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1、,大地测量与海洋测绘,第一章 大地测量,2015大地测量考试大纲基本要求,1.1 大地测量概论,任务：建立精密控制网，为工程提供高精度的平面和高程控制，为空间科学技术和军事用途等提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力场资料；为研究地球形状提供资料。 内容：三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。,现代大地测量的特点,长距离、大范围：洲际、全球 高精度：比经典提高1-2数量级 实时、快速：内外业几乎可以同时完成 四维：时间向量 地心 学科融合,大地测量的作用,组织、管理、融合和分析地球海量时空数据的基础，也是描述、构建认知地球进而解决
2、地球科学问题的时空平台 确定大地测量基准 为科学研究、国防、经济建设、维护国家权益、航空航天技术等提供服务,大地测量系统与参考框架,大地测量系统规定了大地测量的起算基准、尺度基准、及其实现方式（包括理论、模型和方法）。 大地测量系统主要包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统,大地测量参考框架是通过大地测量的手段，由固定在地面上的点所构成的大地网点或其他实体按相应于大地测量系统的规定模式构建的，是对大地测量系统的具体实现。 大地测量参考框架主要包括坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架等,大地测量坐标系统和常数,大地测量坐标系统是指一种固定在地球上与地球一同旋转的非惯性坐标系统，可分为
3、地心和参心或大地和空间直角坐标系 大地测量常数是指与地球一起旋转且表面与地球有最佳吻合的一组旋转椭球几何参数和物理参数,参心坐标框架：坐标原点位于参考椭球中心，由天文大地网实现与维持。如我国的54坐标和80坐标地心坐标框架：坐标原点位于地球质心，由甚长基线干涉测量、激光测卫、激光测月、GPS、多普勒等技术手段实现与维持。如我国的2000坐标系,大地测量坐标框架,高程基准定义了陆地上高程测量的起算点，一般可通过验潮的方式，确定海水面的平均位置作为高程基准 1956黄海高程系：7年的验潮结果，水准原点高程为72.289米 1985国家高程基准：近19年的验潮结果，水准原点高程为72.2604米,高
4、程系统和高程框架,我国高程系统采用正常高系统，高程起算面为似大地水准面 我国的高程框架由国家二期一等水准网以及复测结果维持与实现 高程框架还可以由似大地水准面来实现 我国高程框架分为四个等级，分别定义为一、二、三、四等水准控制网,高程系统和高程框架,重力测量就是为测定空间一点的重力加速度 重力基准就是标定一个国家或地区的绝对重力值的标准 重力参考系统则是指采用的椭球参数及其相应的正常重力场 重力测量框架是分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点以及若干条基线组成,重力系统和重力测量框架,我国在20世纪50-70年代，使用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球体参数 20世纪80年代建立
5、了国家1985重力基本网，参考系统采用IAG75椭球常数 1999-2002完成了2000国家重力基本网建设，重力参考系统采用GRS80椭球常数,深度基准,深度基准一般采用当地的潮汐调和系数计算得出 深度基准可采用理论深度基准、平均低潮面、最低低潮面或大潮平均低潮面等 1956年前我国采用了平均低潮面、实测最低潮面或大潮平均低潮面，1957年后采用理论深度基准面作为深度基准。该面试按照前苏联弗拉基米尔计算的当地理论最低低潮面,时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻的参考标准和时间间隔的尺度标准。 时间系统框架是在某一区域或全球范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术来实现和维持的时间系统,
6、时间系统和时间系统框架,计算时间的物质运动必须满足以下条件：运动是连续的； 运动的周期具有足够的稳定性； 运动是可观测的。 时间尺度是通过秒长定义的，而秒长又与频率相关，因此时间基准也称时间频率基准,世界时：以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时，以地球自转为周期，1960前作为国际时间的基准 原子时：以原子谐振信号周期为标准，在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃迁辐射192631770周所持续的时间为原子时秒长。1958.1.1开始启用，作为国际时间标准,力学时:根据天体动力学理论的运动方程定义的时间系统 协调时：以原子时秒长和世界时起点定义的时间系统 GPS时：由GPS星载原
7、子钟和地面监控站的原子钟组成的一种原子时基准。与国际原子是由19秒的常数差，在1980.1.6零时与协调时相一致。,大地坐标系（L、B、H）,大地经度：测站子午面与起始子午面间的夹角，分东经、西经 大地纬度：测站法线与赤道面间的夹角，分为南纬和北纬 大地高：地面点沿法线到椭球面的距离 大地方位角：测站上包含照准点的法截面与测站子午面间的夹角,空间直角坐标系（X、Y、Z),椭球中心为坐标原点 起始子午面与赤道面交线为x轴 旋转轴为z轴 Y垂直于xoz平面，三轴构成右手系,站心坐标系,站心直角坐标系原点位于测站点 U轴与过测站点椭球面的法线重合，指向天顶 N轴垂直于U轴，指向椭球的短半轴 E周垂直
8、于U、N轴形成左手系,站心极坐标系 原点位于测站点 包含直角坐标系中N、E的平面作为基准面 极轴为N轴 用极距、方位角、高度角表示,地心坐标系,原点位于整个地球质心 尺度是广义相对论意义下的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，称为地球定向参数 定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件,高斯直角坐标系,高斯-克吕格投影：中央子午线投影后为直线，不变形；其他子午线凹向中央子午线，且长度变形为控制长度变形过大，采用分带投影方式,坐标系转换,空间直角坐标与站心坐标系转换,不同大地坐标系的三维转换,球面坐标和平面坐标的转换,坐标转换公式推导方法,旋转角逆时针
9、为正,1.2 传统大地控制网,三角测量 三边测量 边角测量导线测量,国家网布设原则,分级布网，逐级控制 要具有足够的精度 要具有足够的密度 要具有统一的规格 国家平面控制网控制网分为一、二、三、四等，共四个等级,全国天文大地网整体平差,1978-1984年完成，1984年通过技术鉴定 整体平差的技术原则： 1、地球椭球参数 2、坐标系统 3、椭球定位和坐标轴指向,光学经纬仪、电子经纬仪、全站型电子速测仪 光学经纬仪分类：DJ07,DJ1，DJ2, DJ6,DJ30 (表1-2-2） 电子经纬仪分类：， (表1-2-3）,经纬仪和光电测距仪及其检验,光学经纬仪和电子经纬仪以及光电测距仪的检验项目
10、、检验方法、限差以及检验周期等具体可参见有关规范 JJG 414-2003 JJG 100-2003 JJG 703-2003,水平角观测,观测误差的主要来源： 人差仪器误差外界条件,方向观测法：一般用于三、四等水平角测量，或在地面点、低觇标、方向数较少的二等水平角测量中使用 分组方向观测法：方向数多于6个时使用 全组合测角法：一等三角测量或高标的二等水平角测量中使用,水平角观测方法,三角点观测及外业验算,1、检查外业资料 2、绘制已知数据表和控制网图 3、近似边长和球面角超的计算 4、归心改正 5、分组的测站平差 6、三角形闭合差和测角中误差的计算 7、近似坐标和曲率改正的计算 8、极条件、
11、基线条件和方位角条件闭合差的计算,2.4 三角高程测量,竖直角观测方法：中丝法：四个测回，盘左、盘右依次观测三丝法：二个测回，方法同上,高差计算公式,利用水平距离单向高差计算公式：利用倾斜距离单向高差计算公式：,折光系数一般为0.09-0.16之间 实际作业时可以通过测定测区的平均折光系数、选择有利观测时间、对向观测、提高视线高度、短边传递高程等方法来消除或者减弱大气垂直折光的影响,导线测量,导线的布设导线共分四个等级，每个等级的精度与相对应的三角锁网应当一致一、二等必须布设成环状，三、四等可以布设成符合导线,选点、造标和埋石边长测量水平角观测垂直角观测导线测量概算,导线测量作业及概算,1.3
12、 GNSS连续运行基准站网,基准站网的组成：基准站：具备连续跟踪观测和记录卫星信号的能力 数据中心：具备监控、数据管理、数据处理分析和产品服务等功能 数据通信网络：具备数据交换、数据传输数据产品分发等功能,分类和布设原则,国家基准站网：用于维持和更新国家地心坐标参考框架的基准站网，是国家基础地理信息基础框架之一，也是国家经济建设、国防建设的基础设施，用于开展全国范围内的高精度定位导航、工程建设和科学研究服务。 站点间距一般在100-200KM,区域基准站网：在省、市、地区建立的基准站网，主要构成高精度、连续运行的区域坐标基准框架，为省、市、地区提供不同精度的位置服务和相关信息服务。应与国家地心
13、参考框架相一致，要达到cm级精度站点间距应小于70KM,专业应用站网：由专业部门或机构根据专业需要建立的基准站网，用于开展专业信息服务。应与国家地心坐标框架建立联系,技术设计前： 应收集基准站所在地区的地形图、交通图、地质构造图以及其他相关资料 在图上拟选基准站站址、确定基准站位置、名称及编号 标注站址地形、地质、交通等信息,基准站建设,踏勘完成后： 应进行建筑、结构、电气、室外工程等内容的施工设计 基准站设备集成、供电系统、数据传输等内容设计 技术设计完成后： 应提交基准站技术设计方案以及基准站点位设计图、站点位置信息表、基准站施工设计图等设计资料,选址,观测环境地质环境依托保障 提交成果,
14、基建,观测墩（分为基岩、土层、屋顶） 观测室 工作室 防雷工程 辅助工程 提交成果,设备组成,接收机（关注采样率、数据要求、外接气象设备等） 天线（关注相位中心稳定性、抗干扰能力、抑径板） 气象设备（关注观测精度、采样率等） 电源设备 计算机与软件,数据中心,要有数据管理系统、数据处理分析系统、产品服务系统及机房、计算机网络等物理支撑组成,数据管理系统,数据处理分析系统,产品服务系统,数据中心机房,计算机与网络,数据通信网络,基准站数据采集、数据完好性 数据传输的稳定性，通信速率、误码率、可用性以及数据传输的延迟 数据中心对基准站的监控能力 覆盖范围和有效时间 数据产品的服务内容和精度指标 其
15、他测试内容,基准站网调试,24小时连续正常运行，必要时宜安装报警系统 定期进行设备检测及更新 定期与IGS联测，维持坐标更新 定期进行水准联测 定期进行重力联测,基准站网维护,1.4 卫星大地控制网,A级由卫星定位连续运行基准站组成，用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和卫星精密定轨； B级主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或城市坐标基准框架，区域性的地球动力学研究、地壳形变测量和各种精密工程测量； C级主要用于建立三等大堤控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网； D用于建立国家四等大地控制网； E级主要用于测图、施工等控制测量。,精度要求,技术设计
16、： 首先收集测区范围已有的基准站、各种大地点、各种图件、地质资料以及测区总体建设规划和近期发展方面的资料 然后是资料分析、实地踏勘、图上设计等，并制定联测方案,GNSS网布设,选点基本原则,GNSS网点选址与埋石,选点基本要求,GPS点建造,土层点埋设结束后，一般地区应经过一个雨季 冻土深度大于0.8米的地区还应该经过一个冻结期 岩层上埋设的标石应经过一个月方可进行观测,GPS观测实施,基本技术要求,观测设备,观测方案,作业要求,数据下载与存储,观测卫星总数数据可利用率多路径效应小于0.5M接收机钟频日稳定性不低于10-8等,外业数据检查与技术总结,技术总结,任务来源、任务内容、完成情况、测区概况、技术依据、采用基准和已有资料利用情况、作业组织实施、仪器检验、质量控制、技术问题的处理、存在问题和建议、提交成果内容等,
