第三章 测绘基准与大地控制网1

1、华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础大大地地测测量量学学的的任任务务高程测量高程测量重力测量重力测量空间测量空间测量角度测量角度测量距离测量距离测量天文测量天文测量地面重力值地面重力值三维坐标三维坐标一维坐标一维坐标二维坐标二维坐标水平控制水平控制网的布设网的布设高程控制高程控制网的布设网的布设三维控制三维控制网的布设网的布设重力控制重力控制网的布设网的布设华

2、南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础一、大地原点与水平坐标基准一、大地原点与水平坐标基准（一）大地原点（一）大地原点 1)1)简介简介大地原点大地原点”亦称亦称“大地基准点大地基准点”，即国家水平控制网中推算，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点。原点并不是指中国的大地坐标的起标点。原点并不是指中国的几何中心几何中心。中华人民中华人民共和国共和国原点是国家地理坐标系的基准点，利用原点是国家地理坐标系的基准点，利用高斯高斯平面直角坐平面直角坐标的方法建立全国统一的坐标系，即现在使用的标的方法建立全国

3、统一的坐标系，即现在使用的“1980国家大国家大地坐标系地坐标系”，简称，简称“80系系”。它不但在各项建设和科学技术上。它不但在各项建设和科学技术上起着重要的作用，而且象征着国家的尊严。起着重要的作用，而且象征着国家的尊严。 大地原点是人为界定的一个点，上个世纪大地原点是人为界定的一个点，上个世纪70年代，年代，中国中国决定建决定建立自己独立的立自己独立的大地坐标系统大地坐标系统。通过实地考察、综合分析，最后。通过实地考察、综合分析，最后将我国的大地原点，确定在将我国的大地原点，确定在 陕西省泾阳县永乐镇境内，具体陕西省泾阳县永乐镇境内，具体位置在：北纬位置在：北纬343227.00东经东经

4、1085525.00。 http:/ 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 2）历史）历史 建国初期，我国使用的大地测量坐标系统是从前苏联测过来的，其坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台，这种状况与我国的建设和发展极不相称。为此，国家有关方面决定建立我国独立的大地坐标系统。 从1975年开始组织人力，搜集分析了大量资料，并根据“原点”的要求，对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、大地构造、天文、重力和大地测量等因素实地考察、综合分析，最后将我国的大地原点，确定在泾阳县永乐镇石际寺村境内，具体位置在：北

5、纬具体位置在：北纬343227.00东经东经1085525.00。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 为什么将大地原点设在此地？中华人民共和国大地原点选点报告中作了这样的解释：“为了使大地测量成果数据向各方面均匀推算，原点最好在我国大陆的中部。”而陕西泾阳县永乐镇石际寺村的确处在祖国大陆的中部。这里距我国边界正北为880公里，距东北2500公里，距正东1000公里，距正南1750公里，距西南2250公里，距正西2930公里，距西北2500公里。同时，这里的地质条件比较理想。 华 南 农 业

6、大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 3）大地原点的构成）大地原点的构成 （1）地理位置）地理位置从陕西省西安市中心的钟鼓楼北行36公里，出西安，过咸阳，便到了泾阳县永乐镇石际寺村。村子不大，村中的一座八角形塔楼非常引人注目，这里就是曾经非常神秘的“中华人民共和国大地原点”所在地。大地原点所在地为一建筑群，占地5.9万平方米，约58.2亩。其中主体建筑占地面积500平方米。 （2）设施构成）设施构成大地原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大部分组成。高出地面25米多的立体建筑共七层，顶层为观察

7、室，内设仪器台；建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体；中心标志埋设于主题建筑的地下室中央。建成后不久，“大地原点”还增设并施测了国家基本重力点和天文基本点。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础（3）圆顶塔楼）圆顶塔楼主体建筑观测塔楼为一圆顶塔楼，外观呈六方体圆状，高27米。塔体外部呈八棱柱形，顶部出檐，呈圆形，屋顶为半圆球形，顶部是

8、玻璃钢整体半圆形外壳，可自动启闭，以便进行天文观测。下部为两层递收式八角裙楼。塔楼坐东向西，基座高约2米，面积近200平方米。高出地面25 米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，内设仪器台；建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体；仪器台设在第7层仪器室内。投影台设于主体外北、东南、西南三个方向的三个亭式建筑中，亭中有仪器墩。 进入塔楼的底楼，拾阶进入一层大门，是一个面积50多平方米的大厅。大厅正中央是一直径约2米的圆柱，柱体中上部镶嵌着一块长方形的黑色大理石。在这个塔体中心圆柱上还固定着一瓦形铜板，上有“中华人民共和国大地原点”11个金色大字。环绕圆柱四周的是8根直径约

9、0.5米的红色大理石贴面的立柱高高擎起。一行七八人置身其间，犹处于空旷天际之下。一楼大厅的高度是由大地原点的第一个观测点的距离所决定的。那周围的8根方柱。从楼梯向上可到达顶部，向下可到达原点标石所在的地下室。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础（4）中心标志）中心标志 那么大地原点在哪里呢?在这个宝塔形主建筑物的地下室内。原点标石的中心标志埋设于主题建筑的地下

10、室中央。从塔楼一层大厅到地下室，就可看见这里也是一个大厅，让人诧异的是，大厅的屋顶很高，将近8米。大厅地面居中是一座边长为0.55米的正方体整块红色大理岩石基座，这个基座为整块大理石凿成，重7吨。石正中有一半球突起，既原点坐标石。标石是重要的测量标志，一般用混凝土或花岗岩制成，埋于地下或部分露出地面，以标定大地控制点（简称“大地点”，是通过大地测量获得统一而精确的水平位置和高程的点）的位置。并使标石位置能长期保存，标石灌制要十分坚实，埋设必须非常稳固。比如大地原点标石，为保证原点的稳定性，标石的基座底下灌铸有4根13米高的水泥桩柱，直达地球内部的岩石上。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院

11、 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 大理石基座上方的中心部位就是神秘的大理石基座上方的中心部位就是神秘的“中华人民共和中华人民共和国大地原点国大地原点”标志。该原点标志在正中央一块边长约标志。该原点标志在正中央一块边长约0.5米的米的正方体红色大理石上方中心部位。该中心标志是位于地下室中正方体红色大理石上方中心部位。该中心标志是位于地下室中心标石上嵌装有一块直径心标石上嵌装有一块直径10厘米的一个用红色玛瑙做成的圆形厘米的一个用红色玛瑙做成的圆形原点原点标点标点。标点标石系用整块的红色。标点标石系用整块的红色玛瑙石玛瑙石切面制成，

12、精美坚切面制成，精美坚固。标石的外圈为一圆盘，有一粗一细勒金线边。勒金线圈内固。标石的外圈为一圆盘，有一粗一细勒金线边。勒金线圈内为文字说明，上面镌刻着为文字说明，上面镌刻着“中华人民共和国大地原点中华人民共和国大地原点”这几个这几个隶体勒金字。标志的中部有直径约隶体勒金字。标志的中部有直径约2厘米的微微突起的半球面，厘米的微微突起的半球面，半球面上镌刻有一精密半球面上镌刻有一精密“十十”字。十字的中心即中华人民共和字。十字的中心即中华人民共和国大地原点。这个国大地原点。这个“十十”字的交点就是字的交点就是“中华人民共和国大地中华人民共和国大地原点原点”，也就是我国地理坐标，也就是我国地理坐标

13、经度经度与与纬度纬度的起算点和基准点。的起算点和基准点。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 4）原点巧合）原点巧合在中华人民共和国大地原点建成后，有关专家研究发现，我国西汉时期长达1000多公里的超长建筑基线就从此处经过。2000多年前测定的建筑基线与建成的中华人民共和国大地原点基本一致，相差也就2分经度的距离。这一古今测量史上的巧合，令考古及测绘界称赞不已。 5）社会价值）社会价值中华人民共和国大地原点是我国地理坐标经纬度的起算点和基准点，也是中华神州的地理中心。在我国经济建设、国防建设和

14、社会发展等方面发挥着重要作用。大地原点不但在各项建设和科学技术上有重要影响，而且象征着国家的尊严，是我国测绘事业独立自主的象征。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础（二）水平坐标基准（二）水平坐标基准 水平坐标基准是建立国家大地坐标系统和推算国家水平水平坐标基准是建立国家大地坐标系统和推算国家水平控制网中各点大地坐标的基本依据，它包括一组起算数据，即控制网中各点大地坐标的基本依据，它包括一组起算数据，即指国家大地控制网起算点（即大地原点）的大地经度、大地纬指国家大地控制网起算点（即大地原点）的

15、大地经度、大地纬度和至相邻点方向的大地方位角。度和至相邻点方向的大地方位角。 水平坐标基准由一系列控制点构成水平控制网来实现。水平坐标基准由一系列控制点构成水平控制网来实现。控制点的坐标由大地原点起算，通过导线测量、三角测量等经控制点的坐标由大地原点起算，通过导线测量、三角测量等经典大地测量方法推算得到。在现代大地测量中，水平坐标基准典大地测量方法推算得到。在现代大地测量中，水平坐标基准一般由一般由GPS方法实现。方法实现。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础二、建立水平大地控制网的方法二、建立

16、水平大地控制网的方法一）常规大地测量法一）常规大地测量法 导线测量法导线测量法 三角测量法三角测量法 三边测量法三边测量法 边角同测法边角同测法华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 导线测量法导线测量法 基本概念基本概念 在地面上按要求选定一系列点，相邻点间互相在地面上按要求选定一系列点，相邻点间互相通视，并连成一条折线称为通视，并连成一条折线称为导线导线；若将若干条导线；若将若干条导线纵横交错构成网状，则称纵横交错构成网状，则称导线网导线网；网点称为；网点称为导线点导线点。导线中至少需要一个已

17、知点和一个起始方位角，通导线中至少需要一个已知点和一个起始方位角，通过观测相邻点间的边长和各点的转折角，才能推算过观测相邻点间的边长和各点的转折角，才能推算出各点的坐标。出各点的坐标。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 导线测量法导线测量法 原理原理P0P2P3P1（X1，Y1）123D12D23T10 xyo.11012TT.sincos121212121212TDYYTDXX华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量

18、学基础大地测量学基础1、导线测量：单导线，结点导线、导线网、导线测量：单导线，结点导线、导线网导线网的形状由多边形组成，测定网的所有边长和角度。需要一个其始导线网的形状由多边形组成，测定网的所有边长和角度。需要一个其始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形没有要求，但短边点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形没有要求，但短边优先联测。优先联测。1）、导线的元素）、导线的元素 起算元素：已知点坐标起算元素：已知点坐标(x0,y0)，已知方位角，已知方位角观测元素：边长及角度观测元素：边长及角度推算元素：方位角及坐标推算元素：方位角及坐标2）、坐标计算原理）、坐标计算原理根据起算元

19、素（已知点坐标根据起算元素（已知点坐标(x0,y0)，已知方位角）及观测元素（边长及角，已知方位角）及观测元素（边长及角度）的平差值，推算各导线边的方位角及各导线点的坐标。度）的平差值，推算各导线边的方位角及各导线点的坐标。2、导线网的优缺点：、导线网的优缺点：优点：布设灵活，受外界条件影响小，观测量少，费用相对较少，边长精优点：布设灵活，受外界条件影响小，观测量少，费用相对较少，边长精度均匀。度均匀。缺点：结构简单，检核条件少，可靠性不高，控制面积不大缺点：结构简单，检核条件少，可靠性不高，控制面积不大DABCEFG华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学

20、 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2、 三角测量法三角测量法 基本概念基本概念 地面上按一定要求选定一系列点，使它们与地面上按一定要求选定一系列点，使它们与周围相邻的点互相通视并按三角形的形式联结起周围相邻的点互相通视并按三角形的形式联结起来，如此构成的网称为来，如此构成的网称为三角网三角网，网点称为，网点称为三角点三角点，三角网中至少需要四个已知元素，通过观测各三三角网中至少需要四个已知元素，通过观测各三角形的内角，才能推算各点的坐标。角形的内角，才能推算各点的坐标。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于

21、 红 波大地测量学基础大地测量学基础 三角测量法三角测量法 原理原理P3P1（X1，Y1）T12xyo.,sinsin11213111213CTTABDD.sincos131313131313TDYYTDXXP2（X2，Y2）A1B1C1D12华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础大地四边形大地四边形中点多边形中点多边形三角锁三角锁华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 华 南 农 业 大 学 信 息

22、 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础三、国家水平大地控制网的布设原则三、国家水平大地控制网的布设原则 分级布网，逐级控制分级布网，逐级控制 应有足够的精度应有足够的精度 应有必要的密度应有必要的密度 应有统一的规格应有统一的规格我国国家水平控制网分为我国国家水平控制网分为四个等级四个等级，先以高精度较，先以高精度较稀疏的稀疏的一等三角锁一等三角锁，纵横，纵横交叉布满全国，形成统一交叉布满全国，形成统一坐标系的骨干网。然后根坐标系的骨干网。然后根据实际需要，在不同地区据实际需要，在不同地区分期分批布设二、三、四分期分批布设二、

23、三、四等水平控制网。等水平控制网。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 分级布网，逐级控制分级布网，逐级控制 应有足够的精度应有足够的精度 应有必要的密度应有必要的密度 应有统一的规格应有统一的规格一、二等网不仅是国家统一、二等网不仅是国家统一坐标的一坐标的控制骨架控制骨架，还要，还要满足基本比例尺地形图的满足基本比例尺地形图的测图需要和现代科学技术测图需要和现代科学技术发展的需要；三、四等水发展的需要；三、四等水平控制网主要用于地形图平控制网主要用于地形图图根点的图根点的高一级控制高一级控制

24、和基和基本工程建设的需要。本工程建设的需要。三、国家水平大地控制网的布设原则三、国家水平大地控制网的布设原则 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础三、国家水平大地控制网的布设原则三、国家水平大地控制网的布设原则 分级布网，逐级控制分级布网，逐级控制 应有足够的精度应有足够的精度 应有必要的密度应有必要的密度 应有统一的规格应有统一的规格国家控制点的密度必须满国家控制点的密度必须满足足测图要求测图要求。测图比例尺。测图比例尺和成图方法的不同，对点和成图方法的不同，对点的密度要求也不同，一般的密度要

25、求也不同，一般要求每个图幅平均有要求每个图幅平均有34个个等级控制点，以满足加密等级控制点，以满足加密图根点的需要。工程建设图根点的需要。工程建设应根据实际情况而定。应根据实际情况而定。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础三、国家水平大地控制网的布设原则三、国家水平大地控制网的布设原则 分级布网，逐级控制分级布网，逐级控制 应有足够的精度应有足够的精度 应有必要的密度应有必要的密度 应有统一的规格应有统一的规格建立国家控制网任务重、建立国家控制网任务重、时间跨度大，为避免重复时间跨度大，为避免

26、重复和浪费，必须有和浪费，必须有统一的布统一的布设方案和作业规范设方案和作业规范，以使，以使各测绘部门所测成果的精各测绘部门所测成果的精度、布设规格合乎要求，度、布设规格合乎要求，便于构成统一的国家大地便于构成统一的国家大地控制网整体。控制网整体。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 一等三角锁系一等三角锁系 二等三角网二等三角网 三、四等三角网（点）三、四等三角网（点） 导线控制网导线控制网我国国家水平控制网在二我国国家水平控制网

27、在二十世纪五十年代建立时主十世纪五十年代建立时主要是以要是以三角测量方法三角测量方法布设布设的，在困难地区兼用的，在困难地区兼用导线导线测量的方法测量的方法，均分为四个，均分为四个等级。等级。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 一等三角锁系一等三角锁系 一等三角锁系是国家首级三角网，其一等三角锁系是国家首级三角网，其作用作用是在全国领土上是在全国领土上迅速建立一个统一坐标系的精密骨架，以控制二等以下三角网迅速建立一个统一坐标系的精密骨架，以控制二等以下三角网的布设，并为研究地球形状大小和地球动

28、力学等提供资料。控的布设，并为研究地球形状大小和地球动力学等提供资料。控制测图不是直接目的，因此，着重考虑的是精度而不是密度。制测图不是直接目的，因此，着重考虑的是精度而不是密度。 基本上是沿经纬线方向构成纵横交叉网状，采用三角锁基本上是沿经纬线方向构成纵横交叉网状，采用三角锁（大地四边形或中点多边形），锁段长一般为（大地四边形或中点多边形），锁段长一般为200km 。平均边。平均边长山区一般为长山区一般为25km，平原一般为，平原一般为20km，测角中误差应，测角中误差应0.7，三角形内角应三角形内角应40，传距角应，传距角应30。起始边相对中误差优于。起始边相对中误差优于1：35万。万。四

29、、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 一等三角锁系一等三角锁系四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 二等三角网二等三角网在一等三角锁环内先布设纵横交叉二等基本锁，然后在每在一等三角锁环内先布设纵横交叉二等基

30、本锁，然后在每部分中布设二等补充网，或直接在一等锁环内布满二等网。部分中布设二等补充网，或直接在一等锁环内布满二等网。 二等基本网平均边长为二等基本网平均边长为1520km，测角中误差应，测角中误差应1.2；二等补充网平均边长为；二等补充网平均边长为13km，测角中误差应，测角中误差应2.5。二等三角网布设在一等锁环所围成的范围内，它是加密三、二等三角网布设在一等锁环所围成的范围内，它是加密三、四等网的全面基础。二等网就其密度而言，基本上满足四等网的全面基础。二等网就其密度而言，基本上满足1:5万比例尺测图要求。它与一等锁同属国家高级水平控万比例尺测图要求。它与一等锁同属国家高级水平控制网，所

31、以，主要应考虑精度问题，而密度只作适当照顾。制网，所以，主要应考虑精度问题，而密度只作适当照顾。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 二等三角网二等三角网四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 三、四等三角网（点）三、四等三角网（点）国家三、四等三角网（点）是在二等三角网基础上进一步国家三、四等三角网（点）是在二等三角网基础上进一步

32、加密，它是图根测量的基础，其布设密度必须与测图比例加密，它是图根测量的基础，其布设密度必须与测图比例尺相适应。三、四等三角网每点控制面积分别为尺相适应。三、四等三角网每点控制面积分别为50、20平平方公里，基本上满足方公里，基本上满足1:2.5万和万和1:1万、万、1:5千测图需要。千测图需要。三等网的平均边长为三等网的平均边长为8km，测角中误差应，测角中误差应 1.8；四等；四等网平均边长为网平均边长为26km，测角中误差应，测角中误差应2.5。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础插网法插网

33、法、插网法：在高等级三角网布设次一等级的三角网、插网法：在高等级三角网布设次一等级的三角网华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础、插点法：在高等级三角网的三角形内插入低、插点法：在高等级三角网的三角形内插入低等级的新点等级的新点华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 导线控制网导线控制网导线测量在控制面积、检核条件等方面不如三导线测量在控制面积、检核条件等方面不如三角测量，但它具有布设灵活，推进迅速，

34、易克角测量，但它具有布设灵活，推进迅速，易克服地形障碍等显著的优点。随着全站仪的不断服地形障碍等显著的优点。随着全站仪的不断改进，导线测量的应用越来越广，如用来代替改进，导线测量的应用越来越广，如用来代替三、四等三角网控制大比例尺测图、城市导线三、四等三角网控制大比例尺测图、城市导线控制测量、军事上阵地联测等。控制测量、军事上阵地联测等。 四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 导线控制网导线控制网华 南 农 业 大 学 信 息 学

35、 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础我国天文大地网简介我国天文大地网简介我国我国第一期天文大地网第一期天文大地网，1951年开始布设，年开始布设，1971年完成测量年完成测量工作，工作，1982年完成网的整体平年完成网的整体平差工作，包括一等三角锁系、差工作，包括一等三角锁系、二等三角网、部分三等网和导二等三角网、部分三等网和导线，有近线，有近5万个控制点，万个控制点，467条条起始边和起始边和916个起始方位角。个起始方位角。 四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大 学 信 息 学

36、 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2003年我国又完成了年我国又完成了地面网与地面网与空间网的联合平差空间网的联合平差工作，它是工作，它是在在1982年平差的基础上，增加年平差的基础上，增加了全国高精度了全国高精度GPS网等空间测网等空间测量数据，获得了全国约量数据，获得了全国约5万个万个点的地心坐标，建立了我国新点的地心坐标，建立了我国新一代的坐标系一代的坐标系 - CGCS2000- CGCS2000。 我国天文大地网简介我国天文大地网简介四、国家水平大地控制网的布设方案四、国家水平大地控制网的布设方案 华 南 农 业 大

37、 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础五、水平大地控制网的布设五、水平大地控制网的布设 水平控制网布设包括：技术设计、实地选点、建造觇标、标水平控制网布设包括：技术设计、实地选点、建造觇标、标石埋设、外业测量（距离测量和角度测量）和平差计算等步骤。石埋设、外业测量（距离测量和角度测量）和平差计算等步骤。一）对控制点点位的要求一）对控制点点位的要求不论是技术设计还是实地选点，水平控制网点的位置应满足下不论是技术设计还是实地选点，水平控制网点的位置应满足下列要求：列要求： 控制点间所构成的边长、角度、图形结构应完全符合

38、控制点间所构成的边长、角度、图形结构应完全符合规范规范的要求。的要求。 点位要选在展望良好，易于扩展的制高点上，以便于低等点点位要选在展望良好，易于扩展的制高点上，以便于低等点的加密。的加密。 点的位置要保证所埋中心标石能长期保存，造标和观测工作点的位置要保证所埋中心标石能长期保存，造标和观测工作的安全便利。的安全便利。 为保证观测目标成像的清晰稳定和减弱水平折光的影响，以为保证观测目标成像的清晰稳定和减弱水平折光的影响，以提高观测精度，视线应尽量避免沿斜坡或大河大湖的岸线通过。提高观测精度，视线应尽量避免沿斜坡或大河大湖的岸线通过。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华

39、南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 技术设计技术设计 实地选点实地选点 造造 标标 埋埋 石石技术设计技术设计包括收集资料和包括收集资料和图上设计，即在地形图上图上设计，即在地形图上选出满足设计要求的点的选出满足设计要求的点的位置及最佳图形。位置及最佳图形。实地选实地选点点就是将图上设计内容落就是将图上设计内容落实到实地，按点的位置要实到实地，按点的位置要求选定点的最佳位置。求选定点的最佳位置。 五、水平大地控制网的布设五、水平大地控制网的布设 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红

40、波大地测量学基础大地测量学基础 技术设计技术设计 实地选点实地选点 造造 标标 埋埋 石石国家三角点或导线点之间国家三角点或导线点之间相距一般较远，直接看不相距一般较远，直接看不到对方，常要到对方，常要造大地觇标造大地觇标用来指示点的具体位置。用来指示点的具体位置。埋石埋石，即埋设中心标石，即埋设中心标石，将其作为控制点位的永久将其作为控制点位的永久性标志。性标志。五、水平大地控制网的布设五、水平大地控制网的布设 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于

41、 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础技技 术术 设设 计计踏勘、选点、建标、埋石踏勘、选点、建标、埋石外业观测（测角、测距、水准、外业观测（测角、测距、水准、GPS）数据预处理、平差计算数据预处理、平差计算仪器设备检校仪器设备检校观测原始记录检查观测原始记录检查编写技术总结报告编写技术总结报告整理成果资料整理成果资料检查验收检查验收水水平平控控制制网网布布设设流流程程图图 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础六、大地控制网优化设计简介六、大地

42、控制网优化设计简介1、 概述概述 最优化就是在相同的条件下从所有可能方案中选择最最优化就是在相同的条件下从所有可能方案中选择最佳的一个。佳的一个。2、控制网的设计目标、控制网的设计目标 控制网设计的目标，指的是控制网应达到的质量标准，控制网设计的目标，指的是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。它是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。质量标准包括质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准标准及灵敏度标准等，其中常用的主要是前等，其中常用的主要是前3个标准。个标准。 华 南 农 业 大 学

43、 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础1）精度标准精度标准: :方差方差- -协方差阵协方差阵DxxDxx整体精度标准指标整体精度标准指标： N N最优最优，DxxDxx的范数的范数Dxx= min Dxx= min A A最优最优，tr(Dxx)= =tr(Dxx)= =1 1+2 2+r r= min= min D D最优最优，det(Dxx)= det(Dxx)= 1 12 2r r min min E E最优最优，max= minmax= min S S最优最优，max-min= min max-min= mi

44、n 局部精度指标：局部精度指标：点位误差椭圆，相对误差椭圆，未知数点位误差椭圆，相对误差椭圆，未知数某些函数的精度某些函数的精度华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2）可靠性标准可靠性标准 网的可靠性，指控制网能够发现观测值中存在的粗差和网的可靠性，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。抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。 B为设计矩阵为设计矩阵, , 多余观测分量多余观测分量. .内部可靠性：内部可靠性：在显著水平在显著水平 下，以检验功效下，以检验功效 发现

45、粗差发现粗差的下界为的下界为外部可靠性：外部可靠性： 不可发现的粗差对平差结果影响的大小。不可发现的粗差对平差结果影响的大小。其中：其中： 为非中心化参数，为非中心化参数， 11()TvvQPB B PBBiliirl00iiirr100vvVQ PL()ivvirQPir0 0 0 0000 05 0 804 13ff(,)( ., .). 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础3）费用标准费用标准 最大原则：在费用一定条件下，使控制网的精度和可靠最大原则：在费用一定条件下，使控制网的精度和可靠

46、性最大或者能满足一定限制下使精度最高。性最大或者能满足一定限制下使精度最高。 最小原则：在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，最小原则：在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，使费用支出最小。使费用支出最小。 3、 优化设计的分类和方法优化设计的分类和方法 1) 网的优化设计可分为零、一、二、三类。网的优化设计可分为零、一、二、三类。 零类设计零类设计(基准设计基准设计)。固定参数是。固定参数是B和和P，待求参数是，待求参数是X和和Qxx。就是在控制网的网形和观测值的先验精度已。就是在控制网的网形和观测值的先验精度已定的情况下，选择合适的起始数据，使网的精度最高。定的情况下，选择合适的起始数据，

47、使网的精度最高。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 一类设计一类设计(图形设计图形设计)。固定参数是。固定参数是P和和Qxx，待定参数为，待定参数为B。就是在观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已定的情况下，就是在观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已定的情况下，选择最佳的点位布设和最合理的观测值数目。通常，在传统的选择最佳的点位布设和最合理的观测值数目。通常，在传统的大地网图形设计中就是解决这个问题。大地网图形设计中就是解决这个问题。 二类设计二类设计(权设计权设计): 固定参数是固定参数是B

48、，Qxx，待定参数，待定参数P。在控。在控制网的网形和网的精度要求已定的情况下，进行观测工作量的制网的网形和网的精度要求已定的情况下，进行观测工作量的最佳分配最佳分配(权分配权分配)，决定各观测值的精度，决定各观测值的精度 (权权)，使各种观测手，使各种观测手段得到合理组合。段得到合理组合。 三类设计三类设计(加密设计加密设计): 固定参数是固定参数是Qxx和部分和部分B，P，待定，待定参数为部分参数为部分B和和P，是对现有网和现有设计进行改进，引入附加，是对现有网和现有设计进行改进，引入附加点或附加观测值，导致点位增删或移动，观测值的增删或精度点或附加观测值，导致点位增删或移动，观测值的增删

49、或精度改变。改变。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2）优化设计的方法）优化设计的方法 1)、解析法：、解析法：解析法具有计算机时较少，理论上较严密等优解析法具有计算机时较少，理论上较严密等优点；但其数学模型难于构造，具有最优解有时不符合实际或可行点；但其数学模型难于构造，具有最优解有时不符合实际或可行性差。性差。 2)、模拟法：、模拟法：模拟法是对经验设计的初步网形和观测精度，模模拟法是对经验设计的初步网形和观测精度，模拟一组数据与观测值输入计算机，按间接拟一组数据与观测值输入计算机，按间

50、接(参数参数)平差，组成误差平差，组成误差方程和法方程，求逆而得到未知参数的协因数阵方程和法方程，求逆而得到未知参数的协因数阵(或方差协方差或方差协方差阵阵)，计算未知参数及其函数的精度，估算成本，或进一步计算可，计算未知参数及其函数的精度，估算成本，或进一步计算可靠性等信息；与预定的精度、成本和可靠性要求等相比较；根据靠性等信息；与预定的精度、成本和可靠性要求等相比较；根据计算所提供的信息和设计者的经验，对控制网的基准、网形、观计算所提供的信息和设计者的经验，对控制网的基准、网形、观测精度等进行修正。测精度等进行修正。 华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大

51、 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础一、测设特点一、测设特点 根据成图或工程要求确定变形要求。如城市测量规范要求2.5cm/km； 投影面高程、中央子午线经度； 加密网采用附合网，附合在首级网上 所有观测值都投影到高斯平面上，起始坐标也用高斯投影坐标。 如桥梁，大坝的轴线华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础1. 三角网三角网 测定三角形全部内角，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标，一个起始边长、一个起始方位角或至少具有两个已知点的坐标。对网形有要求，如三角形内角在30

52、 150 之间。 二、布设形式二、布设形式华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2. 三边网三边网 测定网的所有边长，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有要求，如三边网构成的三角形内角在30 150 之间。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础3. 边角网边角网 测定网的所有边长和角度，或部分边长与角度，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以

53、上的坐标。对网形要求较宽松，对短边优先联测。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础4. 导线网导线网 导线网的形状由多边形或多结点组成，测定网的所有边长和角度。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形要求较低，对短边优先联测。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础5. GPS控制网控制网 GPS控制网的形状由多个边连结的多边形组成，测定构网所需的GPS基线向量。至少需要一个起始点的三

54、维空间坐标,也可再上起始方位角或已知两点以上的坐标（其中1点为三维空间坐标）。对网形没有要求，对短边优先联测。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础三、平面坐标系的确定原则和要素三、平面坐标系的确定原则和要素1. 确定坐标系的原则确定坐标系的原则a). 按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系；按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系；b). 按长度变形值来决定是否采用国家按长度变形值来决定是否采用国家3度带高斯平面直度带高斯平面直角坐标系；角坐标系； 城市控制网要求长度变形小于1/40000，相当于

55、离中央子午线小于45km。否则，就不能采用3带坐标。c).尽可能采用与国家坐标差异较小的坐标值。尽可能采用与国家坐标差异较小的坐标值。 目的：便于应用，小比例尺图的图幅一致。 做法：1. 采用独立投影带时，起始点坐标取用国家3度带坐标（平移），起始方位取用两国家点之间的坐标方位角。 2. 采用抵偿高程面时也类似地进行。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础2. 确定平面坐标系的三大要素确定平面坐标系的三大要素a). 投影面的高程；b). 中央子午线的经度或其所在的位置；c). 起始点坐标和起始方位

56、角。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础四、工程控制网的技术设计、选点与埋石四、工程控制网的技术设计、选点与埋石一）技术设计1. 布网原则布网原则 a). 新技术形势下的按需分级布网新技术形势下的按需分级布网 常规城市控制网分二、三、四等4个等级，在四等控制网下再布设一、二级导线。相应等级控制网的平均边长分别为：9、5和2 km；测角中误差分别为 1 、1.8和2.5；最弱边相对中误差分别为：1/120000、1/80000 和 1/45000。 用GPS可以越级布设城市控制网，边长可适当增大，

57、且长短边的变化幅度可较大。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础b). 按照控制网的用途及所需精度布网按照控制网的用途及所需精度布网 对于工程控制网，一般对某些方向、某些点之间的相对误差的要求比较高，可以根据实际要求来设计。 控制网形状确定后，其误差方程系数矩阵A也确定，观测方案决定了权阵P和单位权中误差m0，则各点的方差-协方差阵为：120PAADXXTm某目标函数：Xff 则有：TfmfddfFFDXXFXFXX2 ,上式中的目标点位精度由A、P和 m0 唯一确定，根据TTTfmmFPAAFF

58、FDXX1202由控制网优化设计理论，确定网形、观测权分配，观测精度。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础c). 合理地考虑控制点的密度合理地考虑控制点的密度常规城市控制网：密度均匀；GPS控制网：密度可根据需要来定。布设和此后 的扩展比较灵活。2. 技术设计的内容和步骤技术设计的内容和步骤a). 收集、整理已有的测绘成果资料收集、整理已有的测绘成果资料 包括平面与高程控制点成果，各种比例尺的地图等。b). 确定所采用的坐标系和起算数据确定所采用的坐标系和起算数据 包括投影面高程、投影的中央子午

59、线经度、起算点 的坐标和起算方位角。c ).实地踏勘：对测区实地了解调查实地踏勘：对测区实地了解调查华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 d）、图上设计：在图上拟定控制点的位置和网）、图上设计：在图上拟定控制点的位置和网的图形结构。的图形结构。边长、角度、图形要符合规范，点位土质坚边长、角度、图形要符合规范，点位土质坚实，视野开阔，视线避免斜坡、大河、大湖、高大物体等。实，视野开阔，视线避免斜坡、大河、大湖、高大物体等。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学

60、 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础e). 部分部分GPS点的水准联测方案点的水准联测方案 目的：目的：通过拟合求出所有GPS点水准高程。 方法：方法：均匀选择联测水准点，根据水准联测点的GPS大地高和正常高计算其高程异常。通过高程异常拟合求出全部GPS点的高程异常后，再根据其GPS大地高计算其正常高。华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波华 南 农 业 大 学 信 息 学 院 ： 于 红 波大地测量学基础大地测量学基础 f）、编写技术设计书：）、编写技术设计书：技术设计书的内容包括：技术设计书的内容包括： 1). 任务来源、任务要求、作业依据 ； 2)