注册测绘师综合4028重力测量

1、2.8 重力测量2.8.1 思维导图2.8.2 术语（1）重力加速度：物体受重力作用的情况下所具有的加速度，即重力对1kg质量单位作用产生的加速度。（2）重力：物体由于地球的吸引而受到的力。（3）绝对重力测量：直接测定重力加速度绝对值的方法。（4）相对重力测量：测定两点间重力加速度差值的方法。（5）重力基准点：用绝对重力测量方法测量的高精度重力点，作为重力控制网的基准和相对重力测量的起算数据。（6）重力垂直梯度：表示重力场强度g在垂直方向上的变化率。（7）重力引点：以支线形式同精度联测重力点，便于使用的重力点，在一等重力点和基本重力点城市可以设置。（8）段差：相邻两个重力点之间的重力差。（9）

2、闭合测线：从控制点联测到待定点，再联测回原控制点。（10）附合测线：从控制点联测到待定点，再联测到另一控制点。（11）极移改正：是由于地球自转与台站测点之间距离随时间变化而导致的离心力变化，需要根据最接近观测时间的磁极位置进行重力改正。（12）气压改正：指对于每次落体测量所观测的重力值均归算到台站正常大气压时的重力值所加的改正。（13）光速有限改正：指观测重力值需要加上光速传播时间的改正。（14）固体潮改正：天体对地球表面形成引潮力，引起每个点的重力值因地球与天体位置的变化而随时间变化所加的改正。（15）零漂：指因仪器弹簧弹性疲劳、温度补偿等因素造成读数零位值随时间变化而变化。（16）测量光路

3、垂直性：用激光干涉仪测量自由落体移动距离时，如射向垂直下落落体的光心的光线与重力垂线有小角度偏差。2.8.3 概述（1）重力测量概念重力测量是指测定空间一点的重力加速度（g）。（2）重力单位重力加速度的国际制单位是m/s2或N/kg，即落体速度单位除以周期或牛顿（kgm/s2）除以千克。为了纪念第一个测量重力加速度的伽利略，重力加速度一般采用伽做单位，记作Gal。1Gal=1cm/s2=10-2m/s2 1mGal（毫伽）=10-5m/s2 1Gal（微伽）=10-8m/s2重力单位是牛顿，即kgm/s2，规定1kg为单位质量后，测量地表点的重力值就变成了测量重力加速度的工作。（3）重力测量分

4、类 1）按测量方法重力测量按测量方法分为绝对重力测量和相对重力测量。2）按测量领域重力测量按测量领域区别分为陆地重力测量、海洋重力测量、航空重力测量。（4）测量方法重力测量方法一般有动力法和静力法两大类。1）动力法动力法是通过观测运动物体状态，测量和计算运动速度和运动周期来获得重力加速度，分为自由落体式和摆式两类。目前一般用自由落体式重力仪测量绝对重力加速度。2）静力法静力法是通过观测运动受力平衡状态，测量受力位移来获得重力加速度差，如弹簧伸缩等。（5）重力加速度的大小 1）重力加速度随海拔高度增大而减小。 2）重力加速度随纬度的升高而变大。小知识在大地水准面上，赤道的重力加速度为9.780

5、m/s2，极点的重力加速度为9.832 m/s2。2.8.4 重力系统和框架（1）重力系统重力系统是重力测量采用的椭球参数及相应正常重力场。（2）重力框架重力框架是指由绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力测量尺度标准的重力长短标定基线。（3）重力基准重力基准是标定一个国家或地区绝对重力值的标准。1）1957国家重力基本网图* 2000国家重力基本网1957国家重力基本网采用波茨坦重力基准，参考系统采用苏联克拉索夫斯基椭球常数。2）1985国家重力基本网1985国家重力基本网采用国际重力基准网1971（IGSN 71），参考系统采用IAG75椭球。3）2000国家重力基本网2

6、000国家重力基本网采用国际绝对重力基准网（IAGBN），参考系统采用GRS80椭球，联测了1985国家重力网及中国地壳运动观测网络重力网。小知识国际重力基准单点重力基准时代维也纳国际重力基准：IAG于1900年采用的维也纳绝对重力基准。波茨坦国际重力基准：IAG于1909年采用的波茨坦绝对重力基准。多点重力基准时代国际重力基准网1971（IGSN71）：IUGG于1971年采用的国际多点（8个绝对重力点）绝对重力基准。国际绝对重力基准网（IAGBN）：IUGG于1987年采用的国际多点绝对重力基准。2.8.5 重力控制网我国的重力控制网分为国家重力基本网、国家一等重力网、国家二等重力点。此外

7、，还有国家级重力仪标定长、短基线。国家重力控制网由国家测绘行政主管部门主持，在规定的时间内完成。重力基本网和一等网应布设成闭合环形式。（1）国家重力基准网1）概述国家重力基准网是由一定数量分布合理的重力基准点组成的重力网，构成全国重力基准框架。重力基准网不包含在重力等级网中，是重力网的起算数据。2）选点要求1、重力基准点应选在稳固的非风化基岩上。2、应远离各种震源。3、应避开高压线和强磁电场。4、周围没有大的质量迁移。5、不宜选在大河、大湖、水库附近。6、不宜选在地下水位变化剧烈区域。3）埋石要求1、观测室的面积一般不小于3m×5m，天花板离观测墩面不小于2m。2、观测墩的尺寸要求为

8、1.2m×1.2m×1m。3、观测墩与周围地面应留0.1m隔震槽并填以泡沫，距墙壁不小于0.5m，两观测墩之间间距应大于0.8m。（2）重力基本网1）概述国家重力基本网由重力基准点、基本点及其引点组成。重力基本网应在全国构成多边形网覆盖领土，点距应在500km左右。重力基准点由多台多次绝对重力仪测定，重力基本点和引点由多台相对重力仪测定，与基准点联测。重力基本网每10年更新一次，每次执行不大于2年。2）选点要求（基本重力点、短基线点、一等重力点要求相同）1、应选在机场附近（机场安全隔离区以外）。2、地基应坚实稳定便于长期保存（如停机坪、候机大楼等处）。3、应远离飞机跑道和公

9、路，避开人工震源、高压线和强磁设备。4、便于重力联测及坐标与高程测定的地方。重力段差联测有在规定时间内闭合的要求，故需要选在机场附近和交通便利处。3）埋石要求观测墩尺寸要求为1m×1m×1m，标石标定正北方向，标志镶嵌在墩面中央。（3）重力一等网重力一等网由多台相对重力仪测定，与国家重力基准点或基本点联测。一、二等重力点间距应在300km左右，一等重力点由基本重力点或引点联测引出。（4）二等重力点二等重力点由一台相对重力仪测定，与国家基本重力点或一等重力点联测，布设成附合或闭合网。（5）国家级重力仪标定基线重力仪标定基线主要是为了标定相对重力仪的格值。分为长、短基线两种标定

10、基线。重力标定基线可用于重力控制，但无等级。1）重力标定长基线重力标定长基线应控制全国范围内重力差，大致沿南北方向设置，两端点重力差应大于2 000×10-5m/s2，每个基点应为基准点。2）重力标定短基线重力标定短基线按区域布设，两端点重力差应大于150×10-5m/s2，段差相对误差应小于5×10-5 ，短基线至少由3个点组成，至少有一个端点与国家重力控制点联测。（6）重力加密网重力加密点是配合具体需要在重力等级网上的加密。对于全面重力测量，一般地区每5×5应布设一个加密重力点，困难地区可放宽。加密点的作用有：1）在全国范围内建立5×5的国

11、家基本网格的数字化平均重力异常模型。2）为精化似大地水准面确定全国范围的高程异常值。3）为内插大地点求出天文大地垂线偏差。4）为国家一、二等水准测量进行正常高系统改正。（7） 重力点精度表2.20 各级重力点段差联测中误差（其中基准点是绝对重力测量中误差，单位10-8m/s2）等级基准点短基线基本点一等点二等点加密点中误差±5±5±10±25±250±600经平差后，基本重力点重力值平均中误差不大于10×10-8m/s2。加密点困难地区可以放宽到±1000×10-8m/s2。基本重力点重力值平均中误差为联

12、测段差经平差后得到的绝对重力值，表格内为相对重力值。2012年9在重力测量中，段差是指相邻两个点间的( ) 差值。A距离 B高程 C重力 D坐标 2.8.6 重力仪（1）仪器选用1）绝对重力仪-FG5型1、概述FG5属于现代激光落体可移动式重力仪，标称精度为2×10-8 m/s2。2、检验和调整工作之前需要检验和调整的内容有检查调整激光稳频器、激光干涉仪、时间测量系统，调整超长弹簧参数，调整测量光路垂直性，确认仪器处于正常运行状态。小知识FG5 自1992年诞生以来，已成为重力仪的行业标准。FG5采用自由落体测定原理。让质量块在一个真空空间里自由下落，通过激光干涉仪精确测距

13、和精确计时来计算重力加速度。 2）相对重力仪-LCR拉克斯特型图* FG5绝对重力仪1、概述LCR型重力仪属于金属弹簧重力仪，标称精度为20×10-8 m/s2。2、观测要求观测前要通电24小时。运输、搬动仪器或读数轮转动一圈以上时必须锁摆，观测时必须恒温，不得断电。3、检验和调整作业前或作业期间应定期检验，至少每月一次或长距离搬运后。检验的内容有光学位移灵敏度和线性度，电子灵敏度和线性度，正确读数线，横水准器，电子读数和检流计零位。图* Z-400型石英弹簧重力仪3）相对重力仪-石英弹簧重力仪1、概述石英弹簧重力仪用来测量二等重力点和加密重力点。2、检验和调整检验和调整内容有面板位

14、置，纵、横水准器，亮线灵敏度，测量范围等。每年要标定一次格值。FG5重力仪属于自由落体式绝对重力仪，弹簧重力仪属于静力法相对重力仪，根据弹簧的材料不同又可分为石英弹簧相对重力仪和金属弹簧相对重力仪。摆式绝对重力仪已经很少使用。（2）仪器性能试验新出厂重力仪或每年作业前必须进行仪器性能试验，并要求于重力仪检验和调整后进行，当所有试验满足要求才可投入使用。1）静态试验1、在温度变化小，且无振动干扰的室内安置仪器，每半小时读数一次，连续观测48小时，整个过程处于开摆状态。2、经固体潮改正，结合观测时间绘制静态零点漂移曲线，检查零漂线性度。2）动态试验1、在段差不小于50×10-5 m/s2

15、、点数不少于10个的场地进行往返对称观测，测回数不少于3个，每测回往返闭合时间不少于8小时。2、观测数据经固体潮及零漂改正后，计算出各台仪器的段差观测值，并计算各台仪器的动态观测精度。3、对于同一台仪器，如果每一测段的段差观测值的互差不大于动态观测中误差的2.5倍，可认为零漂是线性的。3）多台仪器一致性试验多台仪器一致性试验可以与动态试验一起进行，一致性中误差应小于2倍联测中误差。（3）比例因子标定新出厂或者修理过的重力仪必须进行比例因子或格值标定，用于作业的每两年标定一次。1）作业前必须在国家长基线上进行标定。2）所选重力差应覆盖工作区域读数范围，避免比例因子外推。3）每台仪器应测量两个往返

16、的独立结果，两基本点之间用飞机进行联测时，其较差不大于40×10-8 m/s2，同一城市的基准点和基本点间用汽车联测，往返较差不大于20×10-8 m/s2。4）允许在国家短基线场对LCR-G型重力仪比例因子进行检测。2015年1LCR-G 型相对重力仪必须锁摆的状态是（ ）。A运输过程中 B仪器检查 C观测读数 D静置2.8.7 重力测量（1）绝对重力测量1）测前准备输入检测程序和观测计算程序，输入测点数据（编号，经纬度，高程，重力垂直梯度），运行检校程序，检查计算机运行状态。2）观测实施采集落体下落的距离和时间组成观测方程，解算落体初始位置重力值。每个测点不少于48组合

17、格数据。每组下落不少于100次，合格下落不少于80次，每组观测开始时间设置在整点或整30分，相邻组间隔时间为30分钟。无效组超过8组或仪器停止工作4小时以上时，必须重测。3）数据改正进行固体潮改正、气压改正、极移改正、光速有限改正等改正计算。4）固定高度归算将所得初始高度重力值经观测高度改正，归化到墩面或离墩面1.3m处。 5）精度计算计算组均值和组中误差、总均值和总中误差，获得落体初始位置观测结果。6）激光器和时间频率标定测量结束后，重新标定激光器和时间频率标准，如有变动，对测量结果进行改正。（2）相对重力点测量1）基本重力点、一等重力联测1、重力基本点应闭合于重力基准点，一等重力联测应闭合

18、或附合在两个基本点之间，特殊情况下可按辐射状布测一个一等点。2、基本重力点和重力一等点联测，测段数不超过5段，每条测线应在1天内闭合，特殊情况可在2天内闭合。3、引点可以辐射状联测，精度与相应重力点相同。4、联测时采用对称观测，即A-B-C，C-B-A的顺序，以减少零漂计算误差，观测过程中停放超过2小时，应重复观测来消除静态零漂。5、每条测线应计算一个独立联测成果。6、每组读取三个读数，互差要符合要求，如有超限，可补读一个，如仍超限，需要重测。7、时间采用24小时制北京时间。8、记录时，手簿需现场填写，重力仪计数器读数和观测时间分的记录严禁涂改，其他数值可划去，并在上方注记正确数字，不允许连环

19、涂改。9、需要计算固体潮、气压、仪器高改正。10、根据相邻两点观测值以及相应仪器比例因子计算测段段差、段差平均值、段差中误差、段差闭合差。11、段差中误差超限时要补测，明显离群的可以删除，难以取舍的应重测。2）二等重力点联测1、二等重力点联测在基本点和一等点基础上布设闭合网或附合网，其中路线中的二等点不得超过4个，支测路线不超过2个支点。2、采用A-B-A，B-A-B作为两条测线计算的三程循环法进行，应在36小时内闭合，困难的应在48小时内闭合。3、联测的重力点超限时应舍去超限观测值，并进行补测，舍去的段差数不得超过总段差数的1/3。3）加密点联测1、加密点联测在基本点或一等点的基础上形成闭合

20、或附合路线，闭合时间不超过60小时，特殊的应在84小时内闭合。2、测线中仪器静放3小时以上时，必须在静放前后读数，按静态零漂计算。4）相对重力联测使用仪器数和成果数要求表2.21 重力联测使用仪器数和成果数（仪器采用LCR时）等级基本点一等点二等点短基线垂直梯度仪器数43162每台仪器合格成果数43245（3）平面坐标和高程测定每个重力点必须测定平面坐标和高程，平面坐标中误差和高程中误差不应大于1m，加密点的平面中误差相对于国家大地控制点不大于100m，相对于国家四等水准点高程中误差不大于1m，困难地区可放宽到2m。（4）重力梯度计算测定重力垂直梯度应与每个点的重力测量同步，未测定过水平梯度的还必须测定水平梯度。重力梯度观测成果应与重力观测成果一起提交归档。1）重力垂直梯度应