刘旭春 测绘师培训-大地测量.ppt

1、TELE-MAIL：,大地测量综合测试知识,TELE-MAIL：,大地测量考试大纲基本要求,1.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。 2.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点(站)址，并建造适合该区域的测量标志。 3.根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检

2、核，获得合格的观测成果,TELE-MAIL：,4.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。 5.根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)的精化工作，完成卫星定位三维控制网的建设。 6.根据作业区域的坐标系统情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系,TELE-MAIL：,基本概念,TELE-MAIL：,大地测量学：研究确定地球及其他天体的形状、大小重力场、表面位置、本体运动和空间运动等问题

3、的学科。 大地坐标系：以地球赤道面和相应的本初子午面的大地子午面为起算面，以地球椭球面为参考面的地球椭球面坐标系。 大地原点：用于归算参考椭球定位结果并作为观测元素归算和大地坐标计算的起算点,TELE-MAIL：,大地水准面：海水面的平均位置闭合后所形成的闭合曲面 椭球面：参考椭球的闭合曲面 垂线：重力作用线 法线：与椭球面的切平面相垂直的直线,TELE-MAIL：,地球模型,TELE-MAIL：,地球椭球的基本元素常用符号a，b，e和e 表示 。符号的名称和公式为(衡量形状和大小参数）： 长半轴=a；短半轴=b；扁

4、率=(a-b)/a； 第一偏心率 = 第二偏心率,地球椭球,TELE-MAIL：,1.1 大地测量的任务和作用,建立国家或大范围的精密控制网，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,TELE-MAIL：,现代大地测量的特点,长距离、大范围 高精度 实时、快速 四维 地心 学科融合,TELE-MAIL：,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

5、、经济建设、维护国家权益、航空航天技术等提供服务,TELE-MAIL：,1.2 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、机器实现方式（包括理论、模型和方法）。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。主要包括坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架等,TELE-MAIL：,大地测量坐标系统和常数,地心坐标系和参心坐标系 空间直角坐标系和大地坐标系 大地测量

6、常数是指与地球一起旋转且表面与地球有最佳温和的一组旋转椭球几何参数和物理参数,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,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

7、：近19年的验潮结果，水准原点高程为72.2604米,高程系统和高程框架,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,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

8、及若干条基线组成,重力系统和重力测量框架,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,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

9、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,TELE-MAIL：,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 时间系统框架是通过守时、授时和时间频率测量技术来实现和维持的时间系统,1.3 时间系统和时间系统框架,TELE-MAIL：,世界时：以地球自转为周期，1960前作为国际时间的基准 原子时：以位于海平面的铯原子内部2个超精细结构能级月桥辐射的电磁波周期为基准。1958.1.1开始启用作为国际时间标准,

10、TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,2.1 传统大地控制网,三角测量 三边测量 边角测量 导线测量,TELE-MAIL：,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,TEL：1381

11、1290158,E-MAIL：,我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于20世纪50年代初，60年代末基本完成，历时20多年。共布设一等三角锁401条，一等三角点6182个，构成121个一等锁环，锁长7.3万km。一等导线点312个，构成10个导线环，导线环总长约1万km。1982年完成了天文大地网整体平差，网中包括一等三角锁系，二等三角网，部分三等网，共48433个大地控制点，500条起始边和近1000个正反起始方位角，311198个方向观测值，1404条导线测距观测值,五、国家水平控制网的 布设概况,TELE-MAIL：,平差结果表明：网中离大地原点最远点的点位中

12、误差为0.9m，一等方向中误差为0.46。采用条件联系数法和附有条件的间接观测平差法两种方案独立进行平差，两种方案平差后所得结果基本一致，坐标最大差为4.8cm。这充分说明我国天文大地网的精度较高，结果可靠,TELE-MAIL：,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,DJ,1DJ2,DJ6,DJ30 电子经纬仪分类,经纬仪和光电测距仪及其检验,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,2.3 水平角观测,观测误差的主要来源： 人差 仪器误差 外界条件,TELE

13、-MAIL：,方向观测法：一般用于三、四等水平角测量，或在地面电、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 全组和测角法：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,TELE-MAIL：,三角点观测及外业验算,1、外业观测程序 2、三角点外业验算,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,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

14、式,TELE-MAIL：,大气垂直折光及其减弱措施,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,2.4 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 主要技术指标见P12,TELE-MAIL：,导线边方位角中误差,一端有已知方位角的自由导

15、线 两端有已知方位角的自由导线,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,3.1 GPS控制网等级,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

16、图、施工等控制测量,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,3.2 卫星连续运行基准站网的布设,布设原则 基准站设计与选址 基础设施建设 设备配备与安装 数据中心 数据通信网络,TELE-MAIL：,网的技术设计 点位的选址与埋石 接收机检验 观测的实施 外业数据检查与技术总结,3.3 GPS网的布设,TELE-MAIL：,3.4 GPS RTK测量,临时基站RTK测量 基准站的观测点位选择和系统设置 流动站的设置 中继站电台的设立,TELE-MAIL：,网络R

17、TK测量,单基站RTK技术 虚拟基站技术VRS 主副站技术MAC,TELE-MAIL：,3.5 GPS测量数据处理,外业数据质量检查 数据剔除率 复测基线长度差 同步环闭合差 独立环闭合差和附合路线坐标闭合差,TELE-MAIL：,精处理后基线分量以及边长的重复性 各时段的较差 独立环闭合差或附合路线坐标闭合差,GPS网基线精处理结果质量检核,TELE-MAIL：,基线向量提取 三维无约束平差 约束平差和联合平差 质量分析与控制,GPS网平差,TELE-MAIL：,4.1 常用坐标系,法线、

18、子午线 子午面、起始子午面 赤道、赤道面 椭球的定位与定向,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,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,大地坐标系,TELE-MAIL：,地心坐标系应满足以下条件： 原点位于地球质心 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员的协议地极和零子午线 定向随时间的演变满足地壳无整体运动

19、的约束条件,地心坐标系,TELE-MAIL：,空间直角坐标系,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,TELE-MAIL：,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周垂直于U、N轴形成左手系,TELE-MAIL：,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,TELE-MAIL：,高斯直角

20、坐标系,高斯投影的条件是： 满足正形投影条件 中央子午线投影后为直线 中央子午线投影后长度不变,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,4.2 坐标系转换,TELE-MAIL：,空间直角坐标与站心坐标系转换,TELE-MAIL：,不同大地坐标系的三维转换,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,球面坐标和平面坐标的转换,TELE-MAIL：,TEL：13811

21、290158,E-MAIL：,5.1 水准网的布设,高程基准面：所有点作为零起算面的基准，我国选为大地水准面 验潮：长期观测海水面水位升降的工作 1956年黄海高程系统：以青岛验潮站7年观测结果所确定的高程基准面 1985年国家高程基准：以青岛验潮站19年观测结果所确定的高程基准面,TELE-MAIL：,水准原点：为长期、牢固的表示出高程基准面的位置，作为其他高程点的起算数据，需采用精密水准测量的方式所求得的某唯一稳定点的高程，该点即为水准原点 绝对高程（海拔高程） 相对高程（假设高程,TELE-MAIL：,分级布网，逐级控制 应有足够的精度

22、 应有足够密度 应有统一的规格 应定期复测 水准标石分为基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石等多种,TELE-MAIL：,一等为骨干，也是研究地壳和地面垂直运动等科学问题的主要依据。需构成网，环线周长应在1000-1500km之间，山区可在2000km左右 二等为基础，应尽可能沿公路、铁路、河流布设，环线周长应在500-750km之间,TELE-MAIL：,三、四等一般是在一、二等的基础上加密，可布设成附和线路、环线或节点网，其直接为地形测图和各种工程建设服务 三等附录水准路线的长度不超过150km，四等长度应不超过80km,TEL：13

23、811290158,E-MAIL：,TELE-MAIL：,水准路线的设计、选点和埋石,将已知的水准路线和水准点以及计划联测的其他固定点，以不同的色彩和附号标绘在图纸上 由高级到低级进行设计 先设计水准路线在设计水准点的初步位置 对水准路线命名和对水准点编号 绘制水准路线设计图并编写技术设计说明书,TELE-MAIL：,选点： 根据规范要求，通过踏勘后对线路和水准点位置进行调整 应填绘点之记 应绘制水准路线图,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,TELE-MA

24、IL：,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,水准仪和水准尺的检验,TELE-MAIL：,选择有利的观测时间 观测前使仪器与外界温度一致，并打伞 每站视距应大致相等 采用一定的观测程序 一测段应设置为偶数站 应采用往返观测 一、二等应尽量采用分段测量方式,5.3.1 水准测量的一般规定,TELE-MAIL：,往测时每站应采取的观测程序为： 对于

25、奇数站：后-前-前-后 对于偶数站：前-后-后-前 返测时每站应采取的观测程序为： 对于奇数站：前-后-后-前 对于偶数站：后-前-前-后,TELE-MAIL：,5.3.2 水准测量的主要限差,一、二等水准测量：视线长度、视距差、视距累计差、视线高度、基辅分划读数差、基辅分划高差之差、往返测高差不符值、环闭合差等 三、四等水准测量：视线长度、视距差、视距累计差、视线高度、黑红面分划读数差、黑红面分划高差之差、往返测高差不符值、环闭合差等,TELE-MAIL：,5.3.3 水准测量的误差来源,仪器误差 外界因素引起的误差 观测误差,TEL：13

26、811290158,E-MAIL：,5.5 水准网平差,观测值权的确定,TELE-MAIL：,5.5.2 间接平差法,在确定多个未知量的最或然值时，选择它们之间不存在任何条件关系的独立量作为未知量组成用未知量表达测量的函数关系、列出误差方程式，按最小二乘法原理求得未知量的最或然值的平差方法,TELE-MAIL：,确定未知量的个数t，并选择t个相互独立的变量 列出误差方程 列出未知数函数表达式 组成法方程 求解未知数 进行必要检核,TELE-MAIL：,5.5.3 条件平差法,利用起算数据、原始观测值及其权倒数，根据各

27、观测元素间的几何条件，按最小二乘法求定各原始观测值的改正数进而计算待定量最或是值的方法,TELE-MAIL：,确定必要观测个数 列出足够数目且又线性无关的条件方程 列出平差值函数表达式 写出条件系数表 组成法方程 求解法方程 求改正数、计算各项中误差,TELE-MAIL：,6.1 重力测量设计,国家重力基本网：由基准点和基本点以及引点组成，须与国家基准点联测 国家一等重力网：由一等重力点组成，须与国家基准点或基本点联测 国家二等重力点：为加密而设置的重力点，须与国家基本点或一等点联测 国家级重力仪标定基线：精度高但无级别，分为长基线、短基线,

28、TELE-MAIL：,重力控制测量的设计原则,目的：建立国家重力基准和重力控制网 原则：有一定的密度、有效覆盖国土范围、满足经济国防建设的需要 基本控制点应在全国构成多边形网，点间距一般要求在500km左右，一、二等可布设成闭合、符合等形式，点间距约300km，长基线两端均须为基准点，短基线至少一端须与国家点联测,TELE-MAIL：,加密重力测量设计原则,加密重力测量的任务： 在全国建立5*5的国家基本格网的数字化重力异常模型 为精化大地水准面，采用天文、重力、GPS水准方法确定全国范围的高程异常值 为内插大地点求出天文大地垂线偏差 为国家

29、一、二等水准测量正常高系统提供改正,TELE-MAIL：,6.2 国家重力网选点与埋石,重力基准点的选点与埋石 重力基本点与引点的选点与埋石 一等重力点的选点与埋石,TELE-MAIL：,6.3 重力测量仪器与检验,FG5型绝对重力仪的检查和调整 拉科斯特型相对重力仪的检验和调整 石英弹簧重力仪的检验和调整 相对重力仪比例因子的标定 相对重力仪的性能试验,TELE-MAIL：,6.4 重力测量,绝对重力测量：重力垂直梯度和水平梯度的测定 基本重力点联测：一般采用对称观测 一、二等重力点联测：可采用闭合或符合，测段数、

30、支点等根据不同等级设定，一般采用对称观测或三程循环法 加密重力点联测：闭合时间可放宽 平面坐标和高程的测定：均采用国家坐标系和高程系,TELE-MAIL：,6.5 数据计算和上交资料,绝对重力测量计算内容： 墩面或距离墩面1.3M高度处的重力值 每组观测的重力平均值及精度估算 总重力平均值及精度估算 重力梯度计算,TELE-MAIL：,相对重力测量计算内容： 初步观测值的计算 零漂改正后的观测值计算,TELE-MAIL：,7.1 概述,大地高是指以参考椭球面作为高程基准面的高程系统，是地面点沿法线到参考椭球面的距离

31、似大地水准面精化的目的就是为了求得高程异常，以实现大地高和正常高的相互换算,TELE-MAIL：,TELE-MAIL：,正高高程系,TELE-MAIL：,正常高高程系,TELE-MAIL：,似大地水准面精化的方法,几何法 重力法 组合法,TELE-MAIL：,7.2 似大地水准面精化设计,与建设现代化的国家基准相结合 全面规划和建设地方基准测绘控制网 充分利用已有数据 与全国似大地水准面精化相一致,TELE-MAIL：,GPS水准点边长的确定,精度指标：