第5章-空间大地测量技术SLR-LLR
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大地测量学概论知识点知识点一:大地测量的任务(多选):大地测量是为研究地球的形状及表面特性进行的实际测量工作。
其主要任务是建立国家或大范围的精密控制测量网,内容有三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。
①它为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度的平面控制和高程控制;②为空间科学技术和军事用途等提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力场资料;③为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。
知识点二:大地测量的特点(了解):(1)长距离、大范围;(2)高精度;(3)实时、快速;(4)“四维”;(5)地心;(6)学科融合知识点三:大地坐标系统与参考框:大地测量系统规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式。
大地测量系统包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统。
与大地测量系统相对应,大地参考框架有坐标(参考)框架、高程(参考)框架和重力测量(参考)框架三种。
知识点四:大地测量参心坐标框架:根据其原点位置不同,分为地心坐标系统和参心坐标系统。
大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表面最佳吻合的旋旋转椭球(即地球椭球)几何参数和物理参数。
54坐标系、80坐标系所采用参考椭球、大地原点;54坐标系:克拉索夫斯基椭球,前苏联的普尔科沃;80坐标系:1975年国际椭球体;陕西西安知识点五:地心坐标系:国际地面参考框架(itrf)是国际地面参考系统(itrs)的具体实现。
它以甚长基线干涉测量(vlbi)、卫星激光测距(slr)、激光测月(llr)、gps和卫星多普勒定轨定位(doris)等空间大地测量技术构成全球观测网点,经数据处理,得到itrf点(地面观测点)站坐标和速度场等。
2000国家大地控制网是定义在itfs 2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。
区域性地心坐标框架一般由三级构成。
第一级为连续运行站构成的动态地心坐标框架,它是区域性地心坐标框架的主控制;第二级是与连续运行站定期联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架;第三级是加密大地控制点.(itrf)已成为国际公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。
第一章绪论 1.大地测量学的定义是什么? 答:大地测量学是关于测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。
2.大地测量学的地位和作用有哪些?答:大地测量学是一切测绘科学技术的基础,在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用;在防灾,减灾,救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用;是发展空间技术和国防建设的重要保障;在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。
3.大地测量学的基本体系和内容是什么?外表向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算; 6.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据处理的理论和方法,测量数据库建立及应用等。
4.大地测量学的发展经历了哪几个阶段?答:大地测量学的发展经历了四个阶段:地球圆球阶段、地球椭球阶段、大地水准面阶段和现代大地测量新时期。
5. 地球椭球阶段取得的主要标志性成果有哪些?答:有:长度单位的建立;最小二乘法的提出;椭球大地测量学的形成,解决了椭球数学性质,椭球面上测量计算,以及将椭球面投影到平面的正形投影方法;弧度测量大规模展开;推算了不同的地球椭球参数。
6.物理大地测量标志性成就有哪些?答:有:克莱罗定理的提出;重力位函数的提出;地壳均衡学说的提出;重力测量有了进展,设计和生产了用于绝对重力测量的可倒摆以及用于相对重力测量的便携式摆仪。
极大地推动了重力测量的发展。
7.大地测量的展望主要表达在哪几个方面?答:主要表达在:〔1〕全球卫星定位系统(GPS),激光测卫(SLR)以及甚长基线干预测量(VLBI), 惯性测量统(INS)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术;〔2〕用卫星测量、激光测卫及甚长基线干预测量等空间大地测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地测量控制网,是确定地球基本参数及其重力场,建立大地基准参考框架,监测地壳形变,保证空间技术及战略武器发展的地面基准等科技任务的基本技术方案;〔3〕精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标。
1.大地测量学的任务大地测量学的主要任务有以下三个方面:(1)在广大面积上建立一系列地面点构成的大地控制网,以精密确定地面点的位置及随时间的变化规律,为测制地图、经济建设、国防建设和地球动力学等科研工作提供控制基础,也为人造卫星、导弹和各类航天器控制与通信提供精确的轨道坐标和地面控制站坐标;(2)研究和测定地球形状、大小及其随时间的变化规律,为大地控制网、地球科学和空间科学提供基准面和基础数据;(3)研究和测定地球重力场及其变化规律,为大地控制网的归算、人造卫星精密定轨、远程武器的精确打击和地球物理反演、地震预报等提供必要的资料。
2.大地控制网的作用建立大地控制网是大地测量的重要任务。
大地控制网的作用可概括为以下四个方面:1)、控制地形测图地球的形状近似一个椭球,在小范围内测绘地形图可不考虑地球的曲率,而在全国范围内测绘和编制各种比例尺地形图时,必须把地球看成一个曲面。
但椭球面是一个不可展开的曲面,解决方法是在测图前先进行大地测量。
在全国范围内布设大地控制网,精确测定网中各大地点的平面坐标和高程,按一定的数学方法将这些点投影到平面上,构成一个完整的、精确的测图控制系统。
根据这些点进行测图,就能使地球表面上的地貌、地形测绘到平面上,而且还可保证各地区同时开展测制的地图拼接而不产生明显的变形和裂口,有效地控制测图时产生的误差累积,把误差限制在控制点之间,确保地图的精度。
2)、为经济建设和国防建设提供控制基础在经济上,开发矿山资源、建设工业基地、建设铁路、建设高速公路、兴修水利工程、建设开发区和国土综合治理等各项经济建设,不仅需要各种比例尺地形图为“蓝图”进行规划设计,还需要直接利用大地测量成果。
在军事上,常规火炮和远程导弹的发射和精确打击,要保证命中几十公里、几百公里,甚至上万公里以外的打击目标,首先必须知道发射点和打击点的精确坐标、距离和方位;其次要标定火炮在某一坐标系下方位标的方位和天文坐标系,这是大地测量所要完成的一项重要任务。
大地测量学基础:《大地测量学基础》是2010年5月1日武汉大学出版社出版的图书,作者是孔祥元。
图书简介:该书是“十一五”国家级规划教材,也是国家精品课程教材。
本教材严格按照教育部批准的“十一五”国家级规划教材立项要求和全国高等学校测绘学科教学指导委员会以及武汉大学的具体要求进行编写,是全国高等学校测绘工程专业本科教学用教材,也可供从事测绘工程专业及相关专业的科技人员、管理人员及研究生等参考。
图书目录:序第二版前言前言第1章绪论1.1 大地测量学的定义和作用1.1.1 大地测量学的定义1.1.2 大地测量学的地位和作用1.2 大地测量学的基本体系和内容1.2.1 大地测量学的基本体系1.2.2 大地测量学的基本内容1.2.3 大地测量学同其他学科的关系1.3 大地测量学的发展简史及展望1.3.1 大地测量学的发展简史1.3.2 大地测量的展望第2章坐标系统与时间系统2.1 地球的运转2.1.1 地球绕太阳公转2.1.2 地球的自转2.2 时间系统2.2.1 恒星时(ST)2.2.2 世界时(UT)2.2.3 历书时(ET)与力学时(DT)2.2.4 原子时(AT)2.2.5 协调世界时(UTC)2.2.6 卫星定位系统时间2.3 坐标系统2.3.1 基本概念2.3.2 惯性坐标系(ClS)与协议天球坐标系2.3.3 地固坐标系2.3.4 坐标系换算第3章地球重力场及地球形状的基本理论3.1 地球及其运动的基本概念3.1.1 地球概说3.1.2 地球运动概说3.1.3 地球基本参数:3.2 地球重力场的基本原理3.2.1 引力与离心力3.2.2 引力位和离心力位3.2.3 重力位3.2.4 地球的正常重力位和正常重力3.2.5 正常椭球和水准椭球,总的地球椭球和参考椭球3.3 高程系统3.3.1 一般说明3.3.2 正高系统3.3.3 正常高系统3.3.4 力高和地区力高高程系统3.3.5 国家高程基准3.4 关于测定垂线偏差和大地水准面差距的基本概念3.4.1 关于测定垂线偏差的基本概念3.4.2 关于测定大地水准面差距的基本概念3.5 关于确定地球形状的基本概念3.5.1 天文大地测量方法3.5.2 重力测量方法3.5.3 空间大地测量方法第4章地球椭球及其数学投影变换的基本理论4.1 地球椭球的基本几何参数及其相互关系4.1.1 地球椭球的基本几何参数4.1.2 地球椭球参数间的相互关系4.2 椭球面上的常用坐标系及其相互关系4.2.1 各种坐标系的建立4.2.2 各坐标系间的关系4.2.3 站心地平坐标系4.3 椭球面上的几种曲率半径4.3.1 子午圈曲率半径4.3.2 卯酉圈曲率半径4.3.3 主曲率半径的计算4.3.4 任意法截弧的曲率半径4.3.5 平均曲率半径4.3.6 M,N,R的关系4.4 椭球面上的弧长计算4.4.1 子午线弧长计算公式4.4.2 由子午线弧长求大地纬度4.4.3 平行圈弧长公式4.4.4 子午线弧长和平行圈弧长变化的比较4.4.5 椭球面梯形图幅面积的计算4.5 大地线4.5.1 相对法截线4.5.2 大地线的定义和性质4.5.3 大地线的微分方程和克莱劳方程4.6 将地面观测值归算至椭球面4.6.1 将地面观测的水平方向归算至椭球面4.6.2 将地面观测的长度归算至椭球面4.7 大地测量主题解算概述4.7.1 大地主题解算的一般说明4.7.2 勒让德级数式4.7.3 高斯平均引数正算公式4.7.4 高斯平均引数反算公式4.7.5 白塞尔大地主题解算方法4.8 地图数学投影变换的基本概念4.8.1 地图数学投影变换的意义和投影方程4.8.2 地图投影的变形4.8.3 地图投影的分类4.8.4 高斯投影简要说明4.9 高斯平面直角坐标系4.9.1 高斯投影概述4.9.2 正形投影的一般条件4.9.3 高斯投影坐标正反算公式4.9.4 高斯投影坐标计算的实用公式及算例4.9.5 平面子午线收敛角公式4.9.6 方向改化公式4.9.7 距离改化公式4.9.8 高斯投影的邻带坐标换算4.10通用横轴墨卡托投影和高斯投影族的概念4.10.1 通用横轴墨卡托投影概念4.10.2 高斯投影族的概念4.11兰勃脱投影概述4.11.1 兰勃脱投影基本概念4.11.2 兰勃脱投影坐标正、反算公式4.11.3 兰勃脱投影长度比、投影带划分及应用第5章大地测量基本技术与方法5.1 国家平面大地控制网建立的基本原理5.1.1 建立国家平面大地控制网的方法5.1.2 建立国家平面大地控制网的基本原则5.1.3 国家平面大地控制网的布设方案5.1.4 大地控制网优化设计简介5.2 国家高程控制网建立的基本原理5.2.1 国家高程控制网的布设原则5.2.2 国家水准网的布设方案及精度要求5.2.3 水准路线的设计、选点和埋石5.2.4 水准路线上的重力测量5.2.5 我国国家水准网的布设概况5.3 工程测量控制网建立的基本原理5.3.1 工程泓量控制网的分类5.3.2 工程平面控制网的布设原则5.3.3 工程平面控制网的布设方案5.3.4 工程高程控制网的布设5.4 大地测量仪器5.4.1 精密测角仪器——经纬仪5.4.2 电磁波测距仪5.4.3 全站仪5.4.4 GPS接收机5.4.5 TPS和GPS的集成——徕卡系统1200-超站仪(system1200-SmartStation5.4.6 精密水准测量的仪器——水准仪5.5 电磁波在大气中的传播5.5.1 一般概念5.5.2 电磁波在大气中的衰减5.5.3 电磁波的传播速度5.5.4 电磁波的波道弯曲5.6 精密角度测量方法5.6.1 精密测角的误差来源及影响5.6.2 精密测角的一般原则5.6.3 方向观测法5.6.4 分组方向观测法5.6.5 归心改正5.7 精密的电磁波测距方法5.7.1 电磁波测距基本原理5.7.2 N值解算的一般原理5.7.3 距离观测值的改正……第6章深空在地测量简介主要参考文献。
大地测量学思考题集1.解释大地测量学,现代大地测量学由哪几部分组成?谈谈其基本任务和作用?大地测量学----是测绘学科的分支,是测绘学科的各学科的基础科学,是研究地球的形状、大小及地球重力场的理论、技术和方法的学科。
大地测量学的主要任务:测量和描述地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。
具体表现在(1)、建立与维护国家及全球的地面三维大地控制网。
(2)、测量并描述地球动力现象。
(3)、测定地球重力及随时空的变化。
大地测量学由以下三个分支构成:几何大地测量学,物理大地测量学及空间大地测量学。
几何大地测量学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。
作用:可以用来精密的测量角度,距离,水准测量,地球椭球数学性质,椭球面上测量计算,椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型物理大地测量学的基本任务是用物理方法确定地球形状及其外部重力场。
主要内容包括位理论,地球重力场,重力测量及其归算,推求地球形状及外部重力场的理论与方法等。
空间大地测量学主要研究以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。
2、大地测量学的发展经理了哪些阶段,简述各阶段的主要贡献和特点。
分为一下几个阶段:地球圆球阶段,地球椭球阶段,大地水准面阶段,现代大地测量新时期地球圆球阶段,首次用子午圈弧长测量法来估算地球半径。
这是人类应用弧度测量概念对地球大小的第一次估算。
地球椭球阶段,在这阶段,几何大地测量在验证了牛顿的万有引力定律和证实地球为椭球学说之后,开始走向成熟发展的道路,取得的成绩主要体现在一下几个方面:1)长度单位的建立 2)最小二乘法的提出 3)椭球大地测量学的形成 4)弧度测量大规模展开 5)推算了不同的地球椭球参数这个阶段为物理大地测量学奠定了基础理论。
大地水准面阶段,几何大地测量学的发展:1)天文大地网的布设有了重大发展,2)因瓦基线尺出现物理大地测量学的发展 1)大地测量边值问题理论的提出 2)提出了新的椭球参数现代大地测量新时期以地磁波测距、人造地球卫星定位系统及其长基线干涉测量等为代表的新的测量技术的出现,使大地测量定位、确定地球参数及重力场,构筑数字地球等基本测绘任务都以崭新的理论和方法来进行。
VLBI空间大地测量技术原理简介与技术应用摘要:深长基线干涉测量(VLBI)是重要的空间大地测量技术,本文主要简要介绍了VLBI的大地测量原理,以及VLBI在大地测量方面的一些应用。
关键词:VLBI1.前言空间大地测量在近20多年中获得了长足的发展,以VLBI、SLR、GPS、LLRDORIS 等为主要标志的空间测量技术大大推动了大地测量学的发展,也大大富了大地测量学,特别是空间大地测量学的研究内容。
这些手段的应用将大加强大地测量控制网的强度和可靠性,尤其是在大尺度范围内,可大大改善度系统误差和其它系统误差的积累。
VLBI极高的相对精度和分辨率,大大提高了如大地测量定位、参考框架的连接、地球自转和极移监测、估计地壳运动和绘制河外射电源图像等许多任务的精度水平。
2. VLBI大地测量原理甚长基线干涉测量(Very Long Baseline Interferometry,VLBI )是本世纪六十年代末发展起来的一种全新的空间大地测量技术,它通过测定来自河外射电源的信号在两个接收天线之间的传播延时来精确求定地面点间的相对位置。
VLBI 测量的几何原理如下图所示:图2-1 VLBI几何原理图射电源辐射出的电磁波通过地球大气到达地面,由基线两端的天线接收。
由于地球自转,电磁波的波前到达两个天线的几何程差(除以光速就是时间延迟差)是不断改变的。
两路信号相关的结果就得到干涉条纹。
天线输出的信号进行低噪声高频放大后,经变频相继转换为中频信号和视频信号。
由于两天线到某一射电源的距离不同,有一路程差L ,则射电信号的同一波前到达两天线的时间也不相同,有一时间延迟g τ根据图2-1的几何关系:gC L τ⋅=(1)其中C 为真空中的光速。
若设_B 为天线1到天线2的基线矢量,K 为被观测的射电源方向的单位矢量,则有:⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅-=-K B C g 1τ(2)其对时间的倒数即为延迟率:⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∂∂-=-K B t C g 1.τ(3)式(2)就是VLBI 从纯几何关系出发推出的时间延迟(几何延迟)。
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(A) 地心定位(B) 单点定位(C) 局部定位(D) 多点定位标准答案是::A2. _______用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
(4分)(A) 参心坐标系(B) 空间直角坐标系C) 天球坐标系(D) 站心坐标系标准答案是::C3. 地球坐标系分为大地坐标系和_______两种形式。
(4分)(A) 天球坐标系(B) 空间直角坐标系(C) 地固坐标系(D) 站心坐标系标准答案是::B4. 地球绕地轴旋转在日、月等天体的影响下,类似于旋转陀螺在重力场中的进行,地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转,形成一个倒圆锥体,旋转周期为26000年,这种运动成为_______。
(4分)(A) 极移(B) 章动(C) 岁差(D) 潮汐标准答案是::C5. 以春分点作为基本参考点,由春分点周日视运动确定的时间,称为_______。
(4分)(A) 恒星时(B) 世界时(C) 协调世界时(D) 历书时标准答案是::A多选题6. 下列属于参心坐标系的有:_______。
(4分)(A) 1954年北京坐标系(B) 1980年国家大地坐标系(C) WGS-84世界大地坐标系(D) 新1954年北京坐标系标准答案是::A,B,D7. 下列关于大地测量学的地位和作用叙述正确的有:_______。
(4分)(A) 大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。