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1、第五章第五章 大地丈量根本技术与方法大地丈量根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国家平面控制网的建立国家平面控制网的建立大地丈量大地丈量大地丈量大地丈量仪仪器及精器及精器及精器及精细细角度丈量角度丈量角度丈量角度丈量导线导线丈量成果丈量成果丈量成果丈量成果预处预处置置置置 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 精精精精细细水准水准水准水准仪仪精及密水准丈量精及密水准丈量精及密水准丈量精及密水准丈量重力丈量天文丈量重力丈量天文丈量重力丈量天文丈量重力丈量天文丈量简简介介介介 大地丈量数据大地丈量数据大地丈量数据大地丈量数据处处置的数学
2、模型置的数学模型置的数学模型置的数学模型 上一讲应掌握的内容上一讲应掌握的内容1、垂线偏向矫正垂线偏向对程度方向的影响2、标高差矫正由照准点高度而引起的矫正3、截面差矫正将法截弧方向化为大地线方向应加的矫正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矫正、空间边长电磁波测距归算至椭球面的矫正为了保了保证S S的的计算精度不低于算精度不低于10-610-6级，当，当D D10km10km时，高差，高差h=h=H2-H1H2-H1的精度必需达的精度必需达0. 1m0. 1m；当；当D D10km10km时，其精度必达，其精度必达1m 1m 。大地高大地高H H本身可本身
3、可须达达5m5m，而曲率半径，而曲率半径RARA达达5km5km即可。即可。上式的上式的简化公式：化公式：当范当范围不，可以用球替代不，可以用球替代椭球；球半径采用地球平均半径球；球半径采用地球平均半径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当三角形的边长小于240km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，对应角之差小于0.001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分之一的球面角超，而边长坚持不变。6、球面角超的、球面角超的计算算球面角超的计算球面角超的计算球面角超的定球面角超的定义： 不能用
4、来不能用来计算算球面角超球面角超计算公式：算公式：F为平面三角形面平面三角形面积：化算平面角需求球面角超，而球面角超的计算又需求平面角，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，故可直接用球面角替代平面角计算球面角超第五章第五章 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根本原那么建立国家平面大地控制网的根本原那么国家平面大地控制网的布国家平面大地控制网的布设方案方案利用利用现代丈量技代丈量技术建立国家大地丈量控制网建立国家大地丈量控制网国家平面大地控制网的布国家平面大地控制网
5、的布设一、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大地丈量法大地丈量法1.1.三角丈量法三角丈量法1)1)网形网形三角丈量的三角丈量的优点是：点是：图形形简单，构造，构造强，几何条，几何条件多，便于件多，便于检核，网的核，网的精度精度较高。高。缺乏之缺乏之处是：在平原地域是：在平原地域或或隐蔽地域易受妨碍物蔽地域易受妨碍物的影响，布的影响，布设困困难，添，添加了建加了建标费用；推算而用；推算而得的得的边长精度不均匀，精度不均匀，距起始距起始边越越远边长精度精度越低。越低。1.1.三角丈量法三角丈量法1)1)网形网形2)2)坐坐标计算原理算原理: :正弦定理正弦定理
6、3)3)三角网的元素三角网的元素: : 起算元素：知的坐起算元素：知的坐标、边长和知的方位角，和知的方位角，也称起算数据。也称起算数据。 观测元素：三角网中元素：三角网中观测的一切方向的一切方向( (或角度或角度) )。 推算元素：由起算元素和推算元素：由起算元素和观测元素的平差元素的平差值推算的三角网中其他推算的三角网中其他边长、坐、坐标方位角和各点方位角和各点的坐的坐标。 2.2.导线丈量法导线丈量法导线丈量的丈量的优点：故布点：故布设灵敏，在灵敏，在隐蔽地域容易抑制地形蔽地域容易抑制地形妨碍；妨碍；导线丈量只需求相丈量只需求相邻两点通两点通视，故可降低，故可降低觇标高高度，造度，造标费用
7、少，且便于用少，且便于组织观测；网内；网内边长直接丈量，直接丈量，边长精度均匀。精度均匀。导线丈量的缺陷：丈量的缺陷：导线构造构造简单，没有三角网那，没有三角网那样多的多的检核条件，有核条件，有时不易不易发现观测中的粗差，可靠性不高。中的粗差，可靠性不高。导线网导线网 导线网的外形由多边形或多结点组成，测定网的一切边长和角度。需求一个起始点坐标和起始方位角或知两点以上的坐标。对网形要求较低。 3.三边丈量及边角同测法三边网三边网 测定网的一切边长，推算控制点坐标。需求一个起始点坐标和起始方位角或知两点以上的坐标。对网形有要求，如三边网构成的三角形内角在30 150 之间。边角网边角网 测定网的
8、一切边长和角度，或部分边长与角度，推算控制点坐标。需求一个起始点坐标和起始方位角或知两点以上的坐标。对网形要求较宽松。边角全角全测网的精度最高，相网的精度最高，相应任任务量也量也较大。故在建立大。故在建立高精度的公用控制网高精度的公用控制网(如精如精细的形的形变监测网网)或不能或不能选择良好布良好布设图形的地域可采形的地域可采用此法而用此法而获得得较高的精度。高的精度。 二二 天文丈量法天文丈量法天文丈量法是在地面点上架设仪器，经过观测天体(主要是恒星)并记录观测瞬间的时辰，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，丈量误差
9、不会积累。缺陷：精度不高，受天气影响大。用途：在每隔一定间隔的三角点上观测天文来推求大地方位角，控制程度角观测误差积累对推算方位角的影响。三现代定位新技术简介三现代定位新技术简介1 1、GPSGPS丈量丈量全球定位系全球定位系统是由一系列是由一系列卫星星组成的，它成的，它们全天候全天候地提供高精度的世界范地提供高精度的世界范围的定位和的定位和导航信息。准确航信息。准确地地说，它是由，它是由2 42 4颗沿距地球沿距地球2000020000多公里高度的多公里高度的轨道运道运转的的GPSGPS卫星星组成，不停地成，不停地发送回准确的送回准确的时间和它和它们的位置信息。的位置信息。GPSGPS接接纳
10、器同器同时收收收收4 41212颗卫星的信号，从而判星的信号，从而判别地面上或接近地面的物体的位地面上或接近地面的物体的位置，置，还有它有它们的挪的挪动速度和方向等。速度和方向等。 GPSGPS接接纳机利用机利用GPSGPS卫星星发送的信号得知某送的信号得知某时辰辰卫星星在太空中的位置，并根据无在太空中的位置，并根据无线电波波传送的送的时间信息信息来来计算算GPSGPS接接纳机与它机与它们间的的间隔，然后隔，然后GPSGPS接接纳机机就可以用三角学原理算出本人的位置。就可以用三角学原理算出本人的位置。GPSGPS控制网控制网异步异步环同步同步环同步同步环同步同步环同步同步环GPS控制网的外形由
11、多个边连结的多边形组成，测定构网所需的GPS基线向量。需求几台接纳机同步观测。至少需求一个起始点的三维空间坐标。对网形没有要求。三现代定位新技术简介三现代定位新技术简介2.2.甚甚长基基线干涉丈量系干涉丈量系统(VLBI) (VLBI) 甚甚长基基线干涉丈量系干涉丈量系统是在甚是在甚长基基线的两端的两端( (相距几相距几千公里千公里) )，用射，用射电望望远镜，接，接纳银河系或河系或银河系以外河系以外的的类星体星体发出的无出的无线电辐射信号，射信号，经过信号信号对比，比，根据干涉原理，直接根据干涉原理，直接测定基定基线长度和方向的一种空度和方向的一种空间技技术。长度的相度的相对精度可精度可优于
12、于10-610-6，对测定射定射电源的空源的空间位置，可达位置，可达0.0010.001，由于其定位的精度高，可在，由于其定位的精度高，可在研研讨地球的极移、地球自地球的极移、地球自转速率的短周期速率的短周期变化、地化、地球固体潮、大地板球固体潮、大地板块运运动的相的相对速率和方向中得到速率和方向中得到广泛的运用。广泛的运用。三现代定位新技术简介三现代定位新技术简介3.3.惯性丈量系性丈量系统(INS) (INS) 惯性丈量是利用性丈量是利用惯性力学根本原理，在相距性力学根本原理，在相距较远的两点之的两点之间，对装有装有惯性丈量系性丈量系统的运的运动载体体( (汽汽车或直升或直升飞机机) )从
13、一个知从一个知点到另一个待定点的加速度，分点到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐沿三个正交的坐标轴方向方向进展两次展两次积分，从而求定其运分，从而求定其运动载体在三个坐体在三个坐标轴方向的坐方向的坐标增量，增量，进而求出待定点的位置，它属于相而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相定位，其相对精度精度为(12)10-5(12)10-5，测定的平面位置中定的平面位置中误差差为25cm25cm左右。左右。 优点主要是：完全自主式，点点主要是：完全自主式，点间也不要求通也不要求通视；全天候，只；全天候，只取决于汽取决于汽车能否开能否开动、飞机能否机能否飞行。行。缺陷主要是：相缺陷主要是：相对丈
14、量，精度不高。丈量，精度不高。二、建立国家平面大地控制网的根本原那二、建立国家平面大地控制网的根本原那么么大地控制网大地控制网应分分级布布设、逐、逐级控制控制 三角三角导线网：一等网：一等锁，二、三、四等网，二、三、四等网 GPS GPS网：网：A A、B B、C C、D D、E E五五级； A A级为我国最高精度的坐我国最高精度的坐标框架，框架，B B级相当一等相当一等大地控制网大地控制网应有足有足够的精度的精度 (M) (M) 首首级图根点相根点相对于起算三角点的点位于起算三角点的点位误差，差，图上上不超越不超越0.1mm0.1mm；相；相邻国家三角点的点位国家三角点的点位误差小于差小于1
15、/30.1Nmm1/30.1Nmm大地控制网大地控制网应有一定的密度有一定的密度大地控制网大地控制网应有一致的技有一致的技术规格和要求格和要求 、三、国家平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 1.一等三角锁系布设方案一等三角锁系布设方案 2.二等三角锁、网布设方案二等三角锁、网布设方案3.3.三、四等三角网三、四等三角网1)1)插网法插网法 3.3.三、四等三角网三、四等三角网2)插点法 4.我国天文大地网根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，构成120个锁环，锁系长达7.5万km。一等导线22条
16、，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。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。用于推算垂线偏向的天文点：2218个。天文水准和天文重力水准道路：全长6.4万km包括部分三等网，总共约有5万个大地控制点，31万个观丈量。四、利用现代丈量技术建立国家大地丈量控制网四、利用现代丈量技术建立国家大地丈量控制网 普通可把普通可把GPS网分网分为两大两大类：一：一类是全球或全国性的高是全球或全国性的高精度的精度的GPS网网(A、B级网，另一网，另一类是区域性的是区域性的
17、GPS网网C、D、E级网。网。 1. 92中国中国GPS大会大会战 由国家由国家测绘局、国家地震局、石油部、地局、国家地震局、石油部、地矿部、煤炭部部、煤炭部等部等部门共同施共同施测。全网由。全网由27个点个点组成其中有成其中有6个点有副个点有副站，平均站，平均边长800km，运用，运用4台台MINI-MAC2816、13台台Trimble 4000 SST和和17台台Ashtech MDX C/A双双频接接纳机机观测，平差后在，平差后在ITRF 91地心参考框架中的定位精度地心参考框架中的定位精度优于于0.1m (ITRF国国际地球参考架地球参考架)2. 96 GPS A级网级网96 GPS
18、 A96 GPS A级网共包括网共包括3333个主站，个主站，2323个副站，与个副站，与92 92 GPS AGPS A级网点重合网点重合2121个。个。96 GPS A96 GPS A级网网观测时共运共运用了用了5353台双台双频GPSGPS接接纳机。机。经数据精数据精处置后基置后基线分分量反复性程度方向量反复性程度方向优于于4mm+3ppm4mm+3ppm，垂直方向，垂直方向优于于8mm+4ppm8mm+4ppm，地心坐，地心坐标分量反复性分量反复性优于于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参考框架中的地心坐标精度精度优于于0.1
19、m,0.1m,基基线边长的相的相对精度精度优于于110-8 110-8 3.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,中部地域平均中部地域平均站间站间100km，西部地域平均站间距，西部地域平均站间距150km。外业自。外业自1991年至年至1995年终了。经数据精处置后，点位中误年终了。经数据精处置后，点位中误差相对于知点在程度方向优于差相对于知点在程度方向优于0.07m，高程方向优，高程方向优于于0.16m，平均点位中误差程度方向为，平均点位中误差程
20、度方向为0.02m，垂直，垂直方向为方向为0.04m，基线相对精度到达，基线相对精度到达10-7。4.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月进展，运用月进展，运用10台台MINIMAC 2816接纳机作业。网平差后点位中误接纳机作业。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，二级网是一级网的加密。
21、5.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结合建立的，第一局、中国科学院和国家测绘局结合建立的，第一期于期于1999年年10月观测终了，主要是效力于中长期月观测终了，主要是效力于中长期地震预告，兼顾大地丈量的目的。该网络是以地震预告，兼顾大地丈量的目的。该网络是以GPS为主，辅以激光测卫为主，辅以激光测卫(SLR)以及甚长基线干以及甚长基线干涉丈量涉丈量(VLBI)以及重力丈量的观测网络，它由三以及重力丈量的观测网络，它由三个层次的网络组成，即个层次的网络组成，即25站延续运转的基准
22、网、站延续运转的基准网、56站定期复测的根本网和站定期复测的根本网和1 000站复测频率低的站复测频率低的区域网。区域网。 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任务：技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，外业丈量，平差计算等 1.技术设计1)搜集资料 2)实地踏勘 3)图上设计 4)编写技术设计书 2.实地选点：选点图，点之记，选点技术总结。 3.建造觇标建造觇标 寻常标 双锥标(钢标) 微相位差照准圆筒微相位差照准圆筒4.标石埋设标石埋设大地点的坐标，实践上指的就是标石中心的坐标。 点之记点之记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。
23、该网在1980年大地坐标系的参考椭球面上进展的，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，以坚持固定边长及固定方位角平差后坚持不变。按照完全独立的两种方案来进展平差计算：分区坐标参数平差法和条件联络平差法。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。终了谢谢!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
