注册测绘师精讲之大地测量

注册测绘师精讲之大地测量第一页，共115页。大地测量综合测试知识

TEL：E-MAIL：第二页，共115页。大地测量考试大纲基本要求1.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。2.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点(站)址，并建造适合该区域的测量标志。3.根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得合格的观测成果。TEL：E-MAIL：第三页，共115页。4.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。5.根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)的精化工作，完成卫星定位三维控制网的建设。6.根据作业区域的坐标系统情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系。

TEL：E-MAIL：第四页，共115页。基本概念TEL：E-MAIL：第五页，共115页。大地测量学：研究确定地球及其他天体的形状、大小重力场、表面位置、本体运动和空间运动等问题的学科。大地坐标系：以地球赤道面和相应的本初子午面的大地子午面为起算面，以地球椭球面为参考面的地球椭球面坐标系。大地原点：用于归算参考椭球定位结果并作为观测元素归算和大地坐标计算的起算点。TEL：E-MAIL：第六页，共115页。大地水准面：海水面的平均位置闭合后所形成的闭合曲面椭球面：参考椭球的闭合曲面垂线：重力作用线法线：与椭球面的切平面相垂直的直线TEL：E-MAIL：第七页，共115页。地球模型TEL：E-MAIL：第八页，共115页。地球椭球的基本元素常用符号a，b，α，e和e’表示。符号的名称和公式为(衡量形状和大小参数）：长半轴=a；短半轴=b；扁率α=(a-b)/a；第一偏心率=第二偏心率=地球椭球TEL：E-MAIL：第九页，共115页。1.1大地测量的任务和作用建立国家或大范围的精密控制网，内容包括三角测量、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TEL：E-MAIL：第十页，共115页。现代大地测量的特点长距离、大范围高精度实时、快速四维地心学科融合TEL：E-MAIL：第十一页，共115页。大地测量的作用组织、管理、融合和分析地球海量时空数据的基础，也是描述、构建认知地球进而解决地球科学问题的时空平台确定大地测量基准为科学研究、国防、经济建设、维护国家权益、航空航天技术等提供服务TEL：E-MAIL：第十二页，共115页。1.2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、尺度基准、机器实现方式（包括理论、模型和方法）。主要包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统大地测量参考框架是通过大地测量的手段，由固定在地面上的点所构成的大地网点或其他实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。主要包括坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架等TEL：E-MAIL：第十三页，共115页。大地测量坐标系统和常数地心坐标系和参心坐标系空间直角坐标系和大地坐标系大地测量常数是指与地球一起旋转且表面与地球有最佳温和的一组旋转椭球几何参数和物理参数TEL：E-MAIL：第十四页，共115页。参心坐标框架：坐标原点位于参考椭球中心，由天文大地网实现与维持。如我国的54坐标和80坐标地心坐标框架：坐标原点位于地球质心，由甚长基线干涉测量、激光测卫、激光测月、GPS、多普勒等技术手段实现与维持。如我国的2000坐标系大地测量坐标框架TEL：E-MAIL：第十五页，共115页。高程基准定义了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1956黄海高程系：7年的验潮结果，水准原点高程为72.289米1985国家高程基准：近19年的验潮结果，水准原点高程为72.2604米高程系统和高程框架TEL：E-MAIL：第十六页，共115页。我国高程系统采用正常高系统，高程起算面为似大地水准面我国的高程框架由国家二期一等水准网以及复测结果维持与实现高程框架还可以由似大地水准面来实现我国高程框架分为四个等级，分别定义为一、二、三、四等水准控制网高程系统和高程框架TEL：E-MAIL：第十七页，共115页。重力测量就是为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参数及其相应的正常重力场重力测量框架是分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点以及若干条基线组成重力系统和重力测量框架TEL：E-MAIL：第十八页，共115页。我国在20世纪50-70年代，使用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球体参数20世纪80年代建立了国家1985重力基本网，参考系统采用IAG75椭球常数1999-2002完成了2000国家重力基本网建设，重力参考系统采用GRS80椭球常数TEL：E-MAIL：第十九页，共115页。深度基准深度基准一般采用当地的潮汐调和系数计算得出深度基准可采用理论深度基准、平均低潮面、最低低潮面或大潮平均低潮面等1956年前我国采用了平均低潮面、实测最低潮面或大潮平均低潮面，1957年后采用理论深度基准面作为深度基准。该面试按照前苏联弗拉基米尔计算的当地理论最低低潮面TEL：E-MAIL：第二十页，共115页。时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻的参考标准和时间间隔的尺度标准。时间是通过秒长定义的，而秒长又与频率相关，因此时间基准也称时间频率基准时间系统框架是通过守时、授时和时间频率测量技术来实现和维持的时间系统1.3时间系统和时间系统框架TEL：E-MAIL：第二十一页，共115页。世界时：以地球自转为周期，1960前作为国际时间的基准原子时：以位于海平面的铯原子内部2个超精细结构能级月桥辐射的电磁波周期为基准。1958.1.1开始启用作为国际时间标准TEL：E-MAIL：第二十二页，共115页。力学时:根据天体动力学理论的运动方程定义的时间系统协调时：以原子时秒长和世界时起点定义的时间系统GPS时：由GPS星载原子钟和地面监控站的原子钟组成的一种原子时基准。与国际原子是由19秒的常数差，在1980.1.6零时与协调时相一致。TEL：E-MAIL：第二十三页，共115页。2.1传统大地控制网三角测量三边测量边角测量导线测量TEL：E-MAIL：第二十四页，共115页。布设原则分级布网，逐级控制要具有足够的精度要具有足够的密度要具有统一的规格国家平面控制网控制网分为一、二、三、四等，共四个等级TEL：E-MAIL：第二十五页，共115页。我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于20世纪50年代初，60年代末基本完成，历时20多年。共布设一等三角锁401条，一等三角点6182个，构成121个一等锁环，锁长7.3万km。一等导线点312个，构成10个导线环，导线环总长约1万km。1982年完成了天文大地网整体平差，网中包括一等三角锁系，二等三角网，部分三等网，共48433个大地控制点，500条起始边和近1000个正反起始方位角，311198个方向观测值，1404条导线测距观测值。五、国家水平控制网的

布设概况TEL：E-MAIL：第二十六页，共115页。平差结果表明：网中离大地原点最远点的点位中误差为±0.9m，一等方向中误差为±0.46″。采用条件联系数法和附有条件的间接观测平差法两种方案独立进行平差，两种方案平差后所得结果基本一致，坐标最大差为4.8cm。这充分说明我国天文大地网的精度较高，结果可靠。TEL：E-MAIL：第二十七页，共115页。光学经纬仪、电子经纬仪、全站型电子速测仪光学经纬仪分类：DJ07,DJ,1DJ2,DJ6,DJ30电子经纬仪分类：Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ经纬仪和光电测距仪及其检验TEL：E-MAIL：第二十八页，共115页。TEL：E-MAIL：第二十九页，共115页。2.3水平角观测观测误差的主要来源：人差仪器误差外界条件TEL：E-MAIL：第三十页，共115页。方向观测法：一般用于三、四等水平角测量，或在地面电、低觇标、方向数较少的二等水平角测量中使用分组方向观测法：方向数多于6个时使用全组和测角法：一等三角测量或高标的二等水平角测量中使用水平角观测方法TEL：E-MAIL：第三十一页，共115页。三角点观测及外业验算1、外业观测程序2、三角点外业验算TEL：E-MAIL：第三十二页，共115页。2.4三角高程测量竖直角观测方法：中丝法：四个测回，盘左、盘右依次观测三丝法：二个测回，方法同上TEL：E-MAIL：第三十三页，共115页。高差计算公式利用水平距离单向高差计算公式：利用倾斜距离单向高差计算公式：TEL：E-MAIL：第三十四页，共115页。大气垂直折光及其减弱措施TEL：E-MAIL：第三十五页，共115页。TEL：E-MAIL：第三十六页，共115页。折光系数一般为0.09-0.16之间实际作业时可以通过测定测区的平均折光系数、选择有利观测时间、对向观测、提高视线高度、短边传递高程等方法来消除或者减弱大气垂直折光的影响TEL：E-MAIL：第三十七页，共115页。2.4导线测量导线的布设导线共分四个等级，每个等级的精度与相对应的三角锁网应当一致主要技术指标见P12TEL：E-MAIL：第三十八页，共115页。导线边方位角中误差一端有已知方位角的自由导线两端有已知方位角的自由导线TEL：E-MAIL：第三十九页，共115页。选点、造标和埋石边长测量水平角观测垂直角观测导线测量概算导线测量作业及概算TEL：E-MAIL：第四十页，共115页。3.1GPS控制网等级A级由卫星定位连续运行基准站组成，用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和卫星精密定轨；B级主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或城市坐标基准框架，区域性的地球动力学研究、地壳形变测量和各种精密工程测量；C级主要用于建立三等大堤控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网；D用于建立国家四等大地控制网；E级主要用于测图、施工等控制测量。TEL：E-MAIL：第四十一页，共115页。TEL：E-MAIL：第四十二页，共115页。3.2卫星连续运行基准站网的布设布设原则基准站设计与选址基础设施建设设备配备与安装数据中心数据通信网络TEL：E-MAIL：第四十三页，共115页。网的技术设计点位的选址与埋石接收机检验观测的实施外业数据检查与技术总结3.3GPS网的布设TEL：E-MAIL：第四十四页，共115页。3.4GPSRTK测量临时基站RTK测量基准站的观测点位选择和系统设置流动站的设置中继站电台的设立TEL：E-MAIL：第四十五页，共115页。网络RTK测量单基站RTK技术虚拟基站技术VRS主副站技术MACTEL：E-MAIL：第四十六页，共115页。3.5GPS测量数据处理外业数据质量检查数据剔除率复测基线长度差同步环闭合差独立环闭合差和附合路线坐标闭合差TEL：E-MAIL：第四十七页，共115页。精处理后基线分量以及边长的重复性各时段的较差独立环闭合差或附合路线坐标闭合差GPS网基线精处理结果质量检核TEL：E-MAIL：第四十八页，共115页。基线向量提取三维无约束平差约束平差和联合平差质量分析与控制GPS网平差TEL：E-MAIL：第四十九页，共115页。4.1常用坐标系法线、子午线子午面、起始子午面赤道、赤道面椭球的定位与定向TEL：E-MAIL：第五十页，共115页。TEL：E-MAIL：第五十一页，共115页。大地经度：测站子午面与起始子午面间的夹角，分东经、西经大地纬度：测站法线与赤道面间的夹角，分为南纬和北纬大地高：地面点沿法线到椭球面的距离大地方位角：测站上包含照准点的法截面与测站子午面间的夹角大地坐标系TEL：E-MAIL：第五十二页，共115页。地心坐标系应满足以下条件：原点位于地球质心尺度是广义相对论意义下的某一局部地球框架内的尺度定向为国际时间局测定的某一历员的协议地极和零子午线定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件地心坐标系TEL：E-MAIL：第五十三页，共115页。空间直角坐标系椭球中心为坐标原点起始子午面与赤道面交线为x轴旋转轴为z轴Y垂直于xoz平面，三轴构成右手系TEL：E-MAIL：第五十四页，共115页。站心坐标系站心直角坐标系原点位于测站点U轴与过测站点椭球面的法线重合，指向天顶N轴垂直于U轴，指向椭球的短半轴E周垂直于U、N轴形成左手系TEL：E-MAIL：第五十五页，共115页。站心极坐标系原点位于测站点包含直角坐标系中N、E的平面作为基准面极轴为N轴用极距、方位角、高度角表示TEL：E-MAIL：第五十六页，共115页。高斯直角坐标系高斯投影的条件是：满足正形投影条件中央子午线投影后为直线中央子午线投影后长度不变TEL：E-MAIL：第五十七页，共115页。TEL：E-MAIL：第五十八页，共115页。TEL：E-MAIL：第五十九页，共115页。4.2坐标系转换TEL：E-MAIL：第六十页，共115页。空间直角坐标与站心坐标系转换TEL：E-MAIL：第六十一页，共115页。不同大地坐标系的三维转换TEL：E-MAIL：第六十二页，共115页。TEL：E-MAIL：第六十三页，共115页。球面坐标和平面坐标的转换TEL：E-MAIL：第六十四页，共115页。TEL：E-MAIL：第六十五页，共115页。5.1水准网的布设高程基准面：所有点作为零起算面的基准，我国选为大地水准面验潮：长期观测海水面水位升降的工作1956年黄海高程系统：以青岛验潮站7年观测结果所确定的高程基准面1985年国家高程基准：以青岛验潮站19年观测结果所确定的高程基准面TEL：E-MAIL：第六十六页，共115页。水准原点：为长期、牢固的表示出高程基准面的位置，作为其他高程点的起算数据，需采用精密水准测量的方式所求得的某唯一稳定点的高程，该点即为水准原点绝对高程（海拔高程）相对高程（假设高程）TEL：E-MAIL：第六十七页，共115页。分级布网，逐级控制应有足够的精度应有足够密度应有统一的规格应定期复测水准标石分为基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石等多种TEL：E-MAIL：第六十八页，共115页。一等为骨干，也是研究地壳和地面垂直运动等科学问题的主要依据。需构成网，环线周长应在1000-1500km之间，山区可在2000km左右二等为基础，应尽可能沿公路、铁路、河流布设，环线周长应在500-750km之间TEL：E-MAIL：第六十九页，共115页。三、四等一般是在一、二等的基础上加密，可布设成附和线路、环线或节点网，其直接为地形测图和各种工程建设服务三等附录水准路线的长度不超过150km，四等长度应不超过80kmTEL：E-MAIL：第七十页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十一页，共115页。水准路线的设计、选点和埋石将已知的水准路线和水准点以及计划联测的其他固定点，以不同的色彩和附号标绘在图纸上由高级到低级进行设计先设计水准路线在设计水准点的初步位置对水准路线命名和对水准点编号绘制水准路线设计图并编写技术设计说明书TEL：E-MAIL：第七十二页，共115页。选点：根据规范要求，通过踏勘后对线路和水准点位置进行调整应填绘点之记应绘制水准路线图TEL：E-MAIL：第七十三页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十四页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十五页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十六页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十七页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十八页，共115页。TEL：E-MAIL：第七十九页，共115页。TEL：E-MAIL：第八十页，共115页。水准仪和水准尺的检验TEL：E-MAIL：第八十一页，共115页。选择有利的观测时间观测前使仪器与外界温度一致，并打伞每站视距应大致相等采用一定的观测程序一测段应设置为偶数站应采用往返观测一、二等应尽量采用分段测量方式5.3.1水准测量的一般规定TEL：E-MAIL：第八十二页，共115页。往测时每站应采取的观测程序为：对于奇数站：后-前-前-后对于偶数站：前-后-后-前返测时每站应采取的观测程序为：对于奇数站：前-后-后-前对于偶数站：后-前-前-后TEL：E-MAIL：第八十三页，共115页。5.3.2水准测量的主要限差一、二等水准测量：视线长度、视距差、视距累计差、视线高度、基辅分划读数差、基辅分划高差之差、往返测高差不符值、环闭合差等三、四等水准测量：视线长度、视距差、视距累计差、视线高度、黑红面分划读数差、黑红面分划高差之差、往返测高差不符值、环闭合差等TEL：E-MAIL：第八十四页，共115页。5.3.3水准测量的误差来源仪器误差外界因素引起的误差观测误差TEL：E-MAIL：第八十五页，共115页。5.5水准网平差观测值权的确定TEL：E-MAIL：第八十六页，共115页。5.5.2间接平差法在确定多个未知量的最或然值时，选择它们之间不存在任何条件关系的独立量作为未知量组成用未知量表达测量的函数关系、列出误差方程式，按最小二乘法原理求得未知量的最或然值的平差方法。TEL：E-MAIL：第八十七页，共115页。确定未知量的个数t，并选择t个相互独立的变量列出误差方程列出未知数函数表达式组成法方程求解未知数进行必要检核TEL：E-MAIL：第八十八页，共115页。5.5.3条件平差法利用起算数据、原始观测值及其权倒数，根据各观测元素间的几何条件，按最小二乘法求定各原始观测值的改正数进而计算待定量最或是值的方法。TEL：E-MAIL：第八十九页，共115页。确定必要观测个数列出足够数目且又线性无关的条件方程列出平差值函数表达式写出条件系数表组成法方程求解法方程求改正数、计算各项中误差TEL：E-MAIL：第九十页，共115页。6.1重力测量设计国家重力基本网：由基准点和基本点以及引点组成，须与国家基准点联测国家一等重力网：由一等重力点组成，须与国家基准点或基本点联测国家二等重力点：为加密而设置的重力点，须与国家基本点或一等点联测国家级重力仪标定基线：精度高但无级别，分为长基线、短基线TEL：E-MAIL：第九十一页，共115页。重力控制测量的设计原则目的：建立国家重力基准和重力控制网原则：有一定的密度、有效覆盖国土范围、满足经济国防建设的需要基本控制点应在全国构成多边形网，点间距一般要求在500km左右，一、二等可布设成闭合、符合等形式，点间距约300km，长基线两端均须为基准点，短基线至少一端须与国家点联测TEL：E-MAIL：第九十二页，共115页。加密重力测量设计原则加密重力测量的任务：在全国建立5*5的国家基本格网的数字化重力异常模型为精化大地水准面，采用天文、重力、GPS水准方法确定全国范围的高程异常值为内插大地点求出天文大地垂线偏差为国家一、二等水准测量正常高系统提供改正TEL：E-MAIL：第九十三页，共115页。6.2国家重力网选点与埋石重力基准点的选点与埋石重力基本点与引点的选点与埋石一等重力点的选点与埋石TEL：E-MAIL：第九十四页，共115页。6.3重力测量仪器与检验FG5型绝对重力仪的检查和调整拉科斯特型相对重力仪的检验和调整石英弹簧重力仪的检验和调整相对重力仪比例因子的标定相对重力仪的性能试验TEL：E-MAIL：第九十五页，共115页。6.4重力测量绝对重力测量：重力垂直梯度和水平梯度的测定基本重力点联测：一般采用对称观测一、二等重力点联测：可采用闭合或符合，测段数、支点等根据不同等级设定，一般采用对称观测或三程循环法加密重力点联测：闭合时间可放宽平面坐标和高程的测定：均采用国家坐标系和高程系TEL：E-MAIL：第九十六页，共115页。6.5数据计算和上交资料绝对重力测量计算内容：墩面或距离墩面1.3M高度处的重力值每组观测的重力平均值及精度估算总重力平均值及精度估算重力梯度计算TEL：E-MAIL：第九十七页，共115页。相对重力测量计算内容：初步观测值的计算零漂改正后的观测值计算TEL：E-MAIL：第九十八页，共115页。7.1概述大地高是指以参考椭球面作为高程基准面的高程系统，是地面点沿法线到参考椭球面的距离似大地水准面精化的目的就是为了求得高程异常，以实现大地高和正常高的相互换算TEL：E-MAIL：第九十九页，共115页。TEL：E-MAIL：第一百页，共115页。正高高程系TEL：E-MAIL：第一百零一页，共115页。正常高高程系TEL：E-MAIL：第一百零二页，共115页。似大地水准面精化的方法几何法重力法组合法TEL：E-MAIL：第一百零三页，共115页。7.2似大地水准面精化设计与建设现代化的国家基准相结合全面规划和建设地方基准测绘控制网充分利用已有数据与全国似大地水准面精化相一致TEL：E-MAIL：第一百零四页，共115页。GPS水准点边长的确定精度指标：城市：±5cm，平原、丘陵：±8cm，山区：±15cm，分辨率应达到2.5′*2.5′。TEL：E-MAIL：第一百零五页，共115页。GPS水准大地高测定精度