[ch7][协议地球参考系]

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1、*第二页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系一、地心坐标系及其应用一、地心坐标系及其应用(yngyng)需求需求n 地心坐标系在地球动力学、物理大地测量学和空间技术中的应用地心坐标系在地球动力学、物理大地测量学和空间技术中的应用需求需求1 1）无论地球内部质量怎么迁移，地球形状发生怎样的变化，地）无论地球内部质量怎么迁移，地球形状发生怎样的变化，地球质心都沿着一条确定的轨道运行。球质心都沿着一条确定的轨道运行。2 2）物理大地测量需要一个与全球大地水准面最为密和的正常椭球体，）物理大地测量需要一个与全球大地水准面最为密和的正常椭球体，其几何中心应与地球质心一致。其几何中

2、心应与地球质心一致。3 3）人造地球卫星和弹道导弹在围绕地球飞行时，其轨道平面通过地球）人造地球卫星和弹道导弹在围绕地球飞行时，其轨道平面通过地球质心，因此轨道计算质心，因此轨道计算(j sun)(j sun)和测定应该在地心坐标系中进行。和测定应该在地心坐标系中进行。*第三页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系一、地心坐标系及其应用一、地心坐标系及其应用(yngyng)需求需求n 地心坐标系在测绘工程中的应用需求地心坐标系在测绘工程中的应用需求1 1）导航等集成应用的要求，以地心基准作为地图的数学基础，能）导航等集成应用的要求，以地心基准作为地图的数学基础，能使使GP

3、SGPS等技术的空间导航结果直接在地图平台上定位等技术的空间导航结果直接在地图平台上定位(dngwi)(dngwi)；2 2）地理信息的应用在空间域上的整体性要求，导航系统与地图平台、）地理信息的应用在空间域上的整体性要求，导航系统与地图平台、海图与地形图、跨国界洲际海图与地形图、跨国界洲际GISGIS、遥感信息等；、遥感信息等；3 3）地理信息的应用在时间域上的整体性要求，参心基准时静态）地理信息的应用在时间域上的整体性要求，参心基准时静态基准，而地心基准则可长期维持。基准，而地心基准则可长期维持。*第四页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议二、协议(xiy)

4、地球参考系和协议地球参考系和协议(xiy)地球参考框架的定义地球参考框架的定义n 极移极移地球地球(dqi)(dqi)极点极点是地球自转轴与地球表是地球自转轴与地球表面的交点。由于地球自转轴在地球本面的交点。由于地球自转轴在地球本体内的运动，地球极点在地球表面上体内的运动，地球极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象叫做的位置随时间而变化，这种现象叫做地极移动，简称地极移动，简称极移极移。随时间而变化的。随时间而变化的地球自转轴为瞬时轴，相应的极点叫地球自转轴为瞬时轴，相应的极点叫瞬瞬时极时极。地极坐标系地极坐标系 1、极移和国际协议原点（、极移和国际协议原点（Conventional I

5、nternational Origin） *第五页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架二、协议地球参考系和协议地球参考框架(kun ji)的定义的定义n 国际协议原点（国际协议原点（CIO）：）：1967年年IAU和和IUGG建议平极的位置建议平极的位置用用5个台站个台站1900至至1905年的平均纬度年的平均纬度来确定，平极的这个来确定，平极的这个(zh ge)(zh ge)位置相对位置相对于于1900至至1905年平均历元年平均历元（1903.0），叫做），叫做国际协议原点，国际协议原点，简称简称CIO。协议赤道面、协议地极。协议

6、赤道面、协议地极。1、极移和国际协议原点（、极移和国际协议原点（Conventional International Origin） *第六页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架二、协议地球参考系和协议地球参考框架(kun ji)的定义的定义1、极移和国际、极移和国际(guj)协议原点（协议原点（Conventional International Origin） 协议地球参考系与瞬时地球协议地球参考系与瞬时地球参考系的关系：参考系的关系： *第七页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球参考系和协议地

7、球参考框架二、协议地球参考系和协议地球参考框架(kun ji)的定义的定义2、协议、协议(xiy)地球参考系和协议地球参考系和协议(xiy)地球参考框架地球参考框架 地球参考系地球参考系是以某种确定的方式联系到地球的坐标是以某种确定的方式联系到地球的坐标系。系。理想的地球参考系理想的地球参考系：相对于它地壳只存在形变，不：相对于它地壳只存在形变，不存在整体的旋转和平移；而它相对于惯性参考系只包含存在整体的旋转和平移；而它相对于惯性参考系只包含地球的公转和自转等整体运动。地球的公转和自转等整体运动。*第八页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议二、协议(xiy)地球

8、参考系和协议地球参考系和协议(xiy)地球参考框架的定义地球参考框架的定义2、协议、协议(xiy)地球参考系和协议地球参考系和协议(xiy)地球参考框架地球参考框架理想地球参考框架的理想地球参考框架的TisserandTisserand条件：条件： 第一个条件表示相对于所定义的参考系，地球的线动量为第一个条件表示相对于所定义的参考系，地球的线动量为0 0，表明地球不存在整体的平移；表明地球不存在整体的平移；第二个条件表示相对于所定义的参考系，地球的角动量第二个条件表示相对于所定义的参考系，地球的角动量为为0 0，表明地球不存在整体的旋转，表明地球不存在整体的旋转 *第九页，共二十七页。7.4

9、协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球参考系和协议地球参考框架二、协议地球参考系和协议地球参考框架(kun ji)的定义的定义2、协议、协议(xiy)地球参考系和协议地球参考系和协议(xiy)地球参考框架地球参考框架参考系的建立：参考系的建立：一是指物理基准（即原点、尺度、定向等）的选择；一是指物理基准（即原点、尺度、定向等）的选择；二是指实现的方法。二是指实现的方法。对特定的理论和模型的选择，即对特定的理论和模型的选择，即CTRS ；对实现系统所采用；对实现系统所采用方法的选择，即方法的选择，即CTRF 。协议约定，即相对于理想情况，当表达理想情况有不协议约定，即相对于理想情况，

10、当表达理想情况有不同方式时，要约定。同方式时，要约定。*第十页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球二、协议地球(dqi)参考系和协议地球参考系和协议地球(dqi)参考框架的定义参考框架的定义2、协议地球、协议地球(dqi)参考系和协议地球参考系和协议地球(dqi)参考框架参考框架 协议地球参考系协议地球参考系CTRSCTRS的定义的定义n 原点在地心，地心定义为包括海洋和大气的整个地球的质原点在地心，地心定义为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；量中心；n 尺尺度单位为米（国际单位制），即在引力相对论意义下的度单位为米（国际单位制），即在引力相对论意义下的局

11、部地球框架内定义的米；局部地球框架内定义的米；n 定向由定向由BIH1984.0BIH1984.0给出；给出；n 定向的时间演化相对于地壳不产生残余的全球性旋转，如采用定向的时间演化相对于地壳不产生残余的全球性旋转，如采用近似满足这个条件的绝对板块运动模型近似满足这个条件的绝对板块运动模型NNRNUVEL1NNRNUVEL1。*第十一页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系二、协议地球二、协议地球(dqi)参考系和协议地球参考系和协议地球(dqi)参考框架的定义参考框架的定义2、协议地球、协议地球(dqi)参考系和协议地球参考系和协议地球(dqi)参考框架参考框架 地球参

12、考系地球参考系CTRS的具体化：给出若干地面点坐标的具体化：给出若干地面点坐标第一，必须详细定义基本物理基准构形和其坐标间关系的第一，必须详细定义基本物理基准构形和其坐标间关系的模型（模型（CTRSCTRS）。此时，坐标要能完全定义，但不必考虑实现的）。此时，坐标要能完全定义，但不必考虑实现的途径；途径；第二，一旦协议地球参考系选定了，便使之能为各类用户可第二，一旦协议地球参考系选定了，便使之能为各类用户可用，就要通过许多实际的地面点具体化。用，就要通过许多实际的地面点具体化。这样一组协议选定这样一组协议选定的使系统具体化的地面点及其坐标（三维）就定义了协议地的使系统具体化的地面点及其坐标（三

13、维）就定义了协议地球参考框架（球参考框架（CTRFCTRF）。*第十二页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系三、协议地球参考框架三、协议地球参考框架(kun ji)的建立和维持的建立和维持1、建立、建立(jinl)和维持步骤和维持步骤1 1）给出地球参考系的理论定义和协议约定；）给出地球参考系的理论定义和协议约定；2 2）建立地面观测台站，并进行空间大地测量；）建立地面观测台站，并进行空间大地测量；3 3）根据对协议地球参考系的约定，采用国际推荐的一组模型和常数，）根据对协议地球参考系的约定，采用国际推荐的一组模型和常数，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台站在某一历

14、元的站坐标，对观测数据进行数据处理，解算出各观测台站在某一历元的站坐标，即即建立协议地球参考框架建立协议地球参考框架；4 4）对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相）对于影响地面台站稳定的各种形变因素进行分析处理，建立相应的时变模型，以应的时变模型，以维持协议地球参考框架维持协议地球参考框架的稳定。的稳定。*第十三页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系三、协议三、协议(xiy)地球参考框架的建立和维持地球参考框架的建立和维持1、建立、建立(jinl)和维持步骤和维持步骤 地球质心位置的确定（协议地球参考框架原点）地球质心位置的确定（协议地球参考框架原点）

15、 通过激光测卫（通过激光测卫（SLRSLR）等卫星动力学方法确定了地面）等卫星动力学方法确定了地面 n( nn( n大于大于3)3)个点至地球质心的距离，然后再采用个点至地球质心的距离，然后再采用GPSGPS、VLBIVLBI等测量方法把这几个点之间的距离确定下来，于是通过几何等测量方法把这几个点之间的距离确定下来，于是通过几何约束条件即可确定地心的位置，考虑到地球的粘弹性，需要约束条件即可确定地心的位置，考虑到地球的粘弹性，需要长期监测这些点的变化长期监测这些点的变化，以改善地心位置。，以改善地心位置。 该方法确定的地心位置与地面台站的个数及图形结构有关。该方法确定的地心位置与地面台站的个数

16、及图形结构有关。*第十四页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地球参考系三、协议三、协议(xiy)地球参考框架的建立和维持地球参考框架的建立和维持1、建立、建立(jinl)和维持步骤和维持步骤协议地球参考框架坐标轴向的确定协议地球参考框架坐标轴向的确定 地球地球瞬时自转轴瞬时自转轴必定通过质心，必定通过质心，由于极移运动，瞬时自转轴由于极移运动，瞬时自转轴运动轨道构成了一个近似的圆锥面，以地球质心为其锥顶。取运动轨道构成了一个近似的圆锥面，以地球质心为其锥顶。取平均自转轴，即圆锥面的对称轴，为平均自转轴，即圆锥面的对称轴，为Z Z轴，将轴，将X X轴限定在格林尼轴限定在格林尼治天文台的子午面内，再选定治天文台的子午面内，再选定Y Y轴，使轴，使O-XYZO-XYZ构成右手直角坐标构成右手直角坐标系。这样我们就建立了地球质心坐标系。实用中参考系的三轴系。这样我们就建立了地球质心坐标系。实用中参考系的三轴指向由指向由BIH/IERSBIH/IERS提供的地球自转参数（提供的地球自转参数（ERPERP）确定。）确定。*第十五页，共二十七页。7.4 协议协议(xiy)地球参考系地