当前位置：文档之家 › 4---2椭球面上几种曲率半径

4---2椭球面上几种曲率半径

  • 格式：ppt
  • 大小：407.00 KB
  • 文档页数：24

下载文档原格式

  / 24

合集下载

第四讲 椭球面上几种曲率半径讲解材料

第四讲 椭球面上几种曲率半径讲解材料

构成直角三角形
QK Ne 2
OK
Ne 2 sin B
OQ
Ne 2 cos
B
P
W
O
B
E
Q
K
S
P点的法线
第四讲 椭球面上几种曲率半径
一.任意方向法截线曲率半径
（Normal transversal curvature radius at random directions)
1、法截面、法截线的概念
6、公式推导
(1) P-xyz中的椭球面方程
转轴：使两坐标系各轴重合
X ’
（两次转轴)
第一次转轴： P-X’Y’Z’绕Y’ 顺时针旋转(90°+B)，使Z’轴 与P 点的椭球面法线重合，得 坐标系P-X’’Y’’Z’’
Z
X
’
”
P
90°+B Y
Y’
B
Z ”
O
”
K
第一次转轴
第四讲 椭球面上几种曲率半径
6、公式推导
(1) P-xyz中的椭球面方程
第二次转轴
转换关系为
X
x coAs siA n 0x
YRZ(A)ysiA n coAs 0y
Z
z 0 0 1z
X ”
x
PA
yY”
zZ
B”
OO
K 第二次转轴
第四讲 椭球面上几种曲率半径
一.任意方向法截线曲率半径
(Normal transversal curvature radius at random directions)
椭球大地测量学
第四讲 椭球面上几种曲率半径
一系大地测量教研室
第四讲 椭球面上几种曲率半径

第7章 椭球面上的测量计算

第7章 椭球面上的测量计算
第七章 椭球面上的测量计算
教材第六章“GPS卫星定位技术 将在另一门专业课中介绍） 卫星定位技术” （教材第六章“GPS卫星定位技术”将在另一门专业课中介绍）
§ 7-1 § 7-2 § 7-3 § 7-4 § 7-5 § 7-6 § 7-7 § 7-8
地球椭球的几何参数及其相互关系 椭球面上的常用坐标系及其相互关系 椭球面上的几种曲率半径 椭球面上的弧长计算 大地线 将地面观测值归算至椭球面 大地测量主题解算简介（ 大地测量主题解算简介（*） 椭球面上三角形的解算（ 椭球面上三角形的解算（增加）
• 我国1954年北京坐标系应用的是克拉索夫斯基椭球参数，1980年 西安坐标系应用的是1975年国际椭球参数，而GPS应用的是 WGS-84椭球参数。 • 涉及我国的这三组参数值见表7－1。
克拉索夫斯基椭球 a
6378245 (m)
1975年国际椭球 年国际椭球
6378140（m） ）
WGS-84椭球 椭球
x=
a cos B 1 − e sin B
2 2
=
a cos B W
( 7 − 16 )
a b sin B 2 y = (1 − e ) sin B = W V
(7 − 17 )
设Pn = N，由右图可以看出： x＝NcosB (7-18) 比较(7-16)式，有：N＝a / W (7-19) 于是 y ＝ N(1－e2)sinB (7-20) 又由图可知：y＝PQsinB (7-21) 所以： PQ＝N(1－e2) (7-22) Qn＝N－PQ＝Ne2 (7-23) • 由(7-22) 、 (7-23)可知P点法线Pn在 赤道两侧的长度。
X = N cos B cos L Y = N cos B sin L Z = N (1 − e 2 ) sin B (7 − 25)

子午圈的曲率半径

子午圈的曲率半径
个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的 闭合的圈，称为卯酉圈。
r N cosB
xra NhomakorabeacosB W
N

a W

N

c V
B B=0o 0o<B<90o B=90o
N
N0=a a<N<c N90=c
说明
卯酉圈即赤道 N↗ B↗
卯酉圈 子午圈
3.主曲率半径的计算 主曲率半径：
子午圈曲率半径M
卯酉圈曲率半径N
级数展开
4.任意法截线的曲率半径
尤拉公式： 1 cos2 A sin2 A
M
RA M
N
RA

N
c os2
MN AM
s in 2
A

1
N 2 cos2
A
N V 2 12 M
A
A
P
N

N
1 e'2 cos2 B cos2 A
说明：
⑴ 法截线的方位角以子午圈的北方向为基准
本节主要内容
• 椭球面上的几种曲率半径
1. 子午圈曲率半径 2. 卯酉圈曲率半径 3. 主曲率半径的计算 4. 任意法截线的曲率半径 5. 平均曲率半径
法截面：过椭球面上任意一点可作一条 垂直于椭球面的法线，包含这条法线 的平面叫法截面。
法截线（弧）：法截面与椭球面的交线 叫法截线。
法截线（弧）上各点处的曲率半径如休 计算？
作业与思考
1. 法截线和法截面定义。 2. M的计算公式。 3. 已知B=36°42´35.2354″，L＝
117°51´43.7653″。 （1）计算M、N、R、c、d的值。 （2）M、N的1秒变化值。 （3）大地方位角为A＝45处法截弧的曲率

大地测量学知识点

大地测量学知识点

一、水准面与大地水准面1、水准面我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就是我们通常所说的水准面。

水准面有无数个。

1）水准面具有复杂的形状。

2）水准面相互既不能相交也不能相切。

3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。

4）在水准面上，所有点的重力均与水准面正交。

于是水准面又可定义为所有点都与铅垂线正交的面。

故设想与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面称为大地水准面大地水准面作为测量外业的基准面，而与其相垂直的铅垂线则是外业的基准线。

似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合，而在大陆上也几乎重合，在山区只有2-4m 的差异我们选择参考椭球面作为测量内业计算的基准面，而与其相垂直的法线则是内业计算的基准线。

1．参心坐标系建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：(1)确定椭球的形状和大小；(2)确定椭球中心的位置，简称定位；(3)确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；(4)确定大地原点。

我国几种常用参心坐标系：BJZ54、GDZ802．地心坐标系地心坐标系分为地心空间大地直角坐标系和地心大地坐标系等。

地心空间大地直角坐标系又可分为地心空间大地平面直角坐标系和空间大地舜时直角坐标系。

1）建立地心坐标系的意义：2）建立地心坐标系的最理想方法是采用空间大地测量的方法。

3）地心坐标系的表述形式(判断)1）WGS一84大地坐标系WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。

WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。

WGS一84坐标系的几何定义是：坐标系的原点是地球的质心，Z轴指向BIHl984．0定义的协议地球极(CTP)方向，X轴指向BIHl984．0的零度子午面和CTP赤道的交点，y轴和Z、X轴构成右手坐标系。

椭球基本知识

椭球基本知识
大地线旳性质 ➢ 大地线是曲面上两点旳最短线 ➢ 大地线是无数法截线弧素旳连线
控制测量计算理论
六、地面观察值归算至椭球面
3、地面观察方向归算至椭球面 归算旳基本要求 地面观察方向归算至椭球面上有3个基本内容： 1) 将测站点铅垂线为基准旳地面观察方向换算成椭球面上以 法线方向为准旳观察方向； 2) 将照准点沿法线投影至椭球面，换算成椭球面上两点间旳 法截线方向； 3) 将椭球面上旳法截线方向换算成大地线方向。
H H正常 (高程异常)
H H正 N (大地水准面差距)
控制测量计算理论
一、常用旳四种坐标系
2、空间直角坐标系 以椭球中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴， 在赤道面上与X轴正交旳方向为Y轴，椭球体旳旋转轴为Z 轴，构成右手坐标系O-XYZ，在该坐标系中，P点旳位置 用X、Y、Z表达 。 空间直角坐标系旳坐标原点位于地球 质心（地心坐标系）或参照椭球中心（参 心坐标系），Z 轴指向地球北极，x 轴指 向起始子午面与地球赤道旳交点，y 轴垂 直于XOZ 面并构成右手坐标系。
4、平均曲率半径
在实际际工程应用中，根据测量工作旳精度要求，在一定范围内，把
椭球面当成具有合适半径旳球面。取过地面某点旳全部方向 RA 旳平均值
来作为这个球体旳半径是合适旳。这个球面旳半径——平均曲率半径R：
R MN 或
R b c N a (1 e2 ) W2 V2 V W2
所以，Ｒ等于该点子午圈曲率半径Ｍ和卯酉圈曲率半径Ｎ旳几何
控制测量计算理论
三、地球椭球及其定位
1、椭球旳几何参数及其关系
e2
a2 b2 a2
e'2
a2 b2 b2
1 e2
b2 a2
1 e2

第四章椭球数学变换

第四章椭球数学变换
4.2.1 各种坐标系的建立 1、大地坐标系 大地经度B 大地纬度L 大地高H
4
Fundation of Geodesy
2019/10/8
2、空间直角坐标系
定义： 1、坐标原点位于总地 球椭球(或参考椭球)质心； 2、Z轴与地球平均自转轴相重合， 亦即指向某一时刻的平均北极点； 3、X轴指向平均自转轴与平均格 林尼治天文台所决定的子午面与赤道面的交点G； 4、Y轴与此平面垂直，且指向东为正。
第四章 地球椭球数学投影变换的基本理论
4.1地球椭球基本参数及其互相关系 4.2 椭球面上常用坐标系及其关系 4.3 椭球面上的几种曲率半径 4.4 椭球面上的弧长计算 4.5 大地线 4.6 将地面观测值归算至椭球面 4.7 大地测量主题解算概述 4.8 地图数学投影变换的基本概念 4.9 高斯平面直角坐标系 4.10 横轴墨卡托投影和高斯投影簇的概念 4.11 兰勃脱投影概述
X x c o s L , Y x s i n L , Z y
11
Fundation of Geodesy
2019/10/8
• 空间直角坐标系同大地坐标系
在椭球面上的点：
X xcos L N cos Bcos L
Y xsin L N cos Bsin L

Z y N(1e2)sin B
21
Fundation of Geodesy
2019/10/8
主曲率半径的计算
以上讨论的子午圈曲率半径M及卯酉圈曲率半径N， 是两个互相垂直的法截弧的曲率半径，这在微分几何中 统称为主曲率半径。
Ma(1e2)1 (e2si2n B)2 3 Na(1e2sin2B)12
M m 0 m 2 s2 B i m n 4 s4 B i m n 6 s6 B i m n 8 s8 B in

中国地质大学(北京)《测量学》期末考试拓展学习(六)80

中国地质大学(北京)《测量学》期末考试拓展学习(六)80

地大《测量学》（六）
第六章 小地区控制测量
椭球面上的测量计算
主要介绍：地球椭球的基本几何参数及相互关系，椭球面上的常用坐标系及其相互关系，椭球面上的几种曲率半径，椭球面上的弧长计算，大地线，将地面观测的方向值归算到椭球面，将地面观测的长度归算到椭球面，椭球面上三角形的解算，大地主题解算的高斯平均引数公式
一、地球椭球的基本几何参数及相互关系
（一）、五个基本几何参数
椭圆的长半轴： a
椭圆的短半轴： b
椭圆的扁率：
a b a
α-=
椭圆的第一偏心率：
e b
'= 椭圆的第二偏心率：
e =
注 意
决定旋转椭球的形状和大小，只需知道五个参数中的两个就够了，但其中至少要有一个长度元素（如a 或b ）。

为简化书写，常引入以下符号和两个辅助函数：
2
222,tan ,cos a c t B e B b
η===' 22221sin ,1cos W e B V e B =-=-'
式中，W 第一基本纬度函数，V 第二基本纬度函数。

我国所采用的的1954年北京坐标系应用的是克拉索夫斯基椭球参数；以后采用的1980。

地图投影课程报告——椭球体和球体的几个重要半径推导

地图投影课程报告——椭球体和球体的几个重要半径推导

M =
带入(1)式，得：
M =−
又有
dx 1 ⋅ LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL (3) dB sin B
W = 1 − e 2 sin 2 B LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL ( 4) 2 2 V = 1 + e′ cos B
dW − sin BW − cos B dx dB = a dB W2
1 e 2 cos 2 B dx a sin B 2 = − a sin B − =− W − e 2 cos 2 B LLLLLLLL (7) 2 3 dB W W W
又因(4)式，则有：
(
)
dx a sin B =− 1 − e 2 LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL (8) 3 dB W
将(26)式带入，得
R=
2
π 2
π
∫ 1+η
0
2
dA LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL (32) cos 2 A
将被积函数变化一下：
dA tan A d( ) 2 d (tan A) cos A V = = LLLLLLLLLLLL (33) 1 + η 2 + tan 2 A V 2 + tan 2 A V [1 + ( tan A ) 2 ] V
表2
B
B = 0° 0° < B < 90° B = 90°
N
说明
M =a=
a<N <c
c 1 + e′ 2
此时卯酉圈变为赤道， N 即为赤道半径 a 此间 N 随纬度的增大而增大
N 90 =

曲率半径

曲率半径

6、公式推导
(3) 任意方向法截线曲率半径
对法截线方程求二阶导数代入曲率半径公式可得
RA N 1 e'2 cos2 A cos2 B
公式说明
RA与L无关 RA与所在的纬度B、法截线方位角A有关 N为P点沿法线方向至椭球短轴的距离PK A为法截线方位角；e’为第二偏心率
第四讲 椭球面上几种曲率半径
(1) 形成
当A=0º 或180º 时，子午圈曲率半径，用M表示
二.子午圈曲率半径
(2) 公式
将A=0º 代入任意方向法截线曲率半径公式
RA N 1 e'2 cos2 A cos2 B
得
M R0
N 1 e 2 cos2 B
第四讲 椭球面上几种曲率半径
（Curvature radius of meridian）
2 2 W 1 e s i n B 2 2 V 1 e' cos B
W、V
W 1 2 V 1 e
M
a (1 e 2 ) c M 3 2 2 (1 e )
说明
在赤道上，M小于赤道半径。 M随纬度的升高而增大，其值 介于a(1-e2)和c之间
6、公式推导
Z
(1) P-xyz中的椭球面方程
两坐标系原点的位置关系：
P XP
ZP B
P2’
O
K
Y
P点在O-XYZ中的坐标
X
X P PP2 N cos B YP 0 2 Z P PP1 N (1 e ) si nB
P1’
P点坐标
第四讲 椭球面上几种曲率半径
N
PK N a W

控制测量复习题以及参考答案

控制测量复习题以及参考答案

《控制测量学》试题参考答案一、名词解释：1、子午圈：过椭球面上一点的子午面同椭球面相截形成的闭合圈。

2、卯酉圈：过椭球面上一点的一个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈。

3、椭园偏心率：第一偏心率e = 4。

2-b2第二偏心率e,= V。

2-b24、大地坐标系：以大地经度、大地纬度和大地高来表示点的位置的坐标系。

P35、空间坐标系：以椭球体中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，构成右手坐标系O-XYZ。

P46、法截线：过椭球面上一点的法线所作的法截面与椭球面相截形成圈。

P97、相对法截线：设在椭球面上任意取两点A和B，过A点的法线所作通过B点的法截线和过B点的法线所作通过A点的法截线，称为AB两点的相对法截线。

P158、大地线：椭球面上两点之间的最短线。

9、垂线偏差改正：将以垂线为依据的地面观测的水平方向观测值归算到以法线为依据的方向值应加的改正。

P1810、标高差改正：由于照准点高度而引起的方向偏差改正。

P19 11、截面差改正：将法截弧方向化为大地线方向所加的改正。

P20 12、起始方位角的归算：将天文方位角以测站垂线为依据归算到椭球面以法线为依据的大地方位角。

P2213、勒让德尔定理：如果平面三角形和球面三角形对应边相等，则平面角等于对应球面角减去三分之一球面角超。

P2714、大地元素：椭球面上点的大地经度、大地纬度，两点之间的大地线长度及其正、反大地方位角。

P2815、大地主题解算：如果知道某些大地元素推求另外一些大地元素，这样的计算称为大地主题解算。

P2816、大地主题正算：已知P点的大地坐标，P至P的大地线长及其大地方位角，计算P点的大地坐标和大地线在P 点的反方位角。

1 / 1217、大地主题反算：如果已知两点的大地坐标，计算期间的大地线长度及其正反方位角。

18、地图投影：将椭球面上各个元素（包括坐标、方向和长度）按一定的数学法则投影到平面上。

椭球面上的测量计算

椭球面上的测量计算
6399593.6258 1/298.257223563 0.0066943799013 0.0067394967422 7
e2 e’2
0.006693421622 966 0.006738525414 683
我国所采用的的1954年北京坐标系应用的是克 拉索夫斯基椭球参数；以后采用的1980国家大地坐 标系应用的是1975国际椭球参数；而GPS应用的是 WGS-84系椭球参数。
大地测量学
主讲：田倩
2008 年 10 月
学科介绍：
根据德国著名大地测量学家F.R. Helmert 的经典定义，它是一门量测和描绘地球表面的科 学。它也包括确定地球重力场和海底地形。也就 是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以 及测定地面点几何位置的学科。是测绘学的一个 分支。
2
大地测量学的任务
a2 c , t tan B, 2 e2 cos 2 B b
W 1 e sin B ,V 1 e cos B
2 2 2 2
式中，W 第一基本纬度函数，V 第二基本纬度函数。
11
克拉索夫斯基椭球
1975国际椭球 6378140
WGS-84系椭球 6378137
a b



1880年瑞典耶德林提出悬链线状基线尺测量方法，继而法 国制成因瓦基线尺，使丈量距离的精度明显提高。
6
大地测量学的简史




19世纪末和20世纪30年代，先后出现了摆仪和重力仪，使 重力点数量大量增加，为研究地球形状和地球重力场提供 大量重力数据。 1945年苏联的M.C.莫洛坚斯基提出，不需要任何归算，可 以直接利用地面重力测量数据严格求定地面点到参考椭球 面的大地高程，直接确定地球表面形状，这一理论已被许 多国家采用。 20世纪40年代，电磁波测距仪的发明，克服了量距的困难， 使导线测量、三边测量得到重视和发展。 1957年第一颗人造地球卫星发射成功后，产生了卫星大地 测量学，使大地测量学发展到一个新阶段。

大地测量学知识点

大地测量学知识点

大地坐标系：采用大地经度L 、大地纬度B 和大地高H 来描述地面上一点的空间位置的。

克莱罗定理：大地测量学：在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。

开普勒三定律：行星运动的轨迹是椭圆；太阳位于其椭圆的一个焦点上； 在单位时间内扫过的面积相等；运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。

岁差：由于日、月等天体的影响，有类似于旋转陀螺在重力场中的进动，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，是地轴方向相对于空间的长周期运动，旋转周期为26000年。

章动：月球运行的轨道与月的之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆，而是类似圆的波浪曲线运动。

,极移：地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化。

大地经度Ｌ：为大地起始子午面与该点所在的子午面所构成的二面角，由起始子午面起算，向东为正，称东经（0°～180°），向西为负，称西经（0°～180°）。

)sin 1(2ϕβγγϕ⋅+=e大地纬度：大地纬度Ｂ是过该点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为正，称北纬（0°～90°），向南为负，称南纬（0°～90°）。

大地水准面：平均海水面按处处与重力方向垂直的特性向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面，是完全静止的海水面所形成的重力等位面。

总（平均）地球椭球：与地球的物理性质、大地体的几何大小相同的旋转椭球体。

参考椭球：大地水准面形状不规则，而最佳拟合于区域性大地水准面的旋转椭球面叫做~。

正常椭球：大地水准面的规则形状（一般指旋转椭球面）。

<椭球定位：指确定该椭球中心的位置，分为：局部定位和地心定位。

椭球定向：指确定椭球旋转轴的方向。

一点定位：多点定位： 大地测量参考框架：固定在地面上的控制网坐标参考架，高程参考架，重力参考架。

控制测量学

控制测量学

控制测量学1、控制测量学的基本任务：① 在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网② 在施工阶段建立施工控制网③ 在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网2、大地水准面：与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面。

3、大地水准面是测量外业的基准面，与其相垂直的铅垂线是外业测量的基准线；参考椭球面是内业测量的基准面，与其相垂直的法线是内业测量的基准线。

4、大地高：是地面点沿法线到椭球面的距离。

正高：是地面点沿实际重力线到大地水准面的距离。

正常高：是地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。

5、垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。

6、测定垂线偏差一般有四种方法：天文大地测量方法；重力测量方法；天文重力测量方法以及GPS方法。

第二章、水平控制网的技术设计1、建立国家水平大地控制网的方法：①常规大地测量法：1）三角测量法，2）导线测量法，3）边角网和三边网③现代定位新技术：1）GPS测量，2）甚长基线干涉测量系统（VLBI），3）惯性测量系统（INS）2、建立国家水平大地控制网的基本原则：①大地控制网应分级布设、逐级控制；②大地控制网应有足够的精度；③大地控制网应有一定的密度；④大地控制网应有统一的技术规格和要求3、工程测量水平控制网的布设原则：①分级布设、逐级控制；②要有足够的精度；③要有足够的密度；④要有统一的规格第三章、精密测角仪器和水平角观测1、①经纬仪的视准轴误差（c值）：仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差。

消除方法：取盘左、盘右实际读数的中数②经纬仪的水平轴倾斜误差（i角）：仪器的水平轴不与垂直轴正交所产生的误差。

消除方法：取盘左、盘右实际读数的平均值③经纬仪的水平轴倾斜误差（v角）：由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度。

消除方法：1）尽量减小垂直轴的倾斜角v值2）测回间重新整平仪器3）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数2、影像精密测角的因素：①外界条件的影响：1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响2）水平折光的影响3）照准目标的相位差4）温度变化对视准轴的影响5）外界条件对觇标内架稳定性的影响②仪器误差的影响：1）水平度盘位移的影响2）照准部旋转不正确的影响3）照准部水平微动螺旋作用不正确的影响4）垂直微动螺旋作用不正确的影响③照准和读数误差的影响3、精密测角的一般原则：（判断）P994、方向观测法：（计算）P100第四章、电磁波测距仪及其距离测量1、电磁波测距仪的精度公式：m=A+BDA代表固定误差，单位mm。

椭球面上的测量计算

椭球面上的测量计算

控制LO测GO量
三、任意法截弧的曲率半径
❖ 子午法截弧是南北方向，其方位角为00或1800； ❖ 卯酉法截弧是东西方向，其方位角为900或2700，
这两个法截弧在P点上是正交的。
控制LO测GO量
❖ 根据欧拉公式，由曲面上任意一点主曲率半径计算该点任意 方位角A的法截弧的曲率半径的公式为：
1 cos2 A sin2 A
R MN
上式即平均曲率半径的计算公式，表明，曲面任意一点的平均 曲率半径点是该点上主曲率半径的几何平均值。
控制LO测GO量
五、M、N、R的关系
❖ 椭球面上某一点的M、N、R值均是自该点起沿法线向内量取， 其长度通常是不相等的，由前面公式可知它们有如下关系： N>R>M
❖ 只有在极点上，它们才相等，且均等于极曲率半径c，即：
dS DEdx sinB sinB
（dx取负号，是因为在子午 面直角坐标系中，点的横坐 标随纬度B的增大而缩小）
控制LO测GO量
❖两式相代得
dx 1 M
dB sinB
acos2B W
dx dB
a
W
sin
Bcos W2
B
dW dB
W 1e2sin2B
dWd1e2sin2B2e2sinB cosBe2sinB cosB
克拉索夫斯基椭球子午线弧长计算公式：
X 1. 8 1 B 6 1. 4 1 6 1 s 2 8 B 0 3 i 1 . n 8 0 3 4 s 6 4 2 B i 6 0 . 0 n 8 s 6 2 B in 2 X 1 . 8 1 B 3 6 1 . 7 2 s 1 1 B c 8 i B 0 1 3 n o 0 . 9 0 s 3 4 3 s B 2 c i 5 B 3 n 0 . o 6 9 s 5 B s 9 c i B n

椭球面的几何特征与测量计算

椭球面的几何特征与测量计算


4
e2
N
2 m
s2 cos2
Bm
s in 2 A1
a
3

e 2

12N
2 m
s2 cos2
Bm
s in 2 A1
十二 地面观测距离归算至椭球面
W
O
P
X=r
y
QB
y x(1 e2 ) tan B
a
x
cos B
1 e2 sin2 B
E
x
K
N sin B N (1 e2 )sin B e2 N sin B
S
纬度不同，椭球中心到法线与短轴交点之间的距离是不相等的
P
m2
Q1 m1
E
O
n1
n2
既不位于同一平行
圈上，也不位于同
MdB dS cos A rdL dS sin A
A P P2 dB cos A dS dL sin A dS sin A dS
dS P
M
r
N cos B
r N cos B
rdL
O
N P1
rdL N cos BdL
dA
P1T
P1T
90 B
B
P1T N tan( 90 B) N cot B
系数均以米作单位
0.00003m, 0.0003m, R 0.00009m
误差不超过这些舍去项
若将1975年国际椭球的相关参数值代入，还可得到1975年国 际椭球的曲率半径计算式。
五 椭球面上弧长 子午圈弧长公式
M dX dB
X B2 dX B2 MdB

大地测量学基础(椭球面上的几种曲率半径)

大地测量学基础(椭球面上的几种曲率半径)
首先证明：n a和n b 不重合
Ona Q1na sinB1 Onb Q2nbsinB2
b
A
a
B
O B 1 B 2 Q 2
Q1
由 Qn Ne2 ，得
na
Ona N1e2 sinB1
nb
Onb N2e2 sinB2
若 B1B2， Oan Obn
若A、B两点不在同一子午圈上，也不在同一平行圈上时，两点有两条法
⑷了解大地线微分方程和克莱劳定理
—定义：椭球面上两点间的最短程曲线叫大地线。
B
⑴ 大地线是一条空间曲线；
—性质：⑵ 大地线惟一，位于相对法截线之间。
C
—说明：⑴
1 3
A
其长度与法截线长度
相差为百万分之一毫米；
B
⑵地面观测值归算成大地线的
方向，距离。
A
3.大地线的微分方程和克莱劳方程 ⑴ 大地线的微分方程 描述p到p1时，dS与 dA、dL、 dB之间的关系 在微分直角三角形pp2p1中
截线。
说明：⑴相对法截线
A照准B：AaB叫A点的正法截线，B点的反法截线；
B照准A：BbA叫B点的正法截线，A点的反法截线。
⑵ 相对法截线的位置
BbA比AaB偏上。
B2B1， ObnOa， n
正反法截线的位置如课本图4-18 所示
⑶ 当A、B两点位于同一子午圈或平行圈时，正反法截线合 二为一。
⑷ 椭球面上A、B、C三点构不成三角形。（产生了矛盾） 2.大地线的定义和性质
个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的 闭合的圈，称为卯酉圈。
r N cos B
xr
a cos W
B
N
a W
N

椭球面上几种曲率半径

椭球面上几种曲率半径

.
21
结束 • 谢谢!
.
22
经线、纬线、法线的特性
• 经线与纬线互相垂直
• 除赤道、两极上的法线外，法
线不通过椭球中心
Z
• 纬度较高的点，其法线与旋转
N
轴的交点就较低
• 同一点的经线切线与纬线切线
垂直，也与法线垂直，三者可
O
构成三维直角坐标系
P
• 平行圈的主法线、副法线及切 线亦可构成三维直角坐标系
两个特殊的法截线：子午线、卯酉线。 对应有：子午线（圈）曲率半径， 卯酉线（圈）曲率半径
曲线的曲率是曲线弯曲程度的反映，它是用曲线上 无限邻近两点的切向量的交角对弧长的变化率来度 量的。
曲线上任一点的曲率的倒数称为曲率半径。 曲率越大或曲率半径越小，曲线的弯曲程度越高
二、子午圈（线）曲率半径
亦可按： MVc3c(1e2cos2B)3 2
则得：
Ncc(1e2cos2B)1 2 V
展开。
M m 0 m 2 c o s 2 B m 4 c o s 4 B m 6 c o s 6 B m 8 c o s 8 B
N n 0 n 2 c o s 2 B n 4 c o s 4 B n 6 c o s 6 B n 8 c o s 8 B
(X，Y，Z)
(L，B)
X xcos L N cos Bcos L
Y xsin L N cos Bsin L
Z y N(1e2)sin B
X (N H)cos Bcos L
Y
(N
H)cos
Bsin
L
Z [N(1e2) H]sin B
上一讲应掌握的内容
5、各坐标系间的关系
RW b2V c2V NW a2 1e2
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

任意法截弧的曲率半径的变化规律
ＲＡ不仅与点的纬度B有关，而且还与过该点的法截弧的方
位角A有关。
• 当Ａ＝０°时，变为计算子午圈曲率半径的，即Ｒ０＝Ｍ • 当Ａ＝90°时，为卯酉圈曲率半径，即Ｒ９０＝Ｎ
• 主曲率半径M及N分别是ＲＡ的极小值和极大值。
• 当A由0°→90°时，ＲＡ之值由Ｍ→Ｎ • 当A由90°→180°时，ＲＡ值由N→Ｍ，可见ＲＡ值的变
以上讨论的子午圈曲率半径M及卯酉圈曲率半径N，是 两个互相垂直的法截弧的曲率半径，这在微分几何中统 称为主曲率半径。
M

a(1

e2
)(1

e2
sin
2

B)
3 2
N

a(1 e2 sin 2
1
B) 2
M m0 m2 sin 2 B m4 sin 4 B m6 sin6 B m8 sin8 B
N
轴的交点就较低
• 同一点的经线切线与纬线切线
垂直，也与法线垂直，三者可
O
构成三维直角坐标系 P
• 平行圈的主法线、副法线及切 线亦可构成三维直角坐标系
S R T
M
B
法截线
N n0 n2 cos2 B n4 cos4 B n6 cos6 B n8 cos8 B
主曲率半径的计算公式系数（续）
m0 a / 1 e2
m2


3 2
e2m0
m4


5 4
e2m2
m6


7 6
e2m4
m8


9 8
e2m6

n0 n2
(X，Y，Z)
（L，Φ，ρ）
X a cosφcos L
1 e2
1 e2 cos2φ
• 大地极坐标系同大地坐标系的关系
(S，A)
(L，B)
大地主题解算
Y a cosφsin L
1 e2
1 e2 cos2φ
Z a sinφ
1 e2
1 e2 cos2φ
上一讲应掌握的内容
（六） B、u、φ之间的关系
上一讲应掌握的内容
5、各坐标系间的关系
• 子午平面坐标系与大地坐标系的关系
(L，x，y)
(L，B)
x N cos B y N (1 e2 )sin B
• 空间直角坐标与子午面平面坐标系的关系
(X，Y，Z)
(L，x，y)
X x cos L, Y x sin L, Z y
• 空间直角坐标系与大地坐标系的关系
曲线的曲率是曲线弯曲程度的反映，它是用曲线上 无限邻近两点的切向量的交角对弧长的变化率来度 量的。
曲线上任一点的曲率的倒数称为曲率半径。 曲率越大或曲率半径越小，曲线的弯曲程度越高
二、子午圈（线）曲率半径
• 推导思路：曲线的一阶导数是切线，二阶导数是曲率， 曲率的倒数是曲率半径。
x N cos B
• 在赤道圈上： B=u=φ=0 • 在两极处: B=u=φ=90° • 在其他处:
∣B∣＞∣u∣＞∣φ∣
sin B V sinu
tan (1 e2 ) tan B
大地纬度、地心纬度、归 化纬度之间的差异很小， 经过计算，当B=45°时
uφ B
(B u)max 5.9'
(u )max 5.9'
R

b W2

c V2

N V

a W2
1 e2
六、椭球面上几种曲率半径的关系
N RM
N90 R90 M 90 c
为了便于记忆，N、R、M的公式可表示成有规律的形式
W 1 e2 sin2 B V 1 e2 cos2 B
椭球面上几种曲率半径
六、主曲率半径的计算公式
x=a cos u
y N(1 e2 )sin B 或：y b sin u
几何意义 : M dS dB
dS dx sin B
M dx 1 dB sin B
x a cos B a cos B
W
1 e2 sin2 B
dx dB


asin B W3
(1

e2 )
N n0 n2 sin2 B n4 sin4 B n6 sin6 B n8 sin8 B
不同的椭球元素对应不同的系数
主曲率半径的计算公式系数
m0 a(1 e2 )
m2

3 2
e2m0
m4

5 4
e2m2
m6

7 6
e2m4
m8

9 8
e2m6

n0 n2

a

1 2
L

Z [N (1 e2 ) H ]sin B
上一讲应掌握的内容
5、各坐标系间的关系
• 空间直角坐标系同归化纬度坐标系的关系
(X，Y，Z)
(L，u)
X=a cos u cos L
Y a cos u sin L
Z b sin u
• 空间直角坐标系同地心纬度坐标系的关系
M

a(1 e2 ) W3
c M V3
子午线曲率半径（另一种推导）
x N cos B y N (1 e2 )sin B
dx
d2x k
dy
dy 2
3
子午线曲率：k

(1 e2 sin2 B)2 a(1 e2 )

W3 a(1 e2 )
子午线曲率半径：M

a(1 e2 ) W3
e 2 n0

n4

3 4
e 2 n2

n6

5 6
e
2 n4

n8

7 8
e 2 n6

主曲率半径的计算公式（续）
亦可按：
M

c V3
c (1 e2 cos2
3
B) 2
则得：
1
B) 2
V
展开。
M m0 m2 cos2 B m4 cos4 B m6 cos6 B m8 cos8 B

a/ 1
2
1 e2 e2n0

n4


3 4
e2n2

n6


5 6
e2n4

n8


7 8
e2n6

结束 • 谢谢!
经线、纬线、法线的特性
• 经线与纬线互相垂直
• 除赤道、两极上的法线外，法
线不通过椭球中心
Z
• 纬度较高的点，其法线与旋转
第四章 Ⅱ椭球面上几种曲率半径
——子午圈（线）曲率半径 ——卯酉圈（线）曲率半径 ——任意法截弧的曲率半径 ——平均曲率半径
上一讲应掌握的内容
公式写在黑板上
1、旋转椭球五个基本几何参数：长半轴 a；短半轴ｂ；
扁率α；第一偏心率e；第二偏心率e′ ？
2、旋转椭球计算中常引入以下符号： c、t、η、W、V
c a2 , t tan B, b
2 e'2 cos2 B
3、经线、纬线、法线的特性
W 1 e2 sin2 B
V 1 e2 cos2 B 1 2
4、表示旋转椭球面上的点的几种坐标系
• 子午面直角坐标系 (L,x,y)
• 地心纬度坐标系 （L，Φ，ρ） • 归化纬度坐标系 （L，u） • 大地极坐标系 （S，A） • 大地坐标系 （L，B）
卯酉线（圈）曲率半径推导思路
r N cosB
x r a cosB W
N a c WV
Pn N PO' r cosB cosB
卯酉线（圈）曲率半径随纬度变化情况
卯酉圈曲率半径的特点: 卯酉圈曲率半径恰好等于法线 介于椭球面和短轴之间的长度，亦即卯酉圈的曲率中心 位在椭球的旋转轴上。

(B )max 11.8'
一、椭球面上法截线有关概念
• 过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面的法线， 包含这条法线的平面叫作 法截面，法截面与椭球面 的交线叫法截线。有无数个法截面或法截线。
两个特殊的法截线：子午线、卯酉线。 对应有：子午线（圈）曲率半径， 卯酉线（圈）曲率半径
化是以90°为周期且与子午圈和卯酉圈对称的。
五、平均曲率半径
只要取A自0至90°范围内的RA的平均值即可：


R


1 0
2 0
RAdA

2

2 0
N
cos2
MN AM
sin 2
dA A

2
MN a 1 e2 W2
椭球面上任意一点的平均曲率半径 R 等于该 点子午圈曲率半径M和卯酉圈曲率半径N的几何 平均值。 R MN
(X，Y，Z)
(L，B)
X x cos L N cos B cos L
Y x sin L N cos B sin L

Z y N (1 e2 ) sin B

X (N H ) cos B cos L
Y


( N

H
) cos
B
sin
四、任意法截弧的曲率半径
大地方位角为A的任意法截弧的曲率半径，由
微分几何的尤拉公式得：
kA

1 RA