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1、大地测量概论1、大地测量的任务主要任务是建立国家或者大范围的精密控制测量网，内容包括三角测量、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。它为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度的平面控制和高程控制，为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力资料，为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。2、现代大地测量的特点 1）长距离、大范围；2）高精度；3）实时、快速；4）四维；5）地心；6）学科融合。3、大地测量的作用大地测量师组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础，也是描述、构建和认知地球，进而解
2、决地球科学问题的一个时空平台。各种测绘只有在大地测量基准的基础上，才能获得统一、协调、法定的平面坐标和高程系统，才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。4、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、尺度标准以及实现方式（包括理论、模型和方法）。大地测量参考框架时通过大地测量手段，由固定在地面上的点所构成的大地网（点）或其他实体（静止或者运动的物体）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应用形式。大地测量系统包括：坐标系统、高程系统、深度基准和重力系统。对应的大地参考框架有：坐
3、标参考框架、高程参考框架和重力参考框架。5、大地测量坐标系统合大地测量常数大地测量坐标系统是非惯性坐标系统，根据原点位置不同，可以分为地心坐标系统和参心坐标系统，从表现形式可以分为空间直角坐标系统和大地坐标系统；空间直角坐标一般用（X,Y,Z）表示，大地坐标一般用（经度，纬度，大地高H）表示。注：大地高是指空间点沿椭球面法线方向至椭球面的距离。大地常数是指地球椭球几何和物理参数，它分为基本常识和导出常数。6、参心坐标框架参心坐标框架是一种区域性、二维静态的地球坐标框架，是由天文大地网实现和维持的。20世纪，世界上绝大部分国家或者地区都采用天文大地网来实现和维持各自的参心坐标框架。我国在20世纪
4、5080年代完成了全国天文大地网，分别定义了1954北京坐标系统和1980西安坐标系统。7、地心坐标框架国家地面参考框架（ITRF）是国际地面参考系统（ITRS）的具体实现。它以甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、激光测月（LLR）、GPS和卫星多普勒定轨定位（DORIS）等空间大地测量技术构成全球观测网点，经数据处理，得到ITRF点（地面观测点）站坐标和速度场等。目前，ITRF已成为国际公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。2000国家大地控制网是定义在ITRS2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。8、高程基准高程基准定义了陆地上高程测量的起算点，区域性的高程基准
5、可以用验潮站的长期平均海面来确定，通常定义该平均海平面的高程为零。1954年，我国确定用青岛验潮站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年计算出我国水准原点高程为72.289m，我国现行的1985年国家高程基准为72.2604m。9、高程系统我国高程系统采用正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。10、高程框架高程框架是高程系统的实现。高程框架分四个等级：国家一、二、三、四等水准控制网。另外一种高程框架形式是通过（似）大地水准面精化来实现的。11、重力系统和重力框架重力测量就是测定空间一点的重力加速度。重力参考系统则是指采样的椭球常数及其相应的正常重
6、力场。重力测量框架是由分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基线。12、深度基准深度基准面的选择与海区潮汐情况相关，常采用当地的潮汐调和常数来计算，由于各地潮汐性质不同，计算方法不同，一些国家和地区的深度基准面也不同。我国1956年以前采用最低低潮面、大潮平均低潮面和实测最低潮面等为深度基准，1957年起采样理论深度基准为深度基准面。13、时间系统与时间系统框架空间和时间一起构成四维大地测量。时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻参考标准、时间间隔的尺度标准。时间系统框架是某一区域或者全球范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术，实现和
7、维持统一的时间系统。14、常用的时间系统1）世界时（UT）2）原子时（AT）3）力学时（DT）4）协调时（UTC）5）GPS时（GPST）。15、时间系统框架时间系统框架是对时间系统的实现，包括以下几方面的内容：1）采用的时间频率基准；2）守时系统；3）授时系统4）覆盖范围。传统大地控制网1、传统大地控制网的建设传统大地测量技术建立平面大地控制网就是通过测角、侧边推算大地控制网点的坐标的，具体的方法有：三角测量法、导线测量法、三边测量法和边角同测法。我国建立天文大地网主要采用三角测量法，在西藏等困难地区采用导线测量法。2、三角网布设的原则1）分级布网、逐级控制；2）具有足够的精度；3）具有足够
8、的密度；4）要有统一的规格。3、全国天文大地网整体平差全国天文大地网整体平差于1978年至1984年期间完成，1984年6月通过技术鉴定。建立的我国自己的1980国家大地坐标系，并为精化地心坐标提供了条件。全国天文大地网整体平差技术原则如下：1）地球椭球参数IAG-75椭球；2）坐标系统，1980国家大地坐标系和地心坐标系；3）椭球定位于坐标轴指向，1980国家大地坐标系的椭球短轴应平行于由地球质心指向1968.0地极原点（JYD）的方向，首子午面应平行于格林尼治平均天文台的子午面，椭球定位参数以我国范围内高程异常值平均和最小为条件求定。4、经纬仪种类经纬仪一般分为光学经纬仪、电子经纬仪及全站
9、型电子测速仪。5、光学经纬仪检验作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准光学经纬仪（JJG414-2003）的有关规定执行。6、电子经纬仪或者全站仪检验作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准全站型电子测速仪（JJG100-2003）的有关规定执行。7、光电测距仪光电测距仪按测程分类，分为短程（小于3KM）、中程（3KM至15KM）、长程（15KM至60KM）。光电测距仪检定：作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准光电测距仪（JJG703-2003）的有关规定执行。8、水平角观测的主要误差影响使用经纬仪在野外进行观测时，其观测误差主要来源于：1）观测人员引起的误差；2）外界观测条件引起
10、的误差，如大气条件、太阳方位、地形、地物等；3）仪器精度引起的误差。9、水平角观测方法1）方向观测法；2）分组三角测量观测与外业验算1、观测程序1）准备：安装仪器、确定仪器整置中心、测定测站点和照准点归心元素、设置测伞、整置仪器、选择零方向、编制观测度盘表等。2）观测，具体要求见国家三角测量和精密导线测量规范。3）观测完成，离开本点之前，应对成果进行详细的检查、整理和计算，埋封好标石。2、三角测量外业验算1）检查外业资料，包括观测手簿、观测记簿、归心投影用纸等。2）编制已知数据表和绘制三角锁网图。3）三角形近似球面边长计算和球面角超计算。4）归心改正计算，并将观测方向值化至标石中心。5）分组的
11、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计算。8）极条件闭合差计算，基线条件闭合差计算，方位角条件闭合差计算等。三角高程测量1、垂直角观测方法垂直角观测方法有两种：中丝法和三丝法，这两种方法本质上是一样的，在实际作业中可以灵活选用。1）中丝法：以望远镜十字丝的水平中丝为准，照准目标测定垂直角。2）三丝法：以望远镜三根水平丝为准，依次照准同一目标来测定垂直角。当测站上均有若干个观测方向时，应将所有方向分成若干组，每组包括24个方向。每组一测回的观测方法是：盘左时，依次照准改组中所有方向，并分别读取垂直度盘读数；在盘右时，依相反的次序照准该组中所有方向，读取垂直度盘读数
12、。根据规定，各等级三角点上每一方向按中丝法观测时应测四测回，三丝法观测时应测两测回。2、高差计算公式1）单向观测高差计算实用公式在A点观测B点的高程为：h12 = S0tan12 + CS02 + i1 a2式中：S0：A、B两点间的水平距离 C：垂直折光差与地球弯曲差综合影响的系数，又称球气差系数； 12：A点观测B点的垂直角； i1：A点仪器高； a2：B点觇标高。2）用斜距d计算高差的单向公式h12 = dsin12 +（(1-K）/2R)d2cos212 +（1-H2/R）+ i1 a2式中：H2：照准点的大地高； d：A、B点之间的倾斜距离；K：折光系数 12：A点观测B点的垂直角；
13、 i1：A点仪器高； a2：B点觇标高。方向观测法；3）全组合测角法。导线测量1、导线测量的布设导线是布设国家水平大地控制网的方法之一，导线测量分一、二、三、四等，其布设原则与三角测量类似。一、二、三、四等导线测角、测边的精度要求，应使导线推算的各元素精度与相应等级三角锁网推算精度大体一致。一、二等导线一般沿主要交通干线布设，纵横交叉构成较大的导线环，几个导线环连接成导线网。三、四等导线是在一、二等导线网（或者三角锁网）的基础上进一步加密，应布设为符合导线。表 国家导线布设规格等级导线长度/km导线节长度/km导线边长度/km导线节边数转折角测角中误差/边长测定相对中误差一1000200010
14、0150103070.71:25万二5001000100150103071.01:20万三符合导线200720201.81:15万四符合导线150415202.51:10万2、导线边方位角中误差3、导线测量作业及概算导线测量的外业和三角测量基本相同，包括选点、造标、埋石、边长测量、水平角观测、高程观测和野外验算等工作。1）选点、造标和埋石2）边长测量3）水平角观测4）垂直角观测5）导线测量概算GPS控制网等级1、控制网等级及其用途按照国家标准全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T13814-2009），GPS测量按其精度分为A、B、C、D、E五级。其中：1）A级GPS网由卫星定位连续运行基站
15、构成，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、地壳变形测量和卫星精密定轨测量。2）B级GPS测量主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或者城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳变形测量和各种精密工程测量等。3）C级GPS测量用于建立三等大地控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网等。4）D级GPS测量用于建立四等大地控制网。5）E级GPS测量用于测图、施工等控制测量。2、精度要求3、卫星定位连续运行基准站网的布设1）布设原则CORS依据管理形式、任务要求和应用范围，划分为国家基准站网、区域基准站网和专业应用站网。（1）国家基准站网国家基准站网的布设应顾及社会发展、经济建设和自然条件因素。在即将实施的国家大地基准基础设施建设项目中，我国将在全国范围内建设360个地基稳定、分布
