大地测量学基础49页PPT

我国统一的国家大地控制网的布设开始于20世 纪50年代初，60年代末基本完成，先后共布设一 等三角锁401条，一等三角点6 182个，构成121个 一等锁环，锁系长达7.3万km。一等导线点312个， 构成10个导线环，总长约1万km。1982年完成了 全国天文大地网的整体平差工作。网中包括一等三 角锁系，二等三角网，部分三等网，总共约有5万 个大地控制点，30万个观测量的天文大地网。平差 结果表明：网中离大地点最远点的点位中误差为 ±0.9m，一等观测方向中误差为±0.46″。
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（4）优缺点 三角测量的优点是：图形简单，结构强，几何
条件多，便于检核，网的精度较高。 三角测量的缺点是：在平原地区或隐蔽地区易
受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用； 推算而得的边长精度不均匀，距起始边越远边 长精度越低。
（5）适用：山区
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2. 导线测量法
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5. 中国地壳运动观测网络
中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘 局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，主要是 服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。该 网络是以GPS为主，辅以SLR和VLBI以及重力测量 的观测网络，它由三个层次的网络组成，即25站连 续运行的基准网、56站定期复测的基本网和1 000 站复测频率低的区域网。
5）GPS定位精度应因地制宜
注重点位的适用性和站址的科学性
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四、国家水平控制网的布设方案
（一）、常规大地测量方法布设国家三角网 1. 国家一等三角锁的布网方案
一等锁是国家大地控制网的骨干，沿经纬线方向纵
横交叉布满全国。 一等锁在纵横交叉处设置起算边，起算边两端点应
精确测定天文经纬度和天文方位角。 一等锁两起算边之间的锁段长度一般为200km左右，

8Leabharlann • 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）。
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1).高斯投影的原理:
高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差
分带，分别进行投影。
高斯投影平面
N
中
央
子
午 线
赤道
c
赤道
S
测绘学院《大地测量学基础》课件
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2)、高斯投影必须满足：
（1）高斯投影为正形投影， 即等角投影；
（2）中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；
（3）中央子午线投影后长度 不变。
测绘学院《大地测量学基础》课件
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3)、高斯投影的特点: x
（1）中央子午线投影后为直
线，且长度不变。
平行圈
（2） 除中央子午线外，其余
子午线的投影均为凹向中央
赤道
O
y
子午线的曲线，并以中央子 子午线
午线为对称轴。投影后有长
度变形。 （3） 赤道线投影后为直线，
但有长度变形。
中央子午线
测绘学院《大地测量学基础》课件
L。=3ºn （n为3º带的带号） 例：120带中央子午线的经度为
L。＝3º× 120＝360 º
测绘学院《大地测量学基础》课件
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若已知某点的经度为L，则该点的6º 带的带号N由下式计算：

【要点】： 大地测量控制网的等级、分类、观测技术（GPS,全
站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：卫星定 位控制网、高程控制网、似大地水准面精化
全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009
6
全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009
7
a2(bD)2
全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009
21
大地测量系统： ● 坐标系统 ● 高程系统 ● 重力参考系统

坐标系统与参考框架
大地测量参考框架： ● 坐标参考框架 ● 高程参考框架 ●重力参考框架
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坐标系统与参考框架
2. 1 坐标系统与坐标参考框架 1 坐标系统 1）参心坐标系统 定义： ● 原点：位于参考椭球体中心 ● Z 轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行 ● X 轴：指向大地子午面与赤道面的交点 ● Y 轴：与X和Z轴正交，构成右手坐标系。
标以及施工坐标）； 2）熟练掌握1954年北京坐标系、1980西安坐标系、
CGCS2000坐标系的相关内容； 3）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（空间 三维坐标转换、二维平面坐标转换）。
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前言
【大地测量考试基本要求关键点】
1 大地测量控制网技术设计 2 选点、埋石 3 实施方案，外业观测 4 数据处理 5 似大地水准面精化 6 坐标系及其转换
2000国家GPS网共有28个连续运行参考站，2500多个 GPS网点组成，将数据统一归算到ITRF97(2000.0)， 是我国新一代的地心坐标参考框架.
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坐标系统与参考框架
① 参考框架和历元的统一 ● 2000网的参考框架ITRF97 ● 参考历元为 2000.0
② 参考椭球4个基本常数

方法：卫星大地测量。
应用大地测量学
§2.1 大地测量的基准面和基准线
§2.1.1 水准面和大地水准面 §2.1.2 地球椭球与参考椭球面 §2.1.3 垂线偏差
§2.1.3 垂线偏差
垂线偏差u--同一测站点上铅 垂线与椭球面法线之间的 夹角。通常用南北方向的 投影分量ξ和东西方向的投 影分量η表示。
静止海水 面
陆地
大地水准面
应用大地测量学
§2.1.1 水准面和大地水准面
3、大地水准面的特点 地表起伏不平、地壳内部物质密度分布不均匀，使得重
力方向产生不规则变化。由于大地水准面处处与铅垂线正 交，所以大地水准面是一个无法用数学公式表示的不规则 曲面。故大地水准面不能作为大地测量计算的基准面。
但大地水准面是野外测量统一的基准面。与其垂直的铅 垂线则是野外测量的基准线。
大地水准面所包围的形体—大地体，则是多年来大地测 量工作者研究的对象，认为它能代表地球的实际形状。
应用大地测量学
§2.1 大地测量的基准面和基准线
§2.1.1 水准面和大地水准面 §2.1.2 地球椭球与参考椭球面 §2.1.3 垂线偏差
应用大地测量学
§2.1.2 地球椭球与参考椭球面
1、地球椭球 大地体接近于一个具有极小扁率的旋转椭球。椭球面是 一个规则的数学曲面。一般用长半径a和扁率α(或长、短半 径a、b)表示椭球的形状和大小。 关系： α= （a – b ）/ a
大地水准面差距N—大地水准 面与椭球面在某一点上的 高差。
大地水准面
N
参考椭球面
u
法 线
铅 垂 线
垂线偏差
垂线偏差和大地水准面差距对确定天文坐标与大地坐标 之间的关系、地球椭球定位以及研究地球形状和大小等 问题有着重要的意义。

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。

1e2 W
sinB 1 V
sin B
taun 1e2taB n W taB n V
dBV2 1e2
2020/8/2
du
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。
L2，B2，A2
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大地问题反解 已知P1点和P2点的大地 坐标（L1，B1），（L2， B2），计算两点间的大地 线长S及正反大地方位角A1 ，A2。即： L1，B1，L2, B2
S, A1, A2
大地问题解算的基本方法
1）、以大地线的三个微分方程为理论基础的。
dL
sin A sec N
lfl(0 ) d d 0 s ls d d2 2 ls 0s 2 2 d d3 3 l s0s 6 3 bfb(0 ) d d B 0 ss d d 2 B 2s 0s 2 2 d d 3 B 3s 0s 6 3 af(0 ) d d A 0 ss d d 2A 2s 0s 2 2 d d 3A 3s 0s 6 3
1、归化纬度
大地纬度与归化纬度之间的关系
x a co us
x2 a2
y2 b2
1
x a cosu y b sin u
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1、归化纬度
x a cosu y b sin u
xWa cosB
y
a(1e2) W
sinB
b
1e2 W
sinB

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

学科性质：地球科学/地学(Geosciences )
学科任务：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。
内容举例： ➢测定地球形状和大小(Shape & size)；
➢测定地面点空间坐标(coordinates)；
➢点间距离和方向(distance & azimuth)；
➢测定和描述地球重力场等(gravitative
28 8/14/2021
重力测量-- 绝对重力测量
自由落体原理
h
h0
0t
1 2
gt
2
当 v0=0, h0=0
M H (t)
v0=0 h0=0
h 1 gt2 2
g 2h / t 2
重力仪：
*用激光干涉测h *用石英钟测 t
❖相对重力仪，LCR重力仪，精度±15μgal ❖绝对重力仪，FG 5重力仪，精度±5 μgal
A
传递：
P
交会
已知：XA，XB
XP
传递
B
控制
A
B
XA，XB XP’
C XB，XC XP”
检查： XP’ - XP” =?
P
提高精度: (XP’+ XP” )/2
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按等级高低分为：I～IV等4级控制网类型：
➢测角三角网 ➢边角导线网 ➢测边网
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经纬仪 theodolites
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❖FG5绝对重力仪(absolute gravimeter )
❖精度(precision)±5μgal
称为“伽”或
者“盖”，是为纪
念第一个重力测量

第十二页，共四十二页。
★掌握(zhǎngwò)测量学的基本概念，基本理论 ★熟练操作常用的测量仪器 ★掌握又快又准确地测、算、绘的技术
★熟练读图和用图
第十三页，共四十二页。
一、地球(dìqiú)形状
地球既围绕太阳(tàiyáng)旋转又绕 自己的轴自转，地球上的物体将 受到地球、太阳(tàiyáng)、月亮引力、 离心力等多种力的作用，而其中 主要是受到离心力和地球质心吸 引力的作用，这两个力的合力称为
第三页，共四十二页。
： 技术 发展 (jìshù)
测量(cèliáng)技术 地面人工测量 摄影测量
数字(shùzì)自动化测量
测量成果 纸质地形图 数字地图
地理信息系统
利用光学仪器
航摄仪进行空中摄影获取像片
利用全站仪
数字测量
GPS
第四页，共四十二页。
◎大地测量学 ◎航空摄影测量与遥感
◎工程 测量学 (gōngchéng) ◎地图制图学 ◎海洋测量学 ◎普通测量学
大
球
地
自
水
然
准
表Hale Waihona Puke 面面第十七页，共四十二页。
1. 要求：①总质量=地球质量，中心与质心重合， 短轴与旋转轴重合。
②旋转角速度与地球自转(zìzhuàn)速度相等。
③表面与大地水准面拟合最好。
大地水准面
b a
第十八页，共四十二页。
旋转椭球面
大地水准面与 椭球面高差 最大差为±200m
2.我国采用(cǎiyòng)的参考椭球体几何参数
p
R
第三十九页，共四十二页。
§1.5 用水平面代替(dàitì)水准面的限度
1. 对距离(jùlí)的影响

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
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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
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1
第一章 绪 论
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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
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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；
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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。
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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