注冊測繪師培訓(xùn)-大地測量

1、1,國家注冊測繪師考試 培訓(xùn)教程 第一篇 大 地 測 量,武漢大學(xué)測繪學(xué)院,2,前 言,注冊測繪師資格考試大綱： 是注冊測繪師資格考試的國家標(biāo)準(zhǔn) 是考試命題的依據(jù) 是應(yīng)試人員的必備指南 其內(nèi)容和范圍體現(xiàn)了注冊測繪師運用所學(xué)專業(yè)知識，完成測繪工作的基本能力 考試科目分為三個科目： 測繪管理與法律法規(guī) 測繪綜合能力 測繪案例分析,3,【第一科目：測繪管理與法律法規(guī)考試目的】,考察測繪專業(yè)技術(shù)人員在測繪項目的管理中，運用法律法規(guī)、技術(shù)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)解決實際問題的能力。,4,【第二科目：測繪綜合能力考試目的】,考察測繪專業(yè)技術(shù)人員運用測繪專業(yè)技術(shù)理論，分析、判斷和解決測繪項目實施過程中專業(yè)技術(shù)問題的能

2、力，以及處理測繪專業(yè)之間綜合性問題的能力。,前 言,5,【第三科目：測繪案例分析考試目的】,考察測繪專業(yè)技術(shù)人員運用測繪管理與法律法規(guī)、測繪綜合能力科目在實務(wù)應(yīng)用時體現(xiàn)的綜合分析能力及實際執(zhí)業(yè)能力。,前 言,6,1.根據(jù)國家、區(qū)域和工程測量的不同需求，優(yōu)化設(shè)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(zhǔn)，并應(yīng)充分考慮到對似大地水準(zhǔn)面精化工作的要求。 【要點】： 大地測量控制網(wǎng)的等級、分類、觀測技術(shù)（GPS,全站儀，水準(zhǔn)儀）,技術(shù)方案設(shè)計。重點是：衛(wèi)星定位控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、似大地水準(zhǔn)面精化,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,全球定位系

3、統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,7,全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,8,全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,9,2.根據(jù)不同作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)、環(huán)境、地物以及氣象等情況，選擇滿足設(shè)計要求的點(站)址，并建造適合該區(qū)域的測量標(biāo)志。 【要點】： 選點：根據(jù)不同測量方法與手段，掌握選點準(zhǔn)備、選點基本要求以及選點作業(yè)過程。,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,10,11,【大地測量考試基本要求解讀】 3.根據(jù)控制網(wǎng)的布設(shè)情況，編寫實施方案，選擇滿足設(shè)計要求的儀器設(shè)備，進行相應(yīng)的儀器設(shè)備檢驗，并依據(jù)設(shè)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

4、合格的觀測成果。 【要點】： 1）項目實施方案； 2）外業(yè)觀測計劃（時間安排、儀器安排、人員安排）； 3）掌握“點連接”、“邊連接”、“同步環(huán)”、“異步環(huán)” 等概念。,前 言,12,4.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(jié)果應(yīng)符合設(shè)計的要求。 【要點】： 1）掌握不同觀測方法的數(shù)據(jù)處理軟件； 2）掌握導(dǎo)線網(wǎng)、水準(zhǔn)網(wǎng)、GPS網(wǎng)平差原理和方法； 3） 限差規(guī)定,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,13,【大地測量考試基本要求解讀】 5.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(zhǔn)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)

5、的建設(shè)。 【要點】： 1）熟悉似大地水準(zhǔn)面精化的意義與目的； 2）熟悉似大地水準(zhǔn)面精化的實施步驟和實現(xiàn)方法； 3）熟悉似大地水準(zhǔn)面精化所用的資料。,前 言,14,【大地測量考試基本要求解讀】,6.根據(jù)作業(yè)區(qū)域的坐標(biāo)系統(tǒng)情況，進行坐標(biāo)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(guān)系。 【要點】： 1）熟練掌握測量坐標(biāo)系的定義（空間直角坐標(biāo)、大地坐標(biāo)、站心坐標(biāo)、高斯平面直角坐標(biāo)、城市獨立坐標(biāo)以及施工坐標(biāo)）； 2）熟練掌握1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000坐標(biāo)系的相關(guān)內(nèi)容； 3）熟練掌握不同坐標(biāo)系之間轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方法（空間三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、二維平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換）。,前 言,15,

6、【大地測量考試基本要求關(guān)鍵點】 1 大地測量控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計 2 選點、埋石 3 實施方案，外業(yè)觀測 4 數(shù)據(jù)處理 5 似大地水準(zhǔn)面精化 6 坐標(biāo)系及其轉(zhuǎn)換,前 言,16,第一部分 緒 論,17,指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，研究定位技術(shù)和方法，為人類活動提供關(guān)于地球的空間信息的一門學(xué)科。,大地測量學(xué)的定義,緒 論,18,緒 論, 主要任務(wù) 建立國家大地控制網(wǎng)(一等、二等、三等、四等大地控制網(wǎng)) 主要作用 （1）為大規(guī)模地形圖測制及各種工程測量提供高精度的平面控制和高程控制； （2）為空間科學(xué)技術(shù)和軍事用途提供精確的點位坐標(biāo)、距離、方位及地球重力資料；

7、（3）為研究地球形狀和大小、地殼形變及地震預(yù)報等科學(xué)問題提供資料。,19,測量技術(shù) 三角測量 天文測量 導(dǎo)線測量 重力測量 慣性測量 水準(zhǔn)測量 衛(wèi)星大地測量（GPS,VLBI),緒 論,20,第二部分 大地測量系統(tǒng)與參考框架,21,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,大地測量系統(tǒng)與參考框架的描述 大地測量系統(tǒng)： 規(guī)定了大地測量的起算基準(zhǔn)、尺度標(biāo)準(zhǔn)及其實現(xiàn)方式（理論、模型與方法）。 大地測量參考框架： 通過大地測量手段，按大地測量系統(tǒng)規(guī)定的模式，構(gòu)建的固定在地面上的點所構(gòu)成的大地網(wǎng)，是大地測量系統(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(yīng)用形式。,22,大地測量系統(tǒng)： 坐標(biāo)系統(tǒng)

8、 高程系統(tǒng) 重力參考系統(tǒng),大地測量參考框架： 坐標(biāo)參考框架 高程參考框架 重力參考框架,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,23,定義： 原點：位于參考橢球體中心 Z 軸：橢球的旋轉(zhuǎn)軸，與地球的自轉(zhuǎn)軸平行 X 軸：指向大地子午面與赤道面的交點 Y 軸：與X和Z軸正交，構(gòu)成右手坐標(biāo)系。,1）參心坐標(biāo)系統(tǒng),2. 1 坐標(biāo)系統(tǒng)與坐標(biāo)參考框架,1 坐標(biāo)系統(tǒng),坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,24,參心坐標(biāo)系的建立： 建立地球參心坐標(biāo)系，需如下幾個方面的工作： 選擇或求定橢球的幾何參數(shù)(半徑a和扁率) 確定橢球中心的位置(橢球定位) 確定橢球短軸的指向(橢球定向) 建立大地原點,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,25,大地原點也叫大地基準(zhǔn)點或大地

9、起算點，參考橢球參數(shù)和大地原點上的起算數(shù)據(jù)的確立是一個參心大地坐標(biāo)系建成的標(biāo)志.,大地原點和大地起算數(shù)據(jù),坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,26,1954年北京坐標(biāo)系 1954年北京坐標(biāo)系可認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應(yīng)的橢球稱為克拉索夫斯基橢球。 1954年北京坐標(biāo)系的缺限: 橢球參數(shù)有較大誤差。 參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜，在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達+68m。 幾何大地測量和物理大地測量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。 定向不明確 。,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,27,1980西安坐標(biāo)系,采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會IUGG第

10、16屆大會上推薦的4個橢球基本參數(shù)： 長半徑 a=6378140m 地心引力常數(shù) GM=3.986 0051014 m3/s2 重力場二階帶球諧系數(shù)J2 =1.082 6310-8 自轉(zhuǎn)角速度 =7.292 11510-5 rad/s 在1954年北京坐標(biāo)系基礎(chǔ)上建立起來的。 橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)最為密合，是多點定位。,定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點 的方向 大地原點地處我國中部，位于西安市以北60 km 處的涇陽縣永 樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。 大地高程基準(zhǔn)采用1956年黃海高程系 。,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,28,地心坐標(biāo)系統(tǒng)滿足以下四個條件： 原點位于整個地球質(zhì)心（包括海洋

11、和大氣）。 尺度是相對論意義下某一局部地球框架內(nèi)的尺度。 定向為國際時間局測定的某一歷元的協(xié)議地極和零子午線，稱為地球的定向參數(shù)EOP。 定向隨時間的演變滿足地殼無整體的約束條件。 通俗化的定義： 原點位于地球質(zhì)心 Z軸與X軸的定向某一歷元的EOP參數(shù)確定 Y軸與X、Z軸正交，構(gòu)成空間右手坐標(biāo)系,2）地心坐標(biāo)系統(tǒng),坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,29,1）參心坐標(biāo)參考框架 傳統(tǒng)測量坐標(biāo)框架是由天文大地網(wǎng)來實現(xiàn)的，一般定義在參心坐標(biāo)系中，是一種區(qū)域、二維、靜態(tài)的地球參考框架。 20世紀(jì)5080年代，我國建立了： 1954北京參心坐標(biāo)參考框架； 1980西安參心坐標(biāo)參考框架。,2. 坐標(biāo)參考框架,坐標(biāo)系統(tǒng)與參

12、考框架,30,2）地心坐標(biāo)參考框架,（1)國際地球參考框架ITRF, ITRF是ITRS 的具體實現(xiàn),是由IERS中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空間大地測量技術(shù)的觀測數(shù)據(jù)分析得到的一組全球站坐標(biāo)和速度 自1988年起，IERS已經(jīng)發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、 ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005等全球參考框架。,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,31, ITRF是通過框架的定向、原點、尺度和框架時間演變基準(zhǔn)的明確定義來實現(xiàn)的。 目前ITRF是全球公認(rèn)的應(yīng)用最廣泛、精度最

13、高的地心坐標(biāo)框架。,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,32,33,（2) WGS84世界大地坐標(biāo)系,WGS84的全稱是World Geodetic System 1984，即世界大地坐標(biāo)系-1984，它是一個地心地固坐標(biāo)系統(tǒng)，是GPS使用的坐標(biāo)系。 WGS84坐標(biāo)系的幾何意義是：坐標(biāo)系的原點位于地球質(zhì)心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，x軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，y軸通過右手規(guī)則確定。,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,34,WGS84分別在1994、1996、2002年進行更新，得到WGS84(G730)、 WGS84(G873)、WGS84(G1150) 更新后

14、的WGS84(G1150)的站坐標(biāo)與ITRF2000框架的站坐標(biāo)差異為幾個厘米。,35,國務(wù)院批準(zhǔn)自2008年7月1日啟用我國的地心坐標(biāo)系2000國家大地坐標(biāo)系，英文名稱為China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫為CGCS2000。 用810年的時間，完成現(xiàn)行國家大地坐標(biāo)系向2000國家大地坐標(biāo)系的過渡和轉(zhuǎn)換。,（3）CGCS2000坐標(biāo)系,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,ITRF97(2000.0),36,我國于2004年完成“2000國家GPS控制網(wǎng)”計算。該網(wǎng)包含: 國家測繪局布設(shè)的高精度GPS A、B級網(wǎng)； 總參測繪局布設(shè)的GPS 一、二級網(wǎng)； 國家地震

15、局、總參測繪局、中國科學(xué)院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)網(wǎng)、基本網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)。 2000國家GPS網(wǎng)共有28個連續(xù)運行參考站，2500多個GPS網(wǎng)點組成，將數(shù)據(jù)統(tǒng)一歸算到ITRF97(2000.0)，是我國新一代的地心坐標(biāo)參考框架.,坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,37, 參考框架和歷元的統(tǒng)一, 2000網(wǎng)的參考框架ITRF97 參考歷元為 2000.0,長半軸 a =6378137.0 m 地球含大氣層引力常數(shù) GM=3986004.418108m3s-2 地球的動力形狀因子 J2 = 1.082629832258 地球自轉(zhuǎn)角速度 =7292115.010-11rad s-1, 參考橢球4個

16、基本常數(shù),坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,38,地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)網(wǎng),39,GPS大地控制網(wǎng)概況,我國先后建成四個較大規(guī)模的GPS大地網(wǎng),一、二級網(wǎng),A、B級網(wǎng),形變監(jiān)測網(wǎng),地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò),框架：ITRF96 歷元：1997.0 精度約為：3*10-8,框架：ITRF93 歷元：1996.365 精度約為：10-7,框架：ITRF96 歷元： 1996.582 精度約為：10-8,框架：ITRF96 歷元：1998.680 精度優(yōu)于2mm,40,2000中國GPS大地網(wǎng),41,幾種常用的參考橢球參數(shù),坐標(biāo)系統(tǒng)與參考框架,42,2. 2 高程系統(tǒng)與高程框架 高程基準(zhǔn) 區(qū)域性高程基準(zhǔn)可以由驗潮站的長期平均

17、海水面來確定，通常定義該平均海水面的高程為零。平均海水面通常作為高程基準(zhǔn)面 在地面上預(yù)先設(shè)置一固定點（組），利用精密水準(zhǔn)測量聯(lián)測固定點與該平均海水面的高差，從而確定該固定點（組)的海拔高程。該固定點稱為水準(zhǔn)原點。水準(zhǔn)原點的高程就是區(qū)域性水準(zhǔn)測量的起算點。,國家高程基準(zhǔn)： 黃海平均海水面 1987年以前, “1956年黃海高程系”水準(zhǔn)原點高程為72.289m 1988年1月1日起, “1985國家高程基準(zhǔn)” 水準(zhǔn)原點的高程為72.260.,高程系統(tǒng)與高程框架,43,在測量中常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。,大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的大地高是該點到通過該點

18、的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。同一個點，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。,正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點的正高是該點的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離。,正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點之間的距離。,高程系統(tǒng),國家高程系統(tǒng): 正常高高程系統(tǒng),高程系統(tǒng)與高程框架,44,2. 3 重力參考系統(tǒng)與重力測量框架,重力基準(zhǔn)和參考系統(tǒng) 重力基準(zhǔn)是標(biāo)定一個國家或地區(qū)重力值的標(biāo)準(zhǔn)。20世紀(jì)70年代以前我國采用波茨坦重力基準(zhǔn)，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。80年我國重力基準(zhǔn)采用經(jīng)國際比對的高精度相對重力儀自行測定，參考系統(tǒng)是IAG-75橢球常數(shù)。21世紀(jì)初，我國采用高精度絕對和相對重力儀測定我國新的重力基準(zhǔn)，目前重力基準(zhǔn)的參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)。,重力系統(tǒng)與重力框架,45, 重力測量參考框架 由分布在我國各地的若干絕對重力點和相對重力點構(gòu)成的重力網(wǎng)，以及用做相對重力尺度標(biāo)準(zhǔn)的若干重力長短基線構(gòu)成。 重力測量參考框架的現(xiàn)狀 名稱：2000國家重力基本網(wǎng)（簡稱200