注冊測繪師輔導講稿學會

1、【目的】測繪專業(yè)技術運用測繪專業(yè)技術理論，分析、和解決測繪項目實施過程中專業(yè)技術問題的能力，以及處理測繪專業(yè)之間綜合性問題的能力。【內容】（一）、大地測量基本要求1.根據(jù)、區(qū)域和工程測量的不同需求，優(yōu)化設計滿足要求的連續(xù)運行參考站網、定位網、邊角網、高程網和重力網等空間框架基準，并應充分考慮到對似大地水準面精化工作的要求。2.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。3.根據(jù)網的布設情況，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)進行檢核，獲得的觀測成果。

2、4.根據(jù)觀測方法和工程項目的要求，選擇經過驗證、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。5.根據(jù)網的特點，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，完成三維網的建設。6.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、不同年代關系。網間的相互234第 1 章大地測量概論1 . 1 。1 大地測量的任務和作用大地測量是為研究地球的形狀及表面特性進行的實際測量工作。其主要任務是建立或大范圍的精密測量網，內容有三角測量、導線測量、水準測量、天文測量、重力測量、慣性測量、大地測量以及各種大地測量數(shù)據(jù)處理等。它為大規(guī)模地形圖測制及各種工程測量

3、提供高精度的平面和高程；為空間科學技術和軍事用途等提確的點位坐標、距離、方位及地球重力場資料；為研究地球形狀和大小、地殼形變及 料。1 .1。 2 現(xiàn)代大地測量的特點20 世紀 80 年代以來，由于空間技術、計算機技術和預報等科學問題提供資的飛躍發(fā)展，以電磁波測距、測量、甚長基線測量等代表的新的大地測量技術出現(xiàn)，形成了現(xiàn)代大地測量。現(xiàn)代大地測量具給傳統(tǒng)大地測量帶來了性的有以下特點： ( 1 ）長距離、大范圍。量測的范圍和間距，不再受天氣及“視線”長度的制約，能提供協(xié)調一致的全球性大地測量數(shù)據(jù)。 ( 2 ）高精度。量測精度相對于傳統(tǒng)大地測量而言，已提高了 1 一 2 個數(shù)量級。 ( 3 ）實時、

4、快速。外業(yè)觀測和內業(yè)數(shù)據(jù)處理幾乎可以在同一時間段內完成，即實時或準實時地完成。 ( 4 ) “”。能提供在合理復測周期內有時間序列的（時間或歷元）、高于 10 一 7 相對精度的大地測量數(shù)據(jù)。 ( 5 ）地心。測得的位置、高程、影像等成果，是以維系運動的地球質心為坐標原點的三維測量數(shù)據(jù)。( 6 ）學科融合?，F(xiàn)代大地測量除對大氣科學貢獻外，由于它能獲得精確、大量、在空間和時間方面有很高分辨率的對地觀測數(shù)據(jù)，因此對地球科學、海洋學、地質學、學等地球科學的作用也越來越大。它與地球科學多個分支相互交叉，已成為推動地球科學的前沿科學之一。1.1 3 大地測量的作用大地測量是組織、管理、融合和分析地球海量

5、時空信息的一個數(shù)理基礎，也是描述、構建和認知地球，進而解決地球科學問題的一個時空平臺。任何與地理位置有關的測繪都必須以法定的或協(xié)議的大地測量基準為基礎。各種測繪只有 在大地測量基準的基礎上，才能獲得統(tǒng)一、協(xié)調、法定的平面坐標和高程系統(tǒng)， 才能獲得正確的點位和海拔高以及點之間的空間關系和尺度。在我國科學研究、建設、國防建設、權益維護、空間技術與航天工程、發(fā)展中均離不開大地測量技術提供的服務。1 . 2 大地測量系統(tǒng)與參考框架大地測量系統(tǒng)規(guī)定了大地測量的起算基準、尺度標準及其實現(xiàn)方式（包括理論、模型和方法）。大地測量參考框架是通過大地測量，由固定在地面上的點所的大地網（點）或其他實體（靜止或運動的

6、物體）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)。大地測量系統(tǒng)是總體 概念，大地測量參考框架是大地測量系統(tǒng)的具體應用形式。大地測量系統(tǒng)包括 坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、深度基準和重力參考系統(tǒng)。與大地測量系統(tǒng)相對應，大 地參考框架有坐標（參考）框架、高程（參考）框架和重力測量（參考）框架5三種。1. 2 . 1 大地測量坐標系統(tǒng)和大地側量常數(shù)大地測量坐標系統(tǒng)是一種固定在地球上，隨地球一起轉動的非慣性坐標系統(tǒng)。 根據(jù)其原點位置不同，分為地心坐標系統(tǒng)和參心坐標系統(tǒng)。從表現(xiàn)形式上分， 大地測量坐標系統(tǒng)又分為空間直角坐標系統(tǒng)、大地坐標系統(tǒng)兩種形式?？臻g直 角坐標一般用（ x , y ，Z）

7、表示；大地坐標用（經度、，緯度，大地高 H ） 表示，其中大地高 H 是指空間點沿橢球面法線方向至橢球面的距離。大地測量常數(shù)是指與地球一起旋轉且和地球表面最佳吻合的旋轉橢球（即地球橢球）幾 何參數(shù)和物理參數(shù)。它分為基本常數(shù)和導出常數(shù)?；境?shù)唯一定義了大地測 量系統(tǒng)。導出常數(shù)由基本常數(shù)導出，便于大地測量應用。大地測量常數(shù)按屬性 分為幾何常數(shù)和物理常數(shù)。1. 2 . 2 大地測量坐標框架1 參心坐標框架傳統(tǒng)的大地測量坐標框架是由天文大地網實現(xiàn)和維持的，一般定義在參心坐標系統(tǒng)中，是一種區(qū)域性、二維靜態(tài)的地球坐標框架。 20 世紀，世界上絕大部分或地區(qū)都采用天文大地網來實現(xiàn)和維持各自的參心坐標框架。

8、我國在 20 世紀 50 80 年代完成的天文大地網，分別定義在1954 北京坐標系統(tǒng)和 1980 西安坐標系中。我國天文大地點（大地點）覆蓋我國大陸和海南島，采用整體平差方法構建了我國參心坐標框架。2 地心坐標框架國際地面參考框架（ ITRF ）是國際地面參考系統(tǒng)（ ITRS ）的具體實現(xiàn)。它以甚長基線測量（ VLBI ）、激光測距（ SLR ）、激光測月（ LLR ）、GPS 和多普勒定軌（ DORIS ) 等空間大地測量技術全球觀測網點，經數(shù)據(jù)處理，得到 ITRF 點（地面觀測點）站坐標和速度場等。目前， ITRF 已成為國際公認的應用最廣泛、精度最高的地心坐標框架。2000大地網是定義

9、在 ITRS2000 地心坐標系統(tǒng)中的區(qū)域性地心坐標框架。區(qū)域性地心坐標框架一般由三級。第一級為連續(xù)運行站的動態(tài)地心坐標框架，它是區(qū)域性地心坐標框架的主；第是與連續(xù)運行站定期聯(lián)測的大地點的準動態(tài)地心坐標框架；第三級是加密大地點。1 . 2 , 3 高程系統(tǒng)和高程框架1 高程基準高程基準定義了陸地上高程測量的起算點，區(qū)域性高程基準可以用驗潮站的長期平均海面來確定，通常定義該平均海面的高程為零。在地 面預先設置好一固定點（組），聯(lián)測其至平均海水面的海拔高程。這個固定點就稱為水準原點，其高程就是區(qū)域性水準測量起算高程。1954 年，我國確定用青島驗潮站驗潮計算的黃海平均海水面作為高程基準面，并在青島

10、市觀象山修建了水準原點。 1956 年，通過對青島驗潮站 7 年的驗潮資料的計算，求出我國青島水準原點高程為 72 . 289m 。 1976 年，我國進行了19854m 。二期一等水準網布測工作。同時建立了 1985高程基準。高程基準是我國現(xiàn)采用的高程基準，青島水準原點高程為 72 . 2602 高程系統(tǒng)我國高程系統(tǒng)采用正常高系統(tǒng)，正常高的起算面是似大地水準面。由地面點沿垂線向下至似大地水準面之間的距離，就是該點的正常高， 即該點的高程，3 高程框架一等水準網，以及高程框架是高程系統(tǒng)的實現(xiàn)。我國水準高程框架由二期二期一等水準復測的高精度水準網實現(xiàn)，以青島水6準原點為起算基準，以正常高系統(tǒng)為水

11、準高差傳遞方式。高程框架分為四個等級，分別稱為一、二、三、四等水準網?？蚣茳c的正常高采用逐級持。，其現(xiàn)勢性通過一、二等水準網的定期復測來維高程框架的另一種形式是通過（似）大地水準面精化來實現(xiàn)的。1 . 2 . 4 重力系統(tǒng)和重力測量框架重力是重力力基準就是標定一個度的簡稱。重力測量就是測定空間一點的重力度。重或地區(qū)的絕對重力值的標準。重力參考系統(tǒng)則是指采用的橢球常數(shù)及其相應的正常重力場。重力測量框架則是由分布在各地的若干絕對重力點和相對重力點干條長短基線。的重力網，以及用作相對重力尺度標準的若在 20 世紀 50 70 年代，我國采用波茨坦重力基準，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。 80

12、 年代初，我國建立了“1985 重力基本網”，簡稱為“ 85 網”。它由 6 個基準點、 46 個基本點和 5 個基本點引點組成。重力參考系統(tǒng)則采用 IAG75 橢球常數(shù)及其相應正常重力場。1999 年至 2002 年，我國完成了 2000重力基本網建設，簡稱“ 2000網”。它由 259 個點組成，其中基準點 21 個、基本點 126 個和基本點引點 112個；長基線網 1 個，重力儀格值標定場 8 處，聯(lián)測了 1985重力基本網及中國地殼運動觀測網絡重力網點 66 個。該網使用了 FGS 絕對重力儀施測， 并增加了絕對重力點的數(shù)量，覆蓋面大，是我國新的重力測量基準。重力系統(tǒng) 采用 GRS8

13、0 橢球常數(shù)及其相應正常重力場。1 . 2 . 5 深度基準深度基準面的選擇與海區(qū)潮汐情況有關，常采用當?shù)氐某毕{和常數(shù)來計算，由于各地潮汐性質不同，計算方法不同，一些和地區(qū)的深度基準面也不相同。有的采用理論深度基準面，有的采用平均低潮面、 最低低潮面、大潮平均低潮面等。我國 1 956 年以前主要采用了最低低潮面、大潮平均低潮面和實測最低潮面等為深度基準。從 1957 年起采用理論深度基準面為深度基準。該面是按弗拉基米爾計算的當?shù)乩碚撟畹偷统泵妗? . 3 時間系統(tǒng)與時間系統(tǒng)框架在現(xiàn)代大地測量中，為了研究諸如地殼升降和地球板塊運動等地球動力學現(xiàn) 象，時間也和描述觀測點的空間坐標一樣，成為研究

14、點位運動過程和規(guī)律的一個重要分量，從而形成空間與時間參考系中的大地測量。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。時間系統(tǒng) 也稱為時間基準或時間標準。頻率基準規(guī)定了“秒長”的尺度，任何一種時間 基準都必須建立在某個頻率基準的基礎上。因此，時間基準也稱為時間頻率基 淮。時間系統(tǒng)框架是在某一區(qū)域或全球范圍內，通過守時、授時和時間頻率測 量技術，實現(xiàn)和維持統(tǒng)一的時間系統(tǒng)。1 . 3 . 1 常用的時間系統(tǒng)大地測量中常用的時間系統(tǒng)有：( 1 ）世界時（ Universal Time , UT ) ：以地球自轉周期為基準，在 1960 年以前一直作為國際時間基準。( 2

15、）原子時（ Atomi 。 Tim 。，AT ) ：以位于海平面（大地水準面，等位面）的銫（ 133Cs ）原子內部兩個超精細結構能級躍遷輻射的電磁波周期為基準，從 1958 年 1 月 1 日世界的零時開始啟用。( 3 ）力學時（ Dynamic Time , DT ) ：在天文學中，天體的星歷是根據(jù)天體7動力學理論的運動方程而編算的，其中所采用的 數(shù)學變量 T ，便被定義為力學時。( 4 ）協(xié)調時（ Universal Time Coordinated ,變量是時間參數(shù) T ，這個UTC ) ：它并不是一種的時間，而是時間服務工作鐘把原子時的秒長和世界時的時刻結合起來的一種 時間。( 5

16、) GPS 時（ GPS Time , GPST ) ：由 GPS 星載原子鐘和地面 站原子鐘組成的一種原子時基準，與國際原子時保持有 19S 的常數(shù)差，并在 GPS 標準歷元 1980 年 1 月 6 日零時與 UTC 保持一致。1 . 3 . 2 時間系統(tǒng)框架時間系統(tǒng)框架是對時間系統(tǒng)的實現(xiàn)。描述一個時間系統(tǒng)框架通常需要涉及如 下幾個方面的內容：( 1 ）采用的時間頻率基準。時間系統(tǒng)決定了時間系統(tǒng)框架采用的時間頻率基準。不同的時間頻率基準，其建立和維護方法不同。歷書時是通過觀測月球 來維護；力學時是通過觀測行星來維護；原子時是由分布不同地點的一組原子 頻標來建立，通過時間頻率測量和比對的方法

17、來維護。( 2 ）守時系統(tǒng)。守時系統(tǒng)用于建立和維持時間頻率基準，確定時刻。為保證守時的連續(xù)性，不論是哪種類型的時間系統(tǒng)，都需要穩(wěn)定的頻標。( 3 ）授時系統(tǒng)。授時系統(tǒng)主要是向用戶授時和時間服務。授時和時間服務可通過、網絡、無線電、電視、（長波和短波）電臺、等設施和系統(tǒng)進行，它們具有不同的傳遞精度，可滿足不同用戶的需要。( 4 ）覆蓋范圍。覆蓋范圍是指區(qū)域或是全球。 20 世紀 90 年代自美國 GPS 廣泛使用以來，通過與 GPS 信號的比對來校驗本地時間頻率標準或測量儀器的情況越來越普遍，原有的計量傳遞系統(tǒng)的作用相對減少。補充內容 1.11.1 大地測量學的定義大地測量學 是指在一定的時間與

18、空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，為人類活動提供關于地球的空間信息的 一門學科。經典大地測量：地球剛體不變、均勻旋轉的球體或橢球體；范圍小?，F(xiàn)代大地測量：空間測繪技術(人造地球地測量為特征，范圍大。、空間探測器)，空間大2 大地測量學的基本體系應用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量平差等；新分支： 海樣大地測量、行星大地測量、慣性大地測量。幾何大地測量學（即天文大地測量學）大地測量、地球動力學、基本任務：是確定地球的形狀和大小及確定地面點的幾何位置。主要內容：大地測量網(包括平面網和高程網)建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準測量；地球

19、橢球數(shù)學8性質，橢球面上測量計算，橢球數(shù)學投影變換以及地球橢球幾何參數(shù)的數(shù)學模 型 。物理大地測量學：即理論大地測量學基本任務：是用物理方法(重力測量)確定地球形狀及其外部重力場。主要內容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地 球形狀及外部重力場的理論與方法。空間大地測量學：主要研究以人造地球量的理論、技術與方法。1.3 大地測量學的基本內容及其他空間探測器為代表的空間大地測1.建立和維家和全球的測繪基準、坐標系統(tǒng)（天文大地水平網、工程網和精密水準網以及海洋大地要。網），以滿民和國防建設的需2. 研究為獲得高精度測量成果的儀器和技術方法。研究地球表面向橢球面或平 面的投影數(shù)學變換及

20、有關大地測量計算。3. 研究大規(guī)模、高精度和多類別的地面網、空間網的數(shù)據(jù)處理的理論和方法， 測量數(shù)據(jù)庫建立及應用等。1.5 大地測量學發(fā)展簡史及展望1 大地測量學的發(fā)展簡史第一階段：地球圓球階段從遠古至 17 世紀，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差， 用大地法得到對應的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量 ）第二階段：地球橢球階段從 17 世紀至 19 世紀下半葉，在這將近 200 年期間，人們把地球作為圓球的認識推進到向兩極略扁的橢球。第三階段：大地水準面階段第四階段：現(xiàn)代大地測量新時期（數(shù)字地球時期）220 世紀下半葉，以電磁波測距、人造地球及甚長基線測，量等為代表的新的

21、測量技術的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的大地測量帶來了性的大地測量學進入了以空間測量技術為代表的現(xiàn)代大地測量發(fā)展的新時期。9補充內容 1.2 時間的描述對于時間的描述，可采用一維的時間坐標軸，有時間原點、度量（尺度）時刻及時間間隔等要素，原點可根據(jù)需要進行指定，度量采用時刻和時間間隔兩種形式。時刻是時間軸上的坐標點，是相對于時間軸的原點而言的，是指發(fā)生某一現(xiàn)象的瞬間；時間間隔是兩個時刻點之間的差值，是指某一現(xiàn)象的持續(xù)時間的長短。任何一個周期運動，如果滿足如下三項要求，就可以作為計量時間的方法。1） 運動是連續(xù)的；2） 運動的周期具有足夠的穩(wěn)定性；3） 運動是可觀測的。在實際應用中，根據(jù)需要選取滿足上述條件的周

22、期運動，從而定義了多種時間系統(tǒng)。例如，以地球自轉運動為基礎，建立了恒星時(ST)和世界時(UT)；以地球公轉運動為基礎，建立了歷書時(ET)，并進一步發(fā)展為太陽系質心力學時(TDB)和地球質心力學時(TDT)；以物質內部原子運動特征為基礎，建立了原子時(TAI)。1.2.1 恒星時(ST)以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為恒星時。春分點連續(xù)兩次經過同一子午圈上中天的時間間隔為一恒星日，分為 24 個恒星時，某一地點的地方恒星時，在數(shù)值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時角。根據(jù)關于地球自轉的描述，由于歲差和章動的影響，地球自轉軸的指向在空間是變化的，從而導致春分點的位置

23、發(fā)生變化，相應于某一時刻瞬時極的春分點稱為真春分點，相應于平極的春分點稱為平春分點，據(jù)此把恒星時分為真恒星時和平恒星時。真恒星時等于真春分點的10地方時角(LAST)，平恒星時等于平春分點的地方時角(LMST)，真春分點的格林尼治時角(GAST)、平春分點的格林尼治時角(GMST)與 LAST、LMST 的關系為：LAST - LMST = GAST - GMST = Dy cos e（2-1）GMST = 1.0027379093s UT1 + 24110.54841s + 8640184.812866 s T+ 0.093104 s T 2 - 6.2 10-6 T 3（2-2）GMST

24、- LMST = GAST - LAST = l(2-3)其中， Dy為黃經章動， e 為黃赤交角，T 為 J2000.0 至計算歷元之間的儒略世紀數(shù)。圖 2-5 恒星時1.2.2 世界時(UT)以真太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為真太陽時。由于真太陽的視運動速度是不均勻的，因而真太陽時不是均勻的時間尺度，為此引入虛擬的在赤道上勻速運行的平太陽，其速度等于真太陽運動的平均速度。平太陽連續(xù)兩次經過同一子午圈的時間間隔，稱為一個平太陽日，分為 24 個平太陽小時。以格林尼治子夜起算的平太陽時稱為世界時。任何改正的世界時表示為 UT0，經過極移改正的世界時表示為 UT1，進一步經過

25、地球自轉速度的季節(jié)性改正后的世界時表示為 UT2。UT1 = UT 0 + DlUT 2 = UT1 + DTDl =(xp sin l - yp cos l) tanj 15(2-4)(2-5)1(2-6)DT = 0.022sin(2p t) - 0.012 cos(2p t) - 0.006sin(4p t) + 0.007 cos(4p t)(2-7)l,j 為天文，t 為爾年歲首回歸年的小數(shù)部分。平太陽連續(xù)兩次經過平春分點的時間間隔為一回歸年，等于 365.24219879 個平太陽日，在民用中則采用整數(shù) 365 天，每四年一個閏年為 366 天。11由于地球自轉的同時又繞太陽公轉，

26、對應平太陽連續(xù)兩次經過同一子午圈的時間間隔， 地球的自轉量超過一圈，而一個恒星日正好對應于地球自轉一周，如圖 2-6 所示。其關系式為：1 平太陽日=(1+1/365.25)恒星日。如果以平太陽時間尺度計算，一個恒星日等于 23 小時 56 分 04 秒。圖 2-6 恒星時與太陽時1.2.3 歷書時(ET)與力學時(DT)由于地球自轉速度不均勻，導致用其測得的時間不均勻。1958 年第 10 屆國際天文學協(xié)會(IAU)決定，自 1960 年起開始以地球公轉運動為基準的歷書時來量度時間，用歷書時系統(tǒng)代替世界時。歷書時的秒長規(guī)定為 1900 年 1 月 1 日 12 時整回歸年長度的 131556

27、925.9747，起始歷元定在 1900 年 1 月 1 日 12 時。歷書時對應的地球運動的理論框架是牛頓力學，根據(jù)廣義相對論，太陽質心系和地心系的時間將不相同，1976 年國際天文合會(IAU)定義了這兩個坐標系的時間：太陽系質心力學時(TDB)和地球質心力學時(TDT)。稱為“力學”，是這兩個時間尺度可以看作是行星繞日運動方程和 繞地運動方程的自變量（亦即時間）。TDT 和 TDB 可以看作是 ET 分別在兩個坐標系中的實現(xiàn)，TDT 代替了過去的 ET。TDT 與 TDB 的關系式為：TDB=TDT+0.001658sin(g+0.0167sin g)(2-9)(2-10)g=(357.

28、528o.050oT)(2/360)1.2.4 原子時(AT)原子時是一種以原子諧振信號周期為標準，并對它進行連續(xù)計數(shù)的時標。原子時的基本是原子時秒，定義為：在零磁場下，銫-133 原子基態(tài)兩個超精細能級間躍遷輻射9192631770 周所持續(xù)的時間。 1967 年第 13 屆國際計量大會把在海平面實現(xiàn)的原子時秒做為國際參照時標，規(guī)定為國際制中的時間。12根據(jù)原子時秒的定義，任何原子鐘在確定起始歷元后，都可以提供原子時。由各用足夠精確的原子鐘導出的原子時稱為地方原子時。目前，全世界大約有 20 多個的不同分別建立了各自的地方原子時。國際時間局比較、綜合世界各地原子鐘數(shù)據(jù)，最后確定的原子時，稱為

29、國際原子時，簡稱 TAI（法語縮寫）。TAI 起點定在 1958 年 1 月 1 日 0 時 0 分 0 秒（UT2），即規(guī)定在這一瞬間原子時時刻與世界時刻重合。但事后發(fā)現(xiàn)，在該瞬間 TAI 與世界時的時刻之差為 0.0039 秒。這一差值就作為歷史事實而保留下來。在確定原子時起點之后，由于地球自轉速度不均勻，世界時與原子時之間的時差便逐年積累。原子時是通過原子鐘來守時和授時的，其精度高達 10-12 秒，對于人造和的制導、空間跟蹤、數(shù)字通訊、甚長基線射電技術、相對論效應的驗證、地球自轉的不均勻性的研究、基本物理量的定義和測量、無線電波的傳遞速度的測量以及電離層研究等方面， 原子鐘都是一種重要

30、的儀器。現(xiàn)在 TDT 的計量是用原子鐘實現(xiàn)的，兩者的起點不同，其關系式為：TDT=TAI+32.184（2-11）1.2.5 協(xié)調世界時(UTC)原子時與地球自轉沒有直接，由于地球自轉速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時的差異將逐漸變大，為了保證時間與季節(jié)的協(xié)調一致，便于日常使用，建立了以原子時秒長為計量、在時刻上與平太陽時之差小于 0.9 秒的時間系統(tǒng)，稱為世界協(xié)調時(UTC)。當UTC 超過平太陽時之差超過 0.9 秒時，撥快或撥慢 1 秒，稱為閏秒。閏秒由國際計量局向全世界發(fā)出通知，一般在 12 月份最后一分鐘進行。如果一年內閏 1 秒還不夠，就在 6 月再閏1 秒。到目前為止由于地球轉速

31、越來越慢，都是撥慢 1 秒，60 秒改為 61 秒。負閏秒還沒有發(fā)生過。UTC 與其他時間系統(tǒng)的關系為：1.2.6時間時間的計量對于定軌、地面點與之間距離測量，精確定時設備是導航的重要組成部分。系統(tǒng)是連續(xù)運行的，要求時間系統(tǒng)是連續(xù)的，為了進行高精度，要求上的時間計量設備具有很高的精度，因而原子時是最合適的選擇。例如GPS 的時間系統(tǒng)采用基于美國觀測(USNO)維持的原子時，稱為 GPST，它與 UTC的關系是：GPST=UTC+n。在 1980 年 1 月 6 日，GPST 與 UTC 相等，當前（2005 年），GPST=UTC+13s。對于上述的時間系統(tǒng)，與計量方法的關系及其轉換關系匯總如

32、下：13時間系統(tǒng)計量依據(jù)UT1=UTC+dUT1(IERS 公報)GAST = GMST + Dy coseTAI=UTC+n TAI=GPST+19GPST 與 UTC 的關系： GPST=UTC+1n-19 1987 年：n=23;1992 年：n=26;2005 年：n=32補充內容 1.3 大地測量參考系統(tǒng)（Geodetic Reference System）1.3.1 坐標參考系統(tǒng)：分為天球坐標系和地球坐標系。天球坐標系用于研究天體和人造的與運動。地球坐標系用于研究地球上物體的與運動，是以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統(tǒng)，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式，大地坐標系如圖 2-10

33、 所示，P 點的子午面 NPS 與起始子午面 NGS 所的二面角 L，叫做 P 點的大地經度，由起始子午面起算，向東為正，叫東經(0180)，向西為負，叫西經(0180)，P 點的法線 P 與赤道面的夾角 B，叫做 P 點的大地緯度，由赤道面起算，向北為正，叫北緯(090)， 向南為負，叫南緯(090)。在該坐標系中，P 點的位置用（L，B）表示。如果點不在橢球面上，表示點的位置除（L，B）外，還要附加另一參數(shù)大地高 H，它是從觀測點沿橢球的法線方向到橢球面的距離?？臻g直角坐標系如圖 2-11 所示，空間任意點的坐標用（X Y Z）表示，坐標原點位在總地球質心或參考橢球中心，Z 軸與地球平均自

34、轉軸相重合， 亦即指向某一時刻的平均北極點，X 軸指向平均自轉軸與平均格林尼治天文臺所決定的子午面與赤道面的交點 Ge，而 Y 軸與 XOZ 平面垂直，且指向東為正。上面介紹的兩種坐標系，在大地測量、地形測量以及制圖學的理論研究及實踐工作中都得到廣泛地應用。因為它們將全地球表面上的關于大地測量、地形測量及制圖學的資料都統(tǒng)一在一個統(tǒng)一的坐標系中。此外，它們是由地心、旋轉軸、赤道以及地球橢球法線確定的， 因此，它們對地球自然形狀及大地水準面的研究、高程的確定以及解決大地測量及其他學科領域的科學和實踐問題也是最方便的。14恒星時以春分點為參考點的地球自轉世界時以太陽為參考點的地球自轉歷書時、力學時地

35、球公轉（已被原子時所代替）原子時、時間原子鐘世界協(xié)調時原子鐘+閏秒圖 2-10 大地坐標系圖 2-11 空間直角坐標系高程參考系統(tǒng)：以大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正高，以似大地水準面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正常高，大地水準面相對于旋轉橢球面的起伏見圖 2-12，正常高正常及正高正與大地高 H 和有如下關系：H = H正常 + z H = H+ N正式中：高程異常，大地水準面差距。圖 2-12 參考橢球面與大地水準面重力參考系統(tǒng)：重力觀測值的參考系統(tǒng)。1.3.2 大地測量參考框架(Geodetic Reference Frame)：是大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，是通15過大地測量確定的固定在地

36、面上的網（點）所構建的，分為坐標參考框架、高程參考框架、重力參考框架。平面網是進量工作的平面位置的參考框架，平面網是按等級和施測精度分為一、二、三、四等網。目前提供使用的平面控制網含三角點、導線點共 154348 個；高程網是進量工作的高程參考框架，按等級和施測精度分為一、二、三、四等網，目前提供使用的 1985高程系統(tǒng)共有水準點成果 114041 個，水準路線長度為 416619.1 公里；重力基本網是確定我國重力加速度數(shù)值的參考框架，目前提供使用的 2000重力基本網包括 21 個重力基準點和 126個重力基本點，重力成果在研究地球形狀、精確處理大地測量觀測數(shù)據(jù)、發(fā)展空間技術、地球物理、地

37、質勘探、網”由、天文、計量和高能物理等方面有著廣泛的應用；“2000GPS網，布設的高精度 GPS A、B 級網,總參布設的 GPS 一、中國局、總參、中國、共建的中國地殼運動觀測網組成，該控制網整合了上述三個大型的、有重要影響力的 GPS 觀測網的成果，共 2609 個點，通過處理將其歸于一個坐標參考框架，形成了緊密的體系，可滿足現(xiàn)代測量技術對地心坐標的需求，同時為建立我國新一代的地心坐標系統(tǒng)打下了堅實的基礎。1.3.3 橢球和定向旋轉橢球體是橢圓繞其短軸旋轉而成的形體，通過選擇橢圓的長半軸和扁率，可以得到與地球形體非常接近的旋轉橢球，旋轉橢球面是一個形狀規(guī)則的數(shù)學表面，在其上可以做嚴密的計

38、算， 而且所推算的元素(如長度與角度)同大地水準面上的相應元素非常接近，這種用來代表地球形狀的橢球稱為地球橢球，它是地球坐標系的參考基準。橢球是指確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部和地心。局部要求在一定范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求；地心要求在全球范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，同時要求橢球中心與地球質心一致或最為接近。橢球定向是指確定橢球旋轉軸的方向。不論是局部還是地心，都應滿足兩個平行條件： 橢球短軸平行于地球自轉軸； 大地起始子午面平行于天文起始子午面。這兩個平行條件是人為規(guī)定的，其目的在于簡化大地坐標、大地方位角同天文坐標、天文方位角之間的換

39、算。具有確定參數(shù)(長半徑 a 和扁率 )，經過局部合的地球橢球，叫做參考橢球。和定向，同某一地區(qū)大地水準面最佳擬除了滿足地心和雙平行條件外，在確定橢球參數(shù)時能使它在全球范圍內與大地體最密合的地球橢球，叫做總地球橢球。16第 2 章傳統(tǒng)大地網2 . 1 傳統(tǒng)大地網的布設2 . 1 . 1 傳統(tǒng)大地網的建設采用傳統(tǒng)大地測量技術建立平面大地網就是通過測角、測邊推算大地控制網點的坐標。其方法有：三角測量法、導線測量法、三邊測量法和邊角同測 法。三角測量法優(yōu)點是：檢核條件多，圖形結構強度高；采取網狀布設，面積較大，精度較高；主要工作是測角，受地形限制小，擴展迅速。缺點是：在交通或隱蔽地區(qū)布網，網中推算的

40、邊長精度不均勻，距起始邊愈遠精度愈低。但在網中適當位置加測起算邊和起算方位角，就可以補這個缺點。三角測量法是我國建立天文大地網的主要方法。誤差的，彌導線測量法優(yōu)點是：單線推進速度快，布設靈活，容易克服地形和穿過隱蔽地區(qū)；邊長直接測定，精度均勻。尤其是電磁波測距技術的發(fā)展，使導線測量法應用比較普遍。主要缺點是：幾何條件少，圖形結構強度低；面積小。我國在地區(qū)天文大地網布設中主要采用導線測量法。三邊測量法和邊角同測法只是在特殊情況下采用，我國天文大地網布設中沒 有采用該方法。2 . 1 . 2 三角網布設的原則三角網布設的原則是：1. 分級布網、逐級先以高精度的稀疏的一等三角鎖網，交叉地布滿，形成統(tǒng)

41、一坐標系統(tǒng)骨干網。然后，按不同地區(qū)、不同特點的實際需要，再分別布設二、三、四等 三角網。2 具有足夠的精度三角網是測圖的基礎，它的精度必須保證測圖的實際需要。3 具有足夠的密度三角點的密度要根據(jù)測圖的方法及比例尺的大小而定。一般按航測成圖的要 求，點的密度規(guī)定見表 1 一 2 一 1 。4 要有統(tǒng)一的規(guī)格建立三角網，工程規(guī)模巨大，必須有大量的測量和作業(yè)劃分地區(qū)進行作業(yè)。為此，必須制定統(tǒng)一的布網方案和三角側量和精密導線測量規(guī)范 ，作為測量和建立統(tǒng)一的三角鎖網的依據(jù)。2 . 1 . 3天文大地網整體平差天文大地網整體平差于 1978 年至 1 9 84 年期間完成， 1984 年 6月通過技術鑒定

42、。通過天文大地網整體平差，消除了原來分區(qū)平差和逐級產生的不合理影響，提高了大地網精度；建立了我國的 1980大地坐標系，并為精化地心坐標提供了條件，它是我國大地測量發(fā)展史上的一個里程 碑，也為我國大地測量的進一步發(fā)展打下了良好的基礎。天文大地網整體平差的技術原則如下：( l ）地球橢球參數(shù)。地球橢球參數(shù)采用 1975 年國際大地測量與地球物理會（ IUGG ) 第 16 屆大會期間 IAG 決議推薦的數(shù)值，即 IAG 一 75 橢球參數(shù)。( 2 ）坐標系統(tǒng)。根據(jù)天文大地網整體平差結果建立橢球相同的兩套大地坐17標系： 1980( 3 ）橢球由地球質心指向大地坐標系和地心坐標系。與坐標軸指向，

43、1980大地坐標系的橢球短軸應平行于1968 . 0 地極原點（ J YD ）的方向，首子午面應平行于格林尼治平均天文臺的子午面。橢球小為條件求定。參數(shù)以我國范圍內高程異常值平方和最2 . 2 經緯儀和光電測距儀及其檢驗2 。 2 . 1 經緯儀種類經緯儀一般分為光學經緯儀、電子經緯儀及全站型電子速測儀。 分見表 1 一 2 一 2 。號劃電子經緯儀或全站儀的測角部分的準確度等級以儀器的標準偏差來劃分，見 表 1 一 2 一 32 . 2 . 2 經緯儀檢驗1 光學經緯儀水平角觀測使用的光學經緯儀，在作業(yè)前應通過有相應儀器檢驗資質的儀器 檢測機構進行檢驗，檢驗項目、檢驗方法與限差以及檢驗周期等

44、，按行業(yè)標準 光學經緯儀 （ JJG 414 一 2003 ）的有關規(guī)定執(zhí)行。2 電子經緯儀或全站儀的測角系統(tǒng)水平角觀測使用的電子經緯儀或全站儀，在作業(yè)前應通過有相應儀器檢定資質的儀器檢測機構進行檢驗，檢驗項目、 檢驗方法與限差以及檢驗周期等，按行業(yè)標誰 全站型電子速測儀） ) ( JJG IDO 一 2003 ）的有關規(guī)定執(zhí)行。2 . 2 . 3 光電測距儀1 光電測距儀分類光電測距儀按測程分類，分為短程、中程、長程。測程小于 3 km 為短程測距儀， 3 km 至 15 km 為中程測距儀，測程大于 15 km 至 60 km 為長程測距儀。按測距儀出廠標稱標準差，歸算到 1 km 的測距

45、標準差計算，分為三級， 見表 1 一 2 一 4 。2 光電測距儀檢定光電測距儀的首次檢定、后續(xù)檢定應通過有相應儀器檢定資質的儀器檢測機 構進行檢定，其檢驗項目、檢驗方法與限差以及檢驗周期等，按行業(yè)標準 光電測距儀 （ JJG 703 一 2003 ）的有關規(guī)定執(zhí)行。使用中的檢驗，也應執(zhí)行 JJG 703 一 2003 的有關規(guī)定。2 . 3 水平角觀測2 . 3 . 1 水平角觀測的主要誤差影響使用經緯儀在野外條件下進行觀測，其觀測誤差主要來源于 3 個方面：1 觀測過程中引起的人差人差因人而異，是由觀測者熟練程度造成的。2 外界條件對觀測精度的影響外界條件主要是指觀測時大氣的溫度、濕度、密

46、度，太陽的照射方位，地形、地物等因素。它們對測角精度的影響， 主要表現(xiàn)在觀測目標的成像質量，觀測視線的彎曲，規(guī)標或腳架的扭轉等方面。3 儀器誤差對測角精度的影響儀器誤差，如視準軸誤差、水平軸不水平的誤差、垂直軸傾斜誤差、測微器行差、照準部及水平度盤偏心差、度盤 和測微器分劃誤差等。此外，在觀測過程中轉動儀器時，可能產生照準部轉動 時的彈性帶動誤差，腳螺旋的空隙帶動差，水平微動螺旋的隙動差。2 . 3 , 2 水平角觀測方法水平角觀測一般采用方向觀測法、分組方向觀測法和全組合測角法。其中方18向觀測法一般廣泛用于三、四等三角觀測，或在地面點、低規(guī)標點和方向較少 的二等三角觀測；當觀測方向多于 6

47、 個時采用分組方向觀測法；在一等三角觀測，或在高標上的二等三角觀測采用全組合測角法。各等級三角測量觀測使用 儀器、觀測方法和測回數(shù)按表 1 一 2 一 5 規(guī)定執(zhí)行。2 . 3 . 3 三角點觀測工作及外業(yè)驗算1 觀測工作程序( 1 ）觀測點要做好各項準備工作。包括安裝儀器、確定儀器整置中心、測定測站點和照準點歸心元素、設置測傘、整置儀器、選擇零方向、編制觀測度 盤表等。( 2 ）在完成上述準備工作后，即可開始觀測工作，具體觀測要求見 國家三角測量和精密導線測量規(guī)范 。( 3 ）在完成觀測工作后，離開本點前，應對觀測成果進行詳細的檢查、整理和計算。總之，要在確保本點成果齊全并準確無誤時，方可遷

48、站。在離開本點前，必須將標石埋封好，以保證標石的2 三角測 量 外業(yè)驗算保存。外業(yè)驗算應包括以下內容和程序：( 1 ）檢查外業(yè)資料，包括觀測手簿、觀測記簿、歸心投影用紙等；( 2 ）編制已知數(shù)據(jù)表和繪制三角鎖網圖；( 3 ）三角形近似球面邊長計算和球面角超計算；( 4 ）歸心改正計算，并將觀測方向值化至標石中心；( 5 ）分組的測站平差；( 6 ）三角形閉合差和測角中誤差的計算；(7 ）近似坐標和曲率改正計算；8 ）極條件閉合差計算，基線條件閉合差計算，方位角條件閉合差計算等。2 . 4三角高程測量在傳統(tǒng)大地測量中，三角高程測量是測定各等級大地點高程的基本方法；各 等級所有三角邊和導線邊均須對

49、向觀測垂直角，用以推算高程。2 . 4 . 1 垂直角觀測方法垂直角觀測方法有兩種，一是中絲法，二是三絲法。( 1 ）中絲法。就是以望遠鏡十字絲的水平中絲為準，照準目標測定垂直角。( 2 ）三絲法。就是以望遠鏡三根水平絲為準，依次照準同一目標來測定垂直角。中絲法和三絲法的實質是一樣的，只是由于經緯儀的類型不同，其望遠鏡中 的水平絲根數(shù)也不同。當然，有三根水平絲的儀器，也可進行中絲法觀測。所 以在實際作業(yè)中，觀測者可靈活選用這兩種方法。在測站上均有若干個觀測方向時，應將所有方向分成若干組，每組包括 2 一4 個方向。每組一測回的觀測方法是：盤左時，依次照準該組中所有方向，并分別垂直度盤讀數(shù)；在盤

50、右時，依相反的次序照準該組中所有方向，垂直度盤讀數(shù)。19根據(jù)規(guī)定，各等級三角點上每一方向按中絲法觀測時應測四測回，三絲法觀 測時應測二測回。2 . 4 . 2 高差計算公式1 單向觀測高差計算實用公式一 l ) 式在 A 點觀測 B 點的高差為( 1 一 22 用傾斜距離 d 計算高差的單向公式在光電測距中，常采用直接測定的傾斜距離 d 計算高差，其公式( 1 一 2 一 2 )2 . 4 . 3 大氣垂直折光及其減弱措施形成大氣密度垂直梯度的主要，是由于地球質量對大氣的引力作用，使大氣密度按上疏下密的基本狀態(tài)分布，越接近地面密度就越大，反之就 越小。同時，它還隨著溫度的變化而變化。在不同的地

51、區(qū)，不同地形條件，不 同季節(jié)，不同天氣，不同時刻，不同地面覆蓋物以及視線超出地面不同高度的情況下，形成的大氣密度梯度都相同。也就是說，在各種不同情況下，折光系數(shù) K 值都可能有很大差異。據(jù)我國幾個地區(qū)的統(tǒng)計資料， K 值一般在 0 . 09 一 0 . 16 之間（在平原地區(qū)布設短邊導線時，由于視線接近地面，受近地大氣折射的影響， K 值會出現(xiàn)負值）。由于折光系數(shù) K 的變化很復雜，完全準確地掌握其變化規(guī)律將比較，只能根據(jù)實驗資料概括出一般變化規(guī)律。根據(jù)實踐經驗證明， K 值在一天之內的變化情況是：中午附近 K 值最小，并且比較穩(wěn)定；日出日落時 K 值較大， 而且變化較快。在實際作業(yè)中，如果有

52、必要，則應準確地測定某一區(qū)域規(guī)定作業(yè)時間內的 平均折光系數(shù)，用以計算各個單向觀測高差。此外，根據(jù)垂直折光的性質和折光系數(shù)變化規(guī)律，可采取選擇有利觀測時 間、對向觀測、提高觀測視線的高度、利用短邊傳算高程等措施，減弱大氣垂 直折光的影響。2 . 4 . 4 三角高程測量的精度由高差公式可知，觀測高差 h 與垂直角 a 、邊長 S 、儀器高和規(guī)標高、大氣折光系數(shù) K 值有關。這些數(shù)值有了誤差，必然引起高差產生誤差。根據(jù)理論推導和實測三角高程精度統(tǒng)計，對向高差中數(shù)的中誤差，在最不利的觀測條 件下所達到的精度為m h士 0 . 025S2 . 5 導線測量2 . 5 . 1 導線的布設導線是布設水平大

53、地網的方法之一，導線測量分一、二、三、四等，其布設原則與三角測量類似。一、二、三、四等導線測角、測邊的精度要求， 應使導線推算的各元素精度與相應等級三角鎖網推算精度大體一致。一、二等導線一般沿主要交通干線布設，交叉較大的導線環(huán)，幾個導線環(huán)連接成導線網。三、四等導線是在一、二等導線網（或三角鎖網）的基礎上進一步加密，應布設為附合導線。2 . 5 . 2 導線邊方位角中誤差一等導線布設成兩端有方位角導線網布設規(guī)格見表 1 一 2 一 6 。的自由導線；二等以下都布設成附合導線；某些特種導線也有采用一端有起始方位角的自由導線。1 一端有已知方位角的自由導線一端有已知方位角的自由導線最弱邊方位角中誤差

54、計算公式為（ 1 一 2 一204 ) 式2 兩端有已知方位角的自由導線兩端有已知方位角的自由導線最弱邊方位角中誤差計算公式為( 1 一 2 5 ) 式2 . 5 . 3 導線測量作業(yè)及概算導線測量的外業(yè)和三角測量基本相伺，包括選點、造標、埋石、邊長測量、 水平角觀測、高程測量和野外驗算等工作。1 選點、造標和埋石選點時導線邊沿線的地形必須適合光電測距，應注意兩端點量測的氣象數(shù)據(jù) 對于整個測線有較好的代表性。導線點最好設在交通線附近的小山頭上，以利于測角、測距，并使方便，特別是便于光電儀器、器材的運送，同時也便于以后的發(fā)展。導線兩端點的高差（ h ）不宜過大。導線的造標和埋石與三角測量相同。，2 邊長測量對于一、二等導線邊的距離測量要采用標稱精度不低于（ 5 + 1）mm ，測程不短于 15 km 的光電測距儀。