大地测量学基础
大地水准面
地球自然表面
大地测量学基础
基本概念：参考椭球面①
参考椭球面：一个以椭圆的短轴为旋转轴的 旋转椭球体的表面。 椭球体的大小和大地体十分接近。参考椭球 面可用数学模型表示。
1、代表地球的数学表面； 2、大地测量计算的基准面； 3、研究大地水准面的参考面； 4、地图投影的参考面。
大地测量学基础
大地测量学基础
地球自然表面
地球的形状和大小
水准面 大地水准面 参考椭球面
地球的形状是一个南北极稍扁的，类似于一个 椭圆绕其短轴旋转的椭球体。
测量工作的基准面是大地水准面，基准线是铅垂线
测量计算的基准面是参考椭球面，基准线是法线
大地测量学基础
基本概念：坐标系
坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采 用什么方法来表示空间位置。 人们为了描述空间位置，采用了多种方法，从 而也产生了不同的坐标系，如直角坐标系、极 坐标系等。 一个坐标系是由原点位置、轴的指向和定义在 坐标系下点位的参数（坐标分量）所确定的。 地面坐标系的指向可以用它们的极、平面和轴 来描述。
大地测量学基础
基本概念：水准面
水准面： 任何静止的液体表面称为水准面，是
一个处处与重力方向垂直的连续曲面。铅垂线和
水准面是测量工作所依据的线和面。随着高度的
不同，水准面有无数个。平均海水面是其中的一
个。
离心力
P
铅
垂
线
重
垂球
力
大地测量学基础
基本概念：大地水准面
大地水准面：平均海水面向陆地、岛屿延伸而形成的封 闭曲面。它所包围的形体叫大地体。 由于地球内部质量分布不均匀，使得地面上各点的铅垂 线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一 个连续的封闭的但有微小起伏的不规则曲面，无法用数 学模型来表示。
大地测量学基础
基本概念：地球的自然表面
地球的自然表面： 地球的自然表面高低起伏，其
形状十分复杂，如珠穆朗玛峰高 达8844.43m，马里亚纳海沟深达 11034m。海洋的面积占71%，陆 地的面积占29%。可以用静止的 海水面向陆地延伸而形成一个封 闭的曲面，得到包围地球的形体 来代表地球的量工作的基本任务是确定物体（某一个点） 的空间位置。而对位置的描述是建立在某一个 特定的空间框架之上的。所谓的空间框架就是 通常所说的坐标系统。 一个完整的坐标系统是由坐标系和基准两方面 要素所构成的。
大地测量学基础
基本概念：坐标系和基准
坐标系指的是描述空间位置的表达形式，即采 用什么方法来表示空间位置。 基准指的是为描述空间位置而定义的一系列点 、线、面。
大地测量学基础
基本概念：地球参考椭球
为了准确描述 地球椭球的形 状，国际上综 合了天文、大 地、重力、人 卫等资料，给 出了不同的参 考椭球参数， 以适应各个国 家的测量需求
WGS84椭球 克拉索夫斯基椭球
IAG-75椭球 2000国家椭球
GPS坐标系 1954北京坐标系 1980西安坐标系 2000国家坐标系
纬度是空间的点 与参考椭球面的法 线与赤道面的夹角
经度是空间中的 点与参考椭球的自 转轴所在的面与参 考椭球的起始子午 面的夹角
大地高是空间点 沿参考椭球的法线 方向到参考椭球面 的距离
大地测量学基础
基本概念：空间直角坐标系①
空间直角坐标系定义
坐标系原点位于参考椭球 的中心；
Z
N
北极
Z轴指向参考椭球的北极
基本概念：参考椭球面②
参考椭球的定位：为了将以大地水准面为基准的 野外观测结果化算到这个表面上，必须将参考椭 球面与大地水准面在位置上的关系确定下来，这 个工作叫椭球定位。
世界各国都根据本国的地面测量成果选择一种适
合本国要求的参考椭球。与各国领域内的局部大
地水准面b最为a 接近。
参考椭球面
定大地原点： 定向：短轴平行于地轴 定位：大地体与椭球体相切 定大小：椭球的基本元素一定
大地测量学基础
基本概念：大地坐标系①
N
•O
子午面
S 起始子午面
赤道面
子午线 纬线
大地坐标系是以参考椭球面为基准面， 以起始子午面和赤道面为参考面。
大地测量学基础
基本概念：大地坐标系②
起始 子午面
N
•
P
HP •P
'
OB
L
赤道面
S
大地经度L 大地纬度B 大地高H
例：武汉某点的位置是东经114°，北纬30°。
基本概念：平面直角坐标系
当测区范围较小时（小于 100km2），常把球面看 作平面，这样地面点在投影面上的位置就可以用平 面直角坐标系来确定。 正规的平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐 标（空间直角坐标或大地坐标）通过某种数学变换 投影到平面上。这种变换又称为投影变换。 常见的投影变换
高斯-克吕格投影（高斯投影） UTM投影 Lambuda投影
在大地测量中的基准一般是指为确定点在空间中的 位置，而采用的地球椭球或参考椭球的几何参数和 物理参数，及其在空间的定位、定向方式，以及在 描述空间位置时所采用的单位长度的定义。
大地测量学基础
基本概念：参考系
点的位置是由以相对于一个预先定义的数学表 面的坐标值所确定的。在大地测量中，该数 学表面被称为基准，而相对于该基准的点位 置由其坐标来确定。所以基准就是用作确定 点位置的参考的坐标面。这样的参考系可以 建立在大地水准面、参考椭球面或一个平面 上。
大地测量学基础
坐标转换
坐标转换：坐标系变换、基准变换 坐标系变换就是在不同的坐标表示形式间进行 变换（同一基准）。
基准变换是指在不同的参考基准间进行变换 （参考椭球变换）。
一、坐标系变换方法 二、基准变换方法
；
X轴指向起始子午面与赤
O
道的交点；
起始子午面
Y轴位于赤道面上，且按
右手系与X轴呈90夹角。
X
S
某点在空间中的坐标可
Y 赤道面
用该点在此坐标系的各
空间直角坐标系的建立
个坐标轴上的投影来表
示。
大地测量学基础
基本概念：空间直角坐标系②
Z
HP P
•
•z
O Bx
Y
Ly
X
空间直角坐标系与大地坐标系的关系
大地测量学基础
大地测量学基础
坐标转换
大家知道，GPS定位的过程是在 WGS84坐标系统下进行的，定位结果是 WGS84系统下的大地坐标。而用户最终需要 的是用于工程项目的平面直角坐标系坐标 （可能是国家坐标，也可能是独立的地方坐 标），这就需要在不同的坐标系统之间进行 转换。下面就让我们来看看坐标转换是怎样 进行的！
