第1章大地测量
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《测绘学概论》课程笔记第一章:测绘学总论1.1 测绘学的基本概念测绘学是一门研究地球形状、大小、重力场、表面形态及其空间位置的科学。
它的主要任务是对地球表面进行测量,获取地球表面的空间信息,并对其进行处理、分析和应用。
测绘学的研究对象包括地球的形状、大小、重力场、表面形态等自然属性,以及人类活动产生的各种地理现象和空间信息。
1.2 测绘学的研究内容测绘学的研究内容主要包括以下几个方面:(1)大地测量学:研究地球的形状、大小和重力场,建立地球的数学模型,为各种测量提供基准。
(2)摄影测量学:利用航空或卫星摄影技术,获取地球表面的空间信息,并通过图像处理技术对其进行解析和应用。
(3)全球卫星导航定位技术:利用卫星导航系统,如GPS、GLONASS、北斗等,进行地球表面空间位置的测量和定位。
(4)遥感科学与技术:利用遥感技术,如卫星遥感、航空遥感等,获取地球表面和大气的物理、化学和生物信息,并进行处理和应用。
(5)地理信息系统:利用计算机技术,对地理空间信息进行采集、存储、管理、分析和可视化,为地理研究和决策提供支持。
1.3 测绘学的现代发展随着科技的发展,测绘学进入了一个新的发展阶段。
现代测绘技术主要包括卫星大地测量、数字摄影测量、激光扫描、遥感技术、地理信息系统等。
这些技术的发展,使得测绘工作更加高效、精确和全面,为地球科学、资源调查、环境保护、城市规划等领域提供了强大的支持。
1.4 测绘学的科学地位和作用测绘学在科学体系中占有重要地位,它是地球科学的基础学科之一,为其他学科提供了重要的数据支持。
同时,测绘学在国民经济和国防建设中发挥着重要作用,如土地管理、城市规划、环境监测、资源调查、灾害预警等,都离不开测绘学的支持。
第二章:大地测量学2.1 概述大地测量学是测绘学的一个重要分支,主要研究地球的形状、大小、重力场及其变化,建立地球的数学模型,为各种测量提供基准。
大地测量学具有广泛的应用,如地球科学研究、资源调查、环境保护、城市规划等。
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中大网校 “十佳网络教育机构”、 “十佳职业培训机构” 网址: 1、( )是过过建立天文大地网的主要方法
A:三角测量法
B:导线测量法
C:三边测量法
D:边角同测法
答案:A
2、( )用于建立三等大地控制测量,以及区域、城市和工程测量的基本控制网等; A:A 及GPS 测量
B:B 级GPS 测量
C:C 级GPS 测量
D:D 级GPS 测量
答案:C
3、精密水准测量要求前后视距相等,能消除或减弱()误差;
A:水准尺每米真长误差
B:两根水准尺零点差
C:尺台沉降误差
D:I 角误差;
答案:D
4、区域似大地水准面精化精度主要取决于()
A:GPS 测量大地高误差
B:水准测量误差。
第一篇大地测量GNSS连续运营基准站第一章大地测量大纲要求:(1)根据测绘基准建设的基本要求,确定国家和区域连续运行基准站网、卫星定位控制网、搞成控制网(2)根据¥1.1GNSS连续运行基准站知识点一、基准站组成(硬件、软件、通讯组成)(1)连续运行基准站,由GNSS设备、观测墩、通讯设备、电源设备、计算机设备、气象设备、工作室、观测室等基本设备组成,并且具备长期连续观测和记录卫星信号的能力,通过数据通信定时或实时的将数据发送至数据中心。
(2)数据中心,由计算机、网络设备、专业软件以及机房组成,具备数据的处理,数据的分析,数据管理、产品服务等功能,用于数据汇集、储存、处理、分析和分发基站数据,形成产品服务。
(3)数据通讯网络,有公用或专业网络构成,用于基站与数据中心,数据中心与用户之间的数据交换,实时数据传输和数据产品服务分发二、基准站的分类与布设原则依据应用范围和任务要可分为国家基准站网,区域基准站网,专业基准站网国家基准站网:1是国家地理信息系统重要的基础设施2主要用来维护和更新国家地心坐标参考框架3开展国家高精度定位、导航、工程建设、地震监测、气象预报等国民基础设施建设,国防建设,科学研究等区域基准站网:1是省市自治区总要基础设施,用来维护和更新区域的地心坐标参考框架,区域地心参考框架应该与国家地心参考框架保持一致;专业基准站网:专业基准站网是有专业单位建设的基准站网,用于各个专业信息服务,专业基准站网应该与国际基准站网保持联系。
布设原则:国家基准站网布设:应该覆盖国家的整个领土领海,全国范围内均匀分布,站间距应该在100-200KM,国家基准站网应该满足国家地心坐标参考框架的维持和更新,并且兼顾国家发展,经济建设,地理因素等因素,国家基准站网分布每个省自治区至少有三个,且均匀分布,观测墩埋设于基岩基准站,直辖市至少有1-2个均匀分布,观测墩埋设于基岩的基准站。
区域基准站网布设:区域基准站网应满足区域地心参考坐标框架的更新和维持,均匀分布在整个省市直辖市,兼顾区域经济发展,基础设施建设,自然条件,定位需求的服务等因素,区域基准站网建设应兼顾相邻区域基准站网,实现有效覆盖,相邻区域基准站网重叠区域定位服务应保持一致。
大地测量学复习重点第一章绪论1、测量学的分支:分为普通测量学(简称测量学)和大地测量学。
2、大地测量学的定义和作用定义:是指在一定的时间与空间参考系中,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的一门学科。
作用:①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。
②大地测量学在防灾,减灾,救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊作用。
③大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。
3、大地测量学的基本体系由几何大地测量学(天文大地测量学)、物理大地测量学(理论大地测量学)、空间大地测量学构成。
4、几何大地测量学、物理大地测量学以及空间大地测量学的基本任务和内容①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。
主要内容:国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)建立的基本原理和方法,精密角度测量,距离测量,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等。
②基本任务:是用物理方法(重力测量)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。
③基本任务: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。
5、现代大地测量的特征答:①研究范围大(全球:如地球两极、海洋);②从静态到动态,从地球内部结构到动力过程;③观测精度越高,相对精度达到10-8~10-9,绝对精度可到达毫米;④测量与数据处理周期短,但数据处理越来越复杂。
第二章时间和坐标系统1、天球的概念概念:所谓天球,是指以地球质心O(或测站)为中心,半径r为任意长度的一个假想的球体。
在天文学中,通常均把天体投影到天球的球面上,并利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天体之间的关系。
2、大地基准与大地基准的建立大地基准:指用以描述地球形状的参考椭球的参数,以及参考椭球在空间中的定位及定向,还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
测绘案例分析历年真题章节练习第一章、大地测量(3)[2011年]一、某市的基础控制网,因受城市建设、自然环境、人为活动等因素的影响,测量标志不断损坏、减少。
为了保证基础控制网的功能,该市决定对基础控制网进行维护,主要工作内容包括控制点的普查、补埋、观测、计算及成果的坐标转换等。
1、已有资料情况该市基础控制网的观测数据及成果;联测国家高等级三角点5个,基本均匀覆盖整个城市区域,各三角点均有1980西安坐标系成果;城市及周边地区的GPS 连续运行参考站观测数据及精确坐标;城市及周边地区近期布设的国家GPS 点及成果。
2、控制网测量精度指标要求控制网采用三等GPS 网,主要技术指标见下表:等级a(mm) B(1³10-6) 最弱边相对中误差 三等 ≤10 ≤5 1/80 0003、外业资料的检验使用随接收机配备的商用软件对观测数据进行解算。
对同步环闭合差,独立闭合环、重复基线较差进行检核,各项指标应满足精度要求:(1).同步环各坐标分量闭合差(WX 、WY 、WZ )WX ≤53σ WY ≤53σ WZ ≤53σ ()22d b a ⋅+±=σ 其中σ为基线测量误差。
(2).独立闭合环坐标闭合差Ws 和各坐标分量闭合差(WX 、WY 、WZ )WX ≤σn 2 WY ≤σn 2 WZ ≤σn 2式中:σ的含义同上,n 表示闭合环边数。
(3).重复基线的长度较差ds 应满足规范要求。
项目实施中,测得某一基线长度约为10km ,重复基线的长度较差95.5mm ;某一由6条边(平均边长约为5km )组成的独立闭合环,其X 、Y 、Z 坐标分量的闭合差分别为60.4mm 、160.3mm 、90.5mm 。
4、GPS 控制网平差解算a 、三维无约束平差b 、三维约束平差5、坐标转换该市基于2000国家大地坐标系建立了城市独立坐标系,该独立坐标系使用中央子午线为东经³³³°15′任意带高斯平面直角坐标,通过平差与严密换算获得城市基础控制网2000国家大地坐标系与独立坐标系成果后,利用联测的5个高等级三角点成果,采用平面二维四参数转换模型,获得了该基础控制网1954年北京坐标系与1980西安坐标系成果。
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。
第1章大地测量1.1大地测量概论1.1.1大地测量的任务和特点1.1.1.1大地测量的任务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: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。
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;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;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。
1.1.1.2现代大地测量的特点(1)长距离、大范围(2)高精度(3)实时、快速(4)“四维”。
能提供在合理复测周期内有时间序列的(时间或历元)、高于10-7相对精度的大地测量数据(5)地心(6)学科融合1.1.2大地测量的作用大地测量是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础,也是描述、构建和认知地球,进而解决地球科学问题的一个时空平台。
任何与地理位置有关的测绘都必须以法定的或协议的大地测量基准为基础。
各种测绘只有在大地测量基准的基础上,才能获得统一、协调、法定的平面坐标和高程系统,才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。
1.1.3大地测量系统与参考框架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(包括理论、模型和方法)。
大地测量参考框架是通过大地测量手段,由固定在地面上的点所构成的大地网(点)或其他实体(静止或运动的物体)按相应于大地测量系统的规定模式构建的,是对大地测量系统的具体实现。
大地测量系统是总体概念,大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。
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。
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。
1.1.3.1大地测量坐标系统和大地测量常数大地测量坐标系统分为地心坐标系统和参心坐标系统。
大地测量学基础知到章节测试答案智慧树2023年最新南京工业大学第一章测试1.下面关于大地测量学叙述错误的是()参考答案:大地测量学的目的是测绘地形图2.大地测量学可以分为,几何大地测量学,物理大地测量学以及___。
参考答案:null3.卫星大地测量学属于大地测量学中的哪一分支()参考答案:空间大地测量学第二章测试1.下列关于地球的自转的说法哪一项是正确的()参考答案:岁差和章动导致地轴方向相对于空间的变化2.天球坐标系用于研究天体和人造卫星的定位与运动,地球坐标系用于研究地球上物体的定位与运动。
()参考答案:对3.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___。
参考答案:null4.下列关于时间系统的说法中错误的是()参考答案:世界时的时间尺度为地球公转5.下列关于的椭球参数的说法正确的是()参考答案:第一偏心率反应椭球体的扁平程度,它反映椭球的扁平程度,越大椭球体越扁6.下列关于关于的椭球定位和定向的说法错误的是()参考答案:椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向以及大地起始子午面的位置,地心定位要满足两个平行条件,局部定位无此要求7.下列关于地球坐标系的说法错误的是()参考答案:站心坐标系为全局坐标系,可以分为垂线站心坐标系和法线站心坐标系,坐标展现形式可以为空间直角坐标系和极坐标系。
第三章测试1.经纬仪的三轴误差不包括()参考答案:垂线偏差2.精密测角的误差影响因素不包括()参考答案:平差方法3.在精密经纬仪中,为了提高望远镜系统的质量,物镜、调焦镜和目镜均为复合透镜。
()参考答案:对4.T3读数测微器两次读数之后需要除以2。
()参考答案:错5.双平行板测微器误差包括隙动差、行差等。
()参考答案:对6.方向观测法又称全圆方向观测法,当测站上的方向观测数在2个或者2个以上时,一般采用方向观测法。
()参考答案:错第四章测试1.下面哪一组为地球椭球的基本几何参数()。
参考答案:长半轴、短半轴、扁率、第一偏心率、第二偏心率2.椭球面上某一点的子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径以及平均曲率半径的大小关系()。
大地测量学基础作业题与复习思考题第一章绪论1、什么叫大地测量学?它与普通测量学有什么不同?2、大地测量学的任务和研究的内容有哪些?第二章大地测量基础知识作业题1、天球坐标系中,已知某卫星的r=26600000m,α=45°,δ=45°。
求该卫星的天球直角坐标X,Y,Z。
2、测站P对某卫星测得其r=21000000m, A= 45°, h=45°。
求该卫星的站心地平直角坐标x,y,z。
3、垂直角测量中,地面点P对目标点Q观测的垂直角为0°,如图所示。
水平距离PQ=1000m。
设地球半径OP=OC=R=6378000m,计算Q点对P点的高差h=QC=?球面距离PC=?(提示:P点、C点在球面上为等高,弧长PC=Rθ)4、已知A点正常高和各测段水准高差,计算B点的正常高。
A◎----------1○----------○2------------◎BA点正常高HA=1000m,各测段高差分别为:h1=21.123m、h2=20.014m、h3=19.762m,各测段路线长分别为:3km、2km、3km,各点纬度分别为:φa=33°50′、φ1=33°48′、φ2=33°47′、φb=33°45′。
(提示:先计算各测段高差的水准面不行改正及重力异常改正,再计算B点高程。
由平均纬度计算得系数A=0.00000142335,无重力异常资料)5、GPS卫星绕地球一周的时间为11小时58分(平太阳时), 计算相应的恒星时=?6、北京时间7时30分对应的世界时=?7、地的经度L=117°, 求该点平太阳时与北京时之差=?8、两地经度之差为30°, 求两地平太阳时之差、两地恒星时之差各为多少?第二章大地测量基础知识复习思考题1、名词定义:水准面、大地水准面、参考椭球面、总地球椭球、垂线偏差、大地水准面差距?4、常用大地测量坐标系统有哪些?5、名词定义:恒星时、平太阳时、世界时、区时、原子时、GPS时间系统?6、水准面不平行性对水准测量成果产生什么影响?7、什么是正高、正常高、大地高?绘图说明它们之间的关系。
测绘案例分析第1章 大地测量1 建立大地控制网的方法1)常规大地测量三角测量法:控制网构成三角形网状,观测方向需要通视。
三角网的观测量是网中的全部(或者大部份)方向值。
导线测量法:选定相邻点相互通视的一系列控制点构成导线,直接测定导线的各边边长及相邻导线边之间的角度,已知一个点的坐标和一条边的方位角就可以推算出所有其他控制点的坐标。
三边测量及边角同测法:三边测量的观测量是所有三角形的边长,边角同测法是观测部份边长、部份方向。
2)卫星定位技术2.1 GPS观测基本要求;,UTC 至少观测卫星数4颗;采样间隔30s;观测卫星截止高度角10°;坐标和时间系统:WGS-84;C级点连续观测≥2个时段,每一个时段观测时段及时长:B级点连续观测3个时段,每一个时段长度≥23h个时段,每一个时段长;E级点连续观测≥1.6长度≥4h;D级点连续观测≥1.6个时段,每一个时段长度≥1h。
度≥40min2.2 GPS网平差1.基线向量提取:提取基线向量,构建GPS基线向量网,遵循的原则是:选取相对独立的基线,选取的基线应构成闭合的几何图形,选取质量好的基线,选取能构成边数较少的异步环的基线向量,选取边长较短的基线向量。
2.三维无约束平差,根据无约束平差结果,判别所构成的GPS网中是否含有粗差基线,如发现含有粗差的基线,必须进行处理,以使构网的所有基线向量均满足质量要求;调整各基线向量观测值的权数,使得它们相互匹配。
3.约束平差和联合平差:指定进行平差的基准和坐标系统;指定起算数据;检验约束条件的质量;进行平差结算。
4.质量分析和控制:(1)基线向量改正数。
根据基线向量改正数的大小,判断基线向量中是否含有粗差;(2)相邻点的中误差和相对中误差。
如果发现构成GPS网的基线向量中含有粗差,则需要采用删除含有粗差的基线重新对含有初查的基线进行结算或者重测含有粗差的基线等方法加以解决;如果发现个别起算数据有质量问题,则应抛却有质量问题的起算数据。
大地测量学基础教学大纲与2009年考研考试大纲对比注:教学要求中有下划线的内容即为考研考试大纲内容,不一样的要求用小括号说明并加画下划线。
●课程学习的基本要求一本课程的性质本课程是测绘专业的专业基础课,必修课;开课对象:测绘专业学生。
二本课程的特点与教学内容为了适应新形势下教学的需要,在原有课程的基础上,删除了陈旧、过时的内容,增添了大量的新理论、新技术。
所涉及的内容较为广泛。
如地球重力学、实用天文学、椭球大地测量学、控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。
内容广、难、深。
但课时短。
在教学内容基本要求如下:第一章绪论部分侧重于(了解)大地测量学的基本概念,掌握大地测量学的定义和内容、地位与作用、(了解)发展简史及未来展望,熟练掌握(熟悉)经典大地测量与现代大地测量的区别。
第二章坐标系统与时间系统,1、了解行星运动的三大规律,掌握岁差、章动、极移的概念,掌握恒星时、世界时、历书时、力学时、原子时、协调世界时的概念以及它们之间的相互关系。
2、了解坐标系统的基本概念,熟练掌握惯性坐标系、协议天球坐标系、瞬时平天球坐标系、瞬时真天球坐标系的定义以及其相互关系;3、掌握地固坐标系的定义,熟练掌握协议地球坐标系、瞬时地球坐标系的定义及其相互关系;熟练掌握协议地球坐标系与协议天球坐标系的其相互关系;4、了解参心坐标系的建立方法,一点定位和多点定位的基本原理;了解北京54坐标系、80坐标系、新北京54坐标系的主要特点及其相互联系与区别;了解地心坐标系的建立方法,掌握国际地球参考系统(ITRS)与国际地球参考框架(ITRF)的概念;5、熟练掌握站心坐标系的定义、站心坐标系与空间直角坐标系之间的相互关系;6、熟练掌握坐标系之间的换算关系(平面之间坐标、空间直角坐标、不同大地坐标等)。
(熟练掌握几种坐标系统的定义以及其相互换算关系);第三章地球重力场基本原理1、了解地球的基本概念;掌握地球重力位、地球重力、正常重力位、正常重力的概念;掌握正常重力公式推导思路;2、了解正常重力场参数;掌握正常椭球、水准椭球、总地球椭球、参考椭球的概念;3、熟练掌握正高系统、正常高系统的概念,了解(掌握)力高高程系统的定义(概念);4、熟练掌握国家高程基准;5、了解(掌握)垂线偏差和大地水准面差距的定义与测定方法;了解(掌握)确定地球形状的基本方法。
第1章大地测量1.1大地测量概论1.1.1大地测量的任务和特点1.1.1.1大地测量的任务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: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。
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;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;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。
1.1.1.2现代大地测量的特点(1)长距离、大范围(2)高精度(3)实时、快速(4)“四维”。
能提供在合理复测周期内有时间序列的(时间或历元)、高于10-7相对精度的大地测量数据(5)地心(6)学科融合1.1.2大地测量的作用大地测量是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础,也是描述、构建和认知地球,进而解决地球科学问题的一个时空平台。
任何与地理位置有关的测绘都必须以法定的或协议的大地测量基准为基础。
各种测绘只有在大地测量基准的基础上,才能获得统一、协调、法定的平面坐标和高程系统,才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。
1.1.3大地测量系统与参考框架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(包括理论、模型和方法)。
大地测量参考框架是通过大地测量手段,由固定在地面上的点所构成的大地网(点)或其他实体(静止或运动的物体)按相应于大地测量系统的规定模式构建的,是对大地测量系统的具体实现。
大地测量系统是总体概念,大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。
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。
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。
1.1.3.1大地测量坐标系统和大地测量常数大地测量坐标系统分为地心坐标系统和参心坐标系统。
从表现形式上分,大地测量坐标系统又分为空间直角坐标系统、大地坐标系统两种形式。
空间直角坐标一般用(x,y,z)表示;大地坐标用(经度λ,纬度φ,大地高h)表示,其中大地高h是指空间点沿椭球面法线方向至椭球面的距离。
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。
它分为基本常数和导出常数。
基本常数唯一定义了大地测量系统。
1.1.3.2大地测量坐标框架1.参心坐标框架传统的大地测量坐标框架是由天文大地网实现和维持的,一般定义在参心坐标系统中,是一种区域性、二维静态的地球坐标框架。
1954北京坐标系和1980西安坐标系2.地心坐标框架国际地面参考框架(itrf)是国际地面参考系统(itrs)的具体实现。
2000国家大地控制网是定义在itf's2000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。
1.1.3.3高程系统和高程框架1.高程基准高程基准定义了陆地上高程测量的起算点,区域性高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定,通常定义该平均海面的高程为零1954年,我国确定用青岛验潮站验潮计算的黄海平均海水面作为高程基准面,并在青岛市观象山修建了国家水准原点。
1956年,通过对青岛验潮站7年的验潮资料的计算,求出我国青岛水准原点高程为72.289m。
1985国家高程基准是我国现采用的高程基准,青岛水准原点高程为72.2604m。
2.高程系统我国高程系统采用正常高系统,正常高的起算面是似大地水准面。
由地面点沿垂线向下至似大地水准面之间的距离,就是该点的正常高,即该点的高程。
3.高程框架高程框架是高程系统的实现。
我国水准高程框架由国家二期一等水准网,以及国家二期一等水准复测的高精度水准控制网实现,以青岛水准原点为起算基准,以正常高系统为水准高差传递方式。
高程框架分为四个等级,分别称为国家一、二、三、四等水准控制网。
框架点的正常高采用逐级控制,其现势性通过一、二等水准控制网的定期复测来维持。
高程框架的另一种形式是通过(似)大地水准面精化来实现的。
1.1.3.4重力系统和重力测量框架重力是重力加速度的简称。
重力测量就是测定空间一点的重力加速度。
重力基准就是标定一个国家或地区的绝对重力值的标准。
重力参考系统则是指采用的椭球常数及其相应的正常重力场。
重力测量框架则是由分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网,以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基线。
1.1.3.5深度基准我国1957年起采用理论深度基准面为深度基准。
1.1.3.6时间系统与时间系统框架1.常用的时间系统大地测量中常用的时间系统有:(1)世界时(universaltime,ut):以地球自转周期为基准,在1960年以前一直作为国际时间基准。
(2)原子时(atomictime,at):(3)力学时(dynamictime,dt):(4)协调时(unlversaltimecoordinated,utc):(5)gps时(gpstime,gpst):2.时间系统框架时间系统框架是对时间系统的实现。
描述一个时间系统框架通常需要涉及如下几个方面的内容:(1)采用的时间频率基准。
(2)守时系统。
(3)授时系统。
(4)覆盖范围。
覆盖范围是指区域或是全球1.1.3.7常用坐标系及其转换1.常用坐标系1)大地坐标系大地坐标系以参考椭球面为基准面,用大地经度l、纬度b和大地高h表示地面点位置,见图1-1-1。
地面点a向参考椭球体作法线,则法线与参考椭球的交点位置a'就叫a点的大地位置。
大地坐标系是参心坐标系,其坐标系统的原点位于参考椭球中心。
2)地心坐标系地心坐标系也是以参考椭球为基准面,地心坐标与上述的大地坐标系不同之处是,地面点a的纬度是以a'的向径a'o与大地赤道面的交角’b'表示的。
b'叫地心纬度,由图1-1-1可以看出,地心经度与大地经度是一致的。
地心坐标系应满足以下四个条件:(1)原点位于整个地球(包括海洋和大气)的质心;(2)尺度是广义相对论意义下某一局部地球框架内的尺度;(3)定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线,称为地球定向参数(eop);(4)定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件。
3)空间直角坐标系以地心或参考椭球中心为直角坐标系的原点,椭球旋转轴为z轴,x轴位于起始子午面与赤道的交线上,赤道面上与x轴正交的方向为y轴,指向符合右手规则,便构成了直角坐标系(见图1-1-2)。
4)站心坐标系在描述两点间关系时,为方便直观,一般采用站心坐标系。
根据坐标表示方法,又可以将站心坐标系细分为站心直角坐标系和站心极坐标系,见图1-1-3、图1-1-4。
点为中心的站心直角坐标系定义如下:以p;(1)原点位于p(2)u轴与过p点的参考椭球面的法线重合,指向天顶;(3)n轴垂直于u轴,指向参考椭球的短半轴;(4)e轴垂直于u轴和n轴,最终形成左手系;(5)在站心直角坐标系下点的n、e、u坐标为该点在三个坐标轴上的投影长度。
以p点为中心的站心极坐标系定义如下:e平面为基准面;(1)np(2)极点位于p;(3)极轴为n轴。
点在站心极坐标系下的坐标用极距(r为由极点到该点的距离)、方位角(a为在s在基准面上投影的角度)、高基准面上,以极点为顶点,由极轴顺时针方向量测到p度角(el为极点与该点连线与基准面间的夹角)表示。
站心直角坐标与站心极坐标间可以相互转换。
进行gps观测时,常常采用gps卫星相对于测站的高度角、方位角来描述其在空间中的方位。
实际上,如果再加上测站到卫星的距离,就是一个完整的站心坐标。
5)高斯直角坐标系采用横切圆柱投影——高斯一克吕格投影的方法来建立平面直角坐标系统,称为高斯一克吕格直角坐标系,简称为高斯直角坐标系。
2.坐标系转换1)空间直角坐标与大地坐标间的转换将同一坐标参照系下的大地坐标(b,l,h)转换为空间直角坐标(x,y,z)的公式为式中,n为卯酉圈的半径;a为参考椭球的长半轴;b为参考椭球的短半轴;e为参考椭球的第一偏心率;f为参考椭球的扁率空间直角坐标(x,y,z)转换为大地坐标(b,l,h)的公式为式中,e'为参考椭球的第二偏心率;2)空间直角坐标与站心直角坐标间的转换在同一坐标参照系下,如果存在i和j两个点,i点在空间直角坐标系和大地坐标系下的坐标分别为(xi ,yi,zi)和(bi,li,hi),j点在空间直角坐标系和大地坐标系下的坐标分别为(xj ,yj,zj)和(bj,lj,hj),设j点在以i点为中心的站心直角坐标系下的坐标为(nij ,eij,uij),则由空间直角坐标转换为站心直角坐标的公式为1.1.3.7常用坐标系及其转换式中,旋转矩阵ti 由bi、li计算。
而由站心直角坐标系转换为空间直角坐标系的公式为式中,旋转矩阵ti -1由bi、li计算。
3)不同大地坐标系三维转换不论大地坐标系转换为地心坐标系,还是地心坐标系转换为大地坐标系,以及其他参考椭球体之间坐标系的转换,一般都是将椭球坐标换算为相应空间直角坐标,通过空间直角坐标之间关系计算出转换参数。
反之,如果已知两个空间直角坐标系之间的转换参数,则可以使用三维转换模型将其转换为所需要的空间直角坐标系的坐标,然后利用空间直角坐标系(x、y、z)与大地坐标系(b、l、h)之间的转换关系,将其转换为椭球面坐标。
不同坐标系的三维转换模型很多,常用的有布尔沙模型(b模型)和莫洛坚斯基模型(m模型)。
——布尔沙模型(b模型)设任意点在ol 和o2为原点的两坐标系中坐标分别为x1i,y1i,z1i,和x2i,y2i,z2i,则布尔沙模型为式中,△xb、△yb、△zb为平移参数;εxb、εyb、εzb为旋转参数;mb为尺度变化参数。
——莫洛坚斯基模型(m模型)该模型的旋转和相似变换中心在地面网的大地原点上,并认为在旋转变化中大地原点的参心向量保证不变。
设有任意点在第一坐标系中的坐标为(x1i ,y1i,z1i,),在第二坐标系中为(x2i,y2i,z 2i ),同时假定在第一坐标系中有参考点k,其坐标为(x1k,y1k,z1k),则莫洛坚斯基模型为式中△xm、△ym、△zm为平移参数;εx m、εym、εzm为该模型转换参数。
在莫洛坚斯基模型中,受旋转和尺度的影响只是p点至参考点k的坐标差。
理论上,布尔沙模型与莫洛坚斯基模型的转换结果是等价的。
但在应用中有差别,布尔沙模型在全球或较大范围的基准转换时较为常用,在局部网的转换中采用莫洛坚斯基模型比较有利。