搜索
大地测量学复习：第一章：（了解为主，出选择题和填空题）1-1基本概念大地测量学：大地测量学是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球及其它行星体的一门学科。基本任务——测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息。大地测量分为经典大地测量和现代大地测量。经典大地测量包括几何大地测量和物理大地测量。在假设地球为刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体的前提下，完成大地测量学的基本任务。现代大地测量以空间大地测量为特征，利用空间测绘技术（人造地球卫星、空间探测器等）对动态变化着的实际地球及其它星体进行测量和描绘。1－2大地测量学的基本体系和内容一、大地测量学的基本体系1、几何大地测量学（即天文大地测量学）2、物理大地测量学（即理论大地测量学）3、空间大地测量学几何大地测量学•基本任务：确定地球的形状和大小，确定地面点的几何位置。•主要内容：建立国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)的基本原理和方法；精密角度测量，距离测量，水准测量；地球椭球数学性质，椭球面上的测量计算，椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型等。物理大地测量学•基本任务：用物理方法(重力测量)确定地球形状及其外部重力场。•主要内容：位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推求地球形状及外部重力场的理论与方法。空间大地测量学•主要研究以人造地球卫星及其它空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。内容包括——•甚长基线干涉测量•卫星激光测距定位•全球定位系统•卫星海洋雷达测高二、大地测量学的基本内容1、确定地球形状和外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变(包括垂直升降及水平位移)，测定极移、海洋水面与海底地形及其变化等。2、研究月球及太阳系行星的形状及重力场。3、建立和维持国家和全球的天文大地水平控制网、工程控制网和精密水准网以及海洋大地4、研究用以获得高精度测量成果的仪器和方法等。5、研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关大地测量计算。6、研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库的建立及应用等。三、现代大地测量的特点1、长距离，大范围——工作距离由数十公里发展到几千公里；工作范围由陆地扩展到海洋，由地表扩展到太空2、高精度——0.1ppm3、实时、快速——数据处理由“后处理”发展到实时处理4、“时间维”——第四维，连续的时间序列；工作对象从静态发展到动态5、地心坐标系——全球统一坐标系；信息获取由地面测绘系统发展到空间测绘系统6、多学科的融合——由单一学科发展到与其它学科的综合、集成；研究内容融合了大气科学、动力学、海洋学、地质学、地震学等四、大地测量学在工程建设中的具体应用——控制测量学•控制测量学是大地测量学的基本理论在各种工程建设中的应用学科，主要研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化。•控制测量的服务对象——各种类型的工程建设，如城镇、矿山、水电、交通建设等。•控制测量的目的——精确确定控制点在地球表面上的位置（平面坐标和高程）。•控制测量学的主要研究内容——1）研究建立控制网（含水平和高程）的原理、方法，包括方案设计与优化等；2）研究控制测量观测结果的数据处理方法，包括粗差剔除、投影转换、平差计算以及成果数据库的建立与应用等；3）研制相应的控制测量仪器；4）研究外部环境对测量结果的影响，主要有大地水准面（精化）、大气折射和垂线偏差等。第二章坐标系统与时间系统（了解部分）一、地球的自转地球绕太阳公转的同时，还绕其自身的旋转轴自转，自转一周为一天。地球自转的旋转轴（地轴)不是固定的，地球绕地轴的旋转速度也不是固定不变的。地轴的指向、地轴与地球体的相对关系每时每刻都在变化。1、地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）地球自转轴在空间的变化，是日、月等天体引力的共同结果。岁差：假设月球的引力及其运行轨道是固定不变的，由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄极缓慢旋转，类似于一个旋转陀螺，形成一个倒圆锥体（见左下图），其锥角等于黄赤交角ε=23.5°。旋转周期为25786年，这种运动称为岁差，是地轴方向在宇宙空间中的长周期运动（以黄极为中心）。章动：月球绕地球旋转的轨道叫白道。白道相对于黄道有约5°的倾角（不在同一平面）。因此，月球引力产生的转矩大小和方向在不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是严格平滑的小圆，而是近似于圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上叠加了周期为18.6年、振幅为9.21″的短周期运动。这种现象称为章动。2、地轴相对于地球本身的相对位置变化（极移）极移：在众多天体引力的共同作用下，地球平衡地悬浮在宇宙空间并缓慢运动着。在不同的位置，引力大小将有所变化，加上地球形状不规则、内部质量分布不均匀，从而使地球在运转过程中其自转轴存在相对于地球体自身的相对位置变化，导致极点在地球表面上的位置随时间变化，这种现象称为极移。3、地球自转速度变化（日长变化）。描述上述三种地球自转运动规律（岁差和章动、极移、日长变化）的参数称为地球定向参数EOP(Earthorientationparameters)；仅描述极移和日长变化的参数称为地球自转参数ERP(Earthrotationparameter)。§2－2时间系统一、恒星时（ST以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动【由于地球每天自西向东自转一周，造成了太阳每天早上从东方升起，晚上又从西方落下的自然现象。因为这种现象是地球自转造成的人的视觉效果，所以天文学中把这种运动叫做周日视运动。“点对点直视”确定的时间，称为恒星时。二、世界时（UT）若以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。一个真太阳日就是真太阳连续两次经过某地的上中天（上子午圈）所经历的时间。地球绕太阳公转的速度不均匀，在近日点快，远日点慢。所以，真太阳日在近日点最长、远日点最短。三、历书时（ET）与力学时（DT）地球自转速度不均匀，用其测得的时间也不均匀【1日=86400秒。秒长不均】1958年第10届IAU决定，自1960年开始用地球公转运动为基准的历书时（ET）来度量时间，代替世界时。历书时的秒长规定为1900年1月1日12时整，回归年长度的1／31556925.9747，起始历元为1900年1月1日12时。根据广义相对论中参考坐标系的不同，力学时分为两种：太阳系质心力学时TDB，地球质心力学时TDT。四、原子时（AT）原子时是一种以原子谐振信号周期为标准（即以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准）的时间计量系统。由原子钟导出的时间叫原子时，简称AT。原子时的基本单位是原子时秒五、协调世界时(UTC)为便于日常使用，协调好两者的关系，建立以原子时秒长为计量单位、在时刻上与平太阳时之差小于0.9秒的时间系统，称之为协调世界时UTC(coordinateduniversaltime)，又称世界统一时、世界标准时或国际协调时，为当前世界各国采用的基本时间标准。六、卫星定位系统时间（掌握部分）注意！！！！！！！！！！！！！！！！！！坐标系统的基本概念：1、大地基准所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面。大地基准是指用以描述地球形状的地球椭球的参数（如长半径和扁率）【面】，以及椭球在空间中的定位（确定椭球中心的位置）【点】及定向(确定椭球旋转轴的方向)【线】。参考椭球就是一种大地基准。其参数及其与地球的相对位置关系都已确定。2、大地测量参考系统大地测量参考系统包括：坐标参考系统、高程参考系统和重力参考系统。（1）坐标参考系统：又分为天球坐标系和地球坐标系。天球坐标系：以天极和春分点作为天球定向基准的坐标系，用于研究天体和人造卫星的定位与运动。地球坐标系：用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。大地坐标系：过P点的子午面NPS与起始子午面NGS之间的夹角叫做P点的大地经度L，经度有东经、西经之分；P点的法线Pn与赤道面的夹角叫P点的大地纬度B，纬度有北纬、南纬之分。若P点不在椭球面上，还需增加第三参数——大地高H。在大地坐标系中，P点的位置用（L，B，H）表示。空间直角坐标系：以椭球中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，在赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体旋转轴为Z轴。X、Y、Z构成右手坐标系。在空间直角坐标系中，P点的位置用（X，Y，Z）表示。（2）高程参考系统高程参考系统包括：大地高、正高和正常高。大地高：以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是指该点至椭球面的垂直距离，即地面点到通过该点的参考椭球面法线与参考椭球面的交点间的距离（沿法线方向）。大地高也叫椭球高，一般用H表示。正高：以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，用Hg表示。正常高：以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，用Hr表示。正常高系统是我国法定的高程系统。大地水准面到参考椭球面的距离称为大地水准面差距，记为Ng。似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为ξNg和ξ都不是固定不变的，而是因地而异。大地高与正高之间的关系：H=Hg+Ng大地高与正常高之间的关系：H=Hr+ξ（3）重力参考系统高程测量的基准面是大地水准面，而大地水准面是地球重力场的一个等位面（重力位能相等）。地球重力场是指地球重力作用的空间。此空间中每一点所受重力的大小和方向只与该点的位置有关。欲确定大地水准面的形状，必须有地球重力观测数据。重力g是地心引力F和离心力P的合力。（质心处重力为零）重力g的方向为铅垂线方向，g的大小简称为重力。重力参考系统：重力观测值的参考系统。（地球质心、地球自转、点位；重力的定义、大小及方向）3、大地测量参考框架大地测量参考框架是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网(点)所构建的框架，包括坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。国家平面控制网、国家高程控制网、国家重力基本网和国家GPS控制网都属于大地测量的参考框架。4、椭球定位和定向地球椭球：用来代表地球形状的椭球。参考椭球:具有确定的参数(长半径a和扁率α)，经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球。【参考椭球面是测量计算的基准面。它是一个与大地水准面（测量外业观测的基准面）相当接近的旋转椭球面，形状规则（能用数学式表示其形状），在其表面可进行严密的计算，而且所推算的元素同大地水准面上的相应元素非常接近】椭球定位是指确定椭球中心的位置。定位方法分为两类局部定位和地心定位。局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,而对椭球的中心位置无特殊要求。地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合,同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。椭球定向是指确定椭球旋转轴（坐标轴）的方向。地固坐标系地固坐标系是固定在地球上与之一同旋转的坐标系，又称地球坐标系。地固坐标系的特点——地面点在地固坐标系中的坐标不变（不考虑潮汐、板块运动），而在地固坐标系分为参心（地固）坐标系和地心（地固）坐标系。参心坐标系：以参考椭球为基准，与地球体固连在一起且与地球同步运动，以参考椭球中心为原点的坐标系。地心坐标系：以总地球椭球为基准，与地球体固连在一起且与地球同步运动，以地球质心为原点的坐标系。参心坐标系和地心坐标系都有两种形式，即大地坐标系和空间直角坐标系。下面重点介绍测量工程中常用的参心（地固）坐标系和地心（地固）坐标系的建立方法以及相应已建成的坐标系统。（一）参心坐标系1、建立参心坐标系的原理与方法建立（地球）参心坐标系，需进行以下四个方面的工作：①.选择或求定椭球的几何参数（长短半径、扁率）；②.确定椭球中心位置（定位）；③.确定椭球短轴的指向（定向）；④.建立大地原点。建成一个参心大地坐标系的标志是：确定了参考椭球的参数（实际上是决定了参考椭球的形状与大小）和大地原点上