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大地测量讲义第一章 概述第二章 平面基准及坐标转换第三章 高程基准和似大地水准面的精化第四章 国家平面控制网和高程控制网的布设第五章 GPS技术 第一章 概述一、大地测量学什么？大地测量学是一门地球信息科学，有其特定的学科内容、任务与作用，有专门的研究对象与方法。二、大地测量的主要工作：建立测绘科学的基准-椭球基准-用一个椭球来代表地球。2、大地测量的主要工作测绘基准：平面基准-全球或国家大地坐标系；高程基准-国家高程基准；重力基准-国际绝对重力基准网1987年在IUGG第19届大会上决定；海洋深度基准-我国决定从1956年起深度基准采用理论深度基准面。该面系按苏联弗拉基米尔方法计算的当地理论最低低潮面。三、大地测量学的基本体系1、大地测量学的分支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:1）应用大地测量学- 建立国家大地测量控制网；2）椭球大地测量学-坐标系统与时间系统，地球椭球及其数学投影变换的基本理论等； 3）天文大地测量学-测时，天文经度、天文纬度、天文方位角等； 4）测量平差-大地测量控制网的平差计算。物理大地测量学：也称为理论大地测量学,它的基本任务是用物理方法(重力测量)确定地球形状及其外部重力场。主要内容包括： 位理论、地球重力场、重力测量及其归算、外部重力场的理论与方法等。空间大地测量学： 主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。 1）空间定位原理 2）GPS测量原理与应用 3）GPS数据处理4）网络RTK和广域差分第二章 平面基准及坐标转换一、测绘基准 1、 测绘基准的分类 2、 地球坐标系 3、 测绘基准的现状和未来发展二、坐标变换与基准变换 1、 空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换 2、 参心坐标与站心坐标的相互转换 3、 高斯投影的正反算 4、 不同参考椭球坐标的相互转换 5、 平面坐标的相互转换 第一节 平面测绘基准一、平面测绘基准坐标系和基准两方面要素构成了完整的坐标系统所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数，如参考椭球的长短半轴，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。 测绘基准的分类常用的考椭球参数坐标系统椭 球 名 称年 代长半轴（m）扁率（1/）北京54克拉索夫斯基19426378245298.3西安80IAG7519756378140298.257CGCS2000CGCS2000 20086378137298.257222101WGS-84WGS-8419846378137298.2572236 地球坐标系 坐标系:描述空间位置的表达形式1、按坐标原点的不同分类： 地心坐标系统（地心空间直角坐标系、地心大地坐标系 ） 参心坐标系统（参心空间直角坐标系、参心大地坐标系 ） 站心坐标系统（站心直角坐标系 、站心极坐标系 ）2、按坐标的表达形式分类： 地心坐标系统 参心坐标系统 站心坐标系统点的关系各种坐标系站心直角坐标系站心极坐标系站心赤道坐标系站心地平坐标系高斯平面直角坐标系,天文坐标系,参心大地坐标系参心空间直角坐标系地心大地坐标系地心空间直角坐标系投影平面地心参心站心总地球椭球面参考椭球面大地水准面表示方式坐标原点参考面地球坐标系统笛卡尔坐标曲线坐标平面直角坐标二、测量常用坐标系统 1、1954年北京坐标系 2、1980年国家大地坐标系 3、2000国家大地坐标系统（CGCS2000） 4、WGS-84坐标系1、1954年北京坐标系 1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，遗憾的是，该椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传算过来的，该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。 2、1980年国家大地坐标系1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统，整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980年西安大地坐标系统。1980年国家大地坐标系统所采用的地球椭球参数的四个几何和物理参数采用了IAG 1975年的推荐值，椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。3、2000国家大地坐标系统”1）背景国务院通知：中国2008年7月1日起使用“2000国家大地坐标系统”；2003年中国建立了“2000中国大地控制网2000中国大地坐标框架”。2）2000中国大地坐标系统概述基本定义2000 国家大地坐标系，是一协议地球参考系由原点、尺度、坐标轴的定向及其时间演化定义由已知其坐标（和速度）的地面点集合实现2000中国大地坐标系统概述赤道首子午线ZXY地球质心IERS IRMIERS IRP参考椭球面2）2000中国大地坐标系统概述（CGCS2000）满足IERS规范规定的下列条件：原点在包括海洋和大气的整个地球的质量中心；长度单位是在引力相对论意义下的局部地球框架内定义的米（SI）；初始定向由1984.0时BIH的定向给定；定向时间演化：整个地球水平构造运动无净旋转（no-net-rotation）。ZYXCGCS2000参考椭球,也作为CGCS2000正常椭球，既作地球的数学表面, 也是正常重力场等位面参考椭球的中心与地球质心重合参考椭球由四个常数（两个几何常数和两个物理常数）定义长半轴 a =6378137.0 m地球含大气层引力常数 GM=3986004.418108m3s-2地球的动力形状因子 J2 = 1.082629832258地球自转角速度 w=7292115.010-11rad s-12000中国坐标系是一个地心坐标系，历元2000.0；2000中国坐标系是与国际地球参考系（ITRS）基本一致的坐标系；也是与国际先进水平相当的坐标系；2003年基本建成2000中国坐标系；2004年基本完成2000中国大地测量基准；2000中国坐标系是国家测绘局、总参测绘局、中国地震局共同合作的成果；2000中国大地坐标系也是中国测绘科技工作者70多年艰苦劳动的结晶。4、WGS-84坐标系WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。原点位于地球的质心Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极方向X轴指向BIH1984.0的启始子午面和赤道的交点 Y轴与X轴和Z轴构成右手系。第二节 坐标转换与基准变换所谓坐标系变换就是在不同的坐标表示形式间进行变换，基准变换是指在不同的参考基准间进行变换。一、为什么要进行坐标转换与基准变换？1、三个原因： 1）坐标系统变化了； 2）椭球参数发生了变化； 3）大地网的起算数据变动了。2、坐标变换的内容 1）椭球面椭球 大地坐标空间直角坐标 2）椭球面高斯面 大地坐标高斯平面坐标 3）高斯面1 高斯面2 平面直角坐标 （5480） 4）椭球1椭球2 空间直角坐标（WGS-84IAG-75） 5）椭球面1椭球面2 大地坐标（WGS-84IAG-75）二、 各种坐标的相互转换1、空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换A. BLHXYZB. XYZ BLH3、高斯投影的正反算A. BL xyB. xy BL4、不同参考椭球坐标的相互转换不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法(3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数 )。对于三维空间直角坐标系O-X1Y1Z1和O-X2Y2Z2，通过三次旋转，可实现O-X1Y1Z1到O-X2Y2Z2的变换 由空间直角坐标系A到空间直角坐标系B 的转换关系为： 为某点在空间直角坐标系A的坐标； 为该点在空间直角坐标系B的坐标； 为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的平移参数； 为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的旋转参数； 为空间直角坐标系A转换到空间直角坐标系B的尺度参数。 由于公共点的坐标存在误差，求得的转换参数将受其影响，公共点坐标误差对转换参数的影响与点位的几何分布及点数的多少有关，因而为了求得较好的转换参数，应选择一定数量的精度较高且分布较均匀并有较大覆盖面的公共点。当利用3个以上的公共点求解转换参数时存在多余观测，由于公共点误差的影响而使得转换的公共点的坐标值与已知值不完全相同，而实际工作中又往往要求所有的已知点的坐标值保持固定不变。为了解决这一矛盾，可采用配置法，将公共点的转换值改正为已知值，对非公共点的转换值进行相应的配置。、 不同大地坐标系换算 平面坐标的相互转换平面坐标系统之间的相互转换实际上是一种二维转换。一般而言，两平面坐标系统之间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。 A、先旋转、再平移、最后统一尺度B、先平移、再旋转、最后统一尺度相似变换法 1）前提在两种坐标系中，只在一定范围内差一个常数，而其微小部分是由某种旋转和尺度伸缩产生的。2）模型3、方法在变换局部区域内，选择公共点，以公共点的坐标为观测值，在最小二乘原理下（坐标差值的改正数的平方和最小）求平移量，尺度因子 m 和旋转因子。计算时要将上式线性化，取 该法的缺点是新旧网的几何形状不变，公共点上会存在间隙（有时还较大）。3、拓扑变换法（多项式逼近法） 1）特性：具有一一对应的可逆连续变换特性（称拓扑性） 2）模型： 式中： 称中心化后的坐标， 为变换区的中心点坐标 。共有 共12 个待定系数，用6个公共点解求，其它点的变换后的坐标（新坐标系）用变换公式计算。区域较大，可以取更高阶多项式，用更多的公共点解求待定系数。并非阶数越高越好，并不能逼近到任意精度的程度。如果公共点数多于6个，则为最小二乘拟合，这时公共点有间隙，且满足间隙的平方和最小。这种变换考虑了公共点的新坐标存在误差。当新坐标的误差较小时，采用拓扑变换法较好（旧网点通过局部的强形拉伸、压缩符合到新网上）。拓扑变换法效果较好。第三章高程基准和似大地水准面的精化第一节 国家高程基准一、国家高程基准1、高程基准面 （1）定义：地面点高程的统一起算面，称为高程基准面（2）要求：统一性、物理属性、可表达性、可表述性。（3）通常采用大地水准面作为高程基准面。由于大地水准面所形成的体形大地体是与整个地球最为接近的体形。从实用看，大地水准面具有物理意义（参考椭球面只具几何意义）从处理水准测量成果看，采用水准面有利。（4）确定的方法在海洋近岸的一点处竖立水位标尺，成年累月地观测海水面的水位升降，根据长期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置，人们假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。验潮：长期观测海水面水位升降的工作称为验潮，验潮站：进行验潮工作的场所称为验潮站。一般在深水港湾。根据基本验潮站应具备的条件，1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站。2、水准原点 1）定义：为了长期、牢固地表示出高程基准面的位置，建立的与验潮站相联系的水准点，作为全国传递高程的起算点，称为水准原点。2）作用： 提供全国高程统一计算的基准； 在地面上表征出高程基准面的位置。3）水准原点网的布设：一个为主点，其它为附点。 4）水准原点的高程确定：用精密水准测量方法将它与的验潮站水准标尺进行联测，以高程基准面为零推求水准原点的高程3、1956年黄海高程系统：1950年至1956年7年间青岛验潮站的潮汐资料推求的平均海水面作为我国的高程基准面。水准原点的高程为72.289m4、 1985国家高程基准：根据青岛验潮站 19521979年中取19年的验潮资料计算确定，并从1988年1月1日开始启用。水准原点的高程为72.260m。5、转换关系： 1956年黄海高程系统与1985国家高程基准的转换关系为： H85=H56-0.029 mH85 ,H56 ：分别表示新、旧高程基准水准原点的正常高 地面上的点相对于高程基准面的高度，通常称为绝对高程或海拔高程。第二节 GPS 水准概述 一、各种高程系统及相互关系 二、GPS水准基本原理既有大地高，又有正常高的点称为公共点。对于公共点有：= H大- H常 若假设网中其他点上的高程异常相同，即参考椭球面与似大地水准面平行，则非公共各点的高程可由下式得： H常 = H大- 第三节 GPS 水准方法 一、 GPS 水准方法 等值线图法:从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点的高程异常或大地水准面差距，然后分别采用下面两式可计算出正常高和正高。 注意等值线图所适用的坐标系统，在求解正常高或正高时，要采用相应坐标系统的大地高数据。采用等值线图法确定正常高或正高，其结果的精度在很大程度上取决于等值线图的精度。地球模型法:地球模型法本质上是一种数字化的等值线图，目前国际上较常采用的地球模型有OSU91EGM96等。我国有CQG2000，各个省有省级的厘米级似大地水准面模型。 高程拟合法：利用在范围不大的区域中，高程异常具有一定的几何相关性这一原理，采用数学方法，求解正高、正常高或高程异常。二、高程拟合的常用方法 多项式拟合法： 零次多项式：一次多项式：二次多项式：其中：利用公共点上GPS测定的大地高和水准测量测定的正常高计算出该点上的高程异常，存在一个这样的公共点，就可以依据上式列出一个方程：若共存在m个这样的公共点，则可列出m个方程：既有 通过最小二乘法可以求解出多项式的系数：其中：P为权阵，它可以根据水准高程和GPS所测得的大地高的精度来加以确定。多面函数拟合法 ： 该方法基于下述观点：任何一个圆滑的数学表面总可用一系列的有规则的数学表面的总和以任意精度逼近。则任意一点处的高程异常可表示为： 式中核函数一般取如下的正双曲面函数: 曲面样条拟合法 ： 移动曲面拟合法 ： 附加地形改正拟合法 ： 三、高程拟合中的有关问题 1、适用范围2、选择合适的高程异常已知点 3、高程异常已知点的数量 4、分区拟合法 第四节 似大地水准面的精化一、似大地水准面精化的主要数据来源：1、国家测绘局1：25万和1：5万比例尺DEM（数字高程模型） 数据库，某些省区1：1万比例尺DEM数据库。2、已有的高精度GPS控制点数据、水准数据和重力资料（陆地和海洋重力数据、卫星测高数据等）。3、项目加测的GPS、重力和水准数据。一、似大地水准面精化的主要技术途径：1、建立B级或C级区域GPS水准网，并与国家A级或B级GPS网点和一、二等水准点联测，获取高精度GPS水准数据，作为省市级大地水准面精化的控制。2、在国家重力基本网的基础上建立区域性重力基本网，加密陆地或海洋重力测量，获取高精度的陆地或海洋重力数据。3、选取适合本地区大地水准面精化的参考重力场模型，如美国的EGM96地球重力场模型和原武汉测绘科技大学的WDM94 地球重力场模型等。第四章 国家平面控制网和高程控制网的布设第一节 国家平面控制网的布设4.1国家平面大地控制网建立的基本原理 二、建立国家平面网的基本原则一、建立国家平面大地控制网的基本原则1、大地控制网应分级布设、逐级控制先以精度高而稀疏的一等三角锁，尽可能沿经纬线纵横交叉地迅速地布满全国，形成统一的骨干控制网，然后在一等锁环内逐级布设二、三、四等三角网。 GPS测量控制网按其精度划分为A、B、C、D、E五级，其中A级网建立我国最高精度的坐标框架。对应关系：常规大地测量一二三四GPS测量ABCDE2、大地控制网应有足够的精度 国家三角网精度，应能满足大比例尺测图的要求 在测图中，要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差，在图上应不超过0.1mm，相对于地面点的点位误差则不超过0.1 N mm( N 为测图比例尺分母)。而图根点对于国家三角点的相对误差，又受图根点误差和国家三角点误差的共同影响，为使国家三角点的误差影响可以忽略不计，应使相邻国家三角点的点位误差小于1/30.1 N mm。不同比例尺测图对相邻三角点点位的精度要求测图比例尺图根点对于三角点的点位误差(m)相邻三角点的点位误差(m)15万 5.0 1.712.5万 2.5 0.8311万 1.0 0.3315千 0.5 0.1712千 0.2 0.07为满足现代科学技术需要，国家一、二等网精度除满足测图要求外，精度要求还要更高一些，以保留一定精度储备。3、大地控制网应有一定的密度 国家三角网是测图的基本控制，其密度也应满足测图要求 。 三角点的密度，是指每幅图中包含有多少个控制点，而测图的比例尺不同，每幅图的面积也不同。所以，三角点的密度也用平均若干平方公里有一个三角点来表示。 见下面的常规大地测量和GPS测量的基本要求（1）不同比例尺地图对大地点的数量要求 ：测图比例尺1：5万1：2.5万1：1万平均每幅图面积（km2）3505001001251520平均每幅图的三角点个数3231每点控制的面积（km2）1505020三角网的平均边长（km）13826相应的三角网等级二等三等四等（2）GPS测量中两相邻点间的距离要求： 单位：km等级相邻点最小距离相邻点最大距离相邻点平均距离A1002000300B1525070C54015-10D21510-5E1105-24、大地控制网应有统一的技术规格和要求 领土广阔、工程浩大，耗时较长，参加测量单位较多。1958年和1959年国家测绘总局先后颁布了大地测量法式(草案)和一、二、三、四等三角测量细则，1974年又颁布了国家三角测量和精密导线测量规范。为规范GPS测量工作，1992年国家测绘局发布了全球定位系统(GPS)测量规范。规范很多，应遵照执行 。 三、国家平面大地控制网布设方案1、常规大地测量方法布设国家三角网1）一等三角锁布设方案网形：沿经纬线方向构成纵横交叉的网状 ，两相邻交叉点之间的三角锁称为锁段，锁段长度一般为200km，纵横锁段构成锁环 。平均边长：山区一般为25km左右，平原地区一般为20km 。测角中误差: 小于0.7 2）二等三角锁、网布设方案 二等三角网既是地形测图的基本控制，又是加密三、四等三角网(点)的基础，它和一等三角锁网同属国家高级控制点。 （1）二等补充锁网方案（旧二网）： 1958年以前分两级布设，在一等锁环内首先布设纵横交叉的二等基本锁，将一等锁分为四个部分，然后再在每个部分中布设二等补充网。 （2）二等全面网方案（新二网 ）： 1958年以后布设的，二等网的平均边长为13km左右，测角中误差应小于1.0 （基本按前苏联的方案） 旧二网图示： 新二网图示：3）三、四等三角网 （1）插网法：在高等级三角网内，以高级点为基础，布设次一等级的连续三角网 。一种是和高级点构成连续的三角网；一种是附合在高级点上。三等网的平均边长为8km，四等网边长在26km范围内变通，测角中误差三等为1.8，四等2.5 （2）插点法： 在高等级三角网的一个或两个三角形内插入一个或两个低等级的新点。存在图形结构问题，插点不能在危险区域内。4）我国天文大地网基本情况简介 我国统一的国家大地控制网的布设工作始于20世纪50年代初，60年代末基本完成，历时二十余年。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，500条起始边和近1 000个正反起始方位角的约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0.9m，一等观测方向中误差为0.46 。 采用了条件平差和附有条件的间接平差，两种方案平差后所得结果基本一致，坐标最大差值为4.8cm 。 精度之高，规模之大，堪称世界第一。国家平面控制网示意图2、利用现代测量技术建立国家大地测量控制网 GPS技术建立控制网的优点： 精度高、速度快、费用省、全天候、操作简便，点间勿需通视等。 用GPS技术建立起来的控制网叫GPS网。GPS网分为两大类：-全球或全国性的高精度GPS网（A级GPS网、B级GPS网）-区域性的GPS网（国家C、D、E级GPS网或专为工程项目而建立的工程GPS网） 国家GPS2000网示意图3、 国家平面大地控制网的布设 布设国家平面大地控制网包括以下工作：-技术设计；-实地选点；-建造钢标；-标石埋设 ；-距离测量，角度测量和平差计算等工作。简称“选造埋 ”；“外业观测”；“内业计算”1）技术设计 技术设计之目的是制定切实可行的技术方案，保证测绘产品符合相应的技术标准和要求，并获得最佳的社会和经济效益。大地控制网技术设计的步骤：（1）收集资料 （2）实地踏勘（3）图上设计（4）编写技术设计书任务概述，测区自然地理概况，已有资料利用情况，设计实施方案，计划安排和经费预算，附件等2）实地选点 实地选点就是按照实地情况检查落实图上设计，修改其中不恰当或不完善的部分。实地确定控制点的最适宜位置。选点后提交资料：选点图；点之记；选点工作技术总结。包括测区概况，旧点利用情况，选点的数量和质量统计，需建觇标类型及数量统计，对造标埋石和观测工作的建议等内容。3）建造觇（chan）标 （2）双锥标： （1）寻常标：微相位差照准圆筒 武测星湖旁的觇标（约35米） （3）屋顶观测台 在利用高建筑物设置三角点时、宜在建筑物顶面建造1.2米的固定观测台4）标石埋设大地测量标石是控制点的真正标志。控制点的坐标，实际上指的就是标石中心的坐标，所有大地测量的成果(坐标、距离、方位角)都是以标石中心为准的。 一、二等点的标石 三、四等点的标石三角点的中心标志:四、大地控制网优化设计简介 1、优化设计： 通俗地讲，通过采取一定的措施和方法，在现有的人力、物力、财力条件下，取得最满意的效果,就是“优化设计”。 2、控制网优化设计的内容： （1）在新网的设计中，为使控制网在整体或局部上达到预期的精度，研究如何合理地确定网的结构，观测量的必要精度及最佳分布； （2）在已建成的控制网中，研究如何利用现代高精度的观测量，来改善控制网的精度，以满足最新科学技术的需要。3、控制网设计的目标： 指控制网应达到的质量标准，它是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。 质量标准有：精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准。 3个主要质量标准： 精度标准、可靠性标准、费用标准可区分标准（模型）及灵敏度标准主要用在变形监测。（1）网的精度标准： 以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差-协方差阵Dxx或协因数阵Qxx来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。（2）网的可靠性标准： 以考虑观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差为前提，并把粗差归入函数模型之中来评价网的质量。 网的可靠性： 指控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。（3）网的费用标准： 在费用最小(或不超过某一限度)的情况下使其他质量指标能满足要求的布网方案 最大原则： 费用一定，控制网的精度和可靠性最大或者能满足一定限制下使精度最高。 最小原则： 精度和可靠性一定，费用最省。 布网费用：C总=C设计C造埋C观测C计算C分析4、优化设计的工作流程如图第二节 国家高程控制网的布设 4.2 国家高程控制网建立的基本原理国家高程基准： 1956年黄海高程系 1985国家高程基准 一、国家高程控制网的布设原则1、从高到低、逐级控制国家水准网采用从高到低，从整体到局部，逐级控制，逐级加密的方式布设。分为一、二、三、四等水准测量。 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据； 二等水准测量是国家高程控制网的全面基础； 三、四等水准测量是直接为地形测图和其他工程建设提供高程控制点2、水准点分布满足一定的密度 国家各等级水准路线上，每隔一定距离应埋设稳固的水准标石，以便于长期保存和使用。2、水准点分布满足一定的密度 国家各等级水准路线上，每隔一定距离应埋 设稳固的水准标石，以便于长期保存和使用。 各等级水准标石间距要求（ km）标 石类 型一般地区经济发达地区荒漠地区 基岩水准标石500 基本水准标石4020-3060 普通水准标石2-410 水准标石布设具体要求标石类型布 设 具 体 要 求基岩水准标石只设于一等水准路线上，在大城市和断裂带附近应增设，基岩较深地区可适当放宽，每省（市、自治区）至少两座。基本水准标石设于一二等水准路线上及交叉处，大、中城市两侧及县城附近。尽量设置在坚固岩层上。普通水准标石设于各等级水准路线上，以及山区水准路线高程变换点附近，长度超过300米的隧道，跨河水准测量两岸标尺附近。3、水准测量达到足够的精度 较高的测量精度，是保证水准测量成果使用价值的头等重要问题。 在一等水准测量中,用最先进仪器、最完善的作业方法和最严格的数据处理，以期达到尽可能高的精度。 各等级水准测量精度，用每公里高差中数的偶然中误差M和每公里高差中数的全中误差MW来表示。 每公里高差中数的偶然中误差：测段往返高差不符值，mm ；R 测段长度， km ； n 测段数。 每公里高差中数的全中误差： W-经各项改正后的闭合差， mm ；F-水准环长度， km ； N-水准环数。 单位：mm水准测量等级M的限值MW的限值一等0.451.0二等1.02.0三等3.06.0四等5.010.04、一等水准网应定期复测水准复测周期：国家一等水准网应定期复测，复测周期一般为1520年复测一次,二等按需要不定期复测。二、国家水准网的布设方案及精度我国的水准测量分为四个等级，各等级水准测量路线必须自行闭合或附合于高等级的水准点上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。1、一、二等水准闭合环线周长 一等 二等闭合环线周长，km(平原和丘陵地区)1 0001 500500750 闭合环线周长，km(山区)2 000左右 1 0002、三、四等水准在一、二等水准环中加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设：三等四等环线周长，km200100附合路线长度，km15080结点间路线长度，km7030水准路线附近的验潮站基准点、沉降观测基准点、地壳形变基准点以及水文站、气象站等应根据实际需要按相应等级水准进行联测。三、水准路线的设计、选点和埋石 1、技术设计技术设计是根据任务要求和测区情况，在小比例尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方案。一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。2、选点目的： 图上设计完成后，须进行实地选线，其目的在于使设计方案能符合实际情况，以确定切实可行的水准路线和水准点的具体位置。要求： 保证点位地基稳定、安全僻静，利于标石长期保存与观测使用。 尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内 不宜在易于淹没和土质松软的地域埋设水准标石， 不宜在易受震动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。3、埋 石 按用途区分，水准标石有基岩水准标石、基本水准标石和普通水准标石三种类型。各类水准标石的制作材料和埋设规格及其埋设方法等，在国家一、二等水准测量规范都有具体的规定和说明。 高度重视水准标石埋设质量。水准标石埋设不好，容易产生垂直位移或倾斜，则最后高程成果是不可靠的。四、水准路线上的重力测量因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿线要进行重力测量。高程大于4 000m或水准点间的平均高差为150250m的地区，一、二等水准路线上每个水准点均应测定重力。高差大于250m的测段，在地面倾斜变化处应加测重力。第五章 GPS技术第一节 GPS实时差分技术概论GPS实时差分技术的分类一般分为： 单基准站差分 具有多个基准站的局部区域差分 （局域差分和网络差分） 广域差分GPS实时差分技术概论分类单站差分一、单基准站差分按基准站发送的信息方式可分为：位置差分伪距差分载波相位差分三种。优缺点：系统结构和算法简单，但受到传输距离的限制。RTK Real Time Kinametic（实时动态差分）系统构成参考站流动站数据链应用二、局域差分GPS实时定位技术 （Local Area Differential GPS-LADGPS)在局部区域内，布设若干个差分GPS基准站和一到数个监控站，形成一个的差分GPS网，再配以若干个流动站接收来自各基准站的信息，就组成局部区域GPS差分系统。GPS基准站负责发送各种改正信息，监控站以协调、监控各基准站的工作。流动站接收的改正信息来自多个基准站，有多余信息，需要经过平差，获取最优改正数。局部区域差分GPS技术一般采用加权平均法或最小方差法进行平差，求得自己的改正数，对观测值进行修正，得到流动站的点位坐标。三、多基准站（网络）RTK系统多基准站RTK系统也叫网络RTK，由若干个连续运行的基准站、计算中心、数据发布中心和用户流动站组成。多基准站RTK系统的数据处理方法现主要采用虚拟参考站法（Virtual Reference StationVRS）。网络RTK和传统RTK传统RTK：RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。 网络RTK:线性衰减的单点GPS误差模型被区域型的GPS网络误差模型所取代，即用多个参考站组成的GPS网络来估计一个地区的GPS误差模型，并为网络覆盖地区的用户提供校正数据。用户收到的也不是某个实际参考站的观测数据，而是一个虚拟参考站的数据，和距离自己位置较近的某个参考网格的校正数据，这就是VRS技术。VRS概念 虚拟参考站技术（VRS）是GPS网络RTK中一种比较成熟的、可实时提供高精度导航定位信息的技术。它主要是利用网络内所有基准站原始观测数据，在流动站附近实时模拟一组参考站数据，实现对“参考站数据的模拟和重建”。VRS特点覆盖范围更广成本更低精度和可靠性更高应用范围更广改进了OTF初始化时间VRS工作原理图连续运行参考站（CORS）VRS Virtual Reference Station 作业模型类似RTK 原理利用基准站网计算出用户附近某点（虚拟参考站）各项误差改正，再将它们加到利用虚拟参考站坐标和卫星坐标所计算出的距离之上，得出虚拟参考站上的虚拟观测值，将其发送给用户，进行实时相对定位。 特点精度和可靠性高属网络RTK GPS实时差分技术概论多基准站RTK系统 (RTK网络技术)第二节 GPS网的建立的基本步骤建立GPS网的基本步骤（测前、测中和测后三个阶段）测前项目立项方案设计施工设计测绘资料收集整理仪器检验、检定踏勘、选点、埋石测中作业队进驻卫星状态预报观测计划制定作业调度及外业观测数据传输、转储、备份基线解算及质量控制 测后网平差（数据处理、分析）及质量控制整理成果、技术总结项目验收1、项目立项目标招标书、项目设计书内容测区范围项目用途、精度（等级）要求点位分布、数量要求提交成果的要求时限要求投入经费2、施工技术设计目标施工技术设计书内容作业方案3、测绘资料收集整理目标控制点成果水准资料测区地形图内容控制点坐标、点之记水准点坐标、点之记测区地形图（1:5万 - 1:10万） GPS点之记4、仪器检验、检定目标仪器检定证书合格的仪器设备内容GPS接收机的检定气象仪器的检定其它设备的检验5、踏勘、选点、埋石目标设置测量标志内容测区实地踏勘、了解测区状况选点埋设测量标志食宿、交通安排6、作业队进驻目标整个作业队进驻测区内容建立营地整个作业队进驻测区7、卫星状态预报目标确定观测时段内容全天卫星数量的变化全天卫星图形（DOP值、天球图）状态变化 DOP值随时间的变化图 天球图（Skyplot）8确定观测作业方案目标制定观测作业方案内容规划整体观测方案组建作业组确定每天的外业观测计划向各作业组下达作业调度指令 （作业调度表） 9、外业观测目标采集观测数据内容安置观测仪器设备读（量）取非GPS观测数据（包括天线高、气象数据等）保证仪器正常工作按时迁站10、数据传输、转储、备份目标获取、保存接收机记录的观测数据内容接收外业作业组上缴的观测记录下载GPS接收机的原始观测数据并备份进行必要的格式转换11、基线处理与质量控制目标获取合格的基线向量内容基线处理（解算）基线质量评估基线质量改善12、结果分析（网平差与质量控制）目标获得最终数据处理结果（坐标、高程）内容GPS基