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1、大地测量大地测量 1.1 概论大地测量参考框架（坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架）是大地测量系统（坐标、高程、深度、重力）的具体应用形式。时间系统：世界时(UT)、原子时(AT)、力学时(DT)、协调时(UTC)、GPS 时(GPST)。时间系统框架对时间系统的实现，描述一个时间系统框架内容：1 采用时间频率基准；2 守时系统；3 授时系统；4 覆盖范围。二维坐标转换需要 4 参数，2 公共点。三维坐标转换需要 7 参数，3 公共点。坐标正算：由一条线段的一个端点坐标、线段长及方位角计算另一端点坐标。坐标反算：由两端点坐标计算线段长和方位角。高斯正算：由大地坐标（B，L）计算高斯平面坐
2、标（x，y） 。高斯反算：由高斯平面坐标（x，y）计算大地坐标（B，L） 。大地主题正解：已知一点的大地经纬度以及该点至待求点的大地线长度和大地方位角，计算待求点的大地经纬度和待求点至已知点的大地方位角的解算。大地主题反解：已知两点的大地经纬度，计算这两点间的大地线长度和正反大地方位角的解算。1.2 传统大地控制网第 i 测回度盘配置方法 L=(i-1)180/N(N 为测回数)大地控制三角网精度：首级图根点相对于起算三角点的点位误差图上0.1mm，相对于地面点的点位中误差0.1Nmm（N 为测图比例尺分母） 。相邻国家三角点的点位中误差1/30.1Nmm。则有：国家三角网控制点精度要求(m)
3、测图比例尺1:20001:50001:1 万1:2.5万1:5 万图根点对三角点点位中误差0.20.51.02.55.0相邻三角点点位中误差0.070.170.330.831.7三角点布设密度测图比例尺每幅图要求点数每个三角点控制面积/km2三角网平均边长/km等级1:5 万3约 15013二1:2.5 万2-3约 508三1:1 万1约 202-6四三角网精度指标等级平均边长 km测角中误差三角形最大闭合差起始边长边长相对中误差一等锁20-250.72.51:35 万1/150000二等网131.03.51:35 万1/150000三等网81.87.01/80000四等网2-62.59.01
4、/40000三角形任一内角40,大地四边形或中点多边形的传距角30。三角高程测量垂直角观测方法：中丝法、三丝法。减弱大气折光方法：观测时间、对向观测、提高观测视线、利用短边传算。三角高程测量精度：对向高差中误差 mh(最不利观测条件下)=0.025S（m） ，S 为 km。导线测量水平角：导线点上应观测方向为两个时,用角观测法(在总测回中,以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左右角,交叉点上应观测方向多于两个时,一二等用全组合测角法,三四等用方向观测法。)垂直角：中丝法测六测回，三丝法测三测回。导线边方位角中误差导线方位角中误差计算公式一端有已知方位角的自由导线mTn=2 0+ 2 二端
5、有已知方位角的自由导线mT 中=202+ + 142mT0为已知方位角 T0的中误差,m为折角观测中误差,N 为导线折角个数或边数一二等导线边距离测量技术要求项目一二等导线边距离测量每边观测总测回数16最少观测时间段往返测或两个不同时段每时间段观测的最多测回数20同时段经气象改正后的测回互差限值/mm20一测回读数次数4一测回的读数互差限值/mm20不同时段经气象和归心修正后的测回互差限值mm5+3S(S=km)仪器：标称精度优于 5mm+1ppm,测程优于 15km三四等导线边的距离测量技术要求每边测回数等级使用仪器精度往测返测备注22三等、44、22四等 44或用不同时段代替往返测仪器：测
6、程 3-15km1.3 GNSS 连续运行基准站及卫星大地控制网由连续运行基准站（国家、区域、专业） 、数据中心、数据通信网络组成。载波：L1、L2，L1、L2 的作用，消除电离层影响。测距码：C/A 码（在 L1 上）P(Y)码（分别调制在 L1 和 L2 上）卫星（导航）电文。差分 GPS：利用设置在坐标已知的点（基准站）上的 GPS 接收机测定定位误差，用以提高在一定范围内其它 GPS 接收机（流动站）测量定位精度的方法。位置差分、伪距差分、载波相位差分技术载波相位差分技术（RTKRTK） 。消除或消弱各种误差影响的方法：模型改正法模型改正法（相对论、电离层、对流层延迟、卫星钟差）求差法
7、求差法（电离层、对流层延迟、卫星轨道误差）参数法参数法（适合所有情况）回避法回避法（多路径电磁波） 。单差、双差和三差：站间一次差分；站间、星间各求一次差（共两次差） ；站间、星间和历元间各求一次差（三次差） 。站间求差（站间差分）消除卫星钟差、削弱电离层对流层卫星轨道误差的影响。星间求差（星间差分）消除了接收机钟差的影响。历元间求差（历元间差分）消去了整周未知数参数。单点定位：单独利用一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法。相对定位：确定进行同步观测的接收机之间相对位置的定位方法。基准站间距与定位精度关系实时定位精度厘米级分米级基准站间平均距离7070基准站选址：1 多路径 200
8、m；2 有 10以上地平高度角；3 微波站等电磁干扰 200m；4 铁路公路采矿区等震动带；5 未来环境变化小；6 进行 24h 实地环境测试，国家和区域数据可用率85%，多路径0.5m；7 地质稳定、避开易受水淹等区；8 区域可建在稳定的屋顶；9 便于接入通信网络；10 稳定电源；11 交通便利；12 用地保障；13 便于维护保存。基准站设备(接收机、天线、气象、不间断电源、通信、雷电防护、计算机)要求：接收机接收机：1 同时跟踪 24 卫星；2 有 1HZ 采样能力；3 观测数据包括双频测距码、双频载波相位值、卫星广播星历；4 温度-30-+55、湿度 95%；5 外接频标输入，5 或 1
9、0MHZ；6 外接气象仪并存储数据；7 有 3 个以上数据通信接口；8 有输出原始数据、导航定位数据、差分修正数据、1PPS 脉冲的能力。天线天线：1 相位3mm；2 扼流圈或抑径板；3 抗电磁干扰；4 定向指北标志；5 温度-40-+65；气象设备气象设备：1 连续测定气压(0.1hPa)、温度(0.5)、湿度(1%)；2 可设采样间隔；3 实时(定时)数据输出。1.4 卫星大地控制网A 级 GPS 网精度指标坐标年变化率中误差(mm/a)级别水平分量垂直分量相对精度地心坐标各分量年平均中误差 mmA23110-80.5BCDE 级 GPS 网精度指标相邻点基线分量中误差 mm级别水平分量垂
10、直分量相邻点间平均距离kmB51050C102020D20405E20403GNSS 控制网标石类型等级可用标石类型要求B基岩 GPS 水准共用标石C基岩 GPS 水准共用标石、土层 GPS、水准共用标石E基岩 GPS 水准共用标石、土层 GPS、水准共用标石、楼顶 GPS 水准共用标石多路径、高度角 15以上无遮挡、困难15遮挡物总和30%,50m 内固定变化反射体标注。GPS 观测实施：埋点后经过一个雨季，冻土深度0.8m 过一个冻、解期，岩层上埋设标石经一个月，可进行观测。要求： 4 颗卫星；采样间隔 30S；静态；卫星截止高度角 10；WGS-84、协调时 UTC。观测时段及时长等级时
11、段时长方案数据质量检查B323hC24hD1.61hE1.640min1.GPS 连续运行模式。2.同步环边连接静态相对定位(同步仪器5 台,异步环边数6,环长1500km)观测卫星总数,数据可利用率80%,多路径0.5m,接收机日频稳定性10-8设 n 为网点数，m 每点设站数，N 接收机数。则：观测时段数 C=(nm)/N总基线数 J总=CN(N-1)/2必要基线数 J必= n-1独立基线数 J独=C(N-1)多余基线数 J多=J独-J必=C(N-1)- (n-1)同一时段内观测值的数据剔除率10%。CD 级网基线处理和 B 级网外业预处理应满足：复测基线长度差 ds22同步观测环闭合差
12、wx=wy=wz35异步观测环闭合差 wx=wy=wz2,ws2(ws=3)2+ 2+ 2GPS 网平差：提取基线向量、三维无约束、约束和联合、质量分析与控制。1.5 高程控制网水准网布设原则及精度等级一等二等三等四等水准环周长km1600东2000西750长度 150,环线周长 200,同级网结点间距 70,困难1.5 倍长度 80,环线周长 100,同级网结点间距30,困难 1.5 倍每千米偶然中误差 M0.451.03.06.0每千米全中误差 MW1.02.06.012.0每千米偶然中误差 M=，其中 =测段往返高差不符值(mm), 4R=测段长度(km),n=测段数。若一条水准路线小于
13、 100km，或测段数小于 20 个，应纳入相邻路线一并计算。每千米全中误差 MW=，W=经改正后的水准环闭合差(mm)，F=水 准环线周长(km)，N=水准环数。当构成水准网的水准环数 N20 时,需计算全中误差。水准标石埋设等级要求基岩水准标石在一等结点处,隔 400km,大城市重大工程及地质灾害多发区增设,每省不少于 4 座基本水准标石一二等水准路线上及其结点处,大中城市两侧,县乡镇政府所在地,隔 40km,经济发达 20-30km,荒漠 60km普通水准标石隔 4-8km,经济发达 2-4km,荒漠 10km测段安排为偶数站,(往测时：奇数站：后前前后，偶数站：前后后前，返测时：奇数站
14、：前后后前，偶数站：后前前后)减弱 i 角影响。三四等略有不同（三等：后前前后，往返或单程双转点；四等：后后前前一般测单程，支线单程双转点或往返测） 。跨河：一二等距离100m，三四等距离200m。1.6 重力控制网重力等位面就是水准面，把完全静止的海水面所形成的重力等位面称为大地水准面，重力是引力和离心力之和，重力等位面与铅垂线处处正交，重力等位面（水准面）之的位差不会等于零，故它们既不相交，也不相切，也不平行。分为国家重力基本网、国家一等重力网、国家二等重力点。FG5 绝对重力仪、拉科斯特(LCR)相对重力仪(一等)、石英弹簧重力仪(二等)。联测要求等级要求绝对重力测量仪器优于 210-8
15、ms-2,每点总均值标准差优于510-8ms-2,测定重力值时,同时测定垂直梯度和水平梯度。基本重力点对称观测，停放超 2h，在停放点重复观测，24h 闭合，特殊放至 48h。一等重力点联测组成闭合环或附合两基本点间,测段数5，对称观测(ABC-CBA), 停放超 2h，在停放点重测，24h 闭合，特殊放至 48h。段差联测中误差优于 2510-8ms-2二等重力点联测组成闭合环或附合路线中的二等重力点数4，三程循环法观测, 停放超 2h，在停放点重测，36h 闭合，特殊放至 48h。段差联测中误差优于 25010-8ms-2加密重力点起算点为各等级重力控制点，形成闭合或附合路线，60h 闭合
16、，特殊放至 84h。1.7 似大地水准面精化按一定分辨率精确求定高程异常。几何法（天文水准、卫星测高及GPS 水准等） 、重力法及几何重力联合法（组合法） 。精度指标：似大地水准面精度/m级别平地、丘陵山地、高山地似大地水准面分辨率国家0.30.61515省级（区域）0.10.355城市0.052.52.5误差来源：GPS 测定大地高的误差；水准测量误差；重力测量误差；DEM 误差。1.8 大地测量数据库组成：大地测量数据大地测量数据（是核心，分为大地控制网数据、高程控制网数据、重力控制数据、深度基准数据） 、管理系统管理系统（数据输入出、查询统计、数据维护、安全管理等） 、支撑环境支撑环境（服务器、存储备份设备、外围设备、网络环境） 。分为国家、省区和市县三级。
