【正文】 第二章 “ 3S”技術地理空間基礎 ? ? ? ? 一、大地水準面和大地體 ? 設想當海洋處于靜止平衡狀態(tài)時 (即沒有波浪、潮汐、水流和大氣莊變化等引起的擾動 )， 把71%海平面（假設靜止不動）延伸到大陸內部的水準面。 ? 由大地水準面所包圍的整個形體稱為大地體。 我國曾規(guī)定采用青島驗潮站求得的 1956年黃海平均海 (水 )面 ， 作為我國的統(tǒng)一高程基準面 。 從 1988年 1月 1日起 ， 開始改用 《 1985國家高程基準 》 作為高程起算的統(tǒng)一基準 。 H85= 我國平均海 (水 )面的起伏 我國海域在南北方向上，呈現(xiàn)出南高北低的傾斜，其大小約 0． 6m左右。 二、地球橢球 a b 參考橢球：一個形狀、大小和定位、定向都已經確定的地球橢球叫參考橢球。 參考橢球一旦確定，則標志著大地坐標系已經建成 。 參考橢球不是惟一的，有多個。 定義：是一個長半軸為 a，短半軸為 b的橢圓繞軸旋轉而成的旋轉體。 定位：定中心 .即質心與中心是否重合 定向：地球自轉軸與短軸平行或重合 第一個階段 ， 從 18世紀 40年代起至 19世紀末止 。 按幾何原理進行 ， 只用了天文 、 大地等資料 ， 沒有估計到地球的物理性質 ， 沒有使用重力測量資料 。 其中比較著名的是德蘭勃 、 埃弗勒斯特 、 艾黎 、 貝塞耳 、 克拉克 (1866)和克拉克 (1880)橢球參數(shù) 。 這些參數(shù)和現(xiàn)代結果相比雖誤差較大 ，但影響卻不是很大 。 另一方面 ， 一個國家或地區(qū)參考橢球的確定具有一定的延續(xù)性和穩(wěn)定性 ， 因此 ， 這些橢球參數(shù)有的至今還被一些國家沿用 。 推算橢球參數(shù)，分成三個階段 : 第二個階段，從 20世紀初起至 20世紀 50年代中后期止。 利用重力測量資料推求地球橢球的扁率。其中比較著稱的是赫爾默特、海福特和克拉索夫斯基等橢球?？死鞣蛩够鶛E球從當時來說，比其它已知的地球橢球更為科學。我國 1954年北京坐標系也采用了這個橢球。 第三階段，從 20世紀 60年代起至今止。 這個時期所推求的橢球參數(shù)不僅僅利用了地面測量的天文、大地和重力等資料，而且廣泛采用了衛(wèi)星測量的各種資料，所得參數(shù)的精度較高而且相互間的結果值比較穩(wěn)定。 我國 1978年全國天文大地網(wǎng)平差會議決定 ，選用國際上推薦的 1975年大地坐標系地球橢球參數(shù) （ IAG－ 1975） ， 建立我國 1980年國家大地坐標系 。 橢球形狀和大小的四個參數(shù)： 橢球長半徑 a 引力常數(shù)與地球質量的乘積 GM 地球重力場二階帶球諧系數(shù) J2 地球自轉角速度 ω。 利用這四個參數(shù) ， 可以導出一系列其他常數(shù) ，如橢球扁率 f和赤道重力值等 。 三 、 總地球橢球 研究范圍擴展到全球時，擬合出一個與大地體最為密合的橢球，中心和質心重合，短軸和自轉軸重合橢球面和大地體最為密合。 地球模型 地球表面 水準面 大地水準面 鉛垂線 地球橢球體 四、橢球元素及其關系 1. 長半軸 a=OA=OE 2. 短半軸 b=OP=OP39。 3. 扁率 4. 子午橢圓的第一偏心率： 5. 子午橢圓的第二偏心率 ： 6. 其它元素 通過橢球中心并包含短軸 PP39。的平面 叫子午面； 子午面與橢球面的截線叫 子午圈或經圈； 通過橢球中心 O點而與短軸PP39。垂直的平面叫 赤道面； 赤道面與橢球面的截線叫 赤道圈； 與赤道面平行的平面和橢球面的截線叫 平行圈或緯線圈 。 （ 1） 克拉索夫斯基橢球 ， 對應北京 54坐標系 ， 參數(shù)為： （ 2） IAG1975橢球或 IUGG1975橢球 ， 對應 1980國家大地坐標系 ， 參數(shù)為： （ 3） WGS— 84橢球 ， 對應 WGS84坐標系 ， 參數(shù)為： 三個主要橢球的參數(shù)： WGS—84橢球是總地球橢球，是唯一的。 五、橢球面上各種曲率半徑 過橢球面上一點 p可做一條法線 PKp， 包含橢球面上一點法線的平面叫 法截面 。 法截面與橢球面的截線叫做 法截線 。 過橢球面上一點的法線，可作無限多個平面，其中一個與該點子午面相垂直的平面與橢球面相截形成閉合曲線稱為卯酉圈 。 一、大地坐標系（參心坐標系） 這里是指大地經緯度坐標系。建立在參考橢球上， O是中心， ON為旋轉軸。 大地經度 ：地面上 P地 點的大地子午面 NPS與起始大地子午面所構成的二面角 L。 大地緯度 ： P地 點對于橢球的法線P地 KP與赤道面的夾角 B。 大地高 ： P地 點沿法線到橢球面的距離 h，從橢球面算起，向外為正，向內為負。 ?法線與赤道面的交角，叫做 A點的緯度ψ。 ?過 A點的子午面與通過英國格林尼治天文臺的子午面所夾的二面角，叫做 A點的經度 λ。 h＝ H正 ＋ N 大地高 （ h） ：從 P地 沿法線到橢球面的距離 。 正高 （ H正 ） ：當 P地 沿稍彎曲的鉛垂線投影到大地水準面上時 ，則得到 P地 點在大地水準面上的投影點 P39。， 它們之間沿鉛垂線量的距離 。 大地水準面差距 （ N） ：然后再將 P39。點沿法線投影到橢球面上得 P0點 P39。P0間的距離 。 二、天文坐標系（地心坐標系） O是質心 OP為地球自轉軸 KK’為垂線 G點為格林威治天文起始子午面 φ天文緯度 λ天文經度 三、空間直角坐標 參心空間直角坐標系 參心空間直角坐標系是在參考橢球上建立的三維直角坐標系 O－ XYZ： 參考橢球一旦確定，其上的參心空間直角坐標系隨之確定，即地球橢球的定位定向的過程實質上就是建立參心空間直角坐標系的過程。 原點：橢球的中心 Z軸：與橢球的短軸重合 X軸：位于起始大地子午面與赤道面的交線上 Y軸：與 XZ平面正交 建立一個參心坐標系，包括以下幾個方面的內容 ： （ 1）確定橢球的形狀和大小。 （ 2）確定橢球中心的位置，簡稱 定位 。 （ 3）確定橢球中心為原點的空間直角坐標系坐標軸的方向，簡稱 定向 。 （ 4）確定大地原點 子午面平行 3. 參考橢球面與水準面誤差平方和最小 建立地心坐標原理 地心坐標系是唯一的，如 WGS—84坐標系。 WGS84坐標與局部參心坐標系的關系 區(qū)域坐標系 參考橢球 dX dY dZ 1984澳大利亞 澳大利亞國家 － 134 － 48 － 149 1975年百慕大 克拉克（ 1866） － 73 213 296 阿根廷 海福特（ 1910） － 148 136 90 巴西制圖 海福特（ 1910） － 206 172 － 6 雅加達 北塞爾（ 1841） － 377 681 － 50 1950歐洲 海福特（ 1910） － 87 － 98 － 121 1969關島 克拉克（ 1866） － 100 － 248