1-大地测量知识全要-1

1国家注册测绘师考试培训教程第一篇大地测量武汉大学测绘学院2前言《注册测绘师资格考试大纲》：是注册测绘师资格考试的国家标准是考试命题的依据是应试人员的必备指南其内容和范围体现了注册测绘师运用所学专业知识，完成测绘工作的基本能力考试科目分为三个科目：♣《测绘管理与法律法规》♣《测绘综合能力》♣《测绘案例分析》3【第二科目：测绘综合能力考试目的】考察测绘专业技术人员运用测绘专业技术理论，分析、判断和解决测绘项目实施过程中专业技术问题的能力，以及处理测绘专业之间综合性问题的能力。前言4【第三科目：测绘案例分析考试目的】考察测绘专业技术人员运用《测绘管理与法律法规》、《测绘综合能力》科目在实务应用时体现的综合分析能力及实际执业能力。前言51.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。【要点】：1）大地测量控制网的等级、分类、观测技术（GPS,全站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：卫星定位控制网、高程控制网、似大地水准面精化【大地测量考试基本要求解读】前言62）掌握大地测量系统与大地测量框架的概念；理清大地高、正高、正常高的关系。3）了解BJ54，Xian80，CGCS2000，WGS84的主要特点及其相互联系与区别；了解国际地球参考框架（ITRF）的概念。4）掌握网形设计方法，根据不同的需要，选择合适的框架基准建立相应的控制网，并进行费用预算；5）熟悉测绘技术设计规定(CH/T1004-2005),编写技术设计书。【大地测量考试基本要求解读】前言72.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点(站)址，并建造适合该区域的测量标志。【要点】：1）选点：根据不同测量方法与手段，掌握选点准备、选点基本要求以及选点作业过程。2）埋石：根据不同测量方法，不同测量目的，熟练掌握测量标石制作与埋设的具体要求。【大地测量考试基本要求解读】前言8【大地测量考试基本要求解读】3.根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得合格的观测成果。【要点】：1）项目实施方案；2）外业观测计划（时间安排、仪器安排、人员安排）；3）掌握“点连接”、“边连接”、“同步环”、“异步环”等概念。前言94.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。【要点】：1）掌握不同观测方法的数据处理软件；2）掌握导线网、水准网、GPS网的平差原理和方法。【大地测量考试基本要求解读】前言10【大地测量考试基本要求解读】5.根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)的精化工作，完成卫星定位三维控制网的建设。【要点】：1）熟悉似大地水准面精化的意义与目的；2）熟悉似大地水准面精化的实施步骤和实现方法；3）熟悉似大地水准面精化所用的资料。前言11【大地测量考试基本要求解读】6.根据作业区域的坐标系统情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系。【要点】：1）熟练掌握测量坐标系的定义（空间直角坐标、大地坐标、站心坐标、高斯平面直角坐标、城市独立坐标以及施工坐标）；2）熟练掌握1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系的相关内容；3）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（空间三维坐标转换、二维平面坐标转换）。前言12【大地测量考试基本要求关键点】1大地测量控制网技术设计2选点、埋石3实施方案，外业观测4数据处理5似大地水准面精化6坐标系及其转换前言13第一部分绪论14指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，研究定位技术和方法，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。大地测量学的定义大地测量（辅导教材中）：为研究地球的形状及其表面特性进行的实际测量工作。着重于研究地球形状大小的几何特征及其最基本的物理特征—地球重力场。绪论15绪论●主要任务：建立国家或者大范围的精密控制测量网(一等、二等、三等、四等大地控制网)●主要内容：包括三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。大地测量的任务与作用16●主要作用：（1）为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度的平面控制和高程控制；（2）为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力资料；（3）为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。辅导教材中对作用的另一种描述：为各种测绘提供统一、协调、法定的平面和高程系统，从而获得正确的点位和海拔高以及点位之间的空间关系和尺度。绪论17大地测量学的基本体系经典：应用大地测量椭球大地测量天文大地测量大地重力测量测量平差等新分支：海洋大地测量行星大地测量卫星大地测量地球动力学惯性大地测量绪论18几何大地测量学（即天文大地测量学）基本任务：是确定地球的形状和大小及确定地面点的几何位置。主要内容：●国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)建立的基本原理和方法，●精密角度测量，距离测量，水准测量，卫星定位；●地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换。绪论19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：包括位理论，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。空间大地测量学基本任务：主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。利用人造地球卫星进行地面点定位及测定地球形状、大小和地球重力场的理论、方法的学科.主要内容：卫星定位系统，定位模式，基线处理，三维向量网平差，坐标系绪论20现代大地测量的形成：●时间：20世纪80年代以来●新技术的发展：空间技术、计算机技术和信息技术●大地测量新技术出现：电磁波测距、卫星测量、甚长基线干涉测量●传统大地测量发生革命性变革，形成现代大地测量。绪论21现代大地测量的特征：长距离，大范围：（量测范围不受天气和“视线”长度限制，可至全球：如地球两极、海洋）。高精度：相对传统提高1～2个数量级，相对精度10-8～10-9，绝对精度毫米。实时、快速：外、内业可在同一时间段完成，实时或准实时；测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。绪论22四维：能提供在合理复测周期内有时间序列的（时间或历元）、高于10-7相对精度的大地测量数据。地心：测得的位置、高程、影像等成果，以维系卫星运动的地球质心为坐标原点的三维测量数据。学科融合：与地球科学的多个分支交叉，推动其发展。绪论23第二部分大地测量系统与参考框架24坐标系统与参考框架大地测量系统与参考框架的描述大地测量系统：规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式（理论、模型与方法）。大地测量参考框架：通过大地测量手段，按大地测量系统规定的模式，构建的固定在地面上的点所构成的大地网(点），是大地测量系统的具体实现。大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。25大地测量系统：●坐标系统●高程系统●深度基准●重力参考系统大地测量参考框架：●坐标（参考）框架●高程（参考）框架●重力测量（参考）框架坐标系统与参考框架26定义：●原点：位于参考椭球体中心●Z轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行●X轴：指向平行于天文起始子午面的大地子午面与赤道面的交点●Y轴：与X和Z轴正交，构成右手坐标系。1）参心坐标系统2.1坐标系统与坐标参考框架1坐标系统坐标系统与参考框架27■参心坐标系的建立：建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作：●选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率α)●确定椭球中心的位置(椭球定位)●确定椭球短轴的指向(椭球定向)●建立大地原点坐标系统与参考框架28大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志.大地原点和大地起算数据坐标系统与参考框架291954年北京坐标系1954年北京坐标系可认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球称为克拉索夫斯基椭球。1954年北京坐标系的缺限:椭球参数有较大误差。参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。定向不明确。坐标系统与参考框架301980西安坐标系采用1975年国际大地测量与地球物理联合会IUGG第16届大会上推荐的4个椭球基本参数：长半径a=6378140m地心引力常数GM=3.986005×1014m3/s2重力场二阶带球谐系数J2=1.08263×10-8自转角速度ω=7.292115×10-5rad/s在1954年北京坐标系基础上建立起来的。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点的方向大地原点地处我国中部，位于西安市以北60km处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。大地高程基准采用1956年黄海高程系。坐标系统与参考框架31地心坐标系统满足以下四个条件：原点位于整个地球质心（包括海洋和大气）。尺度是相对论意义下某一局部地球框架内的尺度。定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，称为地球的定向参数EOP。定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。通俗化的定义：原点位于地球质心Z轴与X轴的定向某一历元的EOP参数确定Y轴与X、Z轴正交，构成空间右手坐标系2）地心坐标系统坐标系统与参考框架321）参心坐标参考框架传统测量坐标框架是由天文大地网来实现的，一般定义在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的地球参考框架。20世纪50~80年代，我国建立了：●1954北京参心坐标参考框架；●1980西安参心坐标参考框架。2.坐标参考框架坐标系统与参考框架332）地心坐标参考框架（1)国际地球参考系统(ITRS)与ITRF国际地球自转服务IERS(InternationalEarthRotationService)1988年:IUGG+IAU→IERS（IBH+IPMS）IERS的任务主要有以下几个方面：维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)；维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)；提供及时准确的地球自转参数(EOP)。坐标系统与参考框架34●ITRF是ITRS的具体实现,是由IERS中心局IERSCB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度。●自1988年起，IERS已经发布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000、ITRF2005等全球参考框架。坐标系统与参考框架35●ITRF是通过框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。●目前ITRF是全球公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。坐标系统与参考框架36132437（2)WGS-84世界大地坐标系WGS-84坐标系统的全称是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统―WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。1996年，WGS-84坐标框架再次进行更新,参考历元为1997.0。WGS-84最近更新的时间是2002年1月，更新后的WGS-84(G1150)的站坐标与ITRF2000框架的站坐标差异为几个厘米，参考历元为2001.0.坐标系统与参考框架38国务院批准自2008年7月1日