全球定位系统教案-长安大学.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.96M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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GPS卫星定位测量是用三维地心坐标系(WGS-84坐标系)为依据来测定和表示总的空间位置，它即可用地心空间坐标系（X，Y，Z）表示，也可用椭球大地坐标系为大地纬度、大地经度、大地高（B，L，H）表示。在已有常规测量成果的区域

大地测量建立的大地坐标的重要作用之一是为测图服务，传统地图均为平面图，作为测图控制的大地点的坐标也必须是平面坐标。因此，需要将椭球面上各点的大地坐标，按照一定的数学规律投影到平面上成为平面直角坐标。由于地球椭球面是不可展的曲面，无论采

高斯投影和墨卡托(UTM)投影具有如下特征： (1)椭球面上任一角度，投影到平面上后保持不变。 (2)中央子午线投影为纵坐标轴。 (3)高斯投影的中央子午线长度比 m0=1，而UTM投影的m0=0.9996。

高斯投影和UTM投影是正形投影，因此，其角度没有变形，而长度除中央子午线外均存在变形，距中央子午线越远，长度变形越大。为了限制长度变形，根据国际测量协会规定，将全球按一定经差分成若干带。我国采用6度带或3度带。6度带是自零度子午线起每

6.3 GPS定位测量中的坐标转换

6.3.1 空间直角坐标系与椭球大地坐标系的关系

全球定位系统（GPS）测量原理与应用长安大学地质工程与测绘工程学院主讲教师：张勤王利张永志

第六章 GPS定位测量的数据处理

6.1 概述与所有有测量任务相同，由GPS定位技术所获得测量数据，同样需要经过数据处理，方能成为合理而实用的成果。常规测量通常将某点在空间的位置分解为平面位置和高程位置关系，即分别用两个相对独立的坐标系统——平面坐标系统(经纬度、平面直角坐标)和高程坐标系统(正常高或正高)迭加表述，这种表达理论的不够严密还能构成一个完整的空间三维坐标体，但即能满足大多数测量定位的需要，因此，成为长期以来，几乎所有测量定位的主要表述方法。常规测量中，总的平面位置一般是用国家坐标系或地方独立坐标系表示，而高程则是用相对某一大地水准面的高程系来表示。

GPS卫星定位测量是用三维地心坐标系(WGS-84坐标系) 为依据来测定和表示总的空间位置，它即可用地心空间坐标系（X，Y，Z）表示，也可用椭球大地坐标系为大地纬度、大地经度、大地高（B，L，H）表示。在已有常规测量成果的区域进行GPS测量时，往往需要将由GPS测量获得的成果纳入到国家坐标系或地方独立坐标系，以保证已有测绘成果的充分利用，因此，GPS定位测量数据处理中，需要考虑如何将GPS测量成果由WGS-84世界地心坐标系转换至国家或地方独立坐标系。

同其它测量数据处理一样，平差计算仍是GPS 测量数据处理的主要任务之一。由于GPS测量数据是空间三维坐标系下的成果，所以对其进行的平差应是三维平差。另外，为了能和已有常规测量数据联合使用或处理，还需考虑GPS测量数据的二维平差。本章着重讨论的GPS网的三维平差和二维平差计算方法。

由于GPS测量是在WGS-84地心坐标系中进行的，GPS定位获得的大地高是空间点至椭球面的高，即大地高是以椭球面为基准的高程系统，所获得的高程为相对于WGS-84椭球的大地高HGPS，由于椭球面是一个用于计算的几何面，所以，大地高是一个几何量，不具有物理意义。除了个别特殊用途外，要把GPS大地高转换为我国使用的正常高Hnormal或在实际工程中应用的正高Horthometric，即海拔高。因此，还必须研究如果由GPS大地高求得实用的正常高。

6.2 国家坐标系与地方独立坐标系 6.2.1 旋转椭球与参心坐标系水准面：在地球重力场中，当水处于静止时的表面必定与重力方向(即铅垂线方向)处处正交。我们称这个与铅垂线正交的静止水平面为水准面。大地水准面：假设海水面处于静止平衡状况，并将它一直沿伸到地球陆地内部形成一个闭合的水准面，用来表示地球的形状，我们将这个水准面称为大地水准面。

大地水准面是对地球的物理逼近，它可以较真实地反映地球的形状，但是地壳内部物质密度分布的不均匀，造成地面各点重力大小和方向不同，因此，与铅垂线处处正交的大地水准面是起伏不平的，因而它也很难以用简单的数学模型描述。要用它作为各种地面测量数据的计算基准面比较困难，必须寻找一个简单的适合测量计算的基准面。

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