模块3 测绘基准和测绘系统

主要内容ZhuYaoNeiRong模块3测绘基准和系统测绘基准测绘系统测量标志3.1.1测绘基准的概念和特征

测绘基准是指一个国家的整个测绘的起算依据和各种测绘系统的基础，测绘基准包括所选用的各种大地测量参数、统一的起算面、起算基准点、起算方位以及有关的地点、设施和名称等。我国目前采用的测绘基准主要包括大地基准、高程基准、深度基准和重力基准。3.1测绘基准

1.测绘基准3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准①大地基准

大地基准是建立大地坐标系统和测量空间点点位的大地坐标的基本依据,它包括一组大地测量参数（赤道半径、地心引力常数GM带球谐系数J2、自转角速度ω）和起算数据（大地原点的大地精度、大地纬度、大地高、至相邻方向的大地方位角）。我国目前大多数地区采用的大地基准是2000椭球，2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现。3.1测绘基准2000国家大地坐标系采用的地球椭球参数的数值为：ＣＧＣＳ２０００定义的示意图长半轴a＝6378137m扁率

f=1/298.257222101地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2

自转角速度

ω＝7.292l15×10-5rads-13.1测绘基准参考椭球的定位与定向：采用多点定位根据使椭球面和当地大地水准面最佳拟合条件，即：即可得到椭球的定位参数：和旋转参数：3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准②高程基准高程基准是建立高程系统和测量空间点高程的基本依据。1954年，我国确定用青岛验潮站验潮计算的黄海平均海水面作为高程基准面，并在青岛市观象山修建了国家水准原点。1956年，通过对青岛验潮站7年的验潮资料的计算，求出我国青岛水准原点高程为72.289m。1976年，我国进行了国家二期一等水准网布测工作，同时建立了1985国家高程基准。1985国家高程基准是我国现采用的高程基准，青岛水准原点高程为72.2604m。我国目前采用的高程基准为1985国家高程基准。3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准

重力基准是建立重力测量系统和测量空间点的重力值的基本依据。

重力测量即测量地球各点的绝对重力加速度值，其国防建设、经济建设和科学研究有着十分重要的意义。

③重力基准3.1.1测绘基准的概念和特征3.1测绘基准

远程洲际弹道导弹、人造地球卫星、宇宙飞船等都在地球重力场中运动。为提高飞行器的精度，除准确测量发射点和目标的位置外，还必须准确掌握地球形状和重力资料。据有关资料表明，1万公里射程洲际导弹在发射点若有2×10-6/秒2（0.2毫伽）的重力加速度误差，则将造成50米的射程误差（9.80m/s2=980Gal=980000mGal）；发射卫星最后一级火箭速度若有千分之二的相对误差，卫星就会偏离预定轨道近百公里，甚至导致发射失败。

1.测绘基准③重力基准3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准1898年至1904年德国人Kuhnen和Furtwaglev在德国波茨坦的大地测量研究所利用物理摆{T=2π√(L/g)}作了大约1900次测量，测得波茨坦的重力为(9.81274±0.00003)米/秒2，波茨坦的坐标是:ψ=52°22′9″N，λ=13°4′1″E，H=87米。1909年在伦敦举行大地测量会议上决定采用波茨坦的绝对重力值作为重力基准点，通过相对重力测量推算其他重力点值，用这种方法建立起来的重力观测网称为波茨坦系统。③重力基准3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准在20世纪50年代~70年代，我国采用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。80年代初，我国建立了“国家1985重力基本网”，简称为“85网”。它由6个基准点、46个基本点和5个基本点引点组成。重力参考系统则采用IAG75椭球常数及其相应正常重力场。

③重力基准3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准它由259个点组成，其中基准点21个、基本点126个和基本点引点112个；长基线网1个，重力仪格值标定场8处，联测了1985国家重力基本网及中国地壳运动观测网络重力网点66个。该网使用了FGS绝对重力仪施测，并增加了绝对重力点的数量，覆盖面大，是我国新的重力测量基准。重力系统采用GRS80椭球常数及其相应正常重力场。1999年~2002年，我国完成了2000国家重力基本网建设，简称“2000网”。③重力基准3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准④深度基准深度基准是海洋深度测量和海图上图载水深的基本依据。在海洋测量中因为海面受潮汐、海流、风浪等多种因素的影响，处于动荡不定的状态之中，尤其是受潮汐的影响，海面随时在升降中，高潮和低潮之差，小的差1～2m，大的差10～20m。3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准

海洋测量外业测得的水深只是当时当地的瞬时深度。同一地点、不同时间测得的水深是不一样的，不同地点、不同时间测得的水深无法进行对比。为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性，必须确定一个统一的基准面，这就是海洋测量中的深度基准面。中国海区从1956年采用理论最低潮面(即理论深度基准面)作为深度基准。3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准

深度基准面的选取：美国东海岸、荷兰、瑞典等国采用平均低潮面作为深度基准面。美国西海岸、菲律宾等国采用观测的低潮面作为深度基准面。英国采用最低天文潮面，即取潮汐预报中出现的最低水位为深度基准面。

内河、湖泊采用最低水位、平均低水位或设计水位作为深度基准。3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准

深度基准面的选取：

在无潮海(即潮汐很小的海，如波罗的海)，通常以平均海水面作为深度基准面。在有潮海，因为潮汐较大，如果用平均海面作深度基准面，高潮时此面被淹没，低潮时露出;如果以此为基准面，则低潮时实际水深小于海图上的水深，如此时按海图上的水深航行，船就可能触礁、搁浅，对航行很不安全。因此，在海洋测量中，常以略低于低潮面的一个面作为基准面。3.1.1测绘基准的概念和特征

1.测绘基准3.1测绘基准深度基准面我国目前采用的深度基准因海区不同而有所不同3.1.1测绘基准的概念和特征

2.测绘基准的特征3.1测绘基准①科学性测绘基准都是依靠严密的科学理论、科学手段和方法经过严密的演算和施测建立起来的，其形成的数学基础和物理结构都必须符合科学理论和方法的要求，从而使测绘基准具有科学性特点。3.1.1测绘基准的概念和特征3.1测绘基准1954年北京坐标系

50年代从前苏联引入（1942年普尔科夫坐标系），未进行整体平差，属参心坐标系,克拉索夫斯基椭球体，长半轴a=6378245m;扁率α=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。

主要缺点：1.长半轴约大了108m；

2.椭球定位西高东低，东部高程异常达67m；

3.不同区域接边处大地点坐标差达1～2m。3.1.1测绘基准的概念和特征3.1测绘基准1980西安坐标系1982年，经天文大地网整体平差建立“1980国家大地坐标系”，全网共48433点。属参心坐标系,IAG-75椭球（IAG—国际大地测量学协会），长半轴a=6378140m;扁率α=1/298.257，原点在陕西省泾阳县。

椭球定位：

1.椭球短轴平行于地球地轴（由地球质心指向1968.0JYD方向）；

2.起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面；

3.椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。3.1.1测绘基准的概念和特征3.1测绘基准3.1.1测绘基准的概念和特征

2.测绘基准的特征3.1测绘基准②统一性为保证测绘成果的科学性、系统性和可靠性，满足科学研究、经济建没和国防建设的需要，一个国家和地区的测绘基准必须是严格统一的。测绘基准不统一，不仅使测绘成果不具有可比性和衔接性，也会对国家安全和城市建设以及社会管理带来不良的后果。3.1.1测绘基准的概念和特征

2.测绘基准的特征3.1测绘基准③法定性测绘基准由国务院批准，测绘基准数据由国务院测绘行政主管部门负责审核，测绘基准的设立必须符合国家的有关规范和要求，使用测绘基准由国家法律规定，从而使测绘基准具有法定性特征。④稳定性测绘基准是一切测绘活动和测绘成果的基础和依据，测绘基准一经建立，便具有相对稳定性，在一定时期内不能轻易改变。3.1.2测绘基准管理《测绘法》规定从事测绘活动应当使用国家规定的测绘基准和测绘系统。

《基础测绘条例》规定，实施基础测绘项目，不使用全国统一的测绘基准和测绘系统或者不执行国家规定的测绘技术规范和标准的，责令限期改正，给予警告，可以并处10万元以下罚款；对负有直接责任的主管人员和其他直接责任人员，依法给予处分。3.1测绘基准1.国家规定测绘基准2.国家要求使用统一的测绘基准3.2.1测绘系统的概念

测绘系统是指由测绘基准延伸，在一定范围内布设的各种测量控制网，它们是各类测绘成果的依据，包括大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统。3.2测绘系统

1．大地坐标系统大地坐标系统是用来表述地球点的位置的一种地球坐标系统。它采用一个接近地球整体形状的椭球作为点的位置及其相互关系的数学基础，大地坐标系统的三个坐标是大地经度、大地纬度、大地高。我国先后采用的1954年北京坐标系、1980西安坐标系和2000国家大地坐标系，是我国在不同时期采用的大地坐标系统。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统1.大地坐标系统大地纬度L—过P点的子午面与起始子午面间的夹角。由格林尼治子午线起算，东正西负。大地经度B—在P点的子午面上，P点的法线PKP与赤道面的夹角。由赤道起算，北正南负。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统2.平面坐标系统平面坐标系统是指确定地面点的平面位置所采用的一种坐标系统。大地坐标系统是建立在椭球面上的，而绘制的地图则是在平面上的。因此，必须通过地图投影把椭球面上的点的大地坐标科学地转换成展绘在平面上的平面坐标。平面坐标用平面上两轴相交成直角的纵、横坐标表示。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统

想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。高斯一克吕格平面直角坐标系3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统高斯一克吕格平面直角坐标系

我国规定按经差6°和3°进行投影分带。投影带：以中央子午线为轴，两边对称划出一定区域作为投影范围；

（1）分带原则①限制长度变形使其不大于测图误差；②带数不应过多以减少换带

计算工作。（2）分带方法6°带:

自0°子午线起每隔经差6°自西向东分带，依次编号1，2，3，…60带。如带号用n表示，中央子午线的经度用Ｌ０表示，则带号及中央子午线经度的关系：Ｌ０＝６ｎ-３

3°带:自东经1.5°子午线起，每隔3°设立一个投影带，依次编号为1，2，3，…，120带。如带号用n表示，中央子午线的经度用Ｌ０表示，则带号及中央子午线经度的关系：Ｌ０＝3ｎ3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统3度带代号N与6度带代号n的关系：N=2n-1

高斯一克吕格平面直角坐标系3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统

（1）已知某点高斯投影6度带的坐标XA=3347256m,YA=19476543m,1.则该点在3度带的带号？2.6度带中无平移之前的坐标？题1：（2）已知某点高斯投影6度带的坐标XA=3026255m,YA=20478561m,则该点在3度带的带号及其中央子午线经度？3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统

2*19-1=37号；3347256,-23457解：3度带代号N与6度带代号n的关系：N=2n-12*20-1=39号；39*3=117度3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统3.高程系统

高程系统是用以传算全国高程测量控制网中各点高程所采用的统一系统。我国规定采用的高程系统是正常高系统，高程起算依据是国家黄海85高程基准。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统地面点A沿重力线至似大地水准面的距离称为正常高。地面点A沿重力线至大地水准面的距离称为正高。地面点A沿法线至参考椭球面的距离称为大地高。A正高正常高高程异常大地水准面差距自然表面大地水准面似大地水准面椭球表面大地高=正常高+高程异常（ξ）=正高+大地水准面差距（N）题2：某海岛验潮站附近GPS点A基于国家高程基准的高程为1.986m,基于当地深度基准面的高程为4.434m,该区域高程异常0.776m，该海岛验潮站附近海中有一暗礁B，海图上标注最浅水深为1.2m，求暗礁B的大地高和基于国家高程基准的高程。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统解：

HB正常高=-(4.434-1.986)-1.200=-3.648mHB大地高=hB正常高+ζ=-3.648+0.776=-2.872m3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统4.地心坐标系统

地心坐标系统是以坐标原点与地球质心重合的大地坐标系统，或空间直角坐标系统。我国目前采用的2000国家大地坐标系即是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。国家测绘局在2008年发布的2号公告中指出，2000国家大地坐标系与现行国家大地坐标系转换、衔接的过渡期为8年至10年。现有各类测绘成果在过渡期内可沿用现行国家大地坐标系2008年7月1日后新生产的各类测绘成果应采用2000国家大地坐标系。2000国家大地坐标系的定义：3.1测绘基准2．2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生残余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。1．2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；月球围绕地球公转导致地球在公转轨道上左右摇摆，18.6年在轨道上一个周期，振幅为9.21秒，这种现象称为章动。3.2.1测绘系统的概念

3.2测绘系统5.重力测量系统重力测量系统是指重力测量施测与计算所依据的重力测量基准和计算重力异常所采用的正常重力公式的总称。我国曾先后采用的57重力测量系统、85重力测量系统和2000重力测量系统，即为我国在不同时期的重力测量系统。3.2.2测绘系统管理3.2测绘系统1.测绘系统管理的基本法律规定①《测绘法》第五条，从事测绘活动要使用国家规定的测绘系统。②国家建立全国统一的大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统，确定国家大地测量等级和精度。③采用国际坐标系统和建立相对独立的平面坐标系统要依法经过批准。④《测绘法》第四十条、第四十一条对法律责任规定，未经批准擅自采用国际坐标系统和建立相对独立的平面坐标系统的，应当承担相应的法律责任。3.2.2测绘系统管理3.2测绘系统2.测绘系统管理的职责（1）国务院测绘行政主管部门的职责①负责建立全国统一的大地坐标系统、平面坐标系统、高程系统、地心坐标系统和重力测量系统。②会同国务院其他有关部门、军队测绘主管部门制定国家大地测量等级和精度以及国家基本比例尺地图的系列和基本精度的具体规范和要求。3.2.2测绘系统管理3.2测绘系统2.测绘系统管理的职责③会同军队测绘主管部门审批国际坐标系统。④负责因建设、城市规划和科学研究的需要，大城市和国家重大工程项目确需建立相对独立的平面坐标系统的审批。⑤负责全国测绘系统的维护和统一监督管理。3.2.2测绘系统管理3.2测绘系统2.测绘系统管理的职责（2）省级测绘行政主管部门的职责①建立本省行政区域内与国家测绘系统相统一的大地控制网和高程控制网。②负责因建设、城市规划和科学研究的需要，除大城市和国家重大工程项目以外确需建立相对独立的平面坐标系统的审批。③负责本省行政区域内全国统一的测绘系统的维护和统一监督管理。3.2.2测绘系统管理3.2测绘系统2.测绘系统管理的职责（3）市、县级测绘行政主管部门的职责①建立本行政区域内与国家测绘系统相统一的大地控制网和高程控

制网的加密网。②负责测绘系统的维护和统一监督管理。3.2.3国际坐标系统管理3.2测绘系统1.国际坐标系统的概念

国际坐标系统是指全球性的坐标系统，或者国际区域性的坐标系统，或者其他国家建立的坐标系统。

考虑到维护国家安全等因素，《测绘法》第9条规定：在不妨碍国家安全的情况下，确有必要采用国际坐标系统的，必须经国务院测绘行政主管部门会同军队测绘主管部门批准。3.2.3国际坐标系统管理3.2测绘系统2.采用国际坐标系统的条件①国家现有坐标系统不能满足需要，而采用国际坐标系统的。②采用国际坐标系统后的资料，将为社会公众提供的。③在较大区域范围内采用国际坐标系统的。④其他确有必要采用国际坐标系统的。⑤独立的法人单位或者政府相关部门。⑥有健全的测绘成果及资料档案管理制度。3.2.4相对独立的平面坐标系统管理3.2测绘系统1．相对独立的平面坐标系统的概念相对独立的平面坐标系统，是指为满足在局部地区进行大比例尺测图和工程测量的需要，以任意点和方向起算建立的平面坐标系统或者在全国统一的坐标系统基础上，进行中央子午线投影变换以及平移、旋转等而建立的平面坐标系统。3.2.4相对独立的平面坐标系统管理3.2测绘系统2．建立相对独立的平面坐标系的原则（1）必须是因建设、城市规划和科学研究的需要。（2）确实需要建立。建立相对独立的平面坐标系统必须有明确的目

的和理由，不建设就会对工程建设、城市规划等造成严重影响

的。（3）必须经过批准。（4）应当与国家坐标系统相联系。建立的相对独立的平面坐标系统

必须与国家统一的测量控制网点进行联测，建立与国家坐标系

统之间的联系。3.2.4相对独立的平面坐标系统管理3.2测绘系统3．建立相对独立的平面坐标系统的审批（1）国家测绘局的审批职责

①50万人口以上的城市。②列入国家计划的国家重大工程项目。③其他确需国家测绘局审批的。（2）省级测绘行政主管部门的审批职责

①50万人口以下的城市。

②列入省级计划的大型工程项目。

③其他确需省级测绘行政主管部门审批的。3.2.4相对独立的平面坐标系统管理3.2测绘系统事实上，过去，不要说“大城市”，几乎大部分省辖市甚至县级市都采用独立坐标系，更有甚者，有一些省会城市还出现3套独立坐标：市规划勘测部门、国土资源部门、房地产管理部门各1套。在其他一些省辖市也有两套独立坐标：市规划勘测部门、国土资源部门。这种现象，不仅使成果数据不能共享，而且造成资金的大量浪费。据某省测绘部门统计，在八五、九五期间，各地建设的独立坐标系投入资金1.2亿元，由于坐标系独立，造成资料垄断、独立使用。3.3.1测量标志的概念3.3测量标志测量标志：在陆地和海洋标定测量控制点位置的标石、觇标及其他标记的总称。分为永久性测量标志和临时性测量标志。永久性测量标志：指设有固定标志物以供测量标志使用单位长期使用的永久测量标志。包括三角点、基线点、导线点、军控点、重力点、天文点、水准点、卫星定位点等。

三角点

天文点

大地原点

水准点3.3.1测量标志的概念3.3测量标志临时测量标志：测绘单位在测量过程中临时设立和使用的，不需要长期保存的标志和标记。如测站点的木桩、活动觇标、测旗、测杆、航空摄影的地面标志、描绘在地面或者建筑物上的标记等，都属于临时性测量标志。

木桩点

马路临时测量点3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志1.各级人民政府的职责①加强对测量标志保护工作的领导，采取有效措施加强测量标志保护工

作，增强公民依法保护测量标志的意识。②对在测量标志保护工作中作出显著成绩的单位和个人，给予奖励。③将测量标志保护经费列入当地政府财政预算和年度计划。目前，江苏、江西、浙江等个别省份实行了津贴保管制度，但大多数还实行传统的义务保管制度，难以达到很好的保管效果！3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志2.国务院测绘行政主管部门的职责①研究制定有关测量标志保护的行政法规、规章及具体办法。②组织制定全国测量标志保护规划和普查、维修年度计划。③组织测量标志保护法律、法规的宣传。④负责国家一、二等永久性测量标志的拆迁审批。⑤检查、维护国家一、二等永久性测量标志。⑥依法查处损毁测量标志的违法行为。3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志3.省级测绘行政主管部门①组织贯彻实施有关测量标志保护的法律、法规和规章。②参与制定或者制定测量标志保护的地方法规、规章和规范性文件。

③负责国家和本省统一设置的四等以上三角点、水准点和D级以上全球

卫星定位控制点的测量标志的迁建审批工作。④制定全省测量标志普查和维修年度计划及定期普查维护制度。⑤组织建立永久性测量标志档案。⑥组织实施永久性测量标志的检查、维护和管理工作。

⑦查处永久性测量标志违法案件3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志4.市、县(市)人民政府测绘行政主管部门①组织贯彻实施有关测量标志保护的法律、法规、规章和相关政策。②负责本市、县(市)设置的永久性测量标志的迁建审批工作。③建立和修订永久性测量标志档案。④负责永久性测量标志的检查、维护和管理工作。⑤负责永久性测量标志的统计、报告工作。⑥处理永久性测量标志损毁事件以及因测量标志损坏造成的事故。⑦查处违反测量标志保护有关法律、法规和规章的行为。3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志5.

乡(镇)人民政府①宣传贯彻测量标志保护的法律、法规、规章和测量标志保护政策。②确定永久性测量标志的保管单位或者人员，并对其保管责任的落实

情况进行监督检查。③根据测绘行政主管部门委托，办理永久性测量标志委托保管手续。④负责永久性测量标志的日常检查，制止损毁永久性测量标志的行为，并定期向当地测绘行政主管部门报告测量标志保护情况。3.3.2测量标志管理体制3.3测量标志

1994年7月4日在国家测绘局、总参测绘局召开的全国测量标志维护总结表彰暨工作会上，公布了全国对近20万座测量标志的调查情况的统计，损害率为3