《大地测量学》课程教学大纲

1、大地测量学 课程教学大纲课程编码： CH020018课程名称（中文）： 大地测量学 课程名称（英文）： Geodesy 先修课程：数字地形测量学，误差理论与测量平差总 学 时：64 （授课学时：52 上机学时：0 实验学时：12 ） 一、课程简介大地测量学是测绘工程专业的主干课程之一，列为必修课程。该课程着重阐述大地测量学的基础理论、主要技术与方法。通过该课程的学习，使学生掌握大地坐标系统、大地坐标参考框架、高程基准、坐标系转换、地球重力场的基本原理、椭球面上的数学计算、大地控制网的建立等方面的理论与技术，为后续专业课程的学习奠定地理空间坐标系及其相互转换的专业基础。大地测量学基础既是一门专业

2、基础性课程，能培养学生扎实的基础知识理论；又是一门“方法”性课程，能培养学生逻辑推理、定量分析和解决实际问题的能力；更是一门关于思维模式的课程，能培养学生理性思考数据处理问题的素质。二课程的性质和任务 1性质：本课程是为测绘工程专业本科生开设的一门专业课，教学时数为64学时。本课程是在学习了数字地形测量学、误差理论与测量平差等专业基础课程之后开设的。2任务：本课程的主要任务是使学生了解大地测量学的基本体系和内容，了解大地测量学的简史及展望，了解时间系统，了解地球重力场及地球形状的基本理论，着重阐述大地测量学的基础理论、主要技术与方法。通过该课程的学习，使学生掌握大地坐标系、大地参考框架、高程基

3、准、坐标系转换、椭球面上的测量计算、高斯投影、大地测量控制网建立的基本原理和方法，掌握精密角度测量、距离测量、水准测量技术与方法，掌握椭球数学投影变换及椭球几何参数的数学模型，为后续专业课程的学习奠定地理空间坐标系及其相互转换的专业基础。三、课程教学目标（一）课程目标通过本课程教学，应达到以下目标： 课程目标1:能够对控制网数据质量进行分析，运用数学知识构建数据处理模型，对海量大地测量数据运用自然科学知识进行系统分析，并应用解决负责测绘工程问题如地球参考框架的建立等。（对应毕业要求1-3）课程目标2:理解地球椭球的基本参数，熟悉椭球面上的常用坐标系及其相互关系。理解椭球面上的大地测量计算，能够

4、运用数学和自然科学基本理论表达椭球面上的大地测量科学问题，掌握地球椭球及其数学投影变换的基本理论，椭球面上的大地主题解算与高斯投影基本理论（对应毕业要求2-2）课程目标3:熟悉国家平面网、国家高程网、平面控制网、高程控制网、三维控制网的设计原则，针对具体工程项目能够设计出合理的控制网布设方案。（对应毕业要求3-1）课程目标4:熟悉大地测量学基本体系与研究内容，了解大地测量学的历史、现状及发展趋势。掌握坐标系统的基本理论，了解天球坐标系、地球坐标系的建立方法。掌握大地测量学基本概念，正确区分大地高、正高、正常高等专业术语，熟悉时间系统，坐标系统，高程系统的基本理论，能够运用大地测量基本理论与方法

5、解决复杂测绘工程技术问题，如大地水准面精化问题等。（对应毕业要求4-3）课程目标5:了解大地测量数据库基本功能，能够利用计算机语言实现大地测量数据的批量处理，熟悉运用现有的重力场模型软件计算重力场元，能够运用专业软件对平面控制网、高程控制网以及GNSS控制网等数据进行处理。运用大地测量设备及软件解决大地测量复杂测绘工程问题，如不同坐标系下不同类型的坐标转换等。（对应毕业要求5-1）课程目标6:熟悉大地测量数据的获取流程，在平面控制网、精密水准测量、GNSS控制网等大地测量数据获取、处理、分析与应用研究中，个人和团队能够紧密合作。（对应毕业要求9-2）（二）课程目标对毕业要求的支撑毕业要求指标点

6、课程目标1工程知识毕业要求1-3：能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析测绘专业复杂工程问题。课程目标12问题分析毕业要求2-2： 能够基于测绘学科相关科学原理及数学模型描述和表达复杂测绘工程问题课程目标23.设计/开发解决方案毕业要求3-1：能够根据复杂测绘工程项目的目标、任务和要求，并运用专业测绘知识设计解决方案课程目标34. 研究毕业要求4-3：能够采用科学方法实施数据采集与分析处理。课程目标45使用现代工具毕业要求5-1：能够了解现代测绘仪器设备、信息技术以及测绘软件的原理和方法，并能恰当的选择测绘仪器与信息技术解决复杂测绘工程问题。课程目标56.个人与团队毕业要求9-2：能认知团

7、队成员的角色与责任，独立完成团队分配的工作课程目标6四课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配（一）课程教学内容的基本要求、重点和难点1、绪论（3学时） 基本要求：理解大地测量之“大”、明确大地测量的学科地位、在经济国防科研等领域的重要作用，了解大地测量学的知识体系和内容、历史成果与未来发展趋势。（支撑课程目标1）教学内容：（1）大地测量学的定义、大地测量学与普通测量学的关系；（2）大地测量学的作用、知识体系和内容；（3）大地测量学的历史发展脉络及代表成果，大地测量学展望。重点：大地测量学的定义，与普通测量学的关系，大地测量学的作用。2、坐标系统与时间系统 （5学时）基本要求：理解地球运动

8、的基本规律，理解在运动的地球上如何描述点的位置，即如何建立坐标系；理解各种坐标系的定义、特点及关系，了解中国各阶段坐标系统的定义、特点及应用；理解时间与运动的关系，理解时间系统的概念及其关系，时间系统的现实体现。（支撑课程目标2）教学内容：（1）地球的运转：岁差、章动、极移的概念、原因与影响；（2）时间系统：各时间系统的定义以及它们之间的相互关系；（3）坐标系统1：大地基准大地测量参考系统大地测量参考框架；椭球的定位和定向；（4）坐标系统2：协议坐标系、地固坐标系（地心坐标系、参心坐标系），站心坐标系；参心坐标系：1954年北京坐标系，1980年国家大地坐标系；地心坐标系：WGS84世界大地坐

9、标系，ITRS与ITRF，CGCS2000国家大地坐标系；坐标系换算。 重点：地球公转、自转基本规律、椭球定位与定向、坐标系统难点：岁差、章动、极移基本概念、坐标系统类型、大地测量参考框架的构建、坐标系换算。3、地球重力场及地球形状的基本理论（8学时）基本要求：掌握地球重力场的基本原理，大地水准面及地球形状的基本概念，大地测量常用的坐标系统和高程系统，垂线偏差和大地水准面差距的基本概念。了解正常重力场参数，力高高程系统的定义，理解垂线偏差和大地水准面差距的定义与测定方法；理解确定地球形状的基本方法。（支撑课程目标2、4）教学内容：（1）地球概说，描述地球的基本参数；（2）地球重力场的基本原理，

10、位函数表达地球重力场；（3）高程系统：正高、正常高、力高，国家高程基准；（4）垂线偏差和大地水准面差距的基本概念，测定垂线偏差及大地水准面差距的基本方法；（5）确定地球形状的基本概念（方法）。重点：地球基本参数、大地水准面差距概念、地球重力场基本原理、正常高系统难点：位函数表达地球重力场、正高系统和正常高系统、测定垂线偏差及大地水准面差距的方法、确定地球形状的方法。4、地球椭球及其数学投影变换的基本理论（18学时）基本要求：掌握地球椭球的基本几何参数及其相互关系，掌握椭球面上几种常用坐标系及其相互关系，掌握椭球面上的几种曲率半径及其纬度变化规律；掌握椭球面子午线弧长、平行圈弧长计算原理，能验证

11、其纬差、经差变化规律；理解椭球面梯形图幅面积的计算；掌握相对法截线和大地线的定义、性质、理解大地线微分方程和克莱劳方程；掌握将地面观测值归算至椭球面；理解大地主题解算思想；掌握高斯平面直角坐标系的建立思路、投影条件，高斯正算、反算和邻带换算，理解平面子午线收敛角、方向改化、距离改化；熟练掌握空间大地坐标系与空间直角坐标系之间相互转换的计算；椭球面上的几种曲率半径及计算，弧长计算，大地线的定义和性质，熟练掌握大地线微分方程和克莱劳方程；地面观测值化归椭球面的方法，掌握距离的归算方法，熟练掌握大地主题正反算的定义、原理及方法，重点掌握高斯正反算、白塞尔大地主题解算；了解地图数学投影变换的基本概念，

12、高斯投影方法及横轴墨卡托投影的基本概念。（支撑课程目标1、2、3、4）教学内容：（1）地球椭球的基本几何参数及其相互关系，椭球面上常用坐标系及其相互关系；（2）椭球面上的几种曲率半径（3）椭球面上的子午弧长计算（4）大地线（5）将地面观测值归算至椭球面（6）大地测量主题解算（7）高斯平面直角坐标系。重点：地球椭球参数的相互关，椭球面上的几种曲率半径、弧长、大地线，地面观测元素归算至椭球面，地图投影分类及我国采用的地图投影，高斯投影正反算以及邻带换算。难点：椭球面上的弧长计算，大地主题正反算，投影变形基本概念，高斯投影变形。5、大地测量基本技术与方法（18学时）基本要求：掌握大地控制网、工程控制

13、网建立的原则与方法，掌握控制网的优化设计，了解各类大地测量仪器的基本特点及其工作原理。掌握精密测角、精密测高（程）、精密测距方法及数据处理，了解大地测量数据库及其应用。（支撑课程目标1、2、3、4、5、6）教学内容：（1）国家平面大地控制网建立的基本原理（2）国家高程控制网建立的基本原理（3）工程测量控制网建立的基本原理（4）大地测量仪器（5）精密角度测量（6）精密的电磁波测距方法（7）精密水准测量（8）大地测量数据库简介重点：控制网的布网原则、实施及控制网的优化设计；精密角度测量、距离测量、水准测量、三角高程测量。难点：控制网的优化设计；精密测角的一般原则、重测与观测成果应遵循的原则；距离观

14、测值的改正。6、实验教学（12学时）通过实验，使学生掌握掌握精密测角仪器、测距仪器的使用和精密测角的方法；掌握精密水准仪的使用和精密水准测量的方法；重点与难点：精密角度测量、精密距离测量和精密水准测量的方法。实验名称、内容与学时分配表序号实验名称实验内容学时1精密测量仪器的认识、使用精密测角、测距仪器和精密水准仪的使用32精密角度测量多测回方向观测法的实施及检核、计算33精密水准测量精密水准仪的使用和精密水准测量的实施34精密距离测量精密距离测量及改正3实验一 精密测量仪器的认识、使用基本要求：通过实验，使学生认识精密水准仪、全站仪的构造，掌握仪器使用方法，掌握数据记录与计算。（支撑课程目标1

15、、4、5、6）实验内容：（1）熟悉仪器构造、仪器各部件的功能、仪器参数设置；（2）会利用仪器获取观测数据，并能正确记录、计算。重点：熟练规范地使用仪器并记录观测值难点：观测数据处理实验二 精密角度测量基本要求：掌握如何在一个测站上对6个目标观测，根据水平角方向观测的精度要求，确定测回数，根据精密测角各项限差要求，顾及重测与取舍规则完成观测、记录、计算并对评定测角精度（一测回方向中误差，多测回方向中误差），并完成实验报告。（支撑课程目标4、5、6）实验内容：（1）设站、观测：一测回操作顺序为：上半测回，盘左，零方向水平度盘读数应配置在比0稍大的读数处，从零方向开始，顺时针依次照准各目标，读数、记

16、录、检核；下半测回，从盘右零起始方向开始，逆时针依次照准各目标，读数、记录、检核。（2）进行其它测回观测时，操作方法和步骤与上述相同，仅是盘左零方向要变换水平度盘位置，但应注意测回之间限差的检核。度盘变换幅度为： ，（3）完成测站平差。重点：测站观测难点：测站检核与平差实验三 精密水准测量基本要求：掌握在一段线路上，如何按二等水准测量技术要求完成观测、记录和平差计算，并独立完成实验报告。（支撑课程目标4、5、6）实验内容：（1）选定闭合水准线路，根据本组人员配置，设定固定点数量，每个同学完成一测段往返观测任务。（2）完成水准测量概算：水准尺每米长度误差改正数计算、正常水准面不平行的改正数计算、

17、水准路线闭合差计算、高差改正数计算。（3）求出待定点高程，并对施测水准进行精度评定。重点：水准外业观测程序难点：水准概算实验四 精密距离测量基本要求：掌握如何完成一段较长距离的电磁波观测，并对实测距离进行气象改正、仪器加常数、乘常数改正和波道曲率改正，最后将地面观测长度归算到椭球面上，并独立完成实验报告。（支撑课程目标4、5、6）实验内容：（1）自主选择测站点、目标点，完成多测回距离观测。（2）完成距离改正计算、归化计算。重点：距离测量难点：距离改正、归化计算（二）课程内容与学时分配教学内容学时分配总学时讲授实验上机习题课大地测量学的定义、作用、基本体系和内容、历史发展与未来展望。33岁差、章

18、动、极移的概念，各时间系统的概念及其相互关系，各坐标系的定义以及其相互关系，掌握国际地球参考系统（ITRS）与国际地球参考框架（ITRF）的概念；了解参心坐标系的建立方法，一点定位和多点定位的基本原理；了解北京54坐标系、80坐标系、新北京54坐标系的主要特点及其相互联系与区别；了解地心坐标系的建立方法。55地球重力场的基本原理，大地水准面及地球形状的基本概念，大地测量常用的坐标系统和高程系统，垂线偏差和大地水准面差距的基本概念。垂线偏差和大地水准面差距的定义与测定方法，确定地球形状的基本方法。88地球椭球的基本元素及其相互关系，椭球面上几种常用坐标系及其相互关系；空间大地坐标系与空间直角坐标

19、系之间相互转换的计算；椭球面上的几种曲率半径及计算，弧长计算，大地线的定义和性质，大地线微分方程和克莱劳方程；地面观测值化归椭球面的方法，大地主题正反算的定义、原理及方法，高斯正反算，白塞尔大地主题解算的方法；了解地图数学投影变换的基本概念，高斯投影方法及横轴墨卡托投影的基本概念。1818大地控制网、工程控制网建立的原则与方法，控制网的优化设计，各类大地测量仪器的基本特点及其工作原理，精密测角、精密测高（程）、精密测距方法及数据处理，大地测量数据库。301812合 计645212五、能力培养要求通过该课程的学习，使学生掌握大地测量学的基本知识和基本理论，提高大地测量数据获取、分析和数据处理的水

20、平和能力。六、教材与参考书目教 材：孔祥元，郭际明等，大地测量学基础（第二版），武汉大学出版社，2011年12月.参考书：现代大地控制测量，施一民，测绘出版社.大地测量基础实践教程，郭际明等，武汉大学出版社.大地测量学基础（第二版），吕志平，乔书波，测绘出版社.七、考核形式与成绩构成（一）课程考核成绩构成课程考核成绩构成：过程考核成绩占30%（其中，平时作业5%，课程实验占20%，课程综合训练占5%），期末考试成绩占70%。（二）过程考核过程考核含平时作业（占总成绩的5%）、课程实验（占总成绩的20%）、课程综合训练（占总成绩的5%）。1. 平时作业成绩平时作业安排至少3次，最终成绩取各次作业

21、成绩的平均值。作业成绩评价细则见下表：支撑课程目标作业成绩评价细则及得分10090898079706960590目标1-6按时交作业，作业内容全面；概念解释清晰，回答和分析问题条理清楚，计算过程层次清晰，结果正确率高于95%；表述合理，文字工整等。按时交作业，作业内容全面；概念解释、回答和分析问题、计算过程等比较清晰，结果正确率不低于85%；表述比较合理，文字工整等。按时交作业，作业内容全面；概念解释、回答和分析问题、计算过程等基本清晰，结果正确率不低于75%；表述比较合理，文字比较工整等。短时迟交作业或作业内容不全；概念解释、回答和分析问题、计算过程等基本清晰，结果正确率不低于65%；表述基

22、本合理，文字基本工整等。不交或严重超时迟交作业，作业内容缺少较多；概念解释、分析问题、计算过程等不清晰，结果正确率低于50%；表述不合理，字体潦草等。2. 课程实验成绩每次实验成绩的考核可通过出勤、实验表现及实验报告质量等综合评定，最终实验成绩取4次实验成绩的平均值。实验成绩评价细则见下表：实验项目 支撑课程目标实验成绩评价细则及得分10090898079706960590实验一：精密测量仪器的认识、使用 课程目标1、4、5、6实验过程中能认真思考问题，正确学习操作仪器，并详实记录实验数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中能正确学习操作仪器，并详实记录实验数据；实

23、验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中能学习操作仪器，并记录实验数据；实验报告格式规范，内容比较完整，层次比较清晰，实验结果可靠。实验过程中基本能学习操作仪器；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。实验过程中不能独立学习操作仪器；实验报告格式不规范，内容不完整，缺少实验结果。实验二：精密角度测量 课程目标4、5、6实验过程中能够正确理解方向观测规程、限差及数据处理，并及时正确完成实验；能熟练操作仪器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中能够理解方向观测规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验；能较熟练操作仪

24、器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中基本理解方向观测规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验操作；各流程中有部分环节不熟练；实验报告格式较规范，内容比较完整，层次较清晰，实验结果可靠。对实验目的掌握有欠缺，实验过程中基本能操作仪器；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。 实验过程中不能独立操作仪器；实验报告格式不规范，内容不完整，缺少实验结果。 实验三：精密水准测量课程目标4、5、6实验过程中能够正确理解精密水准测量规程、限差及数据处理，并及时正确完成实验；能熟练操作仪器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，

25、实验结果可靠。实验过程中能够理解精密水准测量规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验；能较熟练操作仪器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中基本理解精密水准规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验操作；各流程中有部分环节不熟练；实验报告格式较规范，内容比较完整，层次较清晰，实验结果可靠。对实验目的掌握有欠缺，实验过程中基本能操作仪器；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。 实验过程中不能独立操作仪器；实验报告格式不规范，内容不完整，缺少实验结果。 实验四：精密距离测量课程目标4、5、6实验过程中能够正确理解精密距离测量规程

26、、限差及数据处理，并及时正确完成实验；能熟练操作仪器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中能够理解精密距离测量规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验；能较熟练操作仪器并记录计算数据；实验报告格式规范，内容完整，层次清晰，实验结果可靠。实验过程中基本理解精密距离测量规程、限差及数据处理，经提示指导能正确完成实验操作；各流程中有部分环节不熟练；实验报告格式较规范，内容比较完整，层次较清晰，实验结果可靠。对实验目的掌握有欠缺，实验过程中基本能操作仪器；实验报告格式规范，内容比较完整，层次结构一般，有实验结果。 实验过程中不能独立操作仪器；实验报告格式不

27、规范，内容不完整，缺少实验结果。 3. 课程综合训练项目课程结束前布置一次综合性强的训练项目，以提高学生解决复杂测绘工程问题的能力。课程综合训练题目：实现高斯正反算和邻带坐标换算（鼓励编程实现）。课程综合训练成绩评价细则见下表：支撑课程目标课程综合训练成绩评价细则及得分10090898079706960590目标1、2、3、4理解高斯坐标正反算的数学原理、计算方法，能独立编写、调试计算程序，正确实现计算功能。理解高斯坐标正反算的数学原理、计算方法，能基本做到独立编写、调试计算程序，正确实现计算功能。基本理解高斯坐标正反算的数学原理、计算方法，不能编程，但通过手算能正确实现计算。不能完整理解高斯坐标正反算的数学原理、计算方法，但通过手算能正确实现部分计算。不理解高斯坐标正反算的数学原理、计算方法，也不能通过手算实现计算。（三）期末考试考核形式：闭卷笔试。试题类型包括：名词解释、选择题、填空题、计算题、简答题、论述题等多种形式。试题类型及其对应