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1、,国家注册测绘师考试培训教程 大 地 测 量,武汉大学测绘学院,1,注册测绘师资格考试-大地测量,考试科目:测绘管理与法律法规； 测绘综合能力； 测绘案例分析。 注册测绘师考试要求 熟练掌握国家测绘及相关法律、法规和规章； 了解国内外测绘技术的发展概况，具有较丰富的专业知识与技术工作经验，能过处理较复杂的技术问题； 熟悉运用测绘相关技术标准、规范、技术手段，完成测绘项目的设计、咨询、评估及测绘成果质量的检验与管理； 具有组织实施测绘项目的能力，注册测绘师考试内容强调“大测绘”的概念，大测绘水平。目前我国各类测绘教育的现状还不能满足这一水平。,科目考试的重点 从考试的科目来看：大地测量、工程测量
2、、摄影测量与遥感、地图编制考试内容较多； 从考试的内容来看：主要考查作业方法、测绘常识性知识、作业步骤、精度指标、组成结构等内容； 从去年考查的内容来看：考察各门课程最基本的知识点。,2,从考试的形式看：综合测试：单选题与多选题； 测绘案例分析（指出错误、简单计算、问答题等） 测绘案例分析：测绘项目设计、实施方案、施测方法、质量验收报告、成果验收报告等。,复习要求与要点 抓住重点； 理解法规； 明确概念； 熟悉程序； 把握指标； 掌握实例。,3,大地测量学测绘综合能力考试的基本要求 1.根据国家、地区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的参考站网、卫星定位控制网、边角控制网
3、、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华工作的要求； 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，建造合适的测量标志； 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。 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的精化工作，完成卫星定位三维网控制网的建设。 6.根据作业区域的
4、坐标系统的具体情况，确定不同坐标系的相互转换关系。 归纳起来：大地测量基准（空间与时间）、经典平面控制网的布设（测角与测距）、高程控制网的布设（精密水准与三角高程）、GPS控制网、重力网、似大地水准面精化与坐标系的变换。,4,第一部分 大地测量概论,5,是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。,1大地测量学的定义、任务和作用,大地测量的定义,大地测量的作用,1、大地测量学是一切测绘科学技术的基础，是国民经济建设和社会发展的基础保证； 2、大地测量学在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保护中提供技术服务； 3、大地测量
5、是发展空间技术和国防建设的重要保障。,大地测量学的任务,确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，研究地壳形变(包括垂直升降及水平位移)，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。,6,确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，研究地壳形变(包括垂直升降及水平位移)，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 研究月球及太阳系行星的形状及重力场。,建立和维持国家和全球的测绘基准、坐标系统（天文大地水平控制网、工程控制网和精密水准网以及海洋大地控制网），以满足国民经济和国防建设的需要。,研究为获得高精度测量成果的仪器和技术方法。研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及
6、有关大地测量计算。,研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的数据处理的理论和方法等。,现代大地测量的特点： 研究范围大，如地球两极、海洋； 从静态到动态，从地球内部结构到动力过程； 高精度，相对精度10-810-9，绝对精度毫米； 地心三维测量数据；大地测量与其它学科交叉与融合。,7,大地测量学的发展简史,地球圆球阶段 从远古至17世纪，人们用天文方法得到地面上同一子午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧长，从而推得地球半径（弧度测量 ）；,地球椭球阶段 从17世纪至19世纪下半叶，在这将近200年期间，人 们把地球作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。,大地水准面阶段 从19世纪
7、下半叶至20世纪40年代，人们对椭球的认识发展到是大地水准面包围的大地体。,现代大地测量新时期 20世纪下半叶，大地测量学进入了以空间测量技术为代表的现代大地测量发展的新时期。,球形地球,扁球形地球,梨形地球,8,第二部分 大地测量系统框架与时间系统,9,大地测量坐标系统与参考框架,大地测量坐标系：,天球坐标系：用于研究天体和人造卫星的定位与运动。,地球坐标系：用于研究地球上物体的定位与运动。是一种固定在地球上，随地球一起旋转的非惯性坐标系统，根据其原点的位置不同，分为地心坐标系统与参心坐标系统，分大地坐标系和空间直角坐标系两种形式，,2.1 大地测量系统与参考框架,10,大地测量系统与参考框
8、架,大地测量系统与参考框架的描述 大地测量系统： 规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式（理论、模型与方法）。 大地测量参考框架： 是通过大地测量手段，由固定在地面上的点所构成的大地网点按大地测量系统所规定的模式构建的，是大地测量系统的具体实现。大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体的应用形式。 大地测量系统包括：坐标系统、高程系统与重力参考系统。 大地测量参考框架包括：坐标参考框架、高程参考框架和重力参考框架。,11,定义：参心坐标系统的原点位于参考椭球体的中心，Z轴即椭球的旋转轴与地球的自转轴平行，X轴指向平行于天文起始子午面的大地子午面与赤道面的交点，Y轴与
9、X和Z轴构成右手坐标系。,大地测量坐标系统与参考框架,1）参心坐标系统,参心坐标系的建立： 建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作： 选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率)。 确定椭球中心的位置(椭球定位)。 确定椭球短轴的指向(椭球定向)。 建立大地原点。,2.1.1 坐标系统与坐标参考框架,1 坐标系统,12,椭球的类型: 参考椭球: 具有确定参数(长半径 a和扁率)，经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球. 总地球椭球: 除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球. 椭球定位: 确定椭球中心的位置，可分为两类：局部定
10、位和地心定位。,椭球定位和定向概念,局部定位 ： 要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求； 地心定位 ： 要求在全球范围内椭球面与大地水准面最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致。,13,广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程：,一点定位,椭球的定向 确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件： 椭球短轴平行于地球自转轴； 大地起始子午面平行于天文起始子午面。,14,选择大地原点：,大地原点的坐标为：,15,广义弧度测量方程:,垂线偏差与大地水准面公式:,多点定位：,16,坐标系统(续),上式称为广义弧度测量方程,17,坐标系统
11、(续),多点定位的过程：,1)由广义弧度测量方程采用最小二乘法求,椭球参数:,旋转参数:,新的椭球参数：,2)由广义弧度测量方程计算,大地原点:,3)广义垂线偏差公式与广义拉普拉斯方程计算,大地原点坐标:,特殊情况下：,18,大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志.,坐标系统(续),大地原点和大地起算数据,19,1954年北京坐标系 1954年北京坐标系可以认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺限: 椭球参数有较大误差。 参考椭球面与
12、我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性 的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。 定向不明确 。,坐标系统(续),1980年国家大地坐标系,1980大地坐标系建立的方法：,20,按最小二乘法求: ，在进一步求大地原点的起算数据. 平差后提供的大地点成果属于1980年西安坐标系，它和原1954年北京坐标系的成果是不同的。这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差。,坐标系统(续),21,坐标系统(续),1980年国家大地坐标系的特点：,采用1975年国际大地测量与地球物理联合
13、会IUGG第16届大会上推荐的4个椭球基本参数。 长半径 a=6378140m, 地心引力常数 GM=3.986 0051014m3/s2 重力场二阶带球谐系数J2 =1.082 6310-8 自转角速度 =7.292 11510-5 rad/s 在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。,定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 的方向 大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾阳县永 乐镇，简称西安原点。 大地高程基准采用1956年黄海高程系 。,22,大地测量坐标系统,地心坐标系统满足以下四个条件： 原点位于整个地球的质
14、心（包括海洋和大气） 尺度是相对论意义下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元的协议地极和零子午线，称为地球的定向参数EOP。 定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。 通俗化的定义： 原点位于地球的质心 Z轴与X轴的定向某一历元的EOP参数确定 Y轴与X、Z构成空间右手坐标系。,2）地心坐标系统,23,地球椭球的几何和物理属性可由四个基本常数完全确定 赤道半径（椭球长半径） 地心引力常数（大气质量） 地球重力场二阶带谐系数 地球自转角速度 GRS80椭球的基本常数为： 目前通常采用正常化二阶带球谐系数 代替 两者关系为：,大地测量常数,国际大地测量与地球物理联合会(IU
15、GG)分别于1971,1975,1979年推荐了三组大地测量常数，对应于大地测量系统GRS67、IUGG75、GRS80。我国西安1980坐标系统采用IUGG75大地测量常数，目前广泛使用的常数是GRS80大地测量常数。,24,1）参心坐标参考框架 传统测量坐标框架是由天文大地网来实现的，一般定义在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的地球参考框架。5080年代，北京1954参心坐标参考框架、西安1980参心坐标参考框架。,2. 坐标参考框架,我国天文大地网简介:,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
16、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：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。,坐标参考框架,25,2）地心坐标参考框架,国际地面参考框架（ITRF）是国际地面参考系统的实现, 它甚长基线干涉（VLBI）、激光测卫SLR、激光测月LLR、 DORIS技术, GPS技术等空间大地测量技术, 利用全球观测站点, 经数据处理得到ITRF点（地面观测站）的站坐标和速度场等。目前ITRF是全球公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。,（1)国际地球参考系统(ITRS) 与ITRF,国际地球自转服务IERS ( International Earth Rotation Service) 1988年: IUGG+IAUIERS（IBH+IPMS） IERS的任务主要有以下几
