大地测量学课件：大地测量与卫星定位系统研究发展08.ppt

1、报告人：孟鲁闽2008、10 大地测量学大地测量学- 根据德国着名大地测量学家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。 l 确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 l 研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。 l 建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。l 研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。 l 研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及

2、有关的大地测量计算。 l 研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 l几何大地测量学亦即天文大地测量学：它的基本任务是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。 l物理大地测量学也称理论大地测量学：它的基本任务是用物理方法（重力测量）确定地球形状(大地水准面形状)及其外部重力场。 l空间大地测量学：主要研究人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论，技术与方法。 l大地测量学的起源可以回溯到土地的划分，地产的界定即边界的制定和表示。其历史可以追溯到古埃及时代。 l公元前240年，亚历山大学者埃拉托色尼(Eratosthe

3、nes)进行了亚历山大城和赛尼城(Syene)(今阿斯旺)间的大地测量工作。利用日光估计了地球周长 。l11世纪阿拉伯帝国和纽伦堡的测量仪器的发展对大地测量学的发展具有十分重要的意义，同样重要的还有角度函数的发现及荷兰科学家斯涅耳(W.Snell)首创的三角测量法。 l在1740年，法国科学家通过对北欧城市拉普兰和科鲁的大地测量，确定了地球椭球的半径,由此开始了大范围的大地测量。 之后，为了使不同的投影与大地测量的结果能够更好的结合，高斯发展了平差计算方法。l大地测量学在19和20世纪的发展： l 米制单位和格林威治起始子无圈的导入，由石英表和无线电技术发展而来的全球时间系统。 l 大地水准面

4、测量，重力测量与物理大地测量学的横向联结。l 角度测量，距离测量等仪器精度百倍的提高。 l由1960年开始的、使全天候不间断测量成为可能的卫星大地测量：卫星全球定位系统（GPS）等。 l甚长基线干涉测量(VLBI)在大地动态测量及大地曲率中的应用。 l l这次国际大地测量协会（IAG）科学大会是联合了国际海洋物理科学协会（IAPSO）和国际生物海洋协会一起，于2005年8月在澳大利亚凯尔斯（Cairns）召开。会议名称为“动力行星2005”（Dynamic Planet 2005）。 l（一）空间大地测量分析研究的前沿；l（二）综合地面、卫星、航空和测高等方面的重力测量成果，在确定地球重力场时

5、空分辨率方面的进展；l（三）在地球动力学、潮汐、地形变，重力场时变等方面量测工作的进展；l（四）完善全球和地区性地面坐标参考框架的进展；l（五）全球大地测量观测系统（GGOS）和行星大地测量学；l（六）应用航空激光和雷达成像技术及其干涉系统、地球物理技术对灾害监测系统的建立和方法；l（七）利用空间大地测量技术进行大气的研究。l 这里重点对大会在确定地面坐标参考框架、地壳形变和地球重力场等大地测量主要基本任务方面的进展作一扼要介绍。 l国际地面坐标参考框架（ITRF）的精度在过去的十余年来已有了很大的提高。但它仍然是表现为这样的一种框架，即它是通过一组固定于地球表面而被认定为只作线性运动的大地点

6、的坐标来实现的。随着对大地测量成果及其应用方面所要求的精度越来越高，因此大地点点位的时变(非线性）就越来越受到关注。因此 ，今后要从地质和地球物理过程（如地壳运动，地质灾害，海洋潮汐负荷效应，大气气压负载效应，雪和土壤湿度影响，点位局部稳定性等方面）的研究找到对地面坐标参考框架的影响（大地点点位的时变情况-即非线性时变）。 l要采用大地测量多种技术手段对地面坐标参考框架点的点位时变进行研究，同时还应和天体参考框架（更大的坐标系统）如极移等结合起来，才能更好的发现大地点点位时变的各种原因，才能更好的完善如何测定它的技术方案。 lITRF2004和以前的ITRF不同，它将测站位置的时间系列和地极定

7、向参数（EOP）结合起来了。ITRF2004定义的主要特点表现在统一协调了原点、比例尺、定向及其时变等方面的问题。lITRF2004妥善处理了近来所测定的地心的运动，长度比例尺变化及其与测站垂直运动的耦合，以及ITRF2004符合全地球板块运动无净转（NNR）条件的精度等问题。新推出的ITRF2004还首次评估了框架自身的质量。 l在科学构建地面坐标参考框架中一个重要的因素，就是要选用正确的全球板块和形变带的模型。这次大会上推荐了Peter Bird 的一个新的全球板块和形变带的模型（PB2002）。PB2002模型对板块运动和地壳形变进行构模时，包括了总共有52个地球板块和13个造山带。这些

8、板块的运动学参数（如：相对地心的旋转参数等）则取自一些科研成果（如：地球物理板块速度模型NNR-NUVEL-IA等）。lPB2002的几何结构详细精确，它提供了用大地测量技术求定全球地表速度场的一个基础。PB2002模型中全球性测站运动的线性速度是由各种大地测量服务组织(IGS，ILRS，IVS，IDS)采用相应空间大地测量技术(GPS，SLR，VLBI，DORIS)提供的测量数据导出的。利用这些数据，用最小二乘平差计算这些板块(这些板块上至少有二个采用不同空间大地测量技术的测站)的旋转矢量。板块之间的形变区用最小二乘矢量拟合推估法(相当于有限元模型法)加以构模。由此得到的板块运动和地壳形变模

9、型，减去一个共同的全球旋转矢量，就转换为NNR模型（全地球板块运动无净转 ），它便可以作为确定地面坐标参考框架时的基础。 l从1994年起IGS开始处理和分析全球GPS跟踪网的数据，由于IGS分析中心的运作特点，对跟踪网中各个GPS站的数据处理时，不同站之间的数据在每天总有几个小时不同的延迟。因此在计算各种模型的历元值及其时变，或求定地面坐标参考框架时，都会引起与时间有关的各类参数在历元或时间序列方面的不协调。要解决这个问题最好的办法是对历年的全球各GPS跟踪站的数据按协调一致的时间再进行一次重新处理。目前已完成了对IGS全球197个GPS站1994年至2004年的GPS追踪数据重新统一进行计

10、算和分析。其实质就是对全球IGS网的历年所有GPS追踪资料，按统一的历元重新进行数据处理，以实现一个更完整的地面坐标参考框架。 l会上除了对改善地面坐标参考框架方面提出了各种意见外，有些大地测量学家再次提出了利用大地位(大地水准面位能值)来标定相对原子时的比例尺和全球高程参考系统。他们认为T/P卫星测高系统标志了求定大地位数Wo的一个新的历史时代。根据T/P在1993-2003年（11-414圈）的测高资料，对Wo的长期项变化进行了研究，Wo的凑整值为62636956.00.5m2s-2，这一数值已被国际天文学联合会IAU采用为定义LG(=Wo/c2)的数值，式中c为光速，LG是用于实现相对论

11、原子时(AT)的比例尺，由此确定的LG值为60969290134.10-10。基于上述Wo值的LG值已正式写入IERS2003（国际地球自转服务局）的规范。该规范有二个关于Wo的建议，一是将Wo作为标定全球高程参考系统(GVRS)的基本常数；还有一个建议是采用Wo、地心引力常数GM、地球自转速度、和地球引力位的二阶带球系数J2这四个值作为大地测量给定的物理常数，则椭球的长半轴a和扁率f可以作为大地测量导出常数。其中一条理由是ITRF2000采用Wo后的比例尺才可以和地心坐标时（GCT）保持一致。 l这次大会上对精化局域坐标参考框架也予以了关注。提供了定义于一个板块上的局域坐标参考框架的经验。要

12、求将局域坐标参考框架置于一个板块的稳定部位，这是出于这样一种需求：在这个相对稳定的坐标参考框架内，有利于对这一局域范围内的地壳运动进行地面点点位测量成果的相互比较，并有利于给出地球物理的解释。对“北美(坐标)参考框架（SNARF）之稳定”的研究得出定义局域坐标参考框架，应考虑以下几个方面问题：l（1）必须按地质和工程的“稳定标准” 选择“框架点”；l（2）“基准点”的选择要代表所在板块（块体）的稳定部分，并用它来定义NNR的条件；l（3）采用相当密集的GPS速度场来对板块内主要的块体运动进行构模。 l大会上还重点介绍了已采用局域地心三维坐标参考系统的新西兰的一些经验。新西兰大地基准2000(N

13、ZGD2000)是一种半动力基准，它所相应的参考框架点坐标都相应于历元2000年1月1日。这些坐标参考框架点的位移则是结合历元按当时给定的水平形变模型进行计算，因此用户需要某一时刻某一时刻的点坐标时，即按此形变模型推算而得。该形变模型是按1993年至1998年在新西兰的GPS观测数据推算得到的，形变模型的坐标参考框架采用ITRF96。l论述了该坐标参考系统存在的问题（ ITRF96向ITRF2000转换等）和今后改进措施。l地球持续形变是多种因素造成的，其中包括长期的板块运动，在活动断层和板块边缘的地壳形变，日月潮汐，大气和海洋物质的运动和重新分布，地下水储量和冰雪层厚度的变化，地震，地核动力

14、作用，冰川的均衡调整等等。对地壳的长期性运动和形变过程的测量精度，在近十年来已有长足进步，这导致对地球动力学及其在岩石圈和上地幔中发生的地球物理过程有了新的了解和理解。综合应用地面和空间大地测量技术测量地球的长期和短期形变来推进和证实人类对地形变知识的科学性（这些技术包括地基的和空基的重力测量，对固体潮、海洋和大气潮汐的测量，对冰川的均衡调整，地壳和地震的形变测量等等）。 l有的大地测量学者从地球动力扁率（J2）的改变来评估冰川融化的加速。由于后冰期反弹（PGR）地球重力扁率的数值一直在减小，但从1997年开始，其数值有所增加，有的学者认为这是地球物质的全球规模的重新分布过程有了重大变化所引起

15、。根据研究，J2值的增加主要是由于近北极和近南极冰川的大量融解所引起。这些冰水进入到南太平洋和印度洋，从而导致J2值的增加。将冰川、大洋、大气和大陆水对J2的贡献，与其他大地测量结果作了比较，可以看出J2数值变动的一个主导原因是冰川溶解作用。l大会上报告了用地面和空间大地测量结合来测定同一个地区的地形变和重力场时变。例如用绝对重力测量和GRACE重力卫星测量计算芬诺斯坎底亚地区(芬兰、挪威、瑞典、和丹麦所在地区的总称)的重力与大地水准面的变化。用不同测量技术对后冰期反弹 PGR所伴随发生的现象进行观测，以相互检核和提高测量成果的可靠性。 l联合地面和空间大地测量数据来求定地球重力场及其时变，是

16、当前大地测量科学进展的一个重要标志。目前常常使用的重力数据是地面的、卫星的、航空的、和测高的重力数据，特别是从卫星所采集的重力数据，如CHAMP， GRACE， ERS1， ERS2， T/P， Envisat， Jason等，同时也充分利用了有利于构模的DEM资料，例如GTOPO30、SRTM1和SRTM3等。 l会上报告了美国国家地理空间情报局（NGA）正在研究构建一个新的地球重力场模型（EGM）。这个即将推出的新一代地球重力场模型将达到新一代地球重力场模型将达到2160阶次（分辨率更高的模型）阶次（分辨率更高的模型）。在过去几个月的主要工作是对所涉及的重要数据进行分析、检核、更新和改善。

17、这些数据包括基于SRTM信息所获得的全球高分辨率的30m的DTM，基于卫星测高数据导出的全球海域的重力异常，以及来自各个方面的大量的、不同类别的、不同精度的、不同置信度的地表重力数据（地面重力测量的，航空重力测量的，海洋重力测量的等）。此外还收集了各种可以用于检测的资料(包括GPS水准和垂线偏差等资料)，以评价和改善上述各类数据的质量。由于地球上某些地区缺少高分辨率的重力数据，因而只能采用高分辨率的地形数据对此类地区的重力数据进行内插填充。根据目前的进程，可能要在2006-2007年才能完成全部此项构模工作。 l这次大会上还发布了一个最新版的全球高分辨率海洋重力场、平均海水面和海深模型-DNS

18、C05。这一海洋重力场的分辨率为11，覆盖了包括北冰洋在内的全球所有海域。 l在局域重力测量及局域重力场构模等方面，只用卫星重力数据在重力场构模的分辨率方面还是很难满足各方面的要求。从快速和经济而言，求定短波重力场信息最合适的技术还是航空重力测量，因为它比地面重力测量的效率高得多。但在航空重力数据转换方面还存在若干问题。近来在处理航空重力数据和将它转化为重力场函数方面，如转化为大地高等方面的技术有了新的进展。这一进展是基于地球重力场的谱表示（spectral representation）的技术。 l自GRACE重力卫星上天以来，美欧每月发布一次由GRACE卫星数据解算的新一轮地球重力场。会上

19、有些专家对这一由GRACE卫星解算的地球重力场“月报”的质量问题提出了思考。l通常认为GRACE每月的大地水准面模型的质量取决于GRACE的双卫星对地球重力场的敏感程度，并由此估算每月大地水准面模型的精度。但目前的现实是GRACE双星间基线长度的精度和GRACE地球重力场模型及其相应数据并不匹配。产生这一现象的原因是由构模过程中所采用的地球物理背景模型的误差所引起的。这些地球物理背景模型一直被应用于GRACE各种数据的归算中，而正是由于这些背景模型的误差，系统地影响了GRACE每月解算的成果的正确性，这是一个客观存在的实际情况，因此在GRACE每月解算一次所得的重力场或相应的大地水准面中，各种

20、地球物理模型误差对解算成果是有较大影响的。 l专家采用了不同途径验证了这一看法 。专家的结论是对当前使用的地球物理背景模型的改正值，例如超过一个月时间的海洋正压（barotropic）模型的恢复问题，不同海洋模型和气压模型的选择和考虑，采用更精确极潮的模型问题等等应作更仔细的研究，才能改善和精化GRACE每月的重力场及其每月的大地水准面的解算成果。因此认为目前一些科研单位对仅采用GRACE数据所解算的每月重力场的精度和可靠性评价都太高，由此对地面物质流的动态评估方面还要作更慎重的研究分析。l国际大地测量协会(IAG)于 2003年就在日本扎晃大会上提出和运作了一个全球性大地测量观测研究项目，即

21、”全球大地测量观测系统”(Global Geodetic Observation System， GGOS)。这次IAG大会更是将这一项目提高为IAG的旗舰(flagship)。lGGOS的目的是提供连续可靠的大地测量基本量及其变化的观测值，如：地面和空间点的位置、方向；地球大小和形状；地球自转和极移；地球重力场和上述这些量相应的时空变化。大地测量是测量地球及其时变的科学，GGOS是国际大地测量协会(IAG)当前的领先任务，它的目标是协调和整合各种大地测量的各种“测量”活动。l l协调协调意味着将大地测量观测技术和分析方法一起提高到在高科技水平上的相互协调，以保持一致。在同一地点的不同大地观测

22、技术必须相互联测和统一标准，这意味着大地测量观测数据在处理和分析时，应使用统一的规范、统一的技术标准、统一的模型、统一的参数等等。只有采用这样协调一致而得到的大地测量成果在同一个参考系统中才是一种相互相容的成果（由此，我国的大地坐标系统和作业规范也应与此相适应，要做许多工作。后面再讨论）。l整合整合的目的是将已有的大地测量监测地球系统的现象和过程的有关信息，整合成相互相容的处于同一个时段的大地测量成果。特别强调的是：要将大地测量中的几何和物理的观测数据，整合成在地球系统内，包括固体地球、水圈（大陆水，海洋，冰层）和大气，具有相互相容而又协调一致的参数、常数、模型、框架和系统。其中几何参数主要是

23、用于描述地球形状、地形变、自转及极移。物理参数主要描述地球重力场、地球质量分布及其迁移。 l根据IAG的这一新思路，“国际GPS服务(IGS)”最近修改了它的规范和服务范围。决定在2005年转变为“ 国际全球导航卫星系统(GNSS)服务”， 简称“国际GNSS服务（IGNSSS）”。这一改变反映了Galileo和GLONASS的存在和现实，也是反映了GPS本身的新发展。IGNSSS会继续它过去几年所提供的服务，如涉及导航卫星轨道服务、星钟数据服务，快速电离层服务等，在今后还将特别注意日常服务的质量控制。IGS曾积极跟踪了欧洲Galileo计划的进展，并参与了受联合国赞助的“国际GNSS委员会”

24、（IGC）的筹建。因此预期这一转变是会很顺利的。l大地测量学是地学领域中的基础性学科，是为人类的活动提供地球空间信息的学科。获取地球空间信息，合理利用空间资源，已成为当前社会经济发展战略的重要环节。大地测量学与地球科学多个分支互相交叉渗透，将为探索地球深层结构、动力学过程和力学机制服务。l中国大地测量近几年的新进展可从以下几个方面进行阐述：l1、坐标系统的建立、维护和更新；l2、卫星定位技术的发展应用；l3、地壳运动监测与大地测量地球动力学研究进展；l4、地球重力场研究与大地水准面精化研究进展。l大地坐标系是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标系。大地坐标系依其坐标系原点的位置不同而分

25、为地心坐标系和参心坐标系。地心坐标系地心坐标系的原点与地球质心（包括海洋、大气）重合，参心坐标系参心坐标系的原点与某一地区或某一国家采用的参考椭球的中心重合。国际上几乎所有发达国家都已采用地心坐标系地心坐标系，我国周边国家大多也采用地心坐标系，我国至今仍主要采用参心坐标系。l近年来，中国大地测量工作者除不断跟踪和研究国际地球参考框架ITRF的进展外，还不遗余力地研究和建设中国大地测量基准及地心坐标系。在中国的地心坐标系统框架建设方面，我们已做了一些工作，先后完成了2000国家GPS大地控制网以及全国天文大地网与空间大地网联合平差工程。这些大地测量科研工程为实现2000中国地心坐标系打下了坚实的

26、基础。2005年由中国测绘科学研究院承担的我国采用2000国家大地坐标系（CGCS2000）的方案已经通过由国家测绘局和总参作战部测绘局共同组织的专家验收。目前该方案已经征求十多个部委意见，待国务院批准。 l在介绍2000中国地心坐标系前，我们首先应简单介绍国际参考框架2000的定义及其主要进展。国际地球参考系统（ITRS）和国际地球参考框架（ITRF）一直在不断完善和更新之中。ITRS的研究主要包括国际坐标系的定义（包括原点、轴向和尺度），而ITRF则是实现ITRS的一系列大地控制点组成的网。lITRS是一个空间旋转的和地心非旋转的似笛卡儿系统；ITRS和国际参考框架（GRS）的坐标时是地心

27、坐标时（TCG）；其原点是地球质量（包括陆地、海洋和大气）中心；相对于地表的水平位移而言，该系统没有全球性的残余旋转，其长度单位是m（ST），这一比例尺和地心局部框架的TCG时间坐标保持一致，其方向初始值是由国际时间局（BIH）给出的1984.0的方向。ITRS的定义一旦确定，则必须通过地面上一系列的大地控制点组成的框架（TRF）来实现。TRF的解算主要包括VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等的观测结果，通过严密的解算求得各观测站坐标、移动速度及其相应的方差-协方差阵。l自20世纪80年代以来，已经先后公布了10个版本的ITRF的解算结果 。lITRF2000的计算除包括前面提到的国

28、际上主要观测站的VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS观测信息外，还采用了地区性的GPS网进行加密和改善。如阿拉斯加、亚洲、欧洲、南北美洲和太平洋地区的GPS网。l其主要特点表现在：l（1）尺度：VLBI和SLR比例尺的加权平均，两者的尺度及其变化率均为零。l（2）原点：采用SLR解算的原点的加权平均。l（3）定向：ITRF2000与ITRF1997.0时刻的定向保持一致，定向的变化率与地质模型NNR-NUVEL-1A保持一致。l（4）大地位采用EGM96给定的重力位模型。 l我国所使用的坐标系，一般均采用参心坐标系，即1954年北京坐标系和1980西安坐标系，关于这两个坐标系的评述已在

29、多篇文献中作过介绍。l随着航天、航空及航海事业的发展，传统的参心坐标系已不能满足需要，近十年来，我国测绘工作者利用空间观测技术，卓有成效地开展了我国地心坐标系的研究与实践工作。建成了2000国家GPS大地控制网，完成了全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网的联合平差工作，使2000国家大地坐标系不仅有明确的定义，而且有高精度的坐标框架（2000大地控制网）具体体现。l2000中国大地坐标系（简写为CGCS2000）其定义与ITRS协议的定义一致，即坐标系原点为包括海洋和大气的整个地球地质量中心；尺度为在引力相对论意义下的局部地球框架的尺度；定向的初始值由1984.0时BIH定向给定，而定

30、向的时间演化保证相对地壳不产生残余的全球旋转；长度单位为引力相对意义下的局部地球框架中米。CGCS2000的参考历元为2000.0。l我国地心坐标系所采用的参考椭球的定义常数为a（赤道半径）、f（椭球扁率）、GM（地心引力常数）和（地球自转速度），其值分别为a=6378137m，GM=3.9860044181014m3s-2；l =7.29211510-5rads-1 。上述4个参数值中，a、f、值与1980 参考椭球（GRS1980）一致，GM值与WGS84值一致。应该指出，2000椭球与WGS84椭球的区别仅在f值上有微小差异,在赤道上仅差1毫米，可以认为两个椭球是一致的 。l定义了坐标系

31、的原点、定向、尺度和相应的参考椭球后，还必须有相应的框架点来体现2000中国大地坐标系。我国目前的地心坐标系的实现可分为三个层次：l第一层次为CGCS2000的维持。我国维持CGCS2000主要依靠连续运行在我国的国际GPS观测站，它们是GPS2000的骨架，其坐标精度为毫米级，速度精度为1毫米/年。l第二层次为CGCS2000框架，即2000国家GPS大地控制网，它由2600多个GPS大地控制点组成，点位精度约为3cm。l第三层次是CGCS2000的加密，它由全国天文大地网与2000GPS控制网联合平差后的网点坐标体现，全国约有50千点，三维点位误差约为0.3m。l应用新的CGCS2000坐

32、标，将对全国各行业产生较大的影响，关于地形图的影响已有较成熟的处理意见。 l我国2000坐标系统的主要框架为连续运行的跟踪站和2000国家GPS大地控制网，而经过我国大地测量工作者70多年努力而建立的全国天文大地网也具有相对较高的精度和密度。为了获得全国统一的高密度的地心坐标系表示的大地网，总参测绘局与国家测绘局先后进行了全国天文大地网与2000国家GPS大地控制网的联合平差。参加平差的全国天文大地网共近50千点，参加平差的观测量共有440千余条，未知数约为180千多个。函数模型中除引入定向参数外，还根据不同的测距仪引入了9个尺度参数（尺度比未知数）。l为了合理、优化、可靠地实施联合平差工程，

33、实际联合平差中采用了国际IGS站作为定义我国地心坐标系的外部框架，并作为我国地面网与空间网联合平差的坚强控制和外部检核；“地壳运动观测网络工程”作为我国地心坐标系的主要骨架和国际IGS框架的重要补充和加强，并作为我国地面网与空间网联合平差的外部控制。 l平差中采用的技术途径是：为使新的坐标框架与国际最新的地心坐标框架尽量一致，首先选定国际上最先进的参考椭球，并将几何椭球与物理椭球相统一。空间网平差时，IGS站点坐标给以1约束,平差我国2000国家GPS大地控制网，得到我国新一代地心坐标框架。将空间大地控制网平差结果再施加1约束，与地面大地网联合平差，使新一代地心坐标框架在我国得到加密。于是我国

34、地面网与空间网联合平差的结果所代表的坐标系统都是IGS站坐标所标定的坐标系统。l精度评定：全国高程异常的精度达到0.2m；垂线偏差的精度达到1.5；水平位置中误差平均为0.12m；大地高中误差约为0.14m；三维地心坐标中误差约为0.3m。 l坐标系的转换一直是中国大地测量工作者研究的主题之一。近两年来，中国学者研究了适用于大旋转角的三维坐标转换法，提出了以方向余弦为参数适用于任意旋转角的空间直角坐标转换法。三维坐标转换一般只考虑小旋转角的转换，因为小旋转角便于线性化。即使大角度的旋转，也都对作业方法进行改进，使大角度变成小角度，再采用小角度转换。该方法将空间直角坐标转换问题从大旋转角的非线性

35、化的参数独立的形式转化为准线性的参数相关的形式，使解算公式简单明了。如此，无需预先知道旋转角的近似值，一般可以假设旋转矩阵的初始状态为单位矩阵。经过模拟和实际计算分析，该方法具有解算精度高，收敛速度快，程序编制方便，使用灵活等特点。适用于大地测量、摄影测量及工程测量等领域。 l我们知道，坐标转换的精度不仅与公共点的坐标精度有关，也与坐标转换参数的解算精度有关，即坐标转换与点位三维坐标精度的一致性及公共点的分布等有关，若公共点分布不好，有时会导致转换参数求解时出现病态矩阵。于是有学者提出了基于转换异常场坐标转换技术，其基本思想是：首先利用一组精度不太高的全球转换参数，然后在公共点上将转换后的局部

36、坐标系坐标与实际测量的局部坐标系坐标求差，最后利用最小二乘法基于转换异常值求得3参数或7参数的改正数，最终求出精度高的局部坐标成果。这一坐标转换技术与近几年发展的不同转换系的综合转换法的思想基本一致。l前面已经介绍了利用联合平差方式将我国高等级天文大地网（一等锁、二等全面网、二等补充网）统一到2000国家大地控制网的情况，但我国还有约170千个低等级低等级天文大地网点未参加联合平差，且相应点坐标仍属于1954北京坐标系（或1980西安坐标系）坐标。有学者从实践的角度讨论了低等天文大地网坐标到2000国家大地坐标系统的坐标转换，分别用相似变换法、最小二乘配置法和最小曲率法进行了理论分析与计算比较

37、，结果表明，最小曲率法坐标转换精度最高。最小曲率法的基本思想是：先生成一个简单的平面模型，然后利用该模型的拟合值与实际值作差，用最小曲率法内插格网点上的残差值，最后将格网点上的拟合值加上内插残差值，即可生成最小曲率内插曲面。该方法可以顾及局部坐标系的系统误差、大地网的局部扭曲等误差的影响。 l三维坐标转换的另一项研究成果是采用静态滤波模型进行坐标转换。其基本思想是：首先用4个公共点计算7参数相似坐标转换的参数初值，即先用任意两点求出尺度因子参数初值，再计算旋转参数和平移参数初值，用相关条件平差原理进行逐次平差。平差的条件约束方程为公共点的两组坐标残差二次型及转换参数初值的残差二次型之和为最小，

38、每增加一个公共点平差一次。于是其解算过程类似于静态滤波过程或序贯条件平差过程。l为了获得局部工程测量控制网的2000国家大地坐标系的坐标，有学者探讨了将国家三维地心坐标系过渡到局部工程测量控制点的方法。在待测区域或待测点周围信号传输无遮挡的区域，设立GPS观测站进行高精度的测量，求得相应ITRF参考框架坐标，然后以常规大地测量的方法测量待定点与GPS控制点的相关关系，对GPS控制点施以强约束，再利用地面控制测量的边角观测求解平面坐标差和正常高差，再利用高程异常模型，求得大地高。具体步骤是：先将高级控制点三维地心坐标转换成高斯平面坐标，再计算待定点的平面坐标及正常高。利用高程异常模型求大地高，再

39、将待定点平面坐标转换成三维地心坐标。 l为更好的执行中国国家遥感中心与欧盟伽利略联合执行体签订的“合作协议”，保证中方在参加伽利略计划中权利和义务的实现，推动国内卫星导航产业的发展，在国家科技部的支持和领导下，由中国多家高新科技集团公司共同组建了一家从事卫星导航系统技术开发、应用和运营服务的有限责任公司中国伽利略卫星导航有限公司。“中伽公司”将以伽利略全球卫星导航系统为平台，对应欧洲伽利略工业公司(Galileo industries)和未来的伽利略特许运营公司。l2005年3月9日，国家遥感中心与“中伽公司”在北京签署关于执行“合作协议”的总承包协议。协议确定了“中伽公司”在参加中欧伽利略计

40、划中的作用，明确了国家遥感中心和“中伽公司”在共同完成中欧伽利略计划合作项目中权利、义务以及知识产权等具体内容。该协议的签署，标志着中国国内就中方参加伽利略计划权利和义务的具体落实。根据该协议, “中伽公司”受国家遥感中心的委托，将开展中欧“合作协议”中所涉及的相关项目和活动；组织国内相关工业界、高校、科研机构以及其他相关单位共同完成该“合作协议”中规定的相关任务，促进中国和欧盟国家在卫星导航领域的技术合作，带动国内民用卫星导航产业的发展。 l2005年4月，中国欧盟科研合作平台发布了欧 盟 第 六 框 架 计 划（FP6）（其实是为了加强欧盟国与国之间的科研合作而专门制订的）。它表明，欧盟科

41、技合作对中国全面开放全面开放。l2005年7月，“中伽公司”代表中方企业与中国国家遥感中心签署了三个关于参与伽利略开发阶段的项目合同。这批项目的签署意味着中国积极投入了伽利略计划的开发阶段。l2005年11月，中国政府与欧洲空间局签署中华人民共和国政府与欧洲空间局关于和平利用空间的合作协定，这表明中欧将大力开展和平利用空间方面的合作，也为双方开展更加广泛和深入的空间领域合作提供了有效的合作机制。 包括伽利略计划在内的未来空间科学研究计划、对地观测数据共享等多项航天合作中欧双方正在开展。 l2005年12月底第一颗伽利略试验卫星GIOVE-A发射升空。GIOVE-A是伽利略系统在轨校验（IOV）

42、阶段首批2颗伽利略试验卫星中的一颗，它的主要任务是：技术验证、实时广播、高精度授时（误差低于50cm）的可行性演示、伽利略系统频率占用、描述中等地球轨道的电磁波环境特征等。 l目前的网络RTK技术主要包括VRS、FKP和CBI三种，Leica公司近年来又提出了一种主副站技术。总之，不管采用什么方法，其实质实质都是利用基准站网的数据尽可能准确地模拟或消除用户站处的定位误差，从而提高用户的实时定位精度。l国外一些发达国家，如美国、德国、日本、瑞士等，已经利用网络RTK技术建立了区域连续运行卫星定位服务系统；国内的北京、深圳、昆明、东莞、武汉等城市也建立了类似的服务系统，浙江省也正在由浙江测绘局联合

43、浙江的气象、地震、交通和水利等相关部门建立全省范围的连续运行卫星定位服务系统，目前已经由中国测绘科学研究院完成了技术设计工作，正在进行浙江北部的杭州、湖州、嘉兴和绍兴的实验区建设。lGPS在道路工程中的应用：目前主要用于建立各种道路工程控制网及测定航测外控点等。随着高速公路的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，目前国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网；差分动态GPS在道路勘测方面主要应用于数字地面模型的数据采集、控制点的加密，中线放样、纵断面测量以及无需外控点的机载GPS航测等方面。lGPS在汽车导航和交通管理中的应用：主要应用表现在汽车自动导航方面，汽车导航系统由GPS导航、自

44、律导航、微处理器、车速传感器、陀螺传感器、CD-ROM驱动器、LCD显示器组成。GPS导航系统与电子地图、无线电通讯网络及计算机车辆管理信息系统相结合，可以实现车辆跟踪和交通管理等许多功能，诸如：车辆跟踪车辆跟踪在汽车的电子地图上实时显示车辆的位置，对重要的车辆和货物进行跟踪运输；提供出行线路规划和导航提供出行线路规划和导航主要包括自动线路规划和人工线路设计，软件自动计算最佳路线并显示，告知用户汽车运行路径和运行方法；信息查询功能信息查询功能为用户提供主要目标的数据库；话务指挥话务指挥指挥中心通过通话对跟踪目标车辆实现管理；紧急援助紧急援助根据求助信息和报警目标，规划最佳援助方案，启动应急预案

45、，对遇有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。 l我国目前逐步开展了地基GPS 观测在气象学中应用的研究和业务试验工作。在地基GPS 气象学及GPS 业务网方面，通过基于地面GPS 遥感技术,可以获得很高时空分辨率、达到mm 精度的水汽资料,以补充常规探空资料在时间分辨率上的不足,提供快速变化的信息。气象部门结合GPS 技术可更早、更准确地预报未来天气状况。l在空基GPS气象学及相关技术方面，中国气象局计划大力发展小卫星应用技术,建设空基GPS 大气遥感探测网,利用国内对地遥感卫星和国内外小卫星开展GPS 掩星探测大气的试验及业务应用工作。在GPS/LEO 空基气象学研究中也取得了进展,采用通约L

46、EO/ GPS 轨道方法,实现了掩星地面观测点控制的新思路。l在土地资源调查、监测与保护方面，特别是土地利用现状调查，由于其与土地的权属调查相结合,故采用GPS技术结合遥感的技术来进行；lGPS与GIS系统集成可以在农业机械上实现农田作业的自动指挥和控制,即开到指定的农田去,完成指定的作业,实现因地播种、施肥、除草、灌溉、培土以及收割等工作。l在土地调查变更方面，GPS与PDA相结合，可以实现能够达到当前土地利用现状调查所需的基本精度1 10000比例尺,土地利用现状图的成图点位精度为1m；具有快速的野外数据采集功能；不仅能记录点位信息,还能显示图形、记录变更图斑对象、保持GPS数据点与图形的

47、拓扑关系、保持变更图斑对象的图形和属性关系等；具有较好的准实时数据处理能力,从而能准确及时地反映土地利用的变化；具有较高的自动处理能力,较少的人工干预,能够记录数据的变更过程,降低内业数据处理的复杂程度。lGPS技术与RS、GIS技术相结合，还用于农荒地调查,草场、水生植被资源调查,水旱灾调查与治理,沙漠化与防治,水资源调查等诸多方面,与农业的发展有直接关系。l大跨度桥梁的自振频率是反映其动力特性的关键参数,采用GPS 动态监测技术对大跨度斜拉桥的自振特性测定进行了试验研究,应用频谱分析法计算得到的横弯与竖弯基频实测值,与该桥的理论设计数值相吻合,充分说明应用GPS 监测大型桥梁的动态特性是可

48、行的, GPS 动态监测技术是桥梁自振特性测试的一种有效的测量手段。l采用GPS技术进行跨河水准测量是一种新的尝试,其结果可以达到国家等水准测量的精度指标,其作业与数据处理方法可提高工作效率并获得良好的经济效益,有一定的参考价值。在平坦地区,似大地水准面较为光滑,短距离跨河水准测量可不考虑地面重力异常的中波分量及地形改正,但对于长距离或地形起伏较大的跨河水准测量有时就不应忽略。GPS网应按国家C级以上GPS作业的技术要求观测,跨江(河)段尽可能安排在不同时段重复测量,有条件时可分别在白天和晚上进行。 lGPS时间由于其高精度的性质，可以作为时间基准和时间同步的基准，在电力系统中应用较多的是GP

49、S标准钟、GPS故障定位、雷电定位等。l在故障定位故障定位上，当输电线路发生故障时, 故障点将产生向线路两端以光速传播的行波, 如果能在同一时间基准下记录两端首次接收到行波浪涌的时刻, 就能计算出故障点的位置, 而此同一时间基准可以采用GPS确定。l在电力事故分析电力事故分析方面，基于GPS的各站同步时钟系统, 在全网同步时钟下自动记录事件状态变化的时间, 实现事件顺序记录。特别是, 当电网继电保护动作时, 只有借助于精确统一的时间才能根据各套保护的先后顺序, 正确分析电网发生事故的原因。l在雷电定位雷电定位方面，利用设置不同地理位置的探测站, 测量探测站获得雷电信号的时间差。使用3个以上站的

50、测量结果就可以计算出落雷位置。输电线遭雷击等事故发生地点的新装置应用导航卫星GPS的高精度同步时钟, 采用光纤获取事故发生时产生的变形电波,同时监视器上显示出不同的波形, 因而在前往排除故障之前即可查明原因。l主要使用GPS技术，综合应用静态GPS测量用于围堰施工控制测量，用GPS实时差分法实施水下地形测量，可以很好的进行施工控制测量，并能及时提供施工部位的水下地形图，在三峡工程中得到了应用，并获得了成功。在滑坡监测方面，根据监测点的相对位移量，并高精度测量监测点大地高的精确变化，就可以反映滑坡变形情况，在三峡库区宝塔滑坡的监测中，运用GPS监测取得了较高的精度，获得了良好的成果。在三峡大坝形