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1、第五章第五章第五章第五章 大地测量基本技术与方法大地测量基本技术与方法大地测量基本技术与方法大地测量基本技术与方法国家平面控制网的建立国家平面控制网的建立大地测量仪器及精密角度测量大地测量仪器及精密角度测量导线测量成果预处理导线测量成果预处理 国家高程控制网的建立国家高程控制网的建立国家高程控制网的建立国家高程控制网的建立 精密水准仪精及密水准测量精密水准仪精及密水准测量精密水准仪精及密水准测量精密水准仪精及密水准测量重力测量（天文测量简介）重力测量（天文测量简介）重力测量（天文测量简介）重力测量（天文测量简介） 大地测量数据处理的数学模型大地测量数据处理的数学模型大地测量数据处理的数学模型大
2、地测量数据处理的数学模型 1上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容1、垂线偏差改正垂线偏差改正垂线偏差对水平方向的影响垂线偏差对水平方向的影响2 2、标高差改正标高差改正由照准点高度而引起的改正由照准点高度而引起的改正3 3、截面差改正截面差改正将法截弧方向化为大地线将法截弧方向化为大地线方向应加的改正方向应加的改正2上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容4、空间边长（电磁波测距）归算至椭球面的改正、空间边长（电磁波测距）归算至椭球面的改正为了保证为了保证S的计算精度不低于的计算精度不低于1010-6-6级，当级，当D10km时，高差时，高差h=（H2-H1）的精度必须达的精度必须达0. 1m；当
3、当D10km时，其精度必达时，其精度必达1m 。大地高大地高H本身可须达本身可须达5m，而曲率半径，而曲率半径RA达达5 5km即可。即可。上式的简化公式上式的简化公式：当范围不，可以用球代替椭球；球半径采用地球平均半径当范围不，可以用球代替椭球；球半径采用地球平均半径3上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容5、椭球面三角形的解算椭球面三角形的解算当三角形的边长小于当三角形的边长小于240km时，就可把椭球面三角形当时，就可把椭球面三角形当球面三角形来解算。两者对应的边长相等，对应角之差球面三角形来解算。两者对应的边长相等，对应角之差小于小于0.001勒让德定理：对于较小的球面三角形，可用平面三
4、角公勒让德定理：对于较小的球面三角形，可用平面三角公式来解算，只需使三个平面角等于相应的球面角减去三式来解算，只需使三个平面角等于相应的球面角减去三分之一的球面角超，而边长保持不变。分之一的球面角超，而边长保持不变。6、球面角超的计算、球面角超的计算4球面角超的计算球面角超的计算球面角超的定义：球面角超的定义： （不能用来计算（不能用来计算）球面角超计算公式：球面角超计算公式：F为平面三角形面积：为平面三角形面积：化算平面角需要球面角超，而球面角超的计算又需要平面角，因此直接用球面角计算球面角超就带有误差。当边长不大于90km时，这种误差小于0.0005，故可直接用球面角代替平面角计算球面角超
5、用球面角代替平面角计算球面角超5第五章第五章 国家平面控制网的建立国家平面控制网的建立建立平面大地控制网的方法建立平面大地控制网的方法建立国家平面大地控制网的基本原则建立国家平面大地控制网的基本原则国家平面大地控制网的布设方案国家平面大地控制网的布设方案利用现代测量技术建立国家大地测量控制网利用现代测量技术建立国家大地测量控制网国家平面大地控制网的布设国家平面大地控制网的布设6一、建立国家平面大地控制网的方法一、建立国家平面大地控制网的方法（一）常（一）常规规大地大地测测量法量法1.1.三角三角测测量法量法1)1)网形网形三角测量的优点是：图形简三角测量的优点是：图形简单，结构强，几何条件多，
6、单，结构强，几何条件多，便于检核，网的精度较高。便于检核，网的精度较高。不足之处是：在平原地区或不足之处是：在平原地区或隐蔽地区易受障碍物的影响，隐蔽地区易受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用；布设困难，增加了建标费用；推算而得的边长精度不均匀，推算而得的边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。距起始边越远边长精度越低。71.1.三角三角测测量法量法1)1)网形网形2)2)坐标计算原理坐标计算原理: :正弦定理3)3)三角网的元素三角网的元素: : 起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角，也称起算数据。 观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。 推算元素：由起算元素和观测元素的平差
7、值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标。 82.2.导线测量法导线测量法导线测量的优点：故布设灵活，在隐蔽地区容易克服地形导线测量的优点：故布设灵活，在隐蔽地区容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻两点通视，故可降低觇标高障碍；导线测量只要求相邻两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，边长精度均匀。边长精度均匀。导线测量的缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检导线测量的缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，有时不易发现观测中的粗差，可靠性不高。核条件，有时不易发现观测中的粗差，可靠性不高。9
8、导线网导线网 导线网的形状由多边形或多结点组成，测定网的所导线网的形状由多边形或多结点组成，测定网的所有边长和角度。需要一个起始点坐标和起始方位角或已有边长和角度。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形要求较低。知两点以上的坐标。对网形要求较低。10 3.3.三边测量及边角同测法三边测量及边角同测法三边网三边网 测定网的所有边长，推算控制点坐标。需要一个起始测定网的所有边长，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有要点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有要求，如三边网构成的三角形内角在求，如三边网构成的三角形内角在30 150
9、之间。之间。11边角网边角网 测定网的所有边长和角度，或部分边长与角度，推测定网的所有边长和角度，或部分边长与角度，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形要求较宽松。知两点以上的坐标。对网形要求较宽松。边角全测网的精度最高，相边角全测网的精度最高，相应工作量也较大。故在建立应工作量也较大。故在建立高精度的专用控制网高精度的专用控制网(如精如精密的形变监测网密的形变监测网)或不能选或不能选择良好布设图形的地区可采择良好布设图形的地区可采用此法而获得较高的精度。用此法而获得较高的精度。12（二）（二）天文测量法天文
10、测量法天文测量法是在地面点上架设仪器，通过观测天体(主要是恒星)并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点的天文方位角。优点：各点彼此独立观测，也勿需点间通视，测量误差不会积累。缺点：精度不高，受天气影响大。用途：在每隔一定距离的三角点上观测天文来推求大地方位角，控制水平角观测误差积累对推算方位角的影响。13（三）现代定位新技术简介（三）现代定位新技术简介1 1、GPSGPS测量测量全球定位系统是由一系列卫星组成的，它们全天候地提供高精度的世界范围的定位和导航信息。准确地说，它是由2 4颗沿距地球20000多公里高度的轨道运行的GPS卫星组成，不停地发送回
11、精确的时间和它们的位置信息。GPS接收器同时收收412颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。 GPS接收机利用GPS卫星发送的信号得知某时刻卫星在太空中的位置，并根据无线电波传送的时间信息来计算GPS接收机与它们间的距离，然后GPS接收机就可以用三角学原理算出自己的位置。14GPSGPS控制控制网网异步环异步环同步环同步环同步环同步环同步环同步环同步环同步环GPS控制网的形状由多个边连结的多边形组成，测定构网所需的GPS基线向量。需要几台接收机同步观测。至少需要一个起始点的三维空间坐标。对网形没有要求。15（三）现代定位新技术简介（三）现代定位新技术简
12、介2.2.甚长基线干涉测量系统甚长基线干涉测量系统(VLBI)(VLBI) 甚长基线干涉测量系统是在甚长基线的两端(相距几千公里)，用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接测定基线长度和方向的一种空间技术。长度的相对精度可优于10-6，对测定射电源的空间位置，可达0.001，由于其定位的精度高，可在研究地球的极移、地球自转速率的短周期变化、地球固体潮、大地板块运动的相对速率和方向中得到广泛的应用。16（三）现代定位新技术简介（三）现代定位新技术简介3.3.惯性测量系统惯性测量系统(INS)(INS) 惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相
13、距较远的两点之间，对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向进行两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量，进而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相对精度为(12)10-5，测定的平面位置中误差为25cm左右。 优点主要是：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽车能否开动、飞机能否飞行。缺点主要是：相对测量，精度不高。17二、建立国家平面大地控制网的基本原则二、建立国家平面大地控制网的基本原则大地控制网应分级布设、逐级控制大地控制网应分级布设、逐级控制 三角（导线）网：一等锁，二、三、四等网三角（导线）网
14、：一等锁，二、三、四等网 GPS网：网：A、B、C、D、E五级；五级； A级为我国最高精度的坐标框架，级为我国最高精度的坐标框架，B级相当一等级相当一等大地控制网应有足够的精度大地控制网应有足够的精度 (M) 首级图根点相对于起算三角点的点位误差，图上不超过首级图根点相对于起算三角点的点位误差，图上不超过0.1mm；相邻国家三角点的点位误差小于；相邻国家三角点的点位误差小于1/30.1Nmm大地控制网应有一定的密度大地控制网应有一定的密度大地控制网应有统一的技术规格和要求大地控制网应有统一的技术规格和要求 大地测量法式、国家三角测量和精密导线测量规范全球定位系统（GPS）测量规范18三、国家平
15、面大地控制网的布设方案三、国家平面大地控制网的布设方案 1.一一等三角锁系布设方案等三角锁系布设方案 192.二等三角锁、网布设方案二等三角锁、网布设方案203.3.三、四等三角网三、四等三角网1)1)插网法插网法 213.3.三、四等三角网三、四等三角网2)插点法 22 4.我国天文大地网基本情况简介我国天文大地网基本情况简介我国天文大地网从1951年至1975年共25年建成：一等三角锁系：共有5206三角点，构成326个锁段，形成120个锁环，锁系长达7.5万km。一等导线22条，全长约1.24万km，含426个导线点。二等三角锁（网），共14149个点；二等三角全面网，共19329个点。
16、二等导线48条，全长约6800万km，含400个导线点。一、二等起始边：467条。拉普拉斯方位角：458个。用于推算垂线偏差的天文点：2218个。天文水准和天文重力水准路线：全长6.4万km包括部分三等网，总共约有5万万个大地控制点，31万万个观测量。23四、四、利用现代测量技术建立国家大地测量控制网利用现代测量技术建立国家大地测量控制网 一般可把一般可把GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度的精度的GPS网网(A、B级网），另一类是区域性的级网），另一类是区域性的GPS网网（C C、D D、E E级网）。级网）。 1. 92中国中国GPS大会战大会
17、战 由国家测绘局、国家地震局、石油部、地矿部、煤炭部由国家测绘局、国家地震局、石油部、地矿部、煤炭部等部门共同施测。全网由等部门共同施测。全网由27个点组成（其中有个点组成（其中有6个点有副个点有副站），平均边长站），平均边长800km，使用，使用4台台MINI-MAC2816、13台台Trimble 4000 SST和和17台台Ashtech MDX C/A双频接收双频接收机观测，平差后在机观测，平差后在ITRF 91地心参考框架中的定位精度优地心参考框架中的定位精度优于于0.1m (ITRF国际地球参考架国际地球参考架)242. 96 GPS A级网级网96 GPS A96 GPS A级网
18、共包括级网共包括3333个主站，个主站，2323个副站，与个副站，与92 92 GPS AGPS A级网点重合级网点重合2121个。个。96 GPS A96 GPS A级网观测时共使级网观测时共使用了用了5353台双频台双频GPSGPS接收机。经数据精处理后基线分接收机。经数据精处理后基线分量重复性水平方向优于量重复性水平方向优于4mm+3ppm4mm+3ppm，垂直方向优于，垂直方向优于8mm+4ppm8mm+4ppm，地心坐标分量重复性优于，地心坐标分量重复性优于2cm2cm。全网整。全网整体平差后，在体平差后，在ITRF93ITRF93参考框架中的地心坐标精度参考框架中的地心坐标精度优于
19、优于0.1m,0.1m,基线边长的相对精度优于基线边长的相对精度优于1 110-8 253.国家高精度国家高精度GPS B级网级网全网由全网由818个点组成，分布全国各地个点组成，分布全国各地(除台湾省外除台湾省外)。东部点位较密，平均站间东部点位较密，平均站间5070km,中部地区平均中部地区平均站间站间100km，西部地区平均站间距，西部地区平均站间距150km。外业自。外业自1991年至年至1995年结束。经数据精处理后，点位中误年结束。经数据精处理后，点位中误差相对于已知点在水平方向优于差相对于已知点在水平方向优于0.07m，高程方向，高程方向优于优于0.16m，平均点位中误差水平方向
20、为，平均点位中误差水平方向为0.02m，垂，垂直方向为直方向为0.04m，基线相对精度达到，基线相对精度达到10-7。264.全国全国GPS一、二级网一、二级网全国全国GPS一、二级网是军测部门建立的，一级网一、二级网是军测部门建立的，一级网由由40余点组成，相邻点间距平均为余点组成，相邻点间距平均为683km。外业。外业观测自观测自1991年年5月至月至1992年年4月进行，使用月进行，使用10台台MINIMAC 2816接收机作业。网平差后点位中误接收机作业。网平差后点位中误差，绝大多数点在差，绝大多数点在2cm以内。二级网由以内。二级网由500多个多个点组成，二级网是一级网的加密。点组成
21、，二级网是一级网的加密。275.中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，第一局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，第一期于期于1999年年10月观测结束，主要是服务于中长期月观测结束，主要是服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。该网络是以地震预报，兼顾大地测量的目的。该网络是以GPS为主，辅以为主，辅以激光测卫激光测卫(SLR)(SLR)以及甚长基线干以及甚长基线干涉测量涉测量(VLBI)(VLBI)以及重力测量的观测网络，它由三以及重力测量的观测网络，它由三个层次的网
22、络组成，即个层次的网络组成，即25站连续运行的基准网、站连续运行的基准网、56站定期复测的基本网和站定期复测的基本网和1 000站复测频率低的站复测频率低的区域网。区域网。 28五、国家平面大地控制网的布设五、国家平面大地控制网的布设包括以下工作：技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，外业测量，平差计算等 1.技术设计技术设计1)收集资料 2)实地踏勘 3)图上设计 4)编写技术设计书 2.2.实地选点实地选点：选点图，点之记，选点技术总结。 293.建造觇标建造觇标 寻常标寻常标 双锥标双锥标( (钢标钢标) ) 30微相位差照准圆筒微相位差照准圆筒314.标石埋设标石埋设大地点的坐标，实
23、际上指的就是标石中心的坐标。 32点之记点之记33全国天文大地网的整体平差全国天文大地网整体平差于1982年全部完成。该网在1980年大地坐标系的参考椭球面上进行的，方向观测值和边长都归算到参考椭球面上。在测定基线或有拉普拉斯方位角的方向观测值误差方程中，采用消去一个或两个相应的未知数，以保持固定边长及固定方位角平差后保持不变。按照完全独立的两种方案来进行平差计算：分区坐标参数平差法和条件联系平差法。两种平差结果几乎完全一致(坐标最大差为4.8cm)，网中离大地点最远点的点位中误差为0.84m。全部网点平差后将大地经纬度换算成的6带及3带的高斯平面直角坐标。还将化算为新54 北京坐标系的坐标。天文大地网同时存在三种坐标系的坐标值。34结束谢谢谢谢!35不同比例尺地图对大地点的数量要求不同比例尺地图对大地点的数量要求测图比例尺比例尺平均每幅平均每幅图面面积(km2)平均每幅平均每幅图要求的要求的三角点数三角点数每点控制每点控制的面的面积(km2)三角网的三角网的平均平均边长(km)相相应的三的三角网等角网等级1 15 5万万350500315013二等二等1 12.52.5万万10012523508三等三等1 11 1万万152012026四等四等3637
