坐标与时间系统课件

天球子午圈（面）：通过天极的大圆，叫做（天）子 午圈，相应的平面就是天球子午面。
2.2 天球及其模型
北天极 本初子午圈
地球赤道
天球赤道
地球
黄道
太阳
赤经 星体
赤纬
南天极
2.2 天球及其模型
黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆， 称为黄道。即当地球绕太阳公转时，地球上的 观察者所见到的太阳在天球上运动的轨迹。
地球椭球体的表示：
长半径a和短半径b 或一个半径和扁率α α = (ab)/b
2.1 地球及其地球网格
如何选择地球椭球体的长半径a和短半径b？
为了测量计算的需要，选用一个同大地体相近的、可以用 数学方法来表达的旋转椭球来代替地球。
用地球的自然表面？ 用地球的海平面？从海平面延伸到所有大陆下部，而与地
天轴：地轴的延长线，叫做天轴。
天极：天轴同天球的交点就是天极，在北极上空的是 北天极（P），在南极上空的是南天极（P‘）。
天球赤道：通过天球中心，同天轴垂直的平面和天球 相交的大圆圈，叫做天球赤道。北天极和南天极就是 天赤道的两极。天赤道把天球分成南、北两半球。显 然，天球赤道平面同地球的赤道平面或者重合（地心 天球）或者平行（以观测者为中心的天球或日心天 球）。
与平面上对应的坐标（x, y）之间的函数关系
2.3 地球坐标系统
2.3 地球坐标系统
地图投影的种类 不同的投影方式具有不同的形态和变形特征 常见的投影是把参考椭球向一个几何投影面投
章动？
地球自转轴的进动复杂。进动轨迹可以看作是在平 均位置附近做短周期的微小摆动。称这种微小的摆 动为章动。
极移？
地球自转轴会在地球内部绕行，其周期为305天。 地极的这种运动，称为极移。
2.2 天球及其模型
2.2 天球及其模型
极移与岁差、章动对坐标系的影响？
它们是完全不同的地球物理现象。 岁差和章动是地球自转轴的方向在恒星空间中的变
第2章 坐标与时间系统
主要内容
2.1 地球及其地球网格 2.2 天球及其模型 2.3 地球坐标系统 2.4 天球坐标系统 2.5 常用坐标系统简介 2.6 时间系统 2.7 小结
2.1 地球及其地球网格
地图要素：代表地球表面的空间要素。 坐标系：地图要素的位置是基于坐标系的。 地理网格：空间要素的位置是基于用经度和纬
其中高度H为空间点到椭球面的垂直距离。
问题：
由于参考椭球的中心大多不能与地球的质心完全重 合，就导致使用不同的椭球参数的国家和地区所测 得的大地坐标之间存在一定的差异。
2.3 地球坐标系统
地图投影 地球椭球面是不可展曲面 我们习惯操作的纸质地图和数字地图是建立在
二维平面坐标基础上的 需要把球形的地球表面的点映射到一个平面上 这种从球形表面到平面的转换就称为地图投影 实质就是建立地球椭球面上点的坐标（m, n）
黄赤交角：黄道面与赤道面的夹角，称为黄赤 交角，约为23.5度。
春分点：定义当太阳在黄道上从南半天球向北 半天球运动时，黄道与天球赤道的交点，称为 春分点。
春分点和天球赤道面是建立参考系的重要基准 点和基准面。
2.2 天球及其模型
2.2 天球及其模型
日月对地球赤道隆起部分的引力作用，使地球 旋转轴在空间的指向发生移动：岁差、章动。
度表示的地理网格的。
什么是经线（Latitude） ？ 什么是纬线（Longitude） ？ 地面上点位的确定:通常用经度和纬度来决定。
2.1 地球及其地球网格
2.1 地球及其地球网格
描述和表现地理空间
建立地球表面的几何模型
如何建立地球表面的几何模型？
用一种球体来表示：地球椭球体 由一个椭圆绕其短轴旋转而成的
System）或大地坐标系。 以参考椭球面为基准面，用以表示地面点位置
的参考系。 如何确定坐标系？
选择了相应的椭球 确定坐标原点及其坐标轴的方向 确定它与大地水准面的相关关系
2.3 地球坐标系统
空间直角坐标系 原点位于地球椭球的中心
Earth Centered, Earth Fixed Cartesian coordinates
球重力方向处处正交的一个连续、闭合的水准面，这就是 大地水准面。
2.1 地球及其地球网格
2.1 地球及其地球网格
2.1 地球及其地球网格
但是：大地水准面仍然有起伏。
因此：与局部地区（一个或几个国家）的大地 水准面符合得最好的旋转椭球，称为参考椭球 体（基准椭球 ）。
例如：
克拉索夫斯基，1940，，298.3，北京54坐标系 IAG-75，1975，，298.257，国家80坐标系 WGS-84，1984，，298.257223563美国
Z轴指向地球的自转轴北极 X轴指向格林威治子午线与地球赤道的交点 Y轴位于赤道面上 按右手系与X轴呈90度夹角
2.3 地球坐标系统
赤道和本初子午线
2.3 地球坐标系统
大地坐标系和空间直角坐标系
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.3 地球坐标系统
球面坐标系 以参考椭球中心为原点。 用大地经纬度和大地高程来描述空间点位置。 用（B, L, H）来表示。纬度B和经度L表示，
2.2 天球及其模型
什么是天球？
以空间某一点（例如观 察者）为中心、半径为 无穷大的一个圆球。
半径是任意长，观测者 任何移动，球面形状不 变。
2.2 天球及其模型
地平线与天顶
2.2 天球及其模型
观察者与地平线
2.2 天球及其模型
观察者与地平线、黄道、天球赤道、春分点的关系
2.2 天球及其模型
岁差？
春分点在恒星间的位置不是固定不变的。 使得春分点沿着黄道缓慢地向西移动，每年约
50.37s 。 使得太阳通过春分点的时刻总是比太阳回到恒星间
的同一位置的时刻要早一些 。 回归年的长度比恒星年的长度短。 这一现象称为岁差 。
2.2 天球及其模型
地球轴的进动（岁差）
2.2 天球及其模型
化，但是地球内部的相对位置并没有变化。 岁差和章动只引起天体坐标的变化，却不会引起地
球表面经度和纬度的改变。 极移表现为地球内部的相对位置在改变，这样就引
起地球表面上各地经度和纬度的变化。
2.3 地球坐标系统
地球坐标系是围绕地球椭球建立起来的。 又称为全球坐标系统（Global Coordinate