|
|
Системы координат и модели гравитационного поля Земли. СКиМГПЗ Реферат. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных геоцентрических систем координат
Министерство высшего образования и науки Российской Федерации
Московский государственный университет геодезии и картографии
(МИИГАиК)
Геодезический факультет
Системы координат и модели гравитационного поля Земли
Реферат
На тему: «Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных геоцентрических систем координат»
Выполнил:
студ. ГФ ГиДЗ II - 1м
О.М.Н.
Преподаватель:
Н.В.Б.
Москва 2020
Содержание
Введение………………………………………………………………………………….2
Геоцентрические системы координат…………………………………………………..3
Преобразования координат……………………………………………………………...6
Заключение ………………………………………………………………………………9
Литература………………………………………………………………………………10
Введение
Системы координат– совокупность выделенных точек, линий и поверхностей, с помощью которых определяется положение геометрических объектов.
Начало координат –точка, в которой все координаты принимаются равными нулю.
В зависимости от того, где находится начало координат, различают:
- общеземные системы координат, в которых их начало совмещено с центром масс Земли;
- референцные системы координат, в которых их начало находится на удалении десятков и сотен метров от центра масс Земли;
- топоцентрические системы координат, началом которых является пункт наблюдений на земной поверхности или на другой поверхности (плоскость, сфера, эллипсоид);
- системы плоских прямоугольных координат, в которых началом является точка пересечения двух взаимно перпендикулярных осей (х и у) в определенной картографической проекции.
Общеземными считают такие системы координат, которые получены при условии совмещения их начала с центром масс Земли. Они носят название геоцентрических систем координат.
Создание геоцентрических систем координат связано с возникновением спутниковой геодезии, основной задачей которой являлось выполнение точных геодезических измерений на земной поверхности с помощью искусственных спутников Земли (ИСЗ). Спутниковая геодезия возникла вскоре после запуска в СССР первого в мире ИСЗ 4 октября 1957 года. За прошедшие годы эта область геодезии непрерывно развивалась и совершенствовалась и в настоящее время занимает ведущее положение в системе геодезического обеспечения.
В настоящее время в России используются две общеземные системы координат:
ПЗ-90, предназначенная для геодезического обеспечения орбитальных полетов и международная WGS-84, которая применяется для обработки спутниковых измерений GPS.
Геоцентрические системы координат
По определению общеземная система координат является геоцентрической пространственной системой координат с началом в центре масс Земли (рисунок 1). Ось Z направлена к условному земному полюсу (международному условному началу), как определено рекомендациями Международной службы вращения Земли (IERS), ось Х – в точку пересечения плоскости экватора и начального меридиана, установленного IERS и Международным бюро времени (BIH), ось Y дополняет систему до правой.
Общеземная система координат вращается вместе с Землей.
В геоцентрической системе координат положение точки в пространстве определяется значениями координат X, Y, Z. В геодезических приложениях для этой же цели используются геодезические координаты B, L, H, относящиеся к общеземному эллипсоиду – эллипсоиду вращения, геометрический центр которого совпадает с центром общеземной системы координат (рисунок 1). Ось Z является осью вращения эллипсоида.
Геодезическая широта B определяется как угол между нормалью к эллипсоиду, проходящей через заданную точку, и плоскостью экватора; геодезическая долгота L – двугранный угол между плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через заданную точку (положительное направление счета долгот – от начального меридиана к востоку, от 0° до 360°); геодезическая высота H – отрезок нормали к общеземному эллипсоиду от его поверхности до заданной точки.
Математическая связь геодезических и пространственных прямоугольных координат устанавливается соотношениями, приведенными в приложении 1.
Геоцентрическая система координат, входящая в состав ПЗ-90.11, является практической реализацией общеземной системы координат на эпоху 2010.0. Она закреплена глобально распределенными пунктами КГС, координаты и скорости движения которых определены из обработки спутниковых измерений. Точность установления геоцентрической системы координат ПЗ-90.11 по отношению к центру масс Земли характеризуется средней квадратической погрешностью на уровне 0,05 м, а для направления осей системы координат - на уровне 0,001". СКП взаимного положения пунктов составляет 0,005 – 0,01 м. Точность определения масштаба системы координат соответствует современному уровню знаний о значениях скорости света, геоцентрической гравитационной постоянной, а также точности лазерных измерений, которая характеризуется СКП 0,001 - 0,005 м.
Система координат ПЗ-90.11 распространена на ряд пунктов сети IGS. Положение пунктов КГС и IGS, расположенных на территории России, в системе координат ПЗ-90.11 на эпоху 2010.0 приведено на рисунке 2.
 
Рисунок 2
Аналогами геоцентрической системы координат ПЗ-90 служат Всемирная геодезическая система WGS-84 (США) и Международная земная опорная система ITRS, поддерживаемая и регулярно обновляемая Международной службой вращения Земли IERS. Практическим воплощением ITRS является Международная земная опорная сеть ITRF.
При установлении систем координат ПЗ-90, WGS-84 и ITRS использовались одни и те же теоретические положения. Однако при практической реализации этих положений между указанными системами координат отмечаются расхождения, которые могут быть объяснены различием в составе и объеме использованной измерительной информации и методическими различиями.
WGS 84 (World Geodetic System 1984) — всемирная система геодезических параметров Земли 1984 года, в число которых входит система геоцентрических координат. В отличие от локальных систем, является единой системой для всей планеты. Предшественниками WGS 84 были системы WGS 72, WGS 66 и WGS 60.
WGS 84 определяет координаты относительно центра масс Земли, погрешность составляет менее 2 см. В WGS 84 нулевым меридианом считается Опорный меридиан, проходящий в 5,31″(100 м) к востоку от Гринвичского меридиана. За основу взят эллипсоид с бóльшим радиусом — 6 378 137 м (экваториальный) и меньшим — 6 356
752,3142 м (полярный). Практическая реализация идентична отсчётной основе ITRF.
ITRS - International Terrestrial Reference System (Международная земная система координат) — стандартная земная система координат, принятая МАС в 1991 году. Началом отсчета является центр масс Земли (включая океан и атмосферу). Система вращается вместе с Землей и не является инерциальной. Ориентация осей определяется из наблюдений МСВЗ. Ось z является средней осью вращения Земли и направлена в опорный полюс (IRP — IERS Reference Pole). Ось x лежит в плоскости опорного меридиана (IRM — IERS Reference Meridian). Единицей длины является метр, шкалой времени — шкала TCG (Geocentric Coordinate Time (англ.) — геоцентрическое координационное время).
ITRF - International Terrestrial Reference Frame (Международная земная система отсчета») — реализация земной системы координат ITRS с помощью декартовых координат ряда опорных пунктов на Земле. В ITRF для опорных пунктов приводятся их прямоугольные координаты (X,Y,Z) и скорости по соответствующим координатным осям Vx, Vy, Vz, которые обусловлены тектоническим движением плит земной коры. Перечень пунктов утверждается каждые несколько лет. Точность современных измерений настолько высока, что позволяет измерять скорость перемещения пунктов до 0,5 мм/год, и дает возможность определять скорости движения литосферных плит.
На основе ПЗ-90 в 2011 году была создана Геоцентрическая система ГСК 2011. Она является практической реализацией земной пространственной системы координат с началом в центре масс Земли. Ось Z направлена к Условному земному полюсу, как определено рекомендациями IERS, ось Х – в точку пересечения плоскости экватора и начального меридиана, установленного IERS и BIH, ось Y дополняет систему до правой. Начало системы координат служит в качестве геометрического центра общеземного эллипсоида с параметрами а = 6378 136,5 м и = 1/298,256 4151. Система координат ГСК-2011 закреплена пунктами ФАГС (порядка 50 пунктов) на эпоху 2011.0.
Преобразования координат
Преобразование пространственных прямоугольных координат из системы А в систему Б выполняется по формуле:
В этой формуле приняты следующие обозначения элементов
трансформирования:
ΔX, ΔY, ΔZ - линейные элементы трансформирования систем координат при
переходе из системы А в систему Б, м,
- угловые элементы трансформирования систем координат при
переходе из системы А в систему Б, рад,
m - масштабный элемент трансформирования систем координат
при переходе из системы А в систему Б.
При обратном преобразовании пространственных прямоугольных координат элементы трансформирования имеют те же значения, но с обратным знаком.
Элементы трансформирования для систем координат ПЗ-90.02 – ITRF-2000 определены на эпоху 2002.0 и совпадают с элементами трансформирования ПЗ-90.02 – WGS-84 (G1150) на эту же эпоху, где G1150 - номер GPS-недели. Элементы трансформирования для систем координат ПЗ90.11 и ITRF2008 (ITRF2014) получены с использованием 2-х месячного набора измерительной информации ГЛОНАСС/GPS с 36 глобально распределенных пунктов IGS (ALRT, ARTU, BRAZ, CHAT, DAV1, DGAR, GUAM, GUAT, HOFN, IISC, IRKJ, ISPA, JPLM, KELY, KERG, KOKB, LHAZ, MAC1, MCM4, NKLG, NYA1, NRIL, OHI2, ONSA, PDEL, PETS, RAMO, SOFI, SUTH, TIXI, VESL, WHIT, XMIS, YAKT, YELL, ZECK).
Таблица 1. Элементы трансформирования систем координат и их средние
квадратические погрешности
В таблице 2 приведены рекомендуемые элементы трансформирования при переходе в систему ПЗ-90.11 на эпоху 2010.0. Они получены последовательным пересчетом вектора координат 36 глобально распределенных пунктов, заданных в системе ПЗ-90.11 на эпоху 2010.0, в системы ПЗ-90.02, ITRF-2000, ПЗ-90, СК-42, СК-95 по ЭТ из таблицы П5.1 с учетом геодинамики и последующим выводом соответствующих ЭТ.
Таблица 2 – Элементы трансформирования при переходе в систему координат ПЗ-90.11 (система Б), эпоха 2010.0
В своем развитии WGS-84 прошла несколько этапов модернизации, которые, начиная с 1994 г., отмечены номерами GPS-недель в обозначениях системы. Новые реализации WGS84 и ITRF совпадают на уровне сантиметров. Для них нет официальных параметров преобразования. Можно полагать, что 43 координаты ITRF также выражены в WGS84 на уровне сантиметров. Связь версий WGS84 c версиями ITRF показана в таблице 3.
Таблица 3 – Связь версий WGS84 c версиями ITRF
Преобразование координат из системы координат ПЗ-90 в систему ПЗ-90.11:
Преобразование координат из системы координат ITRF-2000 в систему ПЗ-90.11:
Преобразование координат из системы координат ПЗ-90.02 в систему ПЗ-90.11:
Преобразование координат из системы координат ITRF-2008 в систему ПЗ-90.11:
Преобразование координат из системы координат ITRF 2014 в систему ПЗ-90.11:
Заключение
В заключении можно сказать, что при установлении систем координат ПЗ-90, WGS-84 и ITRS использовались одни и те же теоретические положения. Однако при практической реализации этих положений между указанными системами координат отмечаются расхождения, которые могут быть объяснены различием в составе и объеме использованной измерительной информации и методическими различиями.
Связь и переходы между системами координат рассмотрели в представленных выше таблицах.
Литература
«ПАРАМЕТРЫ ЗЕМЛИ 1990 ГОДА» (ПЗ-90.11) Специализированный справочник. ВОЕННО-ТОПОГРАФИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ШТАБА ВООРУЖЕННЫХ СИЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ. Москва - 2020 г.
«CИСТЕМЫ КООРДИНАТ В ГЕОДЕЗИИ Научная монография». В. Л. Клепко, А. В. Александров. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный горный университет». Екатеринбург - 2011 г.
«Развитие геоцентрических систем координат в России. Основные итоги. Роль «геоцентрики» для геодезии и маркшейдерии». Вдовин В.С., Сорокин С.Д. Союз маркшейдеров России, ООО НПК «Индустриальные геодезические системы» (г. Омск). «VIII международная научно-практическая конференция Геодезия. Маркшейдерия. Аэросъемка. На рубеже веков» 16-17 февраля 2017 г.
|
|
|
Скачать 400.01 Kb.