大地测量学基础第5章大地测量仪器
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大地测量学大地测量学是地球学科的重要分支,是测绘科学的基础学科,在测绘专业的课程设置中占有重要的地位和作用。
其主要测定地球大小;研究地球形状;测定地面点的几何位置,将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上,用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置,用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。
这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。
就其本质来说,他是一门地球信息学,即为人类的活动提供地球空间信息的学科。
大地测量学的的内容包括几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学。
几何大地测量学主要是研究确定地球形状、大小和确定地面点三维空间的理论及技术、因此有关精密的角度、距离测量、水准测量,地球椭圆球体的参数及模型,椭圆面上测量成果的计算、平差、投影变换以及大地控制网建立的原理和技术方法等,是几何大地测量学的基本内容。
物理大地测量学研究用武力方法(重力测量)确定地球的形状及外部重力场。
它的主要内容是重力测量及其归化、地球及外部重力场模型、大地测量边值问题、重力为理论、球谐函数、利用重力测量研究地球形状及椭圆球体参数等。
空间大地测量学是研究以卫星及其它空间探测器实施大地测量的理论和技术。
主要内容包括卫星多普勒技术,海洋卫星雷达测高,激光卫星测距以及卫星定位系统(GPS)和GLONASS,我国的“北斗”卫星定位导航系统,卫星定位定轨理论以及应用卫星及空间探测器在全国性大地测量控制网,全球性的地球动态参数求定和重力场模型的精华、地壳形变、板块运功的、海空导航、导弹制导等方面的研究。
因此较确切地讲。
空间大地测量学的开创。
使大地测量学迈入了以可变地球为研究对象,实施全球动态就对测量的现代大地测量新时期。
学科发展史——萌芽阶段在17世纪以前,大地测量只是处于萌芽状态。
公元前 3世纪,亚历山大的埃拉托斯特尼首先应用几何学中圆周上一段弧AB的长度S、对应的中心角r同圆半径R的关系,估计了地球的半径长度,由于圆弧的两端A和B大致位于同一子午圈上,以后在此基础上发展为子午弧度测量。
大地测量学基础一、课程说明课程编号:010438Z10课程名称(中/英文):大地测量学基础/ Fundamental of Geodesy课程类别:必修学时/学分:48/3(其中实验学时:8)先修课程:测量学基础、测量平差基础适用专业:测绘工程教材、教学参考书:孔祥元,郭际明,刘宗泉.大地测量学基础,武汉大学出版社,2010(第二版)张华海等.应用大地测量学,中国矿业大学出版社,2012二、课程设置的目的意义该课程是测绘工程专业测量方向的核心课程。
目的是使学生掌握理解大地测量基本概念、理论与方法,熟悉和掌握各种等级控制网的布设、观测及数据处理。
通过该课程的学习,可以使学生理解和掌握坐标系统与时间系统、地球重力场、椭球大地测量、控制网建立原理等方面的专业知识,提高学生测绘理论基础与实践操作技能。
该门课程在测绘工程专业高素质人才的培养计划中具有重要地位并发挥重大作用。
三、课程的基本要求对应的专业培养要求1.3.2专业知识(1)熟悉大地测量基准及空间参考框架的概念与基础理论;(2)掌握卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网等空间框架基准网设计与实施的原理与方法;(3)掌握不同等级控制网的设计、布设、施测与数据处理的技术方法及工程实施流程;2.2.1具有较强的创新意识和技术改造与创新的初步能力。
针对测绘产品的质量要求和生产技术问题能提出技术改造、工艺设计或者技术创新初步方案。
2.2.4思维活跃,具有开拓创新的意识与能力及较强的自学能力,能与时俱进地学习,适应未来发展的要求。
3.1.1能够控制自我并了解、理解他人需求和意愿;既能独立工作,又具有团队合作精神,适应竞争学会合作。
3.3.1具有良好的心理承受能力和抗压能力。
知识:掌握坐标系统与时间系统基本概念、地球重力场基本理论、地球椭球及其数学投影变换的基本理论、控制网建立原理、大地测量的基本技术与方法等方面的专业知识;能力:使学生具备布设各种等级控制网、制定控制测量观测计划及实施,数据获取及测量数据处理的能力。
一.概念(1)垂线偏差:地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。
(2)大地水准面差距:(3)正高:以大地水准面为参照面的高程系统称为正高(4)正常高:以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高(5)力高:(6)参考椭球:具有确定参数( 长半径a和扁率α),经过局部定位和定向,同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球。
(7)总地球椭球:除了满足地心定位和双平行条件外,在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球。
(8)正常椭球、水准椭球(9)大地高(10)法截面:过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面的法线,包含这条法线的平面叫作法截面。
(11)卯酉圈:过椭球面上一点的法线,可作无限个法截面,其中一个与该点子午面相垂直的法截面,同椭球面相截形成的闭合的圈称为卯酉圈。
(12)相对法截线;过椭球面上一点A,可以做无数个法截面,其中通过椭球面上另一点B 的法截面与椭球面的交线,称为A、B相对法截线.(13)平均曲率半径(14)子午线收敛角(15)大地线:(16)大地元素(17)地图投影(18)七参数(19)天文大地点(20)拉普拉斯点(21)等量纬度(22)重力扁率(23)底点纬度(24)垂足纬度(25)岁差:地球受到日、月等天体的影响,导致地球旋转轴相对于空间围绕黄极呈倒圆锥体的运动,周期为26000年,这种长周期的运动称为岁差。
(26)章动:由于受到月球引力的影响,导致地球旋转轴绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆,而是类似圆的波浪曲线运动,周期为18.6年,振幅为9.21″的短周期运动。
2.大地测量学的研究内容;外业测量、内业计算的基准面、线。
①确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化,建立统一的大地测量坐标系。
②建立和维护国家和全球的天文大地水平控制网、全球控制网。
③研究获得高精度测量成果的仪器和方法等。
④研究地球表面向椭球面和平面投影的数学变换及计算方法。
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中,测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识(基准面和基准线,坐标系统和时间系统,地球重力场等);2、大地测量学的基本理论(地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论,大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等);3、大地测量基本技术与方法(经典的、现代的)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)。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制;2、为城建和矿山工程测量提供起始数据;3、为地球科学的研究提供信息;4、在防灾、减灾和救灾中的作用;5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响,类似于旋转陀螺,地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒,旋转周期为26000缓慢旋转,形成一个倒圆锥体,其锥角等于黄赤交角23.5年,这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道,由于白道对黄道有约5︒的倾斜,使得月球引力产生的大小和方向不断变化,从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动,振幅为9.21'',这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化,从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化,这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时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,称为恒星时。
以真太阳作为基本参考点,由其周日视运动确定的时间,称为真太阳时。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准,并对它进行连续计数的时标。
大地测量中的常用仪器和测量方法大地测量是地理学和地质学中的一项重要研究内容,用于测量地球表面的形状和尺寸,以及地球内部的地形和地形变。
在大地测量中,常用的仪器和测量方法具有重要的作用,本文将重点介绍其中的几种常见仪器和测量方法。
一、全站仪全站仪是大地测量中最常用的仪器之一,它结合了经纬仪和自动水平仪的功能。
全站仪可以用于测量水平角、垂直角和斜距,可以实现多种测量功能的集成,提高了测量的效率和精度。
全站仪使用光电测量原理,具有高精度、高自动化和全面的功能,广泛应用于土地测量、建筑工程和地质勘探等领域。
二、GPS定位系统GPS定位系统是利用全球定位系统技术进行测量的一种方法。
通过接收卫星发射的信号,并利用时差测量原理计算出测量点的位置坐标。
GPS定位系统具有高精度、高速度和全球范围的特点,可以用于任何地点和任何时间的测量。
在大地测量中,GPS定位系统广泛应用于地点测量、控制测量和导航测量等方面。
三、水准仪水准仪是用来测量地球表面高程的一种仪器。
它利用重力作用测量测量线和基准高程之间的高差,通过对多个测量点的高差测量,可以绘制出地球表面的高程分布图。
水准仪具有高精度和稳定性,适用于各种地形和复杂条件下的测量。
在大地测量中,水准仪是不可或缺的仪器之一。
四、地形成像雷达地形成像雷达是利用雷达技术进行地形测绘的一种仪器。
它通过发射电磁波并接收返回的信号,可以获取地表的探测信息,并利用这些信息绘制出地形图。
地形成像雷达具有高分辨率、全天候和高效率等特点,可以应用于地质勘探、地理测绘和环境监测等领域。
五、摄影测量摄影测量是利用航空摄影技术进行地表测量的一种方法。
通过航空摄影机拍摄地面图像,并利用测量原理进行影像测量和数据分析,可以获取地表的形状和尺寸等信息。
摄影测量具有高效、全面和准确的特点,适用于大范围和复杂地形的测量。
在大地测量中,摄影测量是不可或缺的一种方法。
综上所述,大地测量中的常用仪器和测量方法多种多样,每种仪器和方法都有其独特的优势和应用领域。
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。