似大地水准面精化

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1、似大地水准面精化水准面精化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。 正高是地面点沿重力线到大地水准面的距离。正常高是指从一地面点沿过此点的正常重力线到似大地水准面的距离。似大地水准面精华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。大地水准面：也称为重力等位面，它既是一个几何面，又是一个物理面，相当于地球完全静止的海水所包围的一个曲面。物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距-大地水准面差距（对于似大地

2、水准面而言，则称为高程异常）来实现的。似大地水准面：似大地水准面严格说不是水准面，但接近于水准面，只是用于计算的辅助面。它与大地水准面不完全吻合，差值为正常高与正高之差。但在海洋面上时，似大地水准面与大地水准面重合。 精确求定大地水准面差距，则是对大地水准面的精化。精确求定高程异常，则是对似大地水准面的精化。我国采用的是正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。因此，我国主要是对似大地水准面的精化，也就是按一定的分辨率精确求定高程异常值。精化大地水准面对于测绘工作有重要意义：首先，大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。其次，GPS（全球定位系统）技术结合高精度高分辨率大地水准

3、面模型，可以取代传统的水淮测量方法测定正高或正常高，真正实现 GPS 技术对几何和物理意义上的三维定位功能。再次，在现今GPS 定位时代，精化区域性大地水准面和建立新一代传统的国家或区域性高程控制网同等重要，也是一个国家或地区建立现代高程基准的主要任务，以此满足国家经济建设和测绘科学技术的发展以及相关地学研究的需要。近年来，我国经济发达地区及中、小城市，在地形图测绘方面，对厘米级似大地水准面的需求十分迫切。高精度的似大地水准面结合 GPS 定位技术所获得的三维坐标中的大地高分离求解正常高，可以改变传统高程测量作业模式，满足 1：1 万、1：5000 甚至更大比例尺测图的迫切需要，加快数字中国、

4、数字区域、数字城市等的建设，不但节约大量人力物力，产生巨大的经济效益，而且具有特别重要的科学意义和社会效益。大地高等于正常高与高程异常之和，GPS 测定的是大地高，要求正常高必须先知高程异常。在局部 GPS 网中巳知一些点的高程异常（它由 GPS 水准算得），考虑地球重力场模型，利用多面函数拟合法求定其它点的高程异常和正常高。区域似大地水准面精化的目的是综合利用重力资料、地形资料、重力场模型与 GPS/水准成果，采用物理大地测量理论与方法，应用移去-恢复技术确定区域性精密似大地水准面。通过似大地水准面精化，利用 GPS 技术结合高精度高分辨率似大地水准面模型，已成为高程测量的一种方式。似大地水

5、准面分辨率：似大地水准面模型采用的格网尺寸。 似大地水准面精化方法：（1）几何法：如天文水准、卫星测高及 GPS 水准等。（2）重力法：重力学法（3）组合法：几何与重力联合法目前，陆地局部大地水准面的精化普遍采用组合法，即以 GPS 水准确定的高精度但分辨率较低的几何大地水准面作为控制，将重力学方法确定的高分辨率但精度较低的重力大地水准面与之拟合，以达到精化局部大地水准面的目的。计算流程： 重力似大地水准面：先利用重力场模型、数字地形模型和地面重力资料获得该地区高分辨率剩余重力异常，然后利用移去-恢复技术确定的区域似大地水准面成为重力似大地水准面，其实质是利用重力观测数据和数字地形模型改进由地

6、球重力场模型确定的模型似大地水准面。区域似大地水准面的参考基准：大地坐标系：2000 国家大地坐标系高程基准：1985 国家高程基准重力基准：2000 国家重力基本网似大地水准面的精度由格网平均高程异常相对于本区域内各高程异常控制点的高程异常平均中误差表示。似大地水准面的分辨率由似大地水准面模型采用的等角格网间距表示。大地水准面 地质学范畴，是指平均海平面通过大陆延伸勾画出的一个封闭连续的封闭曲面。大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程

7、系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距-大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。大地水准面包围的球体称为大地球体。大地球体的长半轴为 6378.245 公里，短半轴为 6356.863 公里。从大地水准面起算的陆地高度，称为绝对高度或海拔。大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部

8、物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。大地水准面是测绘工作中假想的包围全球的平静海洋面，与全球多年平均海水面重合，形状接近一个旋转椭球体，是地面高程的起算面。第一章 绪论 1.1 测量学的任务与应用测量学定义美国学者史蒂文斯认为：测量就是依据某种法则给物体安排数字；如：铯原子的振动周期作为时间度量的基本单位，国际单位制定义 1 米是光在真空中 1/299 792 458秒移动的距离，最初规定通过法国巴黎的地球经线的四千万分之一为 1 米，并按照这个长度用铂-铱合金铸成一根“米原器 ”。 测量的目的：就是进行可靠的定

9、量比较，使我们的世界用同样的目光看同样的物体，进而为各行各业，为生活的方方面面服务。 本课程定义：测量学是研究地球的形状和大小，确定地面点位（包括空中、地下和海底） ，以及对于这些空间位置信息进行处理、存储、管理的科学。 测量学的分类：测量学按照研究范围和对象的不同，可分为以下几个分支学科：1、大地测量学：研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题的学科。 可分为常规大地测量学和卫星大地测量学。2、摄影测量与遥感学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的形状、大小和空间位置（影像或数字形式） ，进行分析处理，绘制地形图或获得数字化信息的理论和方法的学科。 可分为地面摄影测量学、

10、航空摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影测量学。 （军事侦察、打击评估、地下摄影测量、地形图、军事地图等更新）3、地图制图学：利用测量的成果来绘制地图的理论和方法。4、海洋测绘学：研究对象为海洋和陆地水体。5、普通测量学：研究地球表面小范围测绘的基本理论、技术和方法，不顾及地球曲率的影响，把地球局部表面当作平面看待，是测量学的基础。6、工程测量学研究内容 有关城市建设、矿山工厂、水利水电、农林牧业、道路交通、地质矿产等领域各种工程的勘测设计，建设施工，竣工验收，生产经营，变形监测等方面的测绘工作。主要工作 测绘；测设；变形监测 测量学在工程建设中的应用：测量学的应用非常广泛。国防、军事、经济建

11、设都离不开测量学，这里着重介绍一下测量学在工程建设中的应用：1 勘测设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供工程的设计使用。 如修公路，为了确定一条最经济合理的路线，必须预先测绘路线附近的地形图，在地形图上进行路线设计。 2 施工阶段：把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。 如将设计路线的位置标定在地面上以指导施工 3 竣工测量 ：对建筑物进行竣工测量。 （是否符合设计的要求） 4 运营阶段 ：为改建、扩大建而进行的各种测量。 5 变形观测 ：为安全运营，防止灾害进行变形测量。 如：98 年武汉上游长江支流大坝监测 1.2 测量学的发展及现状测量学发展简史测量学是一门非常古老的科学。古代的测绘技术

12、起源于水利和农业。 如：古埃及尼罗河每年洪水泛滥后，需要重新划定土地界线，开始有测量工作。公元前 21 世纪，中国夏禹治水就使用简单测量工具测量距离和高低。 史记夏本纪中有“左准绳，右规矩”的记载 （注：准：古代测量水平的仪器；木受绳则直；圆曰规,方曰矩；说明当时已经有了“平” 、 “直” 、“方” 、 “圆”的概念，就是对测量工作的描述，说明在当时已经有了原始的测量仪器。 ）另一方面，随着人类在军事、交通运输的需要，在客观上也推动了测绘学的发展。如：约在战国后期的一个秦国古墓，发现了迄今为止世界上最早的一幅实物地形图。 （地形图的出现，标志着古代的测绘技术有了相当的发展）在之后 300 年的

13、马王堆汉代古墓中，发现了至今世界上最早的军事地图。 测绘学是技术性学科，它的形成和发展在很大程度上依赖测量方法和仪器工具的创造和改革。 如：17 世纪以前，人们使用简单的工具，如绳尺、木杆尺等进行测量，以量测距离为主。17 世纪初发明了望远镜。1617 年创立的三角测量法，开始了角度测量。1730 年英国的西森制成第一架经纬仪，促进了三角测量的发展。1794 年德国的 C.F.高斯发明了最小二乘法，直到 1809 年才发表。1806 年法国的 A.-M.勒让德也提出了同样的观测数据处理方法。1859 年法国的 A.洛斯达首创摄影测量方法。20 世纪初，由于航空技术发展，出现了自动连续航空摄影机

14、，可以将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，促进了航空摄影测量的发展。20 世纪 50 年代起，测绘技术朝着电子化和自动化发展。 如：电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、测量机器人、3S 技术。 发展到今天，成为一门综合科学。它应用当代空间、遥感、通信、电子、微电子等各种先进技术与设备，以及光学、机械、电子的实用技术设备，采集与地球形状和大小、地球表面上的各种物体的几何形状及空间位置相关的数据和信息，并对其进行处理、解释和管理，为经济建设、国防建设的各个部门和行业提供服务。现代测绘技术全球定位系统 全球定位系统是以军事上需求为背景而出现的，现在已广泛应用于民用领域。包括智能交通、精细

15、农业、资源调查、地质灾害等。在测绘工作中主要用于大地测量、变形监测、控制测量、施工放样。1.美国全球定位系统（GPS） GPS 是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。空间部分由 24 颗卫星组成。它是一个军民两用系统，提供两个等级的服务。2.俄罗斯全球导航卫星系统俄罗斯要用 20 年时间发射 76 颗 GLONASS（格罗纳斯）卫星。1995 年完成 24 颗中高度圆轨道卫星加 1 颗备用卫星组网，耗资 30 多亿美元，由俄罗斯国防部控制。 3.欧洲伽利略导航卫星系统计划（Galileo）欧洲 1999 年初正式推出伽利略导航卫星系统计划。该方案由 21 颗以上中高度圆

16、轨道核心星座组成，另加 3 颗覆盖欧洲的地球静止轨道卫星，辅以 GPS 和本地差分增强系统，首先满足欧洲需求，位置精度达几米。4.我国的北斗星定位系统中国的北斗卫星导航定位系统由 2000 年、2003 年发射的 3 颗“北斗”卫星组成，中国的“北斗 ”导航系统是一个区域性的定位系统，可满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。但缺点是不能覆盖两极地区，用户数量受一定限制。遥感美国数字全球（Digital Globe）公司的 QuickBird-2（“快鸟-2 ”）卫星是目前世界上商业卫星中分辨率最高的一颗卫星。其全色（黑白）波段分辨率为 0.61m，彩色多光谱分辨率为 2.44m，幅宽为 16.5km。 如：PPT 图中显示了 QuickBird 卫星从 450km 高空探测到的北京市公主坟立交桥的图像，图中车辆和树木清晰可辨。 IKONOS-2（“艾科诺斯-2” ）卫星是美国空间影像（Space Imaging）公司于 1999 年 9月发射的高分辨率商用卫星，卫星飞行高度 68