第一章 大地测量
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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。
第一章大地测量1.1 概述:1.1.1 现代大地测量特点:高精度,长距离,四维,多学科,地心,快速。
1.1.2 大地测量系统和框架:大地测量框架是大地测量系统的具体实现。
大地测量系统包括坐标系统,重力系统,高程系统,深度基准;大地参考框架包括:坐标框架,高程框架,重力框架。
大地测量系统包括起算基准,尺度标准,实现方式。
1.1.3 大地测量坐标系统和大地测量常数:大地坐标系按原点分:地心坐标系和参心坐标系;按表现形式分:空间直角坐标系和大地坐标系。
大地测量常数分为基本常数和导出常数,基本常数唯一定义了椭球,导出常数便于应用;按属性分为几何常数和物理常数。
4个大地测量基本常数:赤道半径a,地心引力常数GM,地球动力学形状因子J2,自转角速度(W)。
1.1.4 大地测量坐标框架:1参心坐标框架:传统大地测量框架由天文大地网维持和实现,全国天文大地网即国家大地网一二等网,由于加测了天文经纬度,所以称为天文大地网,定义在54和80坐坐标系和参心空间直角坐标系。
2地心坐标框架:国际地面参考框架(ITRF):由国际地球自转服务局提供的,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、卫星多普勒定轨定位(DORIS)等技术为基础。
2000国家大地控制网是定义在ITRS2000中的区域性地心坐标框架。
区域性地心坐标框架一般三级构成:1,连续运行站构成的动态地心坐标框架,是主控制;2,与连续运行站联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架;3,加密大地控制点。
1.1.5 我国现行高程框架:现行高程基准是1985黄海高程基准,原点高程72.26,(位于青岛观象山)以正常高系统传递。
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。
框架点的现势性由一二等水准点的定期复测来控制。
高程框架的另外一个形式是通过似大地最准面精化来实现。
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。
《走进测绘师殿堂》讲义一第一章大地测量1.大地测量知识体系框架①大地测量概论:基础知识介绍。
②传统大地控制网;③GNSS连续运行基准站网;④卫星大地控制网;⑤高程控制网;⑥重力控制网⑦似大地水准面精化:②至⑥的综合应用。
⑧大地测量数据库:测绘成果管理。
2.大地测量考点剖析讲解第一节大地测量概论(一)大地测量的任务和特点1.大地测量的定义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,目的是获取和研究地球几何空间的和地球重力场的静态和动态信息。
2.大地测量学的定义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科学。
【考点一】(二)大地测量的任务(1)建立与维持4个基准:●大地基准:大地基准作为大地坐标系的基本参考依据和大地坐标计算的起算数据。
包括参考椭球参数和定位参数以及大地坐标的起算数据。
●高程基准:陆地上高程测量的起算点,一般可通过验潮的方式,确定海水面的平均位置作为高程基准。
我国使用了两个高程基准:①1956黄海高程系:7年的验潮结果,水准原点高程为72.289 m;②1985国家高程基准:近19年的验潮结果,水准原点高程为72.260 4 m。
1985国家高程基准是我国现采用的高程基准,位于我国山东省青岛市境内,其水准原点网由主点——原点、参考点、附点共6个点组成。
●深度基准:计算水体深度的起算面,深度基准与国家高程基准之间通过验潮站的水准联测建立联系。
我国从1957年起采用理论深度基准面为深度基准。
●重力基准:重力基准是指绝对重力值已知的重力点,作为相对重力测量(两点间重力差的重力测量)的起始点。
2000国家重力基准网是我国重力测量基准,我国于1999年至2002年完成建设,它由259个点组成,其中基准点21个、基本点126个、基本点引点112个。
重力系统采用GRS80椭球常数及相应重力场。
(2)确定与精化2个模型:●似大地水准面模型●地球重力场模型1.按照国家标准《国家大地测量基本技术规定》,下列基准中,其建立与维持属于大地测量任务的是()。
第一篇大地测量与海洋测绘第一章大地测量一、单项选择题1、我国高程系统采用()。
A 正高系统 B正常高系统 C 大地高系统 D 垂高系统【答案】:B2、1985国家高程基准的水准原点在(),起算高程为()。
A 青岛72.260mB 西安72.289m C青岛72.289m D西安 72.260m【答案】:A3、2000国家重力基本网由()个重力基准点和126个基本重力点组成。
A 11B 21 C31 D 41【答案】:B4、()是计算水体深度的起算面。
A 大地水准面 B似大地水准面 C地球椭球面 D 深度基准面【答案】:D5、高程异常是()至地球椭球面的垂直距离。
A 大地水准面 B似大地水准面 C地球椭球面 D 深度基准面【答案】:B6、在一个测站上同时又6个以上方向需要观测,水平角观测采用()。
A测回去 B 全圆方向观测法 C 分组方向观测法 D全组合方向观测法【答案】:C7、由国际事件局根据国际制秒的定义利用原子钟所建立的以1958年1月1日世界时零时开始的时间系统为()。
A 世界时B 世界协调时 C国际原子时 D GPS时【答案】:C8、在卫星导航定位系统载波相位观测中,因卫星信号失锁引起的相位整周跳变现象称为()。
A 整周模糊度 B失锁 C 多路径效应 D周跳【答案】:D9、定位连续运行基准站由卫星定位系统接收机(含天线)、计算机、()、通信设备及电源设备、观测墩等构成的观测系统。
A 电阻设备 B.气象设备 C.记录设备 D.避雷设备【答案】:B10、大地基准由大地坐标系统和大地坐标框架组成,国家采用()坐标系统作为全国统一的大地坐标系统。
A.地心 B.参心 C.高斯平面直角 D.空间直角【答案】:A11、国家二等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差不大于()。
垂直分量的中误差不大于±10mm。
A ±3mmB ±5mmC ±10mmD ±15mm【答案】:B12、国家似大地水准面的分辨率应不低于()。
《大地测量学》教学大纲(最终版)第一篇:《大地测量学》教学大纲(最终版)《大地测量学》教学大纲一、课程概述1.课程的性质与地位“大地测量学基础”是测绘学科本科各专业的一门专业基础必修课,对学生建立测绘基准(包括:大地基准、高程基准、重力基准)和测绘系统(包括:大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统)等测绘学科的基本概念,了解大地测量数据采集技术和大地控制网的建立技术,掌握大地测量学的基本理论、技术和方法,培养学生良好的业务作风,为进一步学习其他专业课打下坚实基础具有不可替代的重要作用和意义。
2.课程基本理念本课程的教学应坚持以人为本、以学为主、注重创新意识和综合素质培养的指导思想,坚持将知识学习、能力训练和综合素质培养融为一体,将大地测量学理论学习与测绘实践紧密结合,强调学生在学习中发现问题、分析问题、解决问题的能力,注重对学生科学探索精神、创新意识和团队精神的培养。
3.课程设计思路本课程以测绘基准和测绘系统为主线,以各专业后续专业课程的需要和工程实际应用为主导,按照循序渐进的思路,从大地测量数据采集技术入手,逐步引入各类测绘成果处理过程中所必须依据的各种基准和系统,并安排相应的计算实习,巩固和加深学生对所学理论的理解。
本课程是近年我院教学改革和课程建设的新产物,要力求避免原有多门课程知识的简单拼凑,按照21世纪人才培养对大地测量学基础知识的要求,针对大学本科生的知识基础,明确课程主旨,合理选取课程内容,贯彻“少而精”的方针。
因此,本课程并不完全遵循已有的专业课程体系,也不受限于以往的课程设置范式。
大学专业基础课程与适当介绍学术热点、学术前沿之间似乎存在一定的矛盾,但恰好可以成为激励学生热情并融科学性、趣味性于一炉的画龙点睛之处。
因此,本课程在重视基础内容的经典性和完整性的同时,也酌情安排一些关于学科新进展的窗口,以利于开拓学生的视野和思路,并作为测量工程后续专业课程的接口。
第一章大地测量第一节大地测量概论主要内容(基准问题):1、坐标系统;2、高程系统;3、深度基准4、重力基准;5、时间基准知识点1:参心坐标系统: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;三个概念:大地线、子午圈、卯酉圈;高斯投影、兰伯特投影知识点2: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itf's 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。
知识点3:高程系统: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. 260 4 m。
水准原点网由主点-----原点、参考点、附点共6个点组成n为大地水准面差距,为高程异常测量外业作业大基准面、基准线(大地水准面,铅垂线);内业作业的基准面、基准线(参考椭球面,法线)存在水准面不平行性,需要进行水准概算;知识点4:例题:gps点大地高h,正常高h和高程异常ξ三者之间的正确关系是( a)。
a、ξ=h-hb、ξ<h-hc、ξ=h-hd、ξ<h-h知识点5:重力系统框架: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。
,我国完成了,。
,其中、和;,.,联测了1985国家重力基本网及中国地壳运动观测网络重力网点66个。
该网使用了fg5绝对重力仪施测,并增加了绝对重力点的数量,覆盖面大,是我国新的重力测量基准。
,我国建立了“”,简称为“”。
它由、和组成。
(5)gps时(gps time,gpst):由gps星载原子钟和地面监控站原子钟组成的一种原子时基准,与国际原子时保持有19 s的常数差,并在gps标准历元1980年1月6日零时与utc保持一致。
描述时间系统框架通常需要涉及如下几个方面的内容:采用的时间频率基准、守时系统、授时系统、覆盖范围(1)采用的时间频率基准。
时间系统决定了时间系统框架采用的时间频率基准。
(2)守时系统。
守时系统用于建立和维持时间频率基准,确定时刻。
(3)授时系统。
授时系统主要是向用户授时和时间服务。
授时和时间服务可通过电话、网络、无线电、电视、专用(长波和短波)电台、卫星等设施和系统进行,它们具有不同的传递精度,可满足不同用户的需要。
(4)覆盖范围。
覆盖范围是指区域或是全球。
20世纪90年代自美国gps广泛使用以来,通过与gps信号的比对来校验本地时间频率标准或测量仪器的情况越来越普遍,原有的计量传递系统的作用相对减少知识点8:常用坐标系:大地坐标系、地心坐标系、空间直角坐标系、站心坐标系、高斯直角坐标系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。
知识点9:高斯直角坐标系高斯直角坐标系:高斯投影3条件、投影坐标系的分带规则、坐标系的加常数;高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长度不变,其余的子午线均为凹向中央子午线的曲线,其长度大于投影前的长度,离中央子午线愈远长度变形愈长,为了将长度变化限制在测图精度允许的范围内,通常采用6°分带法,即从首子午线起每隔经度差6°为一带,将旋转椭球体面由西向东等分为60带。
中央子午线投影后为直线;中央子午线投影后长度不变;投影具有正形投影性质,即正形投影条件;投影坐标y=带号+(500km+自然坐标)带号=[经度/6]+1;3度带投影:1(1.5-4.5)知识点10:坐标系转换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)。
(七参数法;三个平移参数、三个旋转参数、比例缩放因子)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。
知识点11:规范《国家大地测量基本技术规定》大地测量采用中误差作为精度的技术指标,以2倍中误差作为极限误差。
4.2.2.1 国家一等大地控制网4.2.2.1.1 国家一等大地控制网由卫星定位连续运行基准站构成,它是国家大地基准的骨干和主要支撑,以实现和维持我国三维、动态地心坐标系统,保证大地控制网点位三维地心坐标的精度和现势性。
4.2.2.1.2 国家一等大地控制网的卫星定位连续运行基准站地心坐标各分量年平均中误差应不大于±0.5mm,相对精度应不低于1³10-8,坐标年变化率中误差水平方向应不大于±2mm,垂直方向应不大于±3mm4.2.2.2 国家二等大地控制网4.2.2.2.1 国家二等大地控制网布测目的是事项对国家一、二等水准网的大尺度稳定性监测;结合精密水准测量、重力测量等技术,精化我国似大地水准面;为三、四等大地控制网和地方大地控制网的建立提供起始数据。
4.2.2.2.2 国家二等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差应不大于±5mm,垂直分量的中误差应不大于±10mm;各控制点的相对精度应不低于1³10-7,其点间评价距离应不超过50km。
4.2.2.2.3 国家二等大地控制网点应在均匀布设的基础上,综合考虑应用服务和对国家一、二等水准网的大尺度稳定性检测等因素。
4.2.2.2.4 国家二等大地控制网复测周期为5年,每次复测执行时间应不超过2年。
4.2.2.3 三等大地控制网4.2.2.3.1 三等大地控制网布测目的是建立和维持省级(或区域)大地控制网,满足国家基本比例尺测图的基本要求。
结合水准测量、重力测量技术,净化省级(或区域)似大地水准面。
4.2.2.3.2三等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差应不大于±10mm,垂直分量的中误差应不大于±20mm;各控制点的相对精度应不低于1³10-6,其点间平均距离不超过20km。
4.2.2.4 四等大地控制网4.2.2.4.1 四等大地控制网是三等大地控制网的加密。
4.2.2.4.2 四等大地控制网相邻间点基线水平分量的中误差应不大于±20mm,垂直分量的中误差应不大于±40mm;各控制点的相对精度应不低于1³10-5,其点间平均距离应不超过5km。
4.2.2.4.3 四等大地控制网应根据需要进行复测或更新。
5.2.2 国家一等水准网5.2.2.1 国家一等水准网是国家高程控制网的骨干,其主要目的是实现国家高程基准的高精度传递。
5.2.2.2 国家一等水准网的布设应充分顾忌地质构造背景,选择最适当的路线。
国家一等水准路线应闭合成环形,并构成网状。
环的周长在我国东部地区应不超过1600km,西部地区不超过2000km。
5.2.2.3 国家一等水准测量用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应不大于±0.45mm,用环闭合差计算的每千米全中误差应不大于±1.0mm。
5.2.2.4 国家一等水准网每15年复测一次,每次复测执行时间不超过5年。
5.2.3 国家二等水准网5.2.3.1 国家二等水准网是国家一等水准网的加密,在国家一等水准网内布设成符合路线或环形。
国家二等水准环线的周长,在平原和丘陵地区应不大于750mm,山区和困难地区经批准可适当放宽。
5.2.3.2 国家二等水准测量用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应不大于±1.0mm,用还闭合差计算的每千米全中误差应不大于±2.0mm。
5.2.3.3 国家二等水准网应根据需要进行复测,复测周期最长不超过20年。
5.3.2 国家似大地水准面5.3.2.1 国家似大地水准面的分辨率应不低于15′³15′,其精度:平地、丘陵地应不低于±0.3m,山地及高山地应不低于±0.6m。
5.3.2.2 国家似大地水准面的高程异常控制点,其坐标和高程精度应不低于国家二等大地控制网点和国家二等水准网点的精度。
5.3.3 省级似大地水准面5.3.3.1 省级似大地水准面的分辨率应不低于5′³5′,其精度:平地、丘陵地应不低于±0.1m,山地、高山地应不低于±0.3m。
5.3.3.2 省级似大地水准面的相邻高程异常控制点,其高程异常差的精度在平地、丘陵地不低于±0.1m,在山地、高山地不低于±0.3m。
6.2 重力测量控制网6.2.1 国家重力测量控制网的目的是建立和维持国家重力基准,为各类重力测量提供统一的重力起算值。
遵循逐级控制原则布设,分为重力基本网、一等重力网和二等重力点。
6.2.2 重力基本网由重力基准点、基本点及其引点组成,并包括一定数量的重力仪格值标定基线。
其密度应有效覆盖国土范围,以满足控制一等重力点相对联测的精度要求和国民经济及国防建设的需要。
基准点绝对重力值的测定中误差应不大于±5³10-8m²s-2。
在重力基准点与基本点及其引点之间进行相对重力测量,相对重力测量重力段差联测中误差应不大于±10³10-8m²s-2。
6.2.3 一等重力网是重力基本网的扩展,应布设成闭合环线。
一等重力点与重力基本网点的重力段差联测中误差应不大于±25³10-8m²s-2。
6.2.4 二等重力点是一等重力网的加密。
二等重力点根据不同时期不同地区加密重力测量的实际需要布设,其联测中误差应不大于±250³10-8m²s-2。
知识点12:大地测量的任务(了解):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。