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《大地测量学基础》课件第四讲

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中国矿业大学大地测量学基础课件

中国矿业大学大地测量学基础课件
目的：以测绘工作为手段，确定地面 点的空间位置，并把它表示成数据形式 或描绘着图面上，供经济建设和工程设 计施工使用。
§1.1 大地测量学的定义
大地测量学与普通测量学的区别： （1）精度等级高。
（2）测量范围广。
（3）普通测量学更侧重于如何测绘地形图以及 进行一般工程的施工测量。大地测量学侧重于 如何建立大地坐标系、建立大地控制网并精确 测定控制网点的坐标。
1、实用大地测量学：研究建立大地控制网的
理论与方法，介绍角度测量、边长测量和高 程测量的原理与观测方法、作业程序、以及 测量成果的质量检核，提供一系列地面点的 平面和高程成果
2、椭球大地测量学：研究参考椭球的建立以
及椭球面上处理大地测量观测成果的各种理 论与方法，提供大地控制点的大地坐标和平 面坐标；
——作为地学基础学科： ——作为应用地学学科：
§1.1 大地测量学的定义
主要理论、技术与方法： ——天文测量 ——三角测量 ——导线测量 ——卫星大地测量 ——水准测量 ——重力测量 ——椭球大地测量 ——地球形状理论 ——测量平差 。。。。。。。。
§1.1 大地测量学的定义
普通测量学（或称测量学）是研究地 球表面较小区域内测绘工作的基本理论、 技术、方法和应用的学科。
4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、 工程控制网。形式有三角网、导线网、高 程网、GPS网等）；
5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
本章纲要
一、大地测量学的定义 二、大地测量学的基本任务和作用（重点） 三、大地测量学的主要研究内容（重点） 四、大地测量的发展历程 五、现代大地测量技术简介
GJ01 GJ02
GJ03
1
JZ05
GJ59
GJ04

《大地测量学》课件

《大地测量学》课件

激光雷达地形测量
利用激光雷达技术获取高 精度地形数据，常用于数 字高程模型（DEM）的建 立。
激光雷达遥感
通过激光雷达技术获取地 表信息，用于地质、环境 监测等领域。
其他大地测量技术与方法
重力测量
利用重力加速度的差异来测定地球重力场参数，常用于地球 物理研究。
惯性导航
利用惯性传感器来测定运动物体的姿态、位置和速度，常用 于海洋和航空导航。
大地测量学的应用领域
• 总结词：大地测量学的应用领域非常广泛，包括地理信息系统、资源调 查、城市规划、灾害监测等。
• 详细描述：大地测量学在地理信息系统中的应用主要是提供高精度、高分辨率的地理信息数据，用于地图制作、土地规 划、环境监测等领域。在资源调查方面，大地测量学可以通过对地球的重力场和磁场进行测量，探测地下矿产资源，并 对海洋资源进行调查和监测。此外，大地测量学在城市规划中也有广泛应用，例如通过卫星遥感技术对城市环境进行监 测和评估，以及利用GPS技术对城市交通进行管理和优化。最后，大地测量学在灾害监测方面也发挥了重要作用，例如 通过大地测量技术对地震、火山、滑坡等自然灾害进行监测和预警。
大地测量在地理信息系统中的应用领域
基础地理信息获取
大地测量提供高精度的地 理坐标和地形数据，是GIS 获取基础地理信息的重要 手段。
地图制作与更新
大地测量数据可用于制作 高精度地图，并定期更新 以确保地图的准确性和现 势性。
空间分析与应用
大地测量数据与其他空间 数据结合，可进行空间分 析、规划、决策等应用。
大地测量在地理信
05
息系统中的应用
地理信息系统概述
地理信息系统定义
地理信息系统（GIS）是一种用于采集、存储、处理、分析和显示 地理数据的计算机系统。

《大地测量学基础》课件第四讲

《大地测量学基础》课件第四讲
大地原点垂线偏差的 子午圈分量和卯酉 圈分量及该点的大地 水准面差距
K ,K , NK
x , y ,z
地球坐标系
参心坐标系
得到K点相应的大地经度 LK ，大地纬度 BK ，至某一 相邻点的大地方位角 AK 和大地高 H K
3
3. 参心坐标系
广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程：
LK k K secK (Y sin k k cos k ) tan k z BK K K (Y cos k k cos k ) AK K K tank (Y cos k k cos k )seck
23
4. 地心坐标系
CGCS2000国家大地坐标系
CGCS2000是全球地心坐标系在我国的体现，其定义与协议地球参考系 的定义一致。 CGCS2000是2000国家GPS大地网在历元2000.0的点位坐标和速度具体 实现，实现的实质是使CGCS2000框架与ITRF97在2000.0参考历元相 一致。 CGCS2000由三个层次的站网坐标和速度具体实现：第一层次－连续运 行参考站，第二层次－空间大地网，第三层次－天文大地网。 2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用CGCS2000国家大地坐标 系。
7
3. 参心坐标系
大地原点和大地起算数据 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，大地原点的 LK , BK , H K 称为大地起算数据。 参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大 地坐标系建成的标志。
8
3. 参心坐标系
1954年北京坐标系 1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的 延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。 相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺限: ① 椭球参数有较大误差。 ② 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显 的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达 +68m。

《大地测量学基础》课件

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1
地球自转是指地球围绕自己的轴线旋转的运动， 其周期为24小时，即一天。
2
地球参考系是大地测量的基准，包括国际地球参 考系（ITRS）和世界时（UTC）等。
3
地球自转对大地测量具有重要的意义，因为地球 自转会导致天文经度变化，从而影响大地测量结 果。
大地水准面和地球椭球
大地水准面是指与平均海水面重合且与地球表面大致相吻合的虚拟静止水准面。
合成孔径雷达干涉测量技术
01
合成孔径雷达干涉测量技术是一种利用雷达信号干涉原理获取 地球表面形变的测量技术。
02
该技术在地壳形变监测、地震预报、冰川运动监测等领域具有
广泛的应用前景。
合成孔径雷达干涉测量技术具有全天候、全天时、高精度等优
03
点，但也存在数据处理复杂、对信号源要求高等挑战。
人工智能和大数据在大地测量中的应用
为地球第一偏心率。
地球重力场
地球重力场是由地球质量分布不均匀 引起的引力场，其特点是随地理位置 和时间变化。
地球重力场的研究方法包括大地测量 、卫星轨道测量和地球物理等方法。
地球重力场对大地测量具有重要的意 义，因为大地水准面是大地测量中重 要的参考面，而大地水准面的变化与 地球重力场密切相关。
地球自转和地球参考系
三角测量和导线测量
三角测量
利用三角形原理进行距离和角度的测 量，主要用于建立大地控制网和精密 测量。
导线测量
通过布设导线，逐段测量导线的长度 、角度等参数，以确定点的平面位置 。
GPS定位技术
GPS定位原理
利用卫星信号接收机接收多颗卫星信号，通过测距交会原理确定接收机所在位置。
GPS在大地测量中的应用
海洋大地测量的方法

大地测量 第4章 4.4-4.7

大地测量 第4章 4.4-4.7

rdl N cos Bdl sin A dA sin Bdl tgBdS PT NctgB N 东华理工大学测绘工程学院《大地测量学基础》课件
13
2）克莱洛方程：
sin A cos A tgBdS dB dS 代入 dA N M
sin A M sin BdB dA cos A N cos B
东Hale Waihona Puke 理工大学测绘工程学院《大地测量学基础》课件 8
4.5 大地线
1.相对法截线的概念
首先明确以下三点：
（1）纬度不同的两点，法线必 交于旋转轴的不同点； （2）椭球面上一点的纬度愈高， 法线与旋转轴的交点愈低； （3）当两点的纬度不同，又不 在同一子午圈上时，这两点的法 线将在空间交错而不相交。因此 当两点不在同一子午圈上，也不 在同一平行圈上时，两点间就有 二条法截线存在。
e2 H 2 (1) 2 cos 2 B2 sin 2 A1 2 照准点大地纬度 H 2 H 常 a 照准点的觇标高
(1) 2 / M 2
与照准点的纬度B2对 应的子午圈曲率半径
测站点至照准点的大地方位角
标高差改正主要与照准点的 高程有关。
e2 h K1 H 2 (1) 2 cos 2 B 2 东华理工大学测绘工程学院《大地测量学基础》课件 2
r1 sin A2 r2 sin A1
a cos B xr N cos B W
利用这个关系式可以检查 纬度与方位角计算的正确 性
东华理工大学测绘工程学院《大地测量学基础》课件
15
4.6 将地面观测的方向值归算到椭球面 （重点）
归算中两个基本要求：
（1）以椭球面的法线为基准；

《大地测量》PPT课件

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关键：
确定球面元素与椭球面元素的关系，即它们间的投影关系。
14
2、贝塞尔大地投影
(2) 贝塞尔大地投影的条件： ①球面上点的球面纬度等于椭球面上相应点的归化纬度。 ②椭球面上两点间的大地线投影到辅助球面上为大圆弧。 ③大地方位角投影后保持不变。
15
2、贝塞尔大地投影
证明 2 A2 在球面三角形 P1P2N 中，正弦定理得：
ds M dB
d du
ds N cos B dl
d
cosu d
M
a(1 e2 ) W3
V3
a 1 e2
dB du
W3 V2 1 e2
1 e2
N a W
cosB W cosu
ds
a V
d
dl
1 V
d
19
3、贝塞尔微分方程
ds
a V
d
dl
1 V
d
cosu 1 cos B 1 cos B
sin
B
1 V
sin
B
tan u 1 e2 tan B dB V 2 1 e2
du
W tan B V
13
2、贝塞尔大地投影
（1） 基本原理（Basic Principles） 建立以椭球中心为中心，以任意长（或单位长）为半径的辅助
球，按以下三个步骤计算。 第一， 按一定条件将椭球面元素投影到辅助球面上。 第二， 在球面上解算大地问题。 第三， 将求得的球面元素按投影关系换算到相应的椭球元素。2 180 A1
s sin A tgB ds 0N
dL
sin A N
sec
B
ds
dB
cos A M
ds

武汉大学测绘学院大地测量学课件第四章


令: pn=N
x= a cos B 1 − e2 sin 2 B = a cos B W
a N= W
y = N (1 − e 2 ) sin B
y = PQ sin B
PQ = N (1 − e 2 )
Qn = Ne 2
10
常用坐标系及其关系
空间直角坐标同子午面直角坐标系的关系
X = x c o s L , Y = x s in L , Z = y
x = a cos B 1 − e sin
2 2
(2)
B
=
a cos B W
9
y = x (1 − e 2 ) tan B
常用坐标系及其关系
y= a (1 − e 2 ) sin B 1 − e sin B
2 2
=
a b sin B (1 − e 2 ) sin B = W V
x = N cos B
2
+ Y X + Y
2
2
2

tan B =
Z + Ne 2 sin B X
2
+Y2
H = z − N (1 − e 2 ) sin B
H =
X2 +Y cos B
2
− N
13
常用坐标系及其关系 • B、u、 φ之间的关系 B和u之间的关系
x = a co s u , y = b sin u a a b sin B 2 x= co s B , y = (1 − e ) sin B = W W V
4.2.1 各种坐标系的建立 1、大地坐标系 、 大地经度B 大地纬度 大地纬度L 大地经度 大地高H 大地高

第五章 大地测量的基本技术与方法(4)PPT课件

2
2、电磁波测距仪分类
1）．按测程分：短程（3km以下）、中程（数公里至十余公里）、 远程（几十公里）。
2）．按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距、相位法测距。 3）．按测距仪所使用的载波源分：光源（红外光源、激光光源）、
微波。 4）．按测距精度分：Ⅰ级（mD≤5㎜）、Ⅱ级（ 5㎜<mD≤10㎜ ）、
直读数时反光。
测微轮 换像手轮
④、DJ2的读数方法 一般采用对径重合读数法——转动测微轮，使上下分划线精确重合后 读数。
DJ2经纬仪度盘最小刻划
值为20′
测微尺总的读数为10′，分
为600小格，最小刻划为1″。
读数时先调测微轮，使度盘上
下刻划对齐。
右图读数：
度盘：
59º10′
测微尺：Ⅰ 03′06. ″0
346
347
度盘读数： 166º36' 测微器读数：Ⅰ 68.9g
Ⅱ 69.0g
166º38´17."9
166
167
69
68
70
③ 、J2光学经纬仪的构造
竖直读盘 反光镜
如图与J6相比，增加了： 1、测微轮——读数时，对
径分划线影像符合。 2、换像手轮——水平读数
和竖直读数间的互换。 3、竖直读盘反光镜——竖
(3)徕卡的动态角度扫描系统及其测角原理 整个测角系统由绝对式光栅度盘及其驱动系统，与仪器基座固连在 一起的固定光栅探测器及与照准部固连在一起的活动光栅探测器等部 件组成。下图中Ls为固定光栅探测器，LR为活动光栅探测器。
一般光栅度盘上刻有1024条光栅条纹相邻两条纹角距（光栅度 盘的单位角值φ0 ）为：
第五章 大地测量的基本技术 与方法(4)

大地测量学基础课件+++

计算观测时刻地面到卫星的距离.
1 C
2
人卫最激新课光件 仪
25
精度最高的绝对定位技术。 全球地心参考框架、地球自转参数、全球重力场低阶模型、精密定轨等
方面有重要作用。 地基：在卫星上安置反光镜，地面上安激光测距仪，对卫星测距。 天基：在卫星上安置激光测距仪，地面上安反光镜，对地测距
3）、惯性测量系统 利用惯性力学原理，测定地面点三维坐标、重力异常和垂线偏差。
大地测量学基础
最新课件
1
第一章 绪 论
最新课件
2
一、大地测量学的定义
定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科学，着重研
究地球的几何特征（形状和大小）和基本物理特性
（重力场）及其变化。 性质：地球科学的一个分支，是一门地球信息科学，既是基础
科学，又是应用科学 任务：测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地
最新课件
5
2、在防灾、减灾、救灾及环境保护、监测、评价中的作用 1). 建立大地形变监测系统，为地震预报提供有关资料； 2). 监测泥石流、山体滑坡、雪崩、森林火灾、洪水等灾害， 并为灾后评估提供资料； 3). 监测海水面的变化； 4). 为灾难事件救援提供快速定位；如空难、海难、交通事故； 5). 环境监测，如沙漠，森林，土地利用情况等；
12
3、现代在地测量的特征 1)、测量范围大，范围从地区、全球乃至宇宙空间； 2)、研究对象和范围不断深入、全面和精细，从静态测量 发展到动态测量，从地球表面测绘发展到地球内部构造 及动力过程的研究；
3)、观测精度高； 4)、观测周期短。
最新课件
13
4、大地测量的基本内容
1)、确定地球形状、外部重力场及其变化；建立大地测量 坐标系；研究地壳形变，极移和海洋水面地形用其变化

《大地测量学基础》PPT课件


2）按投影面的形状分类
• （1）方位投影：以平面作为投影面，使平面与球面相切或相 割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。
• （2）圆柱投影：以圆柱面作为投影面，使圆柱面与球面相切 或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面 展为平面而成。
• （3）圆锥投影：以圆锥面作为投影面，使圆锥面与球面相切 或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面 展为平面而成。
4)、投影带的划分
我国规定按经差6º和3º 进行投影分带。
6º带自首子午线开始， 按6º的经差自西向东分成60 个带。
3º带自1.5 º开始，按3 º的经差自西向东分成12 0个带。
高斯投影带划分
6º带与3º带中央子午线之间的关系如图:
3º带的中央子午线与6º带中央子午线及分带子午线重 合，减少了换带计算。
在椭球面上，因为子午线同平行圈 正交，又由于投影具有正形性质，因 此它们的描写线 及 pQ也必p正N交， 由图可见，平面子午线收敛角也就是 等于 在 点上pQ的 切线p 同平面
• 3、中国各种地图投影：
1）中国全国地图投影：斜轴等面积方位投影、斜轴等角方 位投影、伪方位投影、正轴等面积割圆锥投影、正轴等角割 圆锥投影。
• 2）中国分省（区）地图的投影：正轴等角割圆锥投影、正 轴等面积割圆锥投影、正轴等角圆柱投影、高斯-克吕格投 影（宽带）。
• 3）中国大比例尺地图的投影：多面体投影（北洋军阀时期 ）、等角割圆锥投影（兰勃特投影）（解放前）、高斯-克 吕格投影（解放以后）。
注：X轴向北为正， y轴向东为正。
x
高斯 自然 P （X，坐Y标）
赤道
O
y
中央子午线
由于我国的位于 北半球，东西横跨12 个6º带，各带又独自 构成直角坐标系。
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① 采用1975年国际大地测量与地球物理联合会 IUGG第16届大会上推荐的5个椭球基本参数。
·长半径 a=6378140m, ·地球的扁率为 1/298.257 ·地心引力常数 GM=3.986 005×1014m3/s2, ·重力场二阶带球谐系数J2 =1.082 63×10-8 ·自转角速度 ω=7.292 115×10-5 rad/s ② 在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 ③ 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是 多点定位。
13
3. 参心坐标系
新1954年北京坐标系(BJ54新) 新1954年北京坐标系,是在GDZ80基础上，改变 GDZ80相对应的IUGG1975椭球几何参数为克拉索夫 斯基椭球参数，并将坐标原点 (椭球中心)平移,使坐 标轴保持平行而建立起来的。
14
3. 参心坐标系
X BJ 54新 XGDZ80 X 0 YBJ 54新 YGDZ80 Y0 ZBJ 54新 ZGDZ80 Z0
，天文纬
H正K
大地原点垂线偏差的 子午圈分量和卯酉
K
,K
,
NK
圈分量及该点的大地
水准面差距
地球坐标系
x,y,z
参心坐标系
得到K点相应的大地经度LK ，大地纬度BK ，至某一 相邻点的大地方位角 AK 和大地高 H K
3
3. 参心坐标系
广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程：
LK k K secK (Y sink k cosk ) tank z
BK K K (Y cosk k cosk )
AK
K
K
tank
(Y
cos k
k
cosk )seck
HK H正K NK (Y cosk X sink )NKe2 sink cosk
4
X Y Z 0
LK K K sec K
BK K K
AK
K
K
tan K
H K H 正K N K
16
4. 地心坐标系
地心空间直角坐标系：原点O与地球质心重合，Z轴指 向地球北极，X轴指向格林尼治平均子午面与地球赤 道的交点，Y轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系。
– 椭球参数: X , Y, Z – 旋转参数: X , Y , Z – 新的椭球参数： 新 = , a新 a a 2)由广义弧度测量方程计算 大地原点: K , K , N K 3)广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程计算 大地原点坐标: LK , BK , H K
7
3. 参心坐标系
3. 参心坐标系
5
3. 参心坐标系
一点定位
如果选择大地原点： K 0 , K 0 N K 0
则大地原点的坐标为：
L K K , B K K , A K K
H K H 正 K
多点定位 采用广义弧度测量方程
N
2 新Biblioteka min( 或2 新
min)
6
3. 参心坐标系
多点定位的过程： 1)由广义弧度测量方程采用最小二乘法求
建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作： – 选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率α)。 – 确定椭球中心的位置(椭球定位)。 – 确定椭球短轴的指向(椭球定向)。 – 建立大地原点。
2
3. 参心坐标系
选定某一适宜的点K作为大地原点，在该点上实施精密的天
文度测K量，和至高某程一测相量邻，点由的此天得文到方该位点角的天K和文正经高度K
该坐标系建立后，实施了全国天文大地网平差。平差后 提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954 年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们 各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者 是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。
不同坐标系统的控制点坐标可以通过一定的数学模型， 在一定的精度范围内进行互相转换，使用时必须注意所 用成果相应的坐标系统。
9
3. 参心坐标系
③ 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统 一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900～ 1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特 扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一 致的，这给实际工作带来了麻烦。
④ 定向不明确 。
10
3. 参心坐标系
1980年国家大地坐标系 特点
第二章 坐标与时间系统
本讲主要内容： 参心坐标系 地心坐标系 站心坐标系
本讲重点： 一点定位、多点定位、大地原点和大地起算数据的含义 1954年北京坐标系和1980年国家大地坐标系 WGS-84世界大地坐标系、ITRS与ITRF的含义 垂线站心坐标系、 法线站心坐标系的含义
1
3. 参心坐标系
大地原点和大地起算数据 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，大地原点的 LK , BK , HK 称为大地起算数据。 参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大 地坐标系建成的标志。
8
3. 参心坐标系
1954年北京坐标系 1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的 延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。 相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺限: ① 椭球参数有较大误差。 ② 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显 的系统性的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达 +68m。
11
3. 参心坐标系
④定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 JYD1968.0 的方向，起始大地子午面平行与我国起始天文
子午面， X Y Z 0 。
⑤大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾 阳县永乐镇，简称西安原点。
⑥ 大地高程基准采用1956年黄海高程系。
12
3. 参心坐标系
LBJ 54新 LGDZ80 L BBJ 54新 BGDZ80 B H BJ 54新 HGDZ80 H
15
3. 参心坐标系
BJ54新的特点是： – 采用克拉索夫斯基椭球参数。 – 是综合GDZ80和BJ建立起来的参心坐标系。 – 采用多点定位，但椭球面与大地水准面在我国 境内不是最佳拟合。 – 定向明确，坐标轴与GDZ80相平行，椭球短轴平行 于地球质心，指向1968.0地极原点的方向。 – 大地原点与GDZ80相同，但大地起算数据不同。 – 高程基准采用1956年黄海高程系。 – 与BJ54相比，所采用的椭球参数相同，其定位相 近，但定向不同。