注冊測繪師精講之大地測量

1、劉旭春TEL-MAIL：大地測量綜合測試知識 劉旭春TEL-MAIL：大地測量考試大綱基本要求n1.根據(jù)國家、區(qū)域和工程測量的不同需求，優(yōu)化設計滿足要求的衛(wèi)星定位連續(xù)運行參考站網(wǎng)、衛(wèi)星定位控制網(wǎng)、邊角控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)和重力控制網(wǎng)等空間框架基準，并應充分考慮到對似大地水準面精化工作的要求。n2.根據(jù)不同作業(yè)區(qū)域的地質、環(huán)境、地物以及氣象等情況，選擇滿足設計要求的點(站)址，并建造適合該區(qū)域的測量標志。n3.根據(jù)控制網(wǎng)的布設情況，編寫實施方案，選擇滿足設計要求的儀器設備，進行相應的儀器設備檢驗，并依據(jù)設計的作業(yè)方法進行外業(yè)觀測。對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進

2、行檢核，獲得合格的觀測成果。劉旭春TEL-MAIL：n4.根據(jù)觀測方法和工程項目的要求，選擇經(jīng)過驗證、可靠的數(shù)據(jù)處理軟件對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行處理，處理結果應符合設計的要求。n5.根據(jù)衛(wèi)星定位控制網(wǎng)的特點，依據(jù)工程需要進行似大地水準面(或高程異常模型)的精化工作，完成衛(wèi)星定位三維控制網(wǎng)的建設。n6.根據(jù)作業(yè)區(qū)域的坐標系統(tǒng)情況，進行坐標系之間的分析，確定不同等級、不同年代控制網(wǎng)間的相互關系。劉旭春TEL-MAIL：基本概念劉旭春TEL-MAIL：n大地測量學：研究確定地球及其他天體的形狀、大小重力場、表面位置、本體運動和空

3、間運動等問題的學科。n大地坐標系：以地球赤道面和相應的本初子午面的大地子午面為起算面，以地球橢球面為參考面的地球橢球面坐標系。n大地原點：用于歸算參考橢球定位結果并作為觀測元素歸算和大地坐標計算的起算點。劉旭春TEL-MAIL：n大地水準面：海水面的平均位置閉合后所形成的閉合曲面n橢球面：參考橢球的閉合曲面n垂線：重力作用線n法線：與橢球面的切平面相垂直的直線劉旭春TEL-MAIL：地球模型劉旭春TEL-MAIL：222abae222bbae劉旭春TEL-MAIL：1.1 大地測量的任務和作

4、用建立國家或大范圍的精密控制網(wǎng)，內(nèi)容包括三角測量、導線測量、水準測量、天文測量、重力測量、慣性測量、衛(wèi)星大地測量以及各種大地測量數(shù)據(jù)處理等劉旭春TEL-MAIL：現(xiàn)代大地測量的特點n長距離、大范圍n高精度n實時、快速n四維n地心n學科融合劉旭春TEL-MAIL：大地測量的作用n組織、管理、融合和分析地球海量時空數(shù)據(jù)的基礎，也是描述、構建認知地球進而解決地球科學問題的時空平臺n確定大地測量基準n為科學研究、國防、經(jīng)濟建設、維護國家權益、航空航天技術等提供服務劉旭春TEL-MAIL：1.2 大地測量系統(tǒng)與參考框架n大地測

5、量系統(tǒng)規(guī)定了大地測量的起算基準、尺度基準、機器實現(xiàn)方式（包括理論、模型和方法）。主要包括坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、深度基準和重力參考系統(tǒng)n大地測量參考框架是通過大地測量的手段，由固定在地面上的點所構成的大地網(wǎng)點或其他實體按相應于大地測量系統(tǒng)的規(guī)定模式構建的，是對大地測量系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。主要包括坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架等劉旭春TEL-MAIL：大地測量坐標系統(tǒng)和常數(shù)地心坐標系和參心坐標系空間直角坐標系和大地坐標系大地測量常數(shù)是指與地球一起旋轉且表面與地球有最佳溫和的一組旋轉橢球幾何參數(shù)和物理參數(shù)劉旭春TEL-MAIL：參心坐標框架：坐

6、標原點位于參考橢球中心，由天文大地網(wǎng)實現(xiàn)與維持。如我國的54坐標和80坐標地心坐標框架：坐標原點位于地球質心，由甚長基線干涉測量、激光測衛(wèi)、激光測月、GPS、多普勒等技術手段實現(xiàn)與維持。如我國的2000坐標系大地測量坐標框架劉旭春TEL-MAIL：n高程基準定義了陸地上高程測量的起算點，一般可通過驗潮的方式，確定海水面的平均位置作為高程基準n1956黃海高程系：7年的驗潮結果，水準原點高程為72.289米n1985國家高程基準：近19年的驗潮結果，水準原點高程為72.2604米高程系統(tǒng)和高程框架劉旭春TEL-MAIL：高程系統(tǒng)和高程框架劉旭春

7、TEL-MAIL：重力系統(tǒng)和重力測量框架劉旭春TEL-MAIL：n我國在20世紀50-70年代，使用波茨坦重力基準，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球體參數(shù)n20世紀80年代建立了國家1985重力基本網(wǎng)，參考系統(tǒng)采用IAG75橢球常數(shù)n1999-2002完成了2000國家重力基本網(wǎng)建設，重力參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)劉旭春TEL-MAIL：深度基準n深度基準一般采用當?shù)氐某毕{(diào)和系數(shù)計算得出n深度基準可采用理論深度基準、平均低潮面、最低低潮面或大潮平均低潮面等n1956年前我國采用了平均低潮面、實測最低潮面或大潮平

8、均低潮面，1957年后采用理論深度基準面作為深度基準。該面試按照前蘇聯(lián)弗拉基米爾計算的當?shù)乩碚撟畹偷统泵鎰⑿翊篢EL-MAIL：n時間系統(tǒng)規(guī)定了時間測量的參考標準，包括時刻的參考標準和時間間隔的尺度標準。n時間是通過秒長定義的，而秒長又與頻率相關，因此時間基準也稱時間頻率基準n時間系統(tǒng)框架是通過守時、授時和時間頻率測量技術來實現(xiàn)和維持的時間系統(tǒng)1.3 時間系統(tǒng)和時間系統(tǒng)框架劉旭春TEL-MAIL：世界時：以地球自轉為周期，1960前作為國際時間的基準原子時：以位于海平面的銫原子內(nèi)部2個超精細結構能級月橋輻射的電磁波周期為基準。1958.1.1

9、開始啟用作為國際時間標準劉旭春TEL-MAIL： 力學時:根據(jù)天體動力學理論的運動方程定義的時間系統(tǒng) 協(xié)調(diào)時：以原子時秒長和世界時起點定義的時間系統(tǒng) GPS時：由GPS星載原子鐘和地面監(jiān)控站的原子鐘組成的一種原子時基準。與國際原子是由19秒的常數(shù)差，在1980.1.6零時與協(xié)調(diào)時相一致。劉旭春TEL-MAIL：2.1 傳統(tǒng)大地控制網(wǎng)n三角測量n三邊測量n邊角測量n導線測量劉旭春TEL-MAIL：布設原則n分級布網(wǎng)，逐級控制n要具有足夠的精度n要具有足夠的密度n要具有統(tǒng)一的規(guī)格n國家平面控制網(wǎng)控制網(wǎng)分為一、二、三、四等

10、，共四個等級劉旭春TEL-MAIL：五、國家水平控制網(wǎng)的 布設概況劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：光學經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀、全站型電子速測儀光學經(jīng)緯儀分類：DJ07,DJ,1DJ2,DJ6,DJ30電子經(jīng)緯儀分類：，經(jīng)緯儀和光電測距儀及其檢驗劉旭春TEL-MAIL：1020DDDmmm脈沖式測距儀（精度低）按時間分類相位式測距儀（測程短）激光測距儀按載波分類 紅外測距儀微波測距儀短程測距儀，測程15km一級，5mm按精度分類 二級，5mmmm二級，10mmmm劉旭春TEL：13

11、811290158E-MAIL：2.3 水平角觀測觀測誤差的主要來源：n人差n儀器誤差n外界條件劉旭春TEL-MAIL：n方向觀測法：一般用于三、四等水平角測量，或在地面電、低覘標、方向數(shù)較少的二等水平角測量中使用n分組方向觀測法：方向數(shù)多于6個時使用n全組和測角法：一等三角測量或高標的二等水平角測量中使用水平角觀測方法劉旭春TEL-MAIL：三角點觀測及外業(yè)驗算1、外業(yè)觀測程序2、三角點外業(yè)驗算劉旭春TEL-MAIL：2.4 三角高程測量豎直角觀測方法：n中絲法：四個測回，盤左、盤右依次觀測n三絲法：二個測回，方法

12、同上劉旭春TEL-MAIL：高差計算公式n利用水平距離單向高差計算公式：n利用傾斜距離單向高差計算公式：2120120122212121212tan1sincos2hSCSiakhdiadR劉旭春TEL-MAIL：大氣垂直折光及其減弱措施劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：n折光系數(shù)一般為0.09-0.16之間n實際作業(yè)時可以通過測定測區(qū)的平均折光系數(shù)、選擇有利觀測時間、對向觀測、提高視線高度、短邊傳遞高程等方法來消除或者減弱大氣垂直折光的影響劉旭春TEL/p>

13、E-MAIL：2.4 導線測量導線的布設n導線共分四個等級，每個等級的精度與相對應的三角鎖網(wǎng)應當一致n主要技術指標見P12劉旭春TEL-MAIL：導線邊方位角中誤差n一端有已知方位角的自由導線n兩端有已知方位角的自由導線002222124nTTnTTmmnmmnmm 中劉旭春TEL-MAIL：選點、造標和埋石邊長測量水平角觀測垂直角觀測導線測量概算導線測量作業(yè)及概算劉旭春TEL-MAIL：3.1 GPS控制網(wǎng)等級nA級由衛(wèi)星定位連續(xù)運行基準站組成，用于建立國家一等大地控制網(wǎng)，進行全球性的地球動力學研究、地殼形變測量和

14、衛(wèi)星精密定軌；nB級主要用于建立國家二等大地控制網(wǎng)，建立地方或城市坐標基準框架，區(qū)域性的地球動力學研究、地殼形變測量和各種精密工程測量； nC級主要用于建立三等大堤控制網(wǎng)，以及區(qū)域、城市及工程測量的基本控制網(wǎng)；nD用于建立國家四等大地控制網(wǎng)；nE級主要用于測圖、施工等控制測量。劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：3.2 衛(wèi)星連續(xù)運行基準站網(wǎng)的布設n布設原則n基準站設計與選址n基礎設施建設n設備配備與安裝n數(shù)據(jù)中心n數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡劉旭春TEL-MAIL：n網(wǎng)的技術設計n點位的選址與埋石n接收機檢驗n觀測的實施

15、n外業(yè)數(shù)據(jù)檢查與技術總結3.3 GPS網(wǎng)的布設劉旭春TEL-MAIL：3.4 GPS RTK測量臨時基站RTK測量n基準站的觀測點位選擇和系統(tǒng)設置n流動站的設置n中繼站電臺的設立劉旭春TEL-MAIL：網(wǎng)絡RTK測量n單基站RTK技術n虛擬基站技術VRSn主副站技術MAC劉旭春TEL-MAIL：3.5 GPS測量數(shù)據(jù)處理外業(yè)數(shù)據(jù)質量檢查n數(shù)據(jù)剔除率n復測基線長度差n同步環(huán)閉合差n獨立環(huán)閉合差和附合路線坐標閉合差劉旭春TEL-MAIL：n精處理后基線分量以及邊長的重復性n各時段的較差n獨立環(huán)閉

16、合差或附合路線坐標閉合差GPS網(wǎng)基線精處理結果質量檢核劉旭春TEL-MAIL：n基線向量提取n三維無約束平差n約束平差和聯(lián)合平差n質量分析與控制GPS網(wǎng)平差劉旭春TEL-MAIL：4.1 常用坐標系n法線、子午線n子午面、起始子午面n赤道、赤道面n橢球的定位與定向劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：n大地經(jīng)度：測站子午面與起始子午面間的夾角，分東經(jīng)、西經(jīng)n大地緯度：測站法線與赤道面間的夾角，分為南緯和北緯n大地高：地面點沿法線到橢球面的距離n大地方位角：測站上包含照準點的法截面與

17、測站子午面間的夾角大地坐標系劉旭春TEL-MAIL：地心坐標系應滿足以下條件：n原點位于地球質心n尺度是廣義相對論意義下的某一局部地球框架內(nèi)的尺度n定向為國際時間局測定的某一歷員的協(xié)議地極和零子午線n定向隨時間的演變滿足地殼無整體運動的約束條件地心坐標系劉旭春TEL-MAIL：空間直角坐標系空間直角坐標系n橢球中心為坐標原點n起始子午面與赤道面交線為x軸n旋轉軸為z軸nY垂直于xoz平面，三軸構成右手系劉旭春TEL-MAIL：站心坐標系站心直角坐標系n原點位于測站點nU軸與過測站點橢球面的法線重合，指向天頂nN軸垂直

18、于U軸，指向橢球的短半軸nE周垂直于U、N軸形成左手系劉旭春TEL-MAIL：站心極坐標系n原點位于測站點n包含直角坐標系中N、E的平面作為基準面n極軸為N軸n用極距、方位角、高度角表示劉旭春TEL-MAIL：高斯直角坐標系n高斯投影的條件是： 滿足正形投影條件 中央子午線投影后為直線 中央子午線投影后長度不變劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：00663,33LnLn帶：帶：劉旭春TEL-MAIL：4.2 坐標系轉換坐標系轉換21,()coscos()

19、cossin(1)sinB L Hx y zxNHBLyNHBLzNeHB、02222222222,arctanarctan1sinsinarctancosx y zB L HyLxxBxyBaNeBzNeBBxyxyHNB、取初始值用下兩式迭代計算緯度 ：劉旭春TEL-MAIL：空間直角坐標與站心坐標系轉換空間直角坐標與站心坐標系轉換1ijjiijijiiijjjijijiijiijijNXXETYYZUZXNXYTEYZZU劉旭春TEL-MAIL：不同大地坐標系的三維轉換不同大地坐標系的三維轉換212121111XXY(1) YZZ0X0

20、Y0ZBiiBBiiBiiBBZYiBBZXiBBYXiXYmZ 劉旭春TEL-MAIL：211121112111111111XXYYZZ000MiiikMMiiikMiiikMMZYikMMZXikMMYXikXXXYmYYZZZXXYYZZ 劉旭春TEL-MAIL：球面坐標和平面坐標的轉換球面坐標和平面坐標的轉換23224424524663223352422 255sin coscos(594 )224sin cos(61 58)720coscos(1)6cos(5 181458)120NNx XBB lsimBBtlNBBtt lNNy

21、B lBtlNBttt l 劉旭春TEL-MAIL：2222 2432465322352422 255 3922461 90457201 2cos6cos5282468120cosfffffffffffffffffffffffffffffttBByttyM NM NtyttyM NyyltNBNBytttNB劉旭春TEL-MAIL：5.1 水準網(wǎng)的布設n高程基準面：所有點作為零起算面的基準，我國選為大地水準面n驗潮：長期觀測海水面水位升降的工作n1956年黃海高程系統(tǒng)：以青島驗潮站7年觀測結果所確定的高程基準面n1985年國家高程基準：以青島

22、驗潮站19年觀測結果所確定的高程基準面劉旭春TEL-MAIL：n水準原點：為長期、牢固的表示出高程基準面的位置，作為其他高程點的起算數(shù)據(jù)，需采用精密水準測量的方式所求得的某唯一穩(wěn)定點的高程，該點即為水準原點n絕對高程（海拔高程）n相對高程（假設高程）劉旭春TEL-MAIL：n分級布網(wǎng)，逐級控制分級布網(wǎng)，逐級控制n應有足夠的精度應有足夠的精度n應有足夠密度應有足夠密度n應有統(tǒng)一的規(guī)格應有統(tǒng)一的規(guī)格n應定期復測應定期復測n水準標石分為基巖水準標石、基本水準水準標石分為基巖水準標石、基本水準標石、普通水準標石等多種標石、普通水準標石等多種劉旭春TE

23、L-MAIL：n一等為骨干，也是研究地殼和地面垂直運動等科學問題的主要依據(jù)。需構成網(wǎng)，環(huán)線周長應在1000-1500km之間，山區(qū)可在2000km左右n二等為基礎，應盡可能沿公路、鐵路、河流布設，環(huán)線周長應在500-750km之間劉旭春TEL-MAIL：n三、四等一般是在一、二等的基礎上加密，可布設成附和線路、環(huán)線或節(jié)點網(wǎng)，其直接為地形測圖和各種工程建設服務n三等附錄水準路線的長度不超過150km，四等長度應不超過80km劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：n將已知的水準路線和水

24、準點以及計劃聯(lián)測的其他固定點，以不同的色彩和附號標繪在圖紙上n由高級到低級進行設計n先設計水準路線在設計水準點的初步位置n對水準路線命名和對水準點編號n繪制水準路線設計圖并編寫技術設計說明書劉旭春TEL-MAIL：n選點選點：n根據(jù)規(guī)范要求，通過踏勘后對線路和水準點位置進行調(diào)整n應填繪點之記n應繪制水準路線圖劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL：

25-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：n選擇有利的觀測時間n觀測前使儀器與外界溫度一致，并打傘n每站視距應大致相等n采用一定的觀測程序n一測段應設置為偶數(shù)站n應采用往返觀測n一、二等應盡量采用分段測量方式劉旭春TEL-MAIL：n往測時每站應采取的觀測程序為：n對于奇數(shù)站：后-前-前-后n對于偶數(shù)站：前-后-后-前n返測時每站應采取的觀測程序為：n對于奇數(shù)站：前-后-后-前n對于偶數(shù)站：后-前-前-后劉旭春TEL：1381

26、1290158E-MAIL：5.3.2 水準測量的主要限差n一、二等水準測量：視線長度、視距差、視距累計差、視線高度、基輔分劃讀數(shù)差、基輔分劃高差之差、往返測高差不符值、環(huán)閉合差等n三、四等水準測量：視線長度、視距差、視距累計差、視線高度、黑紅面分劃讀數(shù)差、黑紅面分劃高差之差、往返測高差不符值、環(huán)閉合差等劉旭春TEL-MAIL：5.3.3 水準測量的誤差來源n儀器誤差n外界因素引起的誤差n觀測誤差劉旭春TEL-MAIL：5.5 水準網(wǎng)平差n觀測值權的確定mlCplCpn 劉旭春TEL-MAIL：5.5.2 間接平差法

27、n在確定多個未知量的最或然值時，選擇它們之間不存在任何條件關系的獨立量作為未知量組成用未知量表達測量的函數(shù)關系、列出誤差方程式，按最小二乘法原理求得未知量的最或然值的平差方法。 劉旭春TEL-MAIL：n確定未知量的個數(shù)t，并選擇t個相互獨立的變量n列出誤差方程n列出未知數(shù)函數(shù)表達式n組成法方程n求解未知數(shù)n進行必要檢核劉旭春TEL-MAIL：5.5.3 條件平差法n利用起算數(shù)據(jù)、原始觀測值及其權倒數(shù)，根據(jù)各觀測元素間的幾何條件，按最小二乘法求定各原始觀測值的改正數(shù)進而計算待定量最或是值的方法。 劉旭春TEL-MAI

28、L：n確定必要觀測個數(shù)n列出足夠數(shù)目且又線性無關的條件方程n列出平差值函數(shù)表達式n寫出條件系數(shù)表n組成法方程n求解法方程n求改正數(shù)、計算各項中誤差劉旭春TEL-MAIL：6.1 重力測量設計n國家重力基本網(wǎng)：由基準點和基本點以及引點組成，須與國家基準點聯(lián)測n國家一等重力網(wǎng)：由一等重力點組成，須與國家基準點或基本點聯(lián)測n國家二等重力點：為加密而設置的重力點，須與國家基本點或一等點聯(lián)測n國家級重力儀標定基線：精度高但無級別，分為長基線、短基線劉旭春TEL-MAIL：重力控制測量的設計原則n目的：建立國家重力基準和重力控制網(wǎng)n原則：有一定的密度、有

29、效覆蓋國土范圍、滿足經(jīng)濟國防建設的需要n基本控制點應在全國構成多邊形網(wǎng)，點間距一般要求在500km左右，一、二等可布設成閉合、符合等形式，點間距約300km，長基線兩端均須為基準點，短基線至少一端須與國家點聯(lián)測劉旭春TEL-MAIL：加密重力測量設計原則加密重力測量的任務：n在全國建立5*5的國家基本格網(wǎng)的數(shù)字化重力異常模型n為精化大地水準面，采用天文、重力、GPS水準方法確定全國范圍的高程異常值n為內(nèi)插大地點求出天文大地垂線偏差n為國家一、二等水準測量正常高系統(tǒng)提供改正劉旭春TEL-MAIL：6.2 國家重力網(wǎng)選點與埋石n重力基準點的選點與

30、埋石n重力基本點與引點的選點與埋石n一等重力點的選點與埋石劉旭春TEL-MAIL：6.3 重力測量儀器與檢驗nFG5型絕對重力儀的檢查和調(diào)整n拉科斯特型相對重力儀的檢驗和調(diào)整n石英彈簧重力儀的檢驗和調(diào)整n相對重力儀比例因子的標定n相對重力儀的性能試驗劉旭春TEL-MAIL：6.4 重力測量n絕對重力測量：重力垂直梯度和水平梯度的測定n基本重力點聯(lián)測：一般采用對稱觀測n一、二等重力點聯(lián)測：可采用閉合或符合，測段數(shù)、支點等根據(jù)不同等級設定，一般采用對稱觀測或三程循環(huán)法n加密重力點聯(lián)測：閉合時間可放寬n平面坐標和高程的測定：均采用國家坐標系和高程系

31、劉旭春TEL-MAIL：6.5 數(shù)據(jù)計算和上交資料絕對重力測量計算內(nèi)容：n墩面或距離墩面1.3M高度處的重力值n每組觀測的重力平均值及精度估算n總重力平均值及精度估算n重力梯度計算劉旭春TEL-MAIL：相對重力測量計算內(nèi)容：n初步觀測值的計算n零漂改正后的觀測值計算劉旭春TEL-MAIL：7.1 概述 大地高是指以參考橢球面作為高程基準面的高程系統(tǒng)，是地面點沿法線到參考橢球面的距離 似大地水準面精化的目的就是為了求得高程異常，以實現(xiàn)大地高和正常高的相互換算劉旭春TEL-MAIL：劉旭春TEL-MAIL：,1BBCBCBBBOABBBmBBOABmHHdHg dHgdhgdHdhggHdhggHgdhg正正正或 ：則 ：若 取 垂 線 上 的 重 力 平 均 值 為則 ：劉旭春TEL-MAIL：1BBmHgdhHHHN常正常因此各種高程系統(tǒng)之間相互換算公式為：+ =劉旭春TEL-MAIL：幾何法重力法組合法劉旭春TEL-MAIL：與建設現(xiàn)代化的國家基準相結合全面規(guī)劃和建設地方基準測繪控制網(wǎng)充分利用已有數(shù)據(jù)與全國似大地水準面精化相一