得的经差为正值，表示东经差，即表示到达点位于起算点之东，或表示船舶向东航行；,求得的经差为负值，表示西经差，即表示到达点位于起算点之西

10、，或表示船舶向西航行。,经差的绝对值不应大于180。否则，应由360减去该绝对值，并改变符号。,33,举例2,某船由(2438S，15042E)航行至(1244N，17612W)，求两地间经差。,2 17612W(-)-)1 15042E(+)D 32654W(-)360-32654=3306E,34,举例3,某船出发点(2907.3N，11313.0E)，纬差1000.7S，经差6851.9E，求到达点的纬度和经度。,1 2907.3N(+)+)D 1000.7S(-)2 1906.6N(+),1 11313.0E(+)+)D 6851.9E(+)2 18204.9E(+)360-18204

11、.9=17755.1 W,35,举例4(思考),某船到达点(4754.3S，13217.1W)，纬差106.1N，经差1100.3W，求出发点的纬度和经度。,2 4754.3S(-)-)D 106.1N(+)1 4900.6S(-),2 13217.1W(-)-)D 1100.3W(-)1 12116.8W(-),36,三、大地坐标系,建立大地坐标系就是对具有一定参数的椭圆体进行定位和定向，包括以下三方面问题：（1）确定椭圆体参数（2）确定椭圆体中心位置（定位）（3）确定坐标轴方向（定向）各国家或地区为了使选定的地球椭圆体与其所在地区的大地水准面更为接近，往往采用不同的大地坐标系，如美国的WG

12、S84坐标系、欧洲1950坐标系，我国北京54坐标系、西安80坐标系等。用地理经、纬度表示船舶位置和物标位置也只能在相应的大地坐标系下成立，具有相对性。,37,四、不同大地坐标系之间的换算,航海实践中主要体现在两个方面：（1）相邻的两张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的海图坐标系不同。例如在海图BA3636相邻的海图为BA89，在BA3636的NOTE栏中有如下一段话：POSITIONS To agree with adjoining chart 89 which is referred to Lisboa Datum,positions read from cha

13、rt 3636 should be moved 0.17 minutes SOUTHWARD and 0.01 minutes WESTWARD.,在许多国家出版的新版海图中都已经给出海图坐标系与WGS84坐标系之间的坐标系修正量，航海人员也应正确使用，如在英版海图BA66标题栏内有如下文字：SATELLITE-DERIVED POSITIONSPositions obtained from Global Navigation Satellite Systems,such as GPS,are normally referred to WGS84 Datum;such positions sh

14、ould be adjusted by 0.12 minutes SOUTHWARD and 0.19 minutes EASTWARD before plotting on this chart.Example:WGS84 Position:1000.00N 10000.00ELat/long adjustments:0.12S 0.19EAdjusted Position 959.88N 10000.19E,38,同时，该海图标题栏中还有以下说明：CHARTS 3542,3967 positions should be transferred by bearing and distance from common charted objects,not by latitude and longitude.我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系（CGCS2000），所有新出版的中版海图和出版物均采用该坐标系，并且在使用中可视同WGS84坐标系。由于二者均为地心坐标系，且选择的椭圆体参数相同。所以同一点在两个坐标系下经度相同，纬度最大差值约为3.610-6”，在海图上体现不出来。,39,40,