中国矿业大学大地测量学基础课件

中国矿业大学大地测量学基础课件课程特点：基础性综合性实践性抽象性对大家的要求：课前预习课后通读教材，当天课程当天消化思考题每个人都要思考实习、实验内容独立完成提前复习平面几何、立体几何、高等数学等与测量平差、GPS、测量学等课程结合起来目录第一章绪论（2）第二章大地测量基础知识（6）第三章大地测量控制网的建立（6）第四章大地测量观测技术（10）第五章地球椭球与测量计算（8）第六章高斯投影及其计算（8）第七章大地测量坐标系统的转换（6）第八章大地控制网数据处理（10）课程安排共64课时：课堂讲授：2×2×14＝56课时实验：2×4＝8课时成绩：考试（70％）平时（30％）:上课、实验、作业参考书目张华海等.应用大地测量学.徐州：中国矿业大学出版社，2008.孔祥元等.大地测量学基础.武汉：武汉大学出版社，2006.孔祥元等.控制测量学.武汉：武汉大学出版社，2006.宁津生等.现代大地测量理论与技术.武汉：武汉大学出版社，2006.第一章绪论应用大地测量学

第一章绪论本章学习要求：了解大地测量学的定义、任务了解大地测量学的主要内容了解大地测量的发展历程本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介§1.1大地测量学的定义大地测量学是通过在广大的地面上建立大地控制网，精确测定大地控制网点的坐标，研究测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。——作为地学基础学科：——作为应用地学学科：

主要理论、技术与方法：——天文测量——三角测量——导线测量——卫星大地测量——水准测量——重力测量——椭球大地测量——地球形状理论——测量平差。。。。。。。。§1.1大地测量学的定义

普通测量学（或称测量学）是研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技术、方法和应用的学科。

目的：以测绘工作为手段，确定地面点的空间位置，并把它表示成数据形式或描绘着图面上，供经济建设和工程设计施工使用。

§1.1大地测量学的定义大地测量学与普通测量学的区别：（1）精度等级高。（2）测量范围广。（3）普通测量学更侧重于如何测绘地形图以及进行一般工程的施工测量。大地测量学侧重于如何建立大地坐标系、建立大地控制网并精确测定控制网点的坐标。§1.1大地测量学的定义本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介§1.2大地测量学的基本任务和作用（一）基本任务1、技术任务 精确测定大地控制点的位置及其随时间的变化(也就是它的运动速度场)，建立精密的大地控制网，作为测图的控制，为国家经济建设和国防建设服务。2、科学任务 测定地球形状、大小和重力场，提供地球的数学模型，为地球及其相关科学服务（一）基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象简单地说，一是定位，二是研究地球的形状和重力场§1.2大地测量学的基本任务和作用§1.2大地测量学的基本任务和作用（一）基本任务位置是一类重要的信息位置怎么描述？我在江苏我在徐州我在矿大南湖校区我在教3楼我在B402教室我在靠近窗户的座位上§1.2大地测量学的基本任务和作用（一）基本任务位置怎么描述？用文字/语言用图形（示意图、地图）用数字（坐标）必然涉及怎么认识我们的地球这一问题地球形状、大小重力场结论：大地测量学的这两项任务密切相关（二）大地测量的作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制； 2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；

3、为地球科学的研究提供信息； 4、在防灾、减灾和救灾中的作用； 5、发展空间技术和国防建设的重要保障。§1.2大地测量学的基本任务和作用（1）有一个精密的地球参考框架以及地面点（如发射点和跟踪站）在该框架中的精确点位；（2）有一个精密的全球重力场模型和地面点的准确重力场参数（重力加速度、垂线偏差等）。在各种工程的施工时，放样过程中，仪器所安置的方向、距离都是依据控制网计算出来的。大坝变形监测点基准站中蒙边界第二次联合检查大地控制网中蒙边境第二次联合检查大地控制网（中方）点位分布图蒙古中国中蒙边境第二次联合检查大地控制网（中方）点位分布图蒙古中国

中蒙边界第二次联合检查大地控制网（中方）点位分区图蒙古中国GS01GS02GS03GS05图例大地控制网点水准联测点网络基准站GS04GS06GS07GS0812345615如图，是中蒙边界联合勘界中大地控制网的点位分布图。边界测量是用大地测量的手段实地确定两国的边界划分。

在航空制造业、造船业中，大型面板的裁剪、切割都需要大地测量提供精确的位置基准。工程测量没有问题，施工也是符合要求的，问题出在大地测量上，岛屿上的控制数据和大陆上的控制数据不在同一个大地坐标系下面。

在交通运输方面，大地定位技术为提高交通效率、减少交通事故提供了重要保障。这样，无论在城市复杂的路网中，还是在野外探险、远洋航行中，再也不会迷失方向。

在航空控制管理中，有了大地测量提供的精确定位技术，使得不可视状态下的着陆成为可能，航空不再受大雾等恶劣天气的影响。利用GPS技术测量大气中水汽含量，准确预报暴雨灾害。精确定位技术在数字农业，环境保护、生物保护中有广泛的应用。本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介§1.3大地测量学的主要研究内容1、实用大地测量学：研究建立大地控制网的理论与方法，介绍角度测量、边长测量和高程测量的原理与观测方法、作业程序、以及测量成果的质量检核，提供一系列地面点的平面和高程成果

2、椭球大地测量学：研究参考椭球的建立以及椭球面上处理大地测量观测成果的各种理论与方法，提供大地控制点的大地坐标和平面坐标；3、测量平差：用最小二乘原理处理各种观测结果的理论与计算方法；

§1.3大地测量学的主要研究内容4、天文测量学：以球面天文学为基础，研究观测一定天体以确定地面点的天文经纬度和天文方位角的原理和方法，目的是测定国家大地网中某些点的天文经纬度和方位角，以获得这些点的垂线偏差和至某一方向的拉普拉斯角，前者是研究地球形状和大地水准面起伏的重要资料，后者提供大地控制网中的起算方位角；5、大地重力学：又称《物理大地测量学》，研究重力测量的理论、技术和方法，利用重力测量与卫星测量资料研究地球形状和外部重力场，提供代表地球的大地体形状和地球椭球的物理参数；

6、卫星大地测量学：又称《空间大地测量学》，研究人造地球卫星观测方法和运动规律以解决大地测量的一门科学；

7、惯性大地测量学：是根据惯性原理，利用加速度计测量运动物体在某一方向的加速度，通过二次积分得到运动物体的空间位置。是大地测量的一个分支，具有全天候、自主性、机动灵活、快速高效等优点，为大地测量自动化提供了重要手段。§1.3大地测量学的主要研究内容（二）应用大地测量学的主要研究内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；§1.3大地测量学的主要研究内容相对于几何大地测量、物理大地测量（二）应用大地测量学的主要研究内容3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）；

4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）； 5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。§1.3大地测量学的主要研究内容本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介§1.4大地测量的发展历程（一）古今关于地球形状和大小的弧度测量

公元前三世纪古希腊学者估算地球半径为4万STADIA。公元724年我国唐代学者在河南滑县至上蔡用天文方法进行世界上第一次弧度测量。十七世纪荷兰人用三角测量法进行弧度测量。十七世纪末牛顿、惠更斯用力学观点推论地球为椭球。十七至十八世纪法国用三角测量和天文测量进行弧度测量1708—1718年我国用天文方法从东北—河北进行弧度测量。十九世纪以来，由于望远镜的发明，测距仪的出现，人造卫星的上天，各国相继开展天文大地测量，推求地球形状和大小，精度越来越高。

§1.4大地测量的发展历程（二）18—20世纪大地测量理论的发展用重力测量精确求定地球扁率（法国

克莱劳Claraut）最小二乘法理论（法国

勒让德Legendre）从椭球面到平面的正形投影（德国

高斯Gauss）椭球面上的三角形解法（德国

高斯Gauss）用重力测量研究大地水准面形状（英国

斯托克斯Stoks）参考椭球定位理论（德国

赫尔默特Helmert）用地面观测资料求大地高确定地球表面形状（苏联

莫洛坚斯基Mologecks）近代平差理论

§1.4大地测量的发展历程（三）测量仪器的发展古代的测量距离和高低的准绳和规矩，天文测量的浑天仪；十八世纪后望远镜的发明；悬链线状基线尺、因瓦基线尺；相对重力仪；光学经纬仪；电磁波测距仪；自动安平水准仪；石英钟记时和自动跟星光电装置；人造卫星观测摄影仪，激光测距仪，射电VLBI测量；惯性测量仪器；全站仪，自动绘图仪，GPS全球定位系统。

§1.4大地测量的发展历程（四）我国大地测量的发展世界上第一次弧度测量（唐代南宫说、张遂等）；清代用天文测量发现北弧比南弧每度弧长要长（比法国早）；1895年清代设立测绘学堂；1930—1949布设了2000KM的一等大地控制网；1949年以后：

颁布实施了大地测量法式和细则规范；全国布设了8万KM的一等三角锁，测定了5万个一、二等点，进行了9万KM的一等水准测量，13.7万KM的二等水准测量，建立了1980西安大地坐标系，1956和1985高程基准；用GPS定位技术布设了全国A级28个点、B级730个点控制网；用卫星测量方法完成了西沙南沙群岛的大地联测；测绘全国5万分之一基本比例尺地形图；进行地籍和房地产测量，省市县界测量，各种工程测量，变形监测等等。大地测量学的形成至现在已经300多年。从上世纪七八十年代开始随着空间大地测量技术的产生，已进入现代大地测量学科发展的新阶段。

§1.4大地测量的发展历程三项革命性的技术：卫星定位技术卫星和航空重力技术卫星测高技术

§1.4大地测量的发展历程大地测量的两个趋势一是更大众、更普及二是更专业。大地测量除了测地之外，还可测其它天体的形状和重力场。

§1.4大地测量的发展历程大地测量部分仪器本章纲要一、大地测量学的定义二、大地测量学的基本任务和作用（重点）三、大地测量学的主要研究内容（重点）四、大地测量的发展历程五、现代大地测量技术简介

§1.5现代大地测量技术简介（一）甚长基线干涉测量技术－VLBI

VLBI(VeryLongBaselineInterferometry)是二十世纪六十年代在射电天文学领域发展起来的射电干涉新技术，通过设在基线两端的射电望远镜同时接收同一射电信号，经相关处理，获得的相对精度和亚毫角秒量级的超高分辨率。VLBI技术在天文学、地球物理、空间大地测量和空间技术等领域都有重要的科学意义和实用价值。VLBI已成为建立准惯性参考系和地球参考框架、测定地球定向参数、监测板块运动及区域性地壳形变的一种强有力的基本手段。（二）卫星激光测距技术－SLR

卫星激光测距（SatelliteLaserRanging，简写SLR），是二十世纪六十年代中期兴起的一项卫星大地测量技术。经过40多年的迅速发展，它已成为当前卫星精密定位观测的主要手段之一，也是现代各种定位观测手段中单点采样精度最高的一种，其观测成果具有极为重要的科学价值。北京SLR观测站上海SLR观测站卫星激光测距仪（三）全