《数字测量》课件 第1章 测绘参考框架的选择

黄鹤测绘与城市空间信息学院第1章测绘参考框架的选择目录06-5月-242引言I.地表的形态及其数学表达II.椭球定位与参考椭球III.测量坐标系IV.用水平面代替水准面的限度V.测量的基本工作和基本原则VI.06-5月-2431.1引言从某种意义上讲，测量学就是一门研究如何对地表及其附着物的几何位置及其空间关系进行量化描述及表达的科学，所以地球的形状、大小及其附着物的空间分布都直接与测量工作有关。要实现对三维空间多个目标及其空间关系的量化描述，涉及量化及量化结果表达两方面问题。前者涉及长度（距离、高程）量化与角度量化，其量化基准采用国际公制（SI制），长度计量单位为米，角度计量单位一般采用度分秒；而要实现多目标的量化结果表达（量化描述其位置及空间关系），则需要将所有目标置于一个统一的参考框架内（如某坐标系），依据一定的数学映射方法及符号化准则绘制成所需的各种表达结果（如地形图）。所以，要实现对地表及其附着物的几何位置及其空间关系的量化描述及表达，就必须选择合适的参考框架，如何选择？依据什么来选择？这是本章内容要回答的问题。06-5月-2441.2地表的形态及其数学表达

·地球基本特征面积：5.1亿km2体积：10830亿km3面积分布：海洋70.8%，大陆29.2%地表最大起伏：19.9km(珠穆朗玛峰8848.86m+马里亚纳海沟11022m)尽管有这样大的高低起伏，但相对于地球庞大的体积来说仍可忽略不计高低不平，也极不规则地球外壳的3/4被厚约4000m的水层包围南北半球不对称06-5月-245珠峰峰顶的觇标—2020年5月27日1.2地表的形态及其数学表达

·珠穆朗玛峰高程测量(2020年)2020年5月27日上午11时整，中国2020珠峰高程测量登山队8名队员登顶“地球之巅”珠穆朗玛峰，为珠峰“量身高”。五星红旗，又一次飘扬在珠峰峰顶。06-5月-2461.2地表的形态及其数学表达

·马里亚纳海沟测量(2011年)地球的形状主要是指弹性地球外壳的自然形状的表面形状地球形状的表达：大地体、旋转椭球、三轴椭球06-5月-247

·地球基本形状1.2地表的形态及其数学表达GOCE卫星运行2年后的大地水准面

2011.3.31发布，/SPECIALS/GOCE/SEM1AK6UPLG_0.html06-5月-248

·地球基本形状1.2地表的形态及其数学表达需考虑的其他要素引力参数地球旋转角速度质量分布与变迁太阳-地球-月球地球重力场磁场热场自转与公转……06-5月-249

·地球基本形状水圈大气圈冰冻圈生物圈岩石圈1.2地表的形态及其数学表达地球绕地轴自西向东旋转，转动一周需要的时间称为一日日的分类：太阳日，恒星日太阳日：太阳连续两次中天的时间间隔(小时、分钟、秒)恒星日：地球绕地轴旋转360º所需的时间，23小时56分04秒06-5月-2410

·地球是太阳系中的一颗行星，它有自转和公转运动

·地球的自转运动1.2地表的形态及其数学表达词源：牛顿使用拉丁单词“gravitas(沉重)”→gravityg(重力)=F(引力)+P(离心力)两极最大、赤道最小重力是质量和重力加速度的乘积被吸引质量

m=1时，重力数值等于重力加速度国际单位制(SI)单位：m·s-2大地测量学常用单位：Gal(伽)1Gal=10-2

m·s-206-5月-2411

·重力是引力与离心力的合力

·重力的单位1.2地表的形态及其数学表达由地球形状及其内部质量分布决定假设地球是均质圆球，引力将指向地心，根据万有引力定律有：对单位质点：地心引力常数：

GMe=398600km3s-206-5月-2412

·引力OρPφrzgFxyλ万有引力常数1.2地表的形态及其数学表达离心力P指向质点所在平行圈半径的外方向：对单位质点：重力基本上是由地球引力决定离心力在赤道达最大值其数值比地球引力的1/200还要小06-5月-2413

·离心力OρPφrzgFxyλ引力常数地球自转角速度质点所在平行圈半径离心力1.2地表的形态及其数学表达没有重力会如何？06-5月-24141.2地表的形态及其数学表达

·地球重力场概述地球的一个物理特性、是地球物质分布和地球旋转运动信息的综合效应，它制约地球本身及其邻近空间的一切物理事件。地球重力场的研究是大地测量科学研究的核心问题。确定地球重力场的精细结构及其随时间的变化，不仅为大地测量学中的定位、描述地球表层及其内部物质结构的形态，同时为解决资源、环境和灾害等提供地球物理空间信息。06-5月-24151.2地表的形态及其数学表达

·地球重力场概述06-5月-2416

·位理论地球重力场利用位理论来研究1.2地表的形态及其数学表达重力是引力和离心力的合力重力位就是引力位V和离心力Q之和：W=V+Q铅垂线：同重力方向重合的线测量仪器悬挂垂球，指向重力方向，铅垂线就是测量的基准线重力等位面(水准面)：取同一常数值重力位的一簇曲面水准面既不平行、互不相交/相切大地水准面：完全静止的海水面所形成的重力等位面定义：与平均海水面吻合、并向大陆和岛屿延伸而形成的封闭曲面作用：高程测量的基准面特性：处处与铅垂线正交大地体：大地水准面包围的地球形体06-5月-2417

·重力位的表示1.2地表的形态及其数学表达连续的封闭曲面，不平行、不相交、无间断点是一个光滑曲面，不会产生棱角局部曲率半径的变化是平滑的，

质量密度突变处例外一点的重力方向是

该点重力线(力线)的

切线方向06-5月-2418

·重力等位面的性质1.2地表的形态及其数学表达地球内部质量分布不均匀，使铅垂线方向随位置不同而变化大地水准面不规则是由于重力分布不规则而引起的大地水准面仍为复杂曲面，无法在此曲面上直接处理测量数据将地球的平衡状态近似为旋转椭球体以非常接近大地水准面的旋转椭球代替地球表面旋转椭球体的表面是一数学面，可作为测量计算的基准面椭球体参数方程：椭球体几何扁率：06-5月-24191.2地表的形态及其数学表达

·旋转椭球代替大地水准面06-5月-2420旋转椭球：椭圆绕其短轴旋转而成的几何形体椭球中心：O旋转轴：N-S长半轴：a短半轴：b子午圈(经圈)：NKAS包含旋转轴平面与椭球面相截所得的椭圆平行圈(纬圈)：QKQ΄垂直于旋转轴的平面与椭球面相截所得的圆赤道：EAE΄通过椭球中心的平行圈

·旋转椭球的构成1.2地表的形态及其数学表达06-5月-24212个长度元素：长半轴：短半轴：3个扁平元素：扁率(0<α<1)：a=b时，α

=0，椭球变为球体b减小时，α

变大，椭球体变扁b=0时，α

=1，椭球变为平面第一偏心率：第二偏心率：

·决定旋转椭球的基本几何参数1.2地表的形态及其数学表达随着科学技术的进步，可以越来越精确地确定这些参数。到目前为止，已知其精确值为:由于地球椭球体的扁率甚小，当测区面积不大时，在某些测量工作的计算中，可以把地球当作圆球看待，其半径R按下式计算：其近似值为6371km。06-5月-24221.2地表的形态及其数学表达

·旋转椭球06-5月-2423按一定的规则将旋转椭球与大地体套合在一起，这项工作称椭球定位。定位时采用椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与地球短轴重合，椭球与全球大地水准面差距的平方和最小，这样的椭球称总地球椭球。各国为处理本国的大地测量的成果，往往需要根据本国及其他国家的天文、大地、重力测量结果采用适合本国的椭球参数并将其定位。如图1-4所示，地面上选一点P，由P点投影到大地水准面P0点，使P0上的椭球面与大地水准面相切，此时过P0点的铅垂线与P0点的椭球面法线重合，切点P0称为大地原点。同时要使旋转椭球短轴与地球短轴相平行（不要求重合），达到本国范围内的大地水准面与椭球面十分接近，该椭球面称为参考椭球面。我国大地原点选在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。1.3椭球定位与参考椭球1.3椭球定位与参考椭球06-5月-2424

·国际主要椭球参数

表1－1国际主要椭球参数表椭球名称年代长半径扁率附注赫尔默特椭球190763782001：298．3德国海福特椭球191063783881：297．01942年国际第一个推荐值克拉索夫斯基椭球194063782451：298.3我国1954年北京坐标系采用IUGG1975椭球197563781401：298.257我国1980国家大地坐标系采用WGS-84椭球197963781371：298.257223563WGS-84坐标系采用CGSC2000椭球200063781371：298.257222101我国2000国家大地坐标系采用测量工作的根本任务在于确定地面特征点在特定参考框架中的位置，要确定某地面点的空间位置，通常是求出该点相对于某空间参考体系的三维坐标或二维坐标，下面介绍几种用以确定地面点位的坐标系。06-5月-24251.4测量坐标系1.4.1地理坐标系地理坐标系属球面坐标系，根据不同的投影面，可分为天文地理坐标系和大地地理坐标系，一般也简称为天文坐标系和大地坐标系。

·1.天文坐标系地理坐标系属球面坐标系，根据不同的投影面，可分为天文地理坐标系和大地地理坐标系，一般也简称为天文坐标系和大地坐标系。06-5月-2426确定球面坐标(λ，φ)所依据的基本线为铅垂线，基本面为包含铅垂线的子午面。地面上任一点P的铅垂线与地轴NS所组成的平面称为该点的子午面，子午面与地球面的交线称为子午线，也称经线。天文经度λ：P点的子午面NPS与起始子午面NGS构成的二面角东经：0º~180º西经：0º~180º天文纬度φ：过P点的铅垂线与赤道平面之间的交角北纬：0º~90º南纬：0º~90º

·1.天文坐标系P

(λ，φ)1.4测量坐标系06-5月-2427大地经度L：P点的子午面NPS与起始子午面NGS构成的二面角东经：0º~180º西经：0º~180º大地纬度B：P点的法线Pn与

赤道面的夹角北纬：0º~90º南纬：0º~90º大地高h：沿法线方向到椭球面

的距离曲面在某点P处的法线为垂直于该点切平面的向量

·2.大地坐标系P

(L，B，h)1.4测量坐标系06-5月-2428原点：总地球椭球质心

or参考椭球中心Z轴：与地球平均自转轴重合(指向某一时刻的平均北极点)X

轴：指向平均自转轴与平均格林尼治天文台

所决定子午面与赤道面的交点Y轴：与XOZ平面垂直，向东为正构成右手坐标系O-XYZ

·空间直角坐标系P(X，Y，Z)1.4测量坐标系06-5月-2429·右手/左手坐标系【左手坐标系】【右手坐标系】【右手坐标系形成过程】1.4测量坐标系前苏联1942年坐标系的延伸采用克拉索夫斯基椭球参数原点在普尔科沃(Pulkovo)，不在北京与前苏联1942年坐标系进行联测高程异常：前苏联1955年大地水准面差距重新平差结果为依据缺点：椭球参数误差较大→长半轴约长109m大地水准面差距存在系统性倾斜→东部地区最大达68m几何大地测量与物理大地测量应用参考面不统一

→处理重力数据采用赫尔默特1900~1909年正常重力公式定向不明确→短轴指向、起始大地子午面成果平差：局部平差06-5月-2430·我国的国家大地坐标系（参心坐标系）：1.4测量坐标系·（1）1954年北京坐标系“全国天文大地网整体平差会议”(1978年4月，西安)特点：国际椭球：采用IUGG1975年椭球参数建立基础：1954年北京坐标系自主原点：原点设在陕西省泾阳县永乐镇多点定位：在我国范围内，椭球面与似大地水准面最为密合定向明确：椭球短轴平行于地球质心指向我国地极原点JYD1968.0

大地起始子午面平行于格林尼治天文台子午面大地高程基准：采用1956年黄海高程系，1985国家高程基准(1988.1~)成果平差：整体平差06-5月-2431（2）1980年国家大地坐标系(1980西安坐标系)1.4测量坐标系大地原点：一般选定在特定范围的中心位置(使推算其他点位坐标的精度比较均匀)如GDZ80，采用多点定位，以在我国范围内椭球面与大地水准面最佳拟合为条件，确定椭球定位和定向，并推求大地原点的起算数据大地原点坐标绝不是(0,0,0)，而是(BK,LK,HK)坐标系原点：坐标系各点位置的参照点，一般定义为(0,0,0)06-5月-2432·大地原点与坐标系原点的区别1.4测量坐标系ZYX地心坐标系属空间三维直角坐标系，用于卫星大地测量。地心空间直角坐标系：原点：与地球质心重合X轴：指向格林尼治平均子午面与地球赤道的交点Z轴：指向地球北极Y轴：垂直于XOZ平面构成右手坐标系地心大地坐标系：地球椭球中心与地球质心重合椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合椭球短轴与地球自转轴重合大地纬度：过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角大地经度：过地面点的椭球子午面与格林尼治大地子午面之间的夹角大地高：地面点沿椭球法线至椭球面的高度06-5月-24331.4测量坐标系1.4.2地心坐标系WGS-84美国国防部(DOD)建立，目前GPS所采用的坐标系统协议地球参考系CTSZ轴：指向国际时间局BIH1984.0协议地极(CTP)方向X轴：指向BIH1984.0零子午面和CTP赤道的交点Y轴和Z、X轴构成右手坐标系4个基本参数(GRS80椭球，GeodeticReferenceSystem1980)：长半轴a：6378137m地球引力常数(含大气层)GM：3986005×108m3s-2正常化二阶球谐系数C2,0：-484.16685×10-6地球自转角速度ω：7292115×1011rad/s06-5月-2434·WGS84世界大地坐标系1.4测量坐标系1.4.2地心坐标系WGS-84发展WGS84(G730)：June1994→~10cmaccuracyWGS84(G873)：January1997→~5cmaccuracyWGS84(G1150)：January2002→~1-2cmaccuracy06-5月-2435·WGS84世界大地坐标系DoDWGS84(G1150)ReferenceStationsIGSReferenceStationsforWGS84(G1150)ChinaGeodeticCoordinateSystem2000CGCS2000是全球地心坐标系在我国的具体实现国务院批准自2008年7月1日启用定义：原点：包括海洋和大气在内的整个地球的质量中心Z轴：从地心指向BIH1984.0定义的协议地球极(CTP)X轴：IERS参考子午面与通过原点且同Z轴正交的赤道面的交线Y轴：与XOZ平面垂直，构成右手地心地固直角坐标系由2000国家GPS大地网(ITRF97历元2000.0)的点位坐标和速度具体实现用8~10年完成现行国家大地坐标系向CGCS2000的过渡和转换06-5月-2436·我国地心坐标系(CGCS2000)1.4测量坐标系1.4.2地心坐标系地球椭球参数：长半轴

a=6378137m扁率

f=1/298.257222101地心引力常数

GM

=3.986004418×1014m3s-2

自转角速度

ω=7.292l15×10-5rads-1我国也于2008年7月开始启用新的国家大地坐标系-2000国家大地坐标系，用8~10年完成现行国家大地坐标系向CGCS2000的过渡和转换，2018年7月1日起全面使用2000国家大地坐标系。06-5月-2437·我国地心坐标系(CGCS2000)06-5月-2438·坐标系统小结地心坐标系统参心坐标系统站心坐标系统地心空间直角坐标系地心大地坐标系参心空间直角坐标系参心大地直角坐标系站心直角坐标系站心极坐标系WGS84ITRSCGCS2000原点与地球质心重合原点与参考椭球中心重合测站为原点1954年北京坐标系1980年国家大地坐标系新1954年北京坐标系1.4测量坐标系采用地心坐标系或地理坐标系确定地面点位，一般适用于少数高级控制点或作为初始的计算，而对于确定大量的地面点位来说，则是不直观和不方便的，测量的计算和绘图最好是在平面上进行。测量中采用的平面直角坐标系规定：南北方向为纵轴X轴，向北为正；东西方向为横轴Y轴，向东为正。06-5月-24391.4测量坐标系1.4.3平面直角坐标系不同点：1、x，y轴互异。2、坐标象限不同。3、表示直线方向的方位角定义不同。相同点：

数学计算公式相同。

测量平面直角坐标系与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点：测量平面直角坐标系笛卡尔坐标系

ooyyxxⅠⅠⅢⅡⅡⅣⅣⅢppx=Dcosα

y=Dsinα

x=Dcosα

y=Dsinα

DD地球表面是一个不可展平的曲面，把球面上的点位化算到平面上，称为地图投影。投影会产生变形，投影变形有长度变形、角度变形和面积变形三种。对于这些变形，任何投影方法都不能使它们全部消除，而只能使其中一种变形为零，其余变形控制在一定范围内。控制相应变形的投影方法有等距离投影、等角度投影和等面积投影等。对于测绘工作来说，保持角度不变是很重要的，这是因为角度不变就意味着在小范围内的图形是相似的。这种角度保持不变的投影又称为正形投影。目前，我国采用高斯正形投影。06-5月-24411.4测量坐标系1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2442

·地球到地图的过程与内容地球选择参考面圆球椭球尺度转换选择投影面地图投影地图地球椭球及计算地图投影与变换1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2443将椭球面上的元素(包括坐标、方位和距离)按一定的数学法则投影到平面上。研究此问题的专门学科：《地图投影学》主要研究内容：探讨所需要的投影方法及建立椭球面元素和投影面相应元素之间的解析关系式

·地图投影1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2444坐标投影方程：

椭球面上一点同投影面上相应点坐标间的解析关系式L，B：椭球面上某点的大地坐标x，y：该点投影后的平面(投影面)直角坐标F1，F2：投影函数投影面必须是可展开成平面的曲面：椭圆柱面、圆锥面、平面等

·地图投影的数学法则1.4.3平面直角坐标系06-5月-2445

·地图投影面的种类1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2446定义：椭球面是一个凸起的不可展平的曲面，如果将这个曲面上的元素，比如一段距离、一个方向、一个角度及图形等投影到平面上，则必然同原来的距离、方向、角度及图形产生差异投影变形的类型长度变形方向变形角度变形面积变形

·投影变形1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2447MercatorprojectionGlobularprojectionOrthographicprojectionStereographicprojection

·投影变形的形象表示1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2448高斯(德国，1777-1855)在1820～1830年间在德国汉诺威进行三角测量，并采用将一条中央子午线长度投影规定为固定比例尺度的椭球正形投影，但并未发布史赖伯在1866年出版《汉诺威大地测量投影方法的理论》，将高斯投影理论公布克吕格(德国)在1912年出版《地球椭球向平面的投影》，更详细地阐明高斯理论，并进行了补充和给出实用公式，这种投影为高斯-克吕格投影巴乌盖尔(德国)在1919年建议采用3˚带投影，把坐标纵轴向西移动500km，在纵坐标前冠以带号，投影带以格林尼治开始起算采用高斯-克吕格投影的国家：德国、英国、美国、前苏联等我国于1954年正式决定采用高斯-克吕格投影

·我国采用横轴椭圆柱等角投影，即高斯投影1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2449

·高斯投影描述想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。投影带：以中央子午线为轴，两边对称划出

一定区域作为投影范围NSO中央子午线赤道oN′xyS′1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2450

·高斯投影分带原则分带原则限制长度变形，使其不大于测图误差带数不应过多，以减少换带计算工作投影带我国规定按经差6°和3°进行投影分带大比例测图和工程测量采用3°带投影在特殊情况下，工程测量控制网可采用1.5°带或任意带为了测量结果的通用，需同国家6°或3°带相联系1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2451

·高斯投影分带方法6°带：

自0°子午线起每隔经差6°自西向东分带

依次编号1，2，3，…，60带

我国由75°起每隔6°而至135°，共计11带

带号用n表示，中央子午线的经度用L0表示

计算方法：L0=6n–3；n=L0/6的整数商+13°带：

在6°带的基础上形成

自东经1.5°子午线起，每隔3°设立一个投影带

依次编号为1，2，3，…，120带

中央子午线经度依次为3°,6°,9°,…,360°

单数带与6°带中央子午线重合，偶数带与6°带分界子午线重合计算方法：L0=3n′；n′=L0/3(四舍五入)1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2452

·高斯投影分带算例带号与中央子午线经度间计算：

某控制点P点坐标为：

L=122°32´50.12˝，

B=30°15´25.48˝

按6°带：

n=122.5/6=20.4→21带

L6中

=6n−3=6×21−3=123°

按3°带：

n=L/3=122.5/3=40.8→41带

L3中

=3n=3×41=123°1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2453

·高斯平面直角坐标系在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点O作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴，以赤道的投影为横坐标轴。1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2454

·国家统一坐标在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值(在赤道上)约为330km为了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上500,000m坐标前面再冠以带号例：

某点P的Y=19

123456.789m，

则该点位于19带内，

横坐标真值为：去掉带号，减去500,000m，y=-376543.211m

1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2455

·国家统一坐标分带造成边界子午线两侧的控制点和地形图处于不同投影带为把各带连成整体，规定各投影带有一定重叠度在6°带向东加宽30′，向西加宽15′或7.5′在重叠范围内，控制点有两套相邻带坐标值，从而确保互相应用西带轴子午线东带轴子午线15′30′1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2456

·高斯投影的特点正形投影保证投影的角度不变性，图形的相似性在某点各方向上长度比的同一性采用同样法则的分带投影限制长度变形保证在不同投影带中采用相同的简便公式计算变形改正带与带之间的相互换算也能采用相同公式1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2457

·2.独立平面直角坐标系测量区域较小时，可采用该区域内地球表面沿钱垂线方向投影到水平面上用平面直角坐标来表示投影位置坐标系的设定要保证测区内各点的坐标均为正值测区西南角坐标为原点南北方向为纵轴X，向北为正东西方向为横轴Y，向东为正1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2458

·3.建筑坐标系在房屋建筑或其他工程施工工地，为了对其平面位置进行施工放样的方便，使所采用的平面直角坐标系与建筑设计的轴线相平行或垂直，这种坐标系称为建筑坐标系或施工坐标系，如图1-12所示。将独立平面直角坐标系或建筑坐标系与当地高斯平面直角坐标系进行连测后，可以将点的坐标在这两种坐标系之间进行坐标换算。如图1-13所示，设已知P点的施工坐标为(AP

，BP)，坐标转换可按下式计算:1.4.3平面直角坐标系1.4测量坐标系06-5月-2459

·1.高程与高差

1.4.4高程1.4测量坐标系06-5月-2460

·1.高程与高差

1.4.4高程1.4测量坐标系建立全国统一的高程系统，需要确定一个高程基准面。高程基准面：地面点高程的统一起算面，由于大地水准面所形成的体形―大地体是与整个地球最为接近的体形，因此通常采用大地水准面为高程基准面。大地水准面：假想海洋处于完全静止和平衡状态时的海水面，并延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面。06-5月-2461

·2.国家高程系统1.4测量坐标系1.4.4高程

·高程基准面严格地说，高程基准是一种面(Surface)，表示0高度(zeroelevation)通常，高程基准是决定0高度面之上高度的一种系统(System)高程基准包括：它的定义(definition)：参数、其他描述它的实现(realization)：得到高程的物理方法06-5月-2462

·高程基准(VerticalDatum)1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统Earth’sSurface06-5月-2463

·高程基准(VerticalDatum)HTheGeoid1985国家高程基准referencelevelH大地水准面与国家高程基准面间存在1～2m的误差1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统完全静止和平衡状态的海水面？

-潮汐、风力、大气压导致海水面的不断升降

潮汐：海水受日月等天体的引力作用，而产生的周期性有规律的涨落现象。06-5月-2464

·高程基准面1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统06-5月-2465Thisshowsa7metertidalheightdifferenceinBrittanyFrance(布列塔尼，法国西北部一地区）

·高程基准面潮汐1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统06-5月-2466

·高程基准面海平面上升TidesAtmosphericPressure+=ObservationsofSeaLevelRes.Curve=Obs.–Tides-Atmos.Press.SeaLevelChangeinthelast10yr(fromSatellites)1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统06-5月-2467

·高程基准面沿岸各地平均海面不一致，百公里距离内，有几厘米的变化海港内的平均海面往往低于港外每个验潮站只能求出当地的平均海面没有验潮站的内陆国家怎么办？-延伸邻国平均海面-蒙古：波罗地海(俄罗斯)1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统06-5月-2468

·高程基准面的确定在海岸的一点处(验潮站)竖立水位标尺，成年累月地观测海水面的水位升降(验潮)，根据长期观测的结果可以求出该点处的平均海水面，假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。对于一个国家，要选择较适合本国海面状况，并具代表性的一个验潮站作为全国高程系统的基准面。1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统青岛观象山长期、牢固地表示出高程基准面的位置便于高程基准面与国家高程控制网的连接与传递我国水准原点：1个原点、2个附点、3个参考点

06-5月-2469

·水准原点1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统坎门零点1929年1月，国民政府陆地测量总局决定在浙江玉环县坎门建立验潮站，1930年5月开始测取潮位资料利用1930～1934年共48个月的潮位资料计算中等海水面为零起算，称“坎门零点”在坎门验潮站设有验潮基准点252号(一等水准点)，其高程为6.959米该高程系曾接测到浙江杭州市、苏南、皖北等地，在军事测绘方面应用较广。1948年8月，国民党国防部测量局曾准备将“坎门零点”为全国大地测量的法定起算面，但没能实现国民党败逃台湾时，带走1930～1947年观测资料，只剩起算数据06-5月-2470

·新中国成立前的高程系统1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统波罗的海高程波罗的海高程+

0.374米=1956年黄海高程中国新疆境内尚有部分水文站一直还在使用“波罗的海高程”大连零点日本入侵中国东北期间，在大连港码头仓库区内设立验潮站，并以多年验潮资料求得的平均海面为零起算，称为“大连零点”基点设在辽宁省大连市的大连港原一号码头东转角处，该基点在大连零点高程系中的高程为3.765米原点设在吉林省长春市的人民广场内，已被毁坏该系统于1959年以前在中国东北地区曾广泛使用1959年中国东北地区精密水准网在山海关与中国东南部水准网连接平差后，改用1956年黄海高程系统大连基点高程在1956年黄海高程系的高程为3.790米06-5月-2471

·新中国成立前的高程系统1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统

·（1）1956年黄海高程系统1957年，中国东南部地区精密水准网平差委员会认为确定青岛验潮站符合作为我国基本验潮站的基本要求基本要求：位置适中：地处我国中纬度地区和海岸线中部，比较符合国家海面的实际情况港口具有代表性：具有规律性的半日潮港避开了江河入海口，外海海面开阔，无密集岛屿和浅滩，海底平坦，水深在10m左右所在地地壳稳定，历史上无明显垂直运动，属于非地震烈震区地质结构坚硬，验潮井坐落在海岸原始沉积层上验潮站已有长期、完整、连续、准确、可靠的验潮资料所在地有长期的天文、海洋、水文、气象、地质、地球物理等资料06-5月-24721.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站利用1950～1956年7年间青岛验潮站的验潮资料推求的平均海水面原点高程：72.289m1959年国务院发布《中华人民共和国大地测量法式（草案）》中规定正式启用缺陷：7年观测资料太少，无法消除长周期潮汐变化影响，代表性差潮汐数据记录有个别错误，存在系统性差异没有联测至海南岛06-5月-2473

·（1）1956年黄海高程系统1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统根据青岛验潮站1952年～1979年间青岛验潮站的验潮资料取19年的资料为一组，滑动平均确定平均海水面原点高程：72.260m从1988年1月1日开始启用

H85=H56-0.029m

使用旧有高程资料，应注意来源，弄清起算点06-5月-2474

·（2）1985国家高程基准1.4测量坐标系1.4.4高程

·2.国家高程系统1.5水平面代替水准面的限度距离D(km)

距离的误差ΔD(mm)

ΔD/D51.01/4870000108.2

1/122000025128.31/200000501026.51/49000—结论：在半径为10km的范围内进行距离测量，不考虑地球曲率影响，可用水平面代替水准面————1.5.1水准面曲率对距离测量的影响用水平面代替水准面，将会使测量和绘图工作大为减化，但这种替代只能在一定的尺度范围内才是可行的—球面上三角形内角之和比平面上相应的三角形内角之和多出一个球面角超ε，其值可根据多边形面积求得：—式中：P——球面多边形面积

R——地球半径；ρ——一弧度的秒值，ρ=206265″。ABC球面面积（km2）ε(”)100.05500.251000.513001.52—

结论：当测区面积≤100k㎡（半径10KM）时，用水平面代替水准面，其产生的角度投影误差可忽略不计1.5水平面代替水准面的限度1.5.2水准面曲率对水平角的影响

D（km）0.050.100.200.50110Δh（mm）0.200.783.119.678.57850—结论：地球曲率的影响对高差的影响很明显，高程测量中即使在很短的距离也必须加以考虑地球曲率的影响1.5水平面代替水准面的限度1.5.3水准面曲率对高差测量的影响———1.6测量的基本工作和基本原则1.6.1测量工作应遵循的基本原则地物：地球表面上各种人造或天然形成的固定性物体，如房屋、道路、江河、湖泊、森林、草地等。地貌：地球表面上高低起伏的形态，如高山、深谷、陡坎、悬崖峭壁和雨裂冲沟等。将地物和地貌统称为地形。测绘地形图时，要在