大地測量學測繪師培訓及復習市公開課金獎市賽課一等獎課件

國家注冊測繪師考試培訓輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第1頁第1頁是注冊測繪師資格考試國家原則是考試命題依據(jù)是應試人員必備指南其內(nèi)容和范圍表達了注冊測繪師利用所學專業(yè)知識，完畢測繪工作基本能力考試科目分為三個科目：《測繪管理與法律法規(guī)》、《測繪綜合能力》、《測繪案例分析》。11.1《注冊測繪師資格考試大綱》【第二科目：測繪綜合能力考試目】考察測繪專業(yè)技術人員利用測繪專業(yè)技術理論，分析、判斷和處理測繪項目實行過程中專業(yè)技術問題能力，以及處理測繪專業(yè)之間綜合性問題能力?！镜谌颇浚簻y繪案例分析考試目】考察測繪專業(yè)技術人員利用《測繪管理與法律法規(guī)》、《測繪綜合能力》科目在實務應用時表達綜合分析能力及實際執(zhí)業(yè)能力。第2頁第2頁大地測量考試基本要求解讀

1依據(jù)國家、區(qū)域和工程測量不同需求，優(yōu)化設計滿足要求衛(wèi)星定位連續(xù)運行參考站網(wǎng)、衛(wèi)星定位控制網(wǎng)、邊角控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)和重力控制網(wǎng)等空間框架基準，并應充分考慮到對似大地水準面精化工作要求。關鍵點：1）大地測量控制網(wǎng)等級、分類、觀測技術（GPS,全站儀，水準儀）,技術方案設計。重點是：衛(wèi)星定位控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)、似大地水準面精化。2）掌握大地測量系統(tǒng)與大地測量框架概念；理清大地高、正高、正常高關系。3）了解BJ54，Xian80，CGCS，WGS84主要特點及其相互聯(lián)絡與區(qū)分；了解國際地球參考框架（ITRF）概念。4）掌握網(wǎng)形設計方法，依據(jù)不同需要，選擇適當框架基準建立對應控制網(wǎng)，并進行費用預算；5）熟悉測繪技術設計要求(CH/T1004-),編寫技術設計書。第3頁第3頁2依據(jù)不同作業(yè)區(qū)域地質(zhì)、環(huán)境、地物以及氣象等情況，選擇滿足設計要求點(站)址，并建造適合該區(qū)域測量標志。關鍵點：1）選點：依據(jù)不同測量方法與手段，掌握選點準備、選點基本要求以及選點作業(yè)過程。2）埋石：依據(jù)不同測量方法，不同測量目標，純熟掌握測量標石制作與埋設詳細要求。3依據(jù)控制網(wǎng)布設情況，編寫實施方案，選擇滿足設計要求儀器設備，進行對應儀器設備檢驗，并依據(jù)設計作業(yè)方法進行外業(yè)觀測。對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行檢核，取得合格觀測結果。關鍵點：1）項目實施方案；2）外業(yè)觀測計劃（時間安排、儀器安排、人員安排）；3）掌握“點連接”、“邊連接”、“同時環(huán)”、“異步環(huán)”等概念。4依據(jù)觀測方法和工程項目標要求，選擇經(jīng)過驗證、可靠數(shù)據(jù)處理軟件對外業(yè)觀測數(shù)據(jù)進行處理，處理結果應符合設計要求。關鍵點：1）掌握不同觀測方法數(shù)據(jù)處理軟件；2）掌握導線網(wǎng)、水準網(wǎng)、GPS網(wǎng)平差原理和方法。第4頁第4頁大地測量考試基本要求要點

1大地測量控制網(wǎng)技術設計；2選點、埋石；3實行方案，外業(yè)觀測；4數(shù)據(jù)處理；5似大地水準面精化；6坐標系及其轉(zhuǎn)換5依據(jù)衛(wèi)星定位控制網(wǎng)特點，依據(jù)工程需要進行似大地水準面(或高程異常模型)精化工作，完成衛(wèi)星定位三維控制網(wǎng)建設。關鍵點：1）熟悉似大地水準面精化意義與目標；2）熟悉似大地水準面精化實施步驟和實現(xiàn)方法；3）熟悉似大地水準面精化所用資料。6依據(jù)作業(yè)區(qū)域坐標系統(tǒng)情況，進行坐標系之間分析，確定不同等級、不同年代控制網(wǎng)間相互關系。關鍵點：1）純熟掌握測量坐標系定義（空間直角坐標、大地坐標、站心坐標、高斯平面直角坐標、城市獨立坐標以及施工坐標）；2）純熟掌握1954年北京坐標系、1980西安坐標系、CGCS坐標系相關內(nèi)容；3）純熟掌握不同坐標系之間轉(zhuǎn)換實現(xiàn)方法（空間三維坐標轉(zhuǎn)換、二維平面坐標轉(zhuǎn)換）。第5頁第5頁國家注冊測繪師考試培訓輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第6頁第6頁1大地測量學定義指在一定期間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其改變，研究定位技術和辦法，為人類活動提供關于地球空間信息一門學科。大地測量（輔導教材中）：為研究地球形狀及其表面特性進行實際測量工作。著重于研究地球形狀大小幾何特性及其最基本物理特性—地球重力場。典型大地測量技術手段是使用光電儀器進行地面幾何測量（邊角測量、水準測量）、天文測量、地面重力測量。其主要任務是建立國家或大范圍精密控制測量網(wǎng)。2大地測量任務與作用

主要任務：建立國家或者大范圍精密控制測量網(wǎng)(一等、二等、三等、四等大地控制網(wǎng))主要內(nèi)容：包括三角測量、導線測量、水準測量、天文測量、重力測量、慣性測量、衛(wèi)星大地測量以及各種大地測量數(shù)據(jù)處理等。第7頁第7頁主要作用：（1）為大規(guī)模地形圖測制及各種工程測量提供高精度平面控制和高程控制；（2）為空間科學技術和軍事用途提供準確點位坐標、距離、方位及地球重力資料；（3）為研究地球形狀和大小、地殼形變及地震預報等科學問題提供資料。

輔導教材中對作用另一個描述：為各種測繪提供統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、法定平面和高程系統(tǒng)，從而取得正確點位和海拔高以及點位之間空間關系和尺度。3大地測量學基本體系典型：應用大地測量橢球大地測量天文大地測量大地重力測量測量平差等新分支：海洋大地測量行星大地測量衛(wèi)星大地測量地球動力學慣性大地測量第8頁第8頁4幾何大地測量學（即天文大地測量學）

基本任務：是擬定地球形狀和大小及擬定地面點幾何位置。主要內(nèi)容：1）國家大地測量控制網(wǎng)(包括平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng))建立基本原理和辦法；2）精密角度測量，距離測量，水準測量，衛(wèi)星定位；3）地球橢球數(shù)學性質(zhì)，橢球面上測量計算，橢球數(shù)學投影變換。5物理大地測量學

基本任務：用物理辦法(重力測量)擬定地球形狀及其外部重力場。主要內(nèi)容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地球形狀及外部重力場理論與辦法。6空間大地測量學

基本任務：主要研究以人造地球衛(wèi)星及其它空間探測器為代表空間大地測量理論、技術與辦法。利用人造地球衛(wèi)星進行地面點定位及測定地球形狀、大小和地球重力場理論、辦法學科。主要內(nèi)容：衛(wèi)星定位系統(tǒng)，定位模式，基線處理，三維向量網(wǎng)平差，坐標系。第9頁第9頁7當代大地測量形成時間：20世紀80年代以來。新技術發(fā)展：空間技術、計算機技術和信息技術。大地測量新技術出現(xiàn)：電磁波測距、衛(wèi)星測量、甚長基線干涉測量。老式大地測量發(fā)生革命性變革，形成當代大地測量。8當代大地測量特性長距離，大范圍：量測范圍不受天氣和“視線”長度限制，可至全球：如地球兩極、海洋。高精度：相對老式提升1～2個數(shù)量級，相對精度，絕對精度毫米。實時、快速：外、內(nèi)業(yè)可在同一時間段完畢，實時或準實時；測量與數(shù)據(jù)處理周期短，但數(shù)據(jù)處理越來越復雜。四維：能提供在合理復測周期內(nèi)有時間序列（時間或歷元）、高于相對精度大地測量數(shù)據(jù)。地心坐標：測得位置、高程、影像等結果，以維系衛(wèi)星運動地球質(zhì)心為坐標原點三維測量數(shù)據(jù)。學科融合：與地球科學多個分支交叉，推動其發(fā)展。第10頁第10頁國家注冊測繪師考試培訓輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第11頁第11頁11.3.1大地測量系統(tǒng)與參考框架描述

大地測量系統(tǒng)：要求了大地測量起算基準、尺度原則及其實現(xiàn)方式（理論、模型與辦法）。

大地測量參考框架：通過大地測量手段，按大地測量系統(tǒng)規(guī)定模式，構建固定在地面上點所構成大地網(wǎng)(點），是大地測量系統(tǒng)詳細實現(xiàn)。

大地測量系統(tǒng)是總體概念，大地測量參考框架是大地測量系統(tǒng)詳細應用形式。大地測量系統(tǒng)：坐標系統(tǒng)高程系統(tǒng)深度基準重力參考系統(tǒng)大地測量參考框架：坐標（參考）框架高程（參考）框架重力測量（參考）框架大地測量系統(tǒng)包括坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、深度基準和重力參考系統(tǒng)。與系統(tǒng)相相應大地參考框架有坐標參考框架、高程參考框架和重力測量參考框架三種。第12頁第12頁1）參心坐標系統(tǒng)（1）定義原點：位于參考橢球體中心；Z軸：橢球旋轉(zhuǎn)軸，與地球自轉(zhuǎn)軸平行；X軸：指向平行于天文起始子午面大地子午面與赤道面交點；Y軸：與X和Z軸正交，構成右手坐標系。11.3.2坐標系統(tǒng)與坐標參考框架1坐標系統(tǒng)（2）參心坐標系建立

建立地球參心坐標系，需下列幾種方面工作：選擇或求定橢球幾何參數(shù)(半徑a和扁率α)；擬定橢球中心位置(橢球定位)；擬定橢球短軸指向(橢球定向)；建立大地原點。坐標系統(tǒng)依據(jù)其原點位置不同分為地心坐標系統(tǒng)和參心坐標系統(tǒng)；從表現(xiàn)形式上又分為空間直角坐標系（x，y，z）和大地坐標系（L,B,H）第13頁第13頁

大地原點也叫大地基準點或大地起算點，參考橢球參數(shù)和大地原點上起算數(shù)據(jù)確實立是一個參心大地坐標系建成標志。

（3）大地原點和大地起算數(shù)據(jù)（4）1954年北京坐標系

1954年北京坐標系可認為是前蘇聯(lián)1942年坐標系延伸。它原點不在北京，而在前蘇聯(lián)普爾科沃。相應橢球稱為克拉索夫斯基橢球。

1954年北京坐標系缺點:橢球參數(shù)有較大誤差；參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯系統(tǒng)性傾斜，在東部地域大地水準面差距最大達+68m；幾何大地測量和物理大地測量應用參考面不統(tǒng)一；定向不明確。第14頁第14頁（5）1980西安坐標系采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會IUGG第16屆大會上推薦4個橢球基本參數(shù)：長半徑a=6378140m地心引力常數(shù)GM=3.986005×重力場二階帶球諧系數(shù)J2=1.08263×自轉(zhuǎn)角速度ω=7.292115×在1954年北京坐標系基礎上建立起來。橢球面同似大地水準面在我國境內(nèi)最為密合，是多點定位。定向明確。橢球短軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點方向。大地原點地處我國中部，位于西安市以北60km處涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。

大地高程基準采用1956年黃海高程系。第15頁第15頁2）地心坐標系統(tǒng)

地心坐標系統(tǒng)滿足下列四個條件：原點位于整個地球質(zhì)心（包括海洋和大氣）。尺度是相對論意義下某一局部地球框架內(nèi)尺度。定向為國際時間局測定某一歷元協(xié)議地極和零子午線，稱為地球定向參數(shù)EOP。定向隨時間演變滿足地殼無整體約束條件。

通俗化定義：原點位于地球質(zhì)心，Z軸與X軸定向某一歷元EOP參數(shù)擬定，Y軸與X、Z軸正交，構成空間右手坐標系。第16頁第16頁2坐標參考框架1）參心坐標參考框架

老式測量坐標框架是由天文大地網(wǎng)來實現(xiàn)，普通定義在參心坐標系中，是一個區(qū)域、二維、靜態(tài)地球參考框架。20世紀50-80年代，我國建立了：1954北京參心坐標參考框架；1980西安參心坐標參考框架。2）地心坐標參考框架

地心坐標框架是由利用空間大地測量技術構成全球觀測網(wǎng)點，是全球性、三維動態(tài)坐標框架。

（1)國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)

與ITRF國際地球自轉(zhuǎn)服務IERS(InternationalEarthRotationService)1988年:IUGG+IAU→IERS（IBH+IPMS）。IERS任務主要有下列幾種方面：維持國際天球參考系統(tǒng)(ICRS)和框架(ICRF)；維持國際地球參考系統(tǒng)(ITRS)和框架(ITRF)；提供及時準確地球自轉(zhuǎn)參數(shù)(EOP)。第17頁第17頁ITRF是ITRS詳細實現(xiàn),是由IERS中心局IERSCB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空間大地測量技術觀測數(shù)據(jù)分析得到一組全球站坐標和速度。自1988年起，IERS已經(jīng)公布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF、ITRF等全球參考框架。ITRF是通過框架定向、原點、尺度和框架時間演變基準明擬定義來實現(xiàn)。當前ITRF是全球公認應用最廣泛、精度最高地心坐標框架。1324第18頁第18頁（2)WGS-84世界大地坐標系WGS-84坐標系統(tǒng)全稱是WorldGeodicalSystem-84（世界大地坐標系-84），它是一個地心地固坐標系統(tǒng)。WGS-84坐標系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當初GPS所采用坐標系統(tǒng)―WGS-72坐標系統(tǒng)而成為GPS所使用坐標系統(tǒng)。1996年，WGS-84坐標框架再次進行更新,參考歷元為1997.0。WGS-84最近更新時間是1月，更新后WGS-84(G1150)站坐標與ITRF框架站坐標差別為幾種厘米，參考歷元為.0.。（3）CGCS坐標系國務院同意自7月1日啟用我國地心坐標系—國家大地坐標系，英文名稱為ChinaGeodeticCoordinateSystem，英文縮寫為CGCS。用8—時間，完畢現(xiàn)行國家大地坐標系向國家大地坐標系過渡和轉(zhuǎn)換。第19頁第19頁我國于完畢“國家GPS控制網(wǎng)”計算。該網(wǎng)包括:國家測繪局布設高精度GPSA、B級網(wǎng)；總參測繪局布設GPS一、二級網(wǎng)；國家地震局、總參測繪局、中國科學院、國家測繪局共建中國地殼運動觀測網(wǎng)絡基準網(wǎng)、基本網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)。該網(wǎng)整合了上述三個大型有主要影響力GPS觀測網(wǎng)結果。國家GPS網(wǎng)共有28個連續(xù)運營參考站，2500多個GPS網(wǎng)點構成，通過聯(lián)合處理將其歸于一個坐標參考框架（ITRF97)，國家GPS網(wǎng)精度優(yōu)于10-8，可滿足當代測量技術對地心坐標需求，是我國新一代地心坐標系統(tǒng)基礎框架。①參考框架和歷元統(tǒng)一

：網(wǎng)參考框架ITRF97；參考歷元為.0。

長半軸

a=6378137.0m地球含大氣層引力常數(shù)

GM=3986004.418108m3s-2

地球動力形狀因子

J2=1.082629832258

地球自轉(zhuǎn)角速度

=7292115.010-11rads-1②參考橢球4個基本常數(shù)第20頁第20頁地殼運動觀測網(wǎng)絡基準網(wǎng)中國GPS大地網(wǎng)坐標系統(tǒng)橢球名稱年代長半軸a(m)扁率α54北京系克拉索夫斯基19406378245298.380西安系IAG-7519796378140298.257WGS-84系WGS-8419846378137298.257223563CGCS6378137298.257222101第21頁第21頁我國先后建成四個較大規(guī)模GPS大地網(wǎng)

一、二級網(wǎng)A、B級網(wǎng)形變監(jiān)測網(wǎng)地殼運動觀測網(wǎng)絡框架：ITRF96歷元：1997.0精度約為：3*10-8框架：ITRF93歷元：1996.365精度約為：10-7框架：ITRF96歷元：1996.582精度約為：10-8框架：ITRF96歷元：1998.680精度優(yōu)于2mm第22頁第22頁11.3.3高程系統(tǒng)與高程框架1高程基準

區(qū)域性高程基準能夠由驗潮站長期平均海水面來擬定，通常定義該平均海水面高程為零。平均海水面通常稱為高程基準面。在地面上預先設置一固定點（組），利用精密水準測量聯(lián)測固定點與該平均海水面高差，從而擬定該固定點（組)海拔高程。該固定點稱為水準原點。水準原點高程就是區(qū)域性水準測量起算點。國家高程基準：黃海平均海水面1987年以前,“1956年國家高程基準”.水準原點高程為72.289m。1988年1月1日起,“1985國家高程基準”,水準原點高程為72.260?！?985國家高程基準”平均海水面比“1956年國家高程基準”平均海水面高0.029m。第23頁第23頁2高程系統(tǒng)在測量中慣用高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面高程系統(tǒng)。某點大地高是該點到經(jīng)過該點參考橢球法線與參考橢球面交點間距離。大地高也稱為橢球高，大地高普通用符號H表示。同一個點，在不同基準下，含有不同大地高。正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準面高程系統(tǒng)。某點正高是該點鉛垂線與大地水準面交點之間距離。從地面點A直接沿著重力線到大地水準面距離稱為正高。只有在作出地殼內(nèi)部質(zhì)量分布假設后，才干近似地求得平均重力值，因此難以取得精確正高值。第24頁第24頁正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準高程系統(tǒng)。某點正常高是該點到通過該點鉛垂線與似大地水準面交點之間距離。國家高程系統(tǒng):正常高高程系統(tǒng)。

3高程框架由國家一等水準網(wǎng)和一等水準復測高精度水準控制網(wǎng)來實現(xiàn)，以青島水準原點為起算基準，以正常高系統(tǒng)為高差傳遞方式。另外一個形式是通過大地水準面精髓來實現(xiàn)。若用點A平均正常重力來代替難以準確求得平均重力值，則可得到正常高高程。若從地面點A在AA″上取AAˊ=H正常，AˊA″為高程異常ζA，于是將大地高分成正常高和高程異常兩部分，即有假如將各地面點Ai都這樣向下取其正常高程而得Aiˊ，這些點所共同形成曲面稱為似大地水準面。正高與正常高差別不大。據(jù)估算，在海平面上其差別為零，在平原地域相差僅幾厘米，在山區(qū)也許相差數(shù)米。因此，似大地水準面與大地水準面還是比較靠近。正常高高程系統(tǒng)避開了正高測定需要知道地面點到大地水準面之間平均重力值缺點。第25頁第25頁11.3.4重力參考系統(tǒng)與重力測量框架1重力基準和參考系統(tǒng)重力基準是標定一個國家或地域重力值原則。20世紀70年代以前我國采用波茨坦重力基準，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。80年我國重力基準采用經(jīng)國際比正確高精度相對重力儀自行測定，參考系統(tǒng)是IAG-75橢球常數(shù)。21世紀初，我國采用高精度絕對和相對重力儀測定我國新重力基準，當前重力基準參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數(shù)。2重力測量參考框架由分布在我國各地若干絕對重力點和相對重力點構成重力網(wǎng)，以及用做相對重力尺度原則若干重力長短基線構成。3重力測量參考框架現(xiàn)實狀況名稱：國家重力基本網(wǎng)（簡稱網(wǎng)）。建成年代：1999年至網(wǎng)構成：包括21個重力基準點和126個重力基本點和基本點引點112個，長基線網(wǎng)1個，重力儀格值標定場8處。作用：擬定我國重力加速度數(shù)值參考框架，新重力測量基準。第26頁第26頁11.3.5慣用數(shù)學模型和物理模型1大地水準面大地水準面是由靜止海水面向大陸延伸所形成不規(guī)則封閉曲面。它是重力等位面，即物體沿該面運動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動）。大地水準面是描述地球形狀一個主要物理參考面，也是海拔高程系統(tǒng)起算面。大地水準面確實定是通過擬定它與參考橢球面間距—大地水準面差距（對于似大地水準面而言，則稱為高程異常）來實現(xiàn)。大地水準面所包圍形體成為大地體。大地體與真實地球在大小、形狀方面十分靠近，大地水準面能夠當作地球形狀一個近似表述。適宜作為地面點高程起算面。第27頁第27頁2參考橢球面在測量中，在各個國家和地域，采取各自區(qū)域性大地水準面，最正確擬合于某一區(qū)域性大地水準面旋轉(zhuǎn)橢球面，普通稱為參考橢球面。國家參考橢球面作為以往國家大地測量計算基準面，其橢球幾何元素選定和定向確實定是和國家二維大地坐標系建立有著密切關系，由此確定參考橢球面只適合用于所在地域。我國現(xiàn)行四種國家大地坐標系并對映著不同參考橢球面：1）1954年北京坐標系2）1980年西安坐標系3）新1954年大地坐標系4）國家大地坐標系（CGCS）第28頁第28頁國家注冊測繪師考試輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第29頁第29頁11.4.1測量慣用坐標系1測量慣用坐標系分類1）按坐標原點不同分類：地心坐標系統(tǒng)（空間直角坐標系、大地坐標系）參心坐標系統(tǒng)（空間直角坐標系、大地坐標系）站心坐標系統(tǒng)（站心直角坐標系、站心極坐標系）平面坐標系統(tǒng)（高斯平面坐標系、施工平面坐標系）2）按坐標維數(shù)不同分類：二維坐標：54北京坐標系80西安大地坐標系城市獨立坐標系施工平面坐標系三維坐標：地心坐標（ITRF、CGCS)站心坐標第30頁第30頁1）空間直角坐標系2測量慣用坐標系以地心或參考橢球中心為直角坐標系原點，橢球旋轉(zhuǎn)軸為Z軸，X軸位于起始子午面與赤道交線上，赤道面上與X軸正交方向為Y軸，指向符合右于規(guī)則，便構成了直接坐標系。在測量應用中，常將空間直角坐標系原點選在地球參考橢球中心，Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸平行并指向參考橢球北極，X軸指向參考橢球本初（起始）子午線，Y軸與X軸和Z軸相互垂直。點在此坐標系下點位置由該點在各個坐標軸上投影x、y、z坐標所定義。當原點位于地球質(zhì)心時，這樣定義坐標系又稱為地心系。不然，則稱為參心系。第31頁第31頁2）空間大地坐標系

采用大地經(jīng)度（L）、大地緯度（B）和大地高（H）來描述空間位置。緯度是空間點與參考橢球面法線與赤道面夾角，經(jīng)度是空間中點與參考橢球自轉(zhuǎn)軸所在面與參考橢球起始子午面夾角，大地高是空間點沿參考橢球法線方向到參考橢球面距離。大地坐標系以參考橢球面為基準面，用大地經(jīng)度L、緯度B和大地高H表示地面點位置。大地坐標系是參心坐標系，其坐標系統(tǒng)原點位于參考橢球中心。地心坐標系也是以參考橢球為基準面，地心坐標與上述大地坐標不同之處是，地面點A緯度是以Aˊ向徑AˊO與大地赤道面交角Bˊ表示。Bˊ叫地心緯度，地心經(jīng)度與大地經(jīng)度是一致。第32頁第32頁3）站心坐標系在描述兩點間關系時，為以便直觀，普通采用站心坐標系。以測站為原點，測站上法線(垂線)為Z軸方向坐標系就稱為法線(或垂線)站心坐標系。第33頁第33頁4）高斯平面直角坐標系地圖投影：通常都要將橢球面諸元素（包括坐標、方向和長度）按一定數(shù)學法則歸算（投影）到某個平面，這就是地圖投影。由橢球面元素投影成平面元素必定會產(chǎn)生投影變形。投影變形包括長度變形、角度變形和面積變形，選取某種適當投影方程，可使其中一個變形減小或消失，然而絕不存在使用三種變形同時消失投影方式，這是由橢球面不可展性決定。按投影變形性質(zhì)分類，可分為：等面積投影、等角投影、等距離投影；按所采用投影面和投影方式分類，可分為：方位投影、正軸或斜、橫軸圓柱投影、圓錐投影。平面直角坐標系是利用投影變換，將空間坐標（空間直角坐標或空間大地坐標）通過某種數(shù)學變換映射到平面上，這種變換又稱為投影變換。投影變換辦法有諸多，如UTM投影、Lambert投影等，在我國采用是高斯-克呂格投影，也稱為高斯投影。

第34頁第34頁高斯投影描述想象有一個橢圓柱面橫套在地球橢球體外面，并與某一條子午線(此子午線稱為中央子午線或軸子午線)相切，橢圓柱中心軸通過橢球體中心，然后用一定投影辦法，將中央子午線兩側(cè)各一定經(jīng)差范圍內(nèi)地域投影到橢圓柱面上，再將此柱面展開即成為投影面。高斯投影必須滿足下列下列條件(1)中央子午線投影后為直線,且為投影點對稱軸；(2)中央子午線投影后長度不變；(3)投影含有正形性質(zhì)(長度比與方位角無關)。采用橫切圓柱投影——高斯–克呂格投影辦法來建立平面直角坐標系統(tǒng)，稱為高斯–克呂格直角坐標系，簡稱為高斯直角坐標系。高斯平面直角坐標系：

原點：中央子午線和赤道交點；X軸：中央子午線投影；Y軸：赤道投影。第35頁第35頁6°帶:

自0°子午線起每隔經(jīng)差6°自西向東分帶，依次編號1，2，3，…60。我國6°帶中央子午線經(jīng)度，由73°起每隔6°而至135°，共計11帶，帶號用n表示，中央子午線經(jīng)度用Ｌ０表示。帶號及中央子午線經(jīng)度關系：Ｌ０＝６ｎ－３3°帶:自東經(jīng)1.5°子午線起，每隔3°設置一個投影帶，依次編號為1，2，3，…，120帶；中央子午線經(jīng)度依次為3°,6°,9°,…,360°。帶號及中央子午線經(jīng)度關系：

n=L/3(四舍五入)Ｌ０＝3ｎ我國要求按經(jīng)差6°和3°進行投影分帶

１.5°帶或任意帶:工程測量控制網(wǎng)也可采用１.5°帶或任意帶，但為了測量結果通用，需同國家6°或3°帶相聯(lián)系。第36頁第36頁國家統(tǒng)一坐標在我國x坐標都是正，y坐標最大值(在赤道上)約為330km。為了避免出現(xiàn)負橫坐標，要求在橫坐標上加上500000m。另外還應在坐標前面再冠以帶號。這種坐標稱為國家統(tǒng)一坐標。比如：Y=19123456.789m。該點位于19帶內(nèi)，橫坐標真值：首先去掉帶號，再減去500000m，最后得y=-376543.211(m)。5）都市獨立坐標系建立原則要求邊長投影變形滿足：高程歸化更正－將地面上觀測長度元素歸算到參考橢球面上而產(chǎn)生更正。高斯投影更正－將參考橢球面上長度經(jīng)高斯投影歸算到高斯平面上而產(chǎn)生更正。第37頁第37頁3）同時改變和：擬定高程抵償面高程與中央子午線。1）改變：任意帶坐標系，擬定中央子午線位置2）改變：抵償坐標系，擬定高程抵償面高程。減小投影變形辦法擬定平面坐標系三大要素投影面（邊長歸算高程基準面）高程中央子午線經(jīng)度或其所在位置起始點坐標、起始方位角、起始邊長確定坐標系標準a)按面積大小來確定是否采取高斯平面坐標系；b)按長度變形值來決定是否采取國家3度帶高斯平面直角坐標系；c)盡也許采取與國家點坐標差異較小坐標值。假如不考慮邊長歸化更正，僅考慮邊長投影更正，城市控制網(wǎng)要求長度變形小于1/40000，相稱于離中央子午線小于45km。不然，就不能采取3°帶坐標。總變形：為了使地方獨立坐標系中點位坐標與國家坐標相靠近，能夠把該控制網(wǎng)起始點和起始方位角分別取3o帶中國家坐標及其坐標方位角。第38頁第38頁11.4.2坐標系換算1二維坐標變換1）二維平面直角坐標變換平面坐標系統(tǒng)間互相轉(zhuǎn)換事實上是一個二維轉(zhuǎn)換。普通而言，兩平面坐標系統(tǒng)間包括四個原始轉(zhuǎn)換因子，即兩個平移因子、一個旋轉(zhuǎn)因子和一個尺度因子。①先旋轉(zhuǎn)、再平移、最后統(tǒng)一尺度②先平移、再旋轉(zhuǎn)、最后變換尺度③先旋轉(zhuǎn)、再統(tǒng)一尺度、最后平移第39頁第39頁

2）大地坐標（B，L）計算高斯平面直角坐標（x，y）（高斯投影正算）

3）高斯平面直角坐標（x，y）計算大地坐標（B，L）（高斯投影反算）第40頁第40頁1）三維空間直角坐標相互轉(zhuǎn)換（Bursa-Woif轉(zhuǎn)換模型（B模型））不同坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換本質(zhì)上是不同基準間轉(zhuǎn)換，不同基準間轉(zhuǎn)換方法有很多，其中，最為慣用有布爾沙模型，又稱為七參數(shù)轉(zhuǎn)換法(3個平移參數(shù)、3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和1個尺度參數(shù))。2三維坐標互相轉(zhuǎn)換設任意點在01和02為原點兩坐標系中坐標分別為X1i，Y1i，Z1i和X2i，Y2i，Z2i，它們原點O1和O2并不一致，坐標軸互不平行，長度原則（尺度）也有差別.則布爾沙模型為第41頁第41頁2）空間大地坐標與空間直角坐標相互轉(zhuǎn)換

(BLHXYZ)

莫洛金斯基轉(zhuǎn)換模型（M模型）以PK為坐標原點原坐標系設為PK-XK′YK′ZK′，對其先進行旋轉(zhuǎn)和尺度變換，使其坐標軸指向及尺度與新坐標系O-XYZ相一致，再將坐標原點平移到原坐標系參心，所得坐標系設為Oˊ-XˊYˊZˊ，然后對其作坐標平移，從而轉(zhuǎn)換到新坐標系，此即是莫洛金斯基坐標轉(zhuǎn)換模型。理論上講，B模型和M模型轉(zhuǎn)換結果是等價，但在應用中有差別，B模型在全球和較大范圍基準轉(zhuǎn)換時較為慣用，在局部網(wǎng)轉(zhuǎn)換中采用M模型比較有利。第42頁第42頁3）ITRF參考框架及其互相轉(zhuǎn)換

自1988年起，IERS已經(jīng)公布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF、ITRF等全球坐標參考框架。一個地球參考框架定義，是通過對框架定向、原點、尺度和框架時間演變基準明擬定義來實現(xiàn)。

(XYZBLH)第43頁第43頁3GPS控制網(wǎng)轉(zhuǎn)換因為基線向量是WGS84坐標系中三維坐標差，須將GPS網(wǎng)結果納入到國家大地坐標系或地方獨立坐標系，這就需要進行兩類不同坐標系之間坐標轉(zhuǎn)換。1）關于GPS網(wǎng)和地面網(wǎng)之間坐標轉(zhuǎn)換模型兩個空間直角坐標系之間坐標轉(zhuǎn)換可采取含有7個轉(zhuǎn)換參數(shù)布爾莎、莫洛金斯基等模型，這僅適合用于比如兩個GPS網(wǎng)之間轉(zhuǎn)換。而向地面網(wǎng)轉(zhuǎn)換，我們國內(nèi)普通使用范士模型來進行轉(zhuǎn)換。如：TGPPS及POWERADJ軟件。2）按附合網(wǎng)還是按獨立網(wǎng)進行平差定位采取GPS技術來改進原有地面控制網(wǎng)，怎樣合理對待、處理地面網(wǎng)已知數(shù)據(jù)須依據(jù)網(wǎng)用途、地面網(wǎng)實際精度作認真細致分析、比較而定。GPS網(wǎng)無約束平差；GPS網(wǎng)附合網(wǎng)平差。3）從投影變換方面保持與高斯平面上邊長尺度一致性采取與地面網(wǎng)邊長歸算高程基準面（常稱為投影面）較為吻合橢球面；采取與地面網(wǎng)中央子午線在位置或經(jīng)度上相同經(jīng)線作為GPS網(wǎng)點進行高斯投影變換中央子午線。為使GPS網(wǎng)與原有地面網(wǎng)在高斯投影邊長更正上取得一致，應采取原有中央子午線。若原為3o帶中央子午線，應仍按其經(jīng)度選取中央子午線。若為任意帶，而并未提供中央子午線經(jīng)度，僅知中央子午線經(jīng)過某點，則取該點經(jīng)度為中央子午線經(jīng)度，從而使兩網(wǎng)所對應中央子午線位置相同。第44頁第44頁國家注冊測繪師考試培訓輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第45頁第45頁11.5.1國家平面大地控制網(wǎng)建立1國家平面大地控制網(wǎng)建立辦法1）常規(guī)大地測量法(1)三角測量法長處:圖形簡樸，結構強，幾何條件多，便于檢核，網(wǎng)精度較高。缺點：易受障礙物影響，布設困難，增長了建標費用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠邊長精度越低。

(2)導線測量法長處：布設靈活，容易克服地形障礙；導線測量只要求相鄰兩點通視，故可減少覘標高度，造標費用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量，邊長精度均勻。缺點：導線結構簡樸，沒有三角網(wǎng)那樣多檢核條件，不易發(fā)覺粗差，可靠性不高。第46頁第46頁(3)三邊測量及邊角同測法

邊角全測網(wǎng)精度最高，相應工作量也較大。在建立高精度專用控制網(wǎng)(如精密形變監(jiān)測網(wǎng))或不能選擇良好布設圖形地域可采用此法而取得較高精度。

2）天文測量法天文測量法是在地面點上架設儀器，通過觀測天體(主要是恒星)并統(tǒng)計觀測瞬間時刻，來擬定地面點地理位置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點至另一點天文方位角。長處：各點彼此獨立觀測，也勿需點間通視，測量誤差不會積累。缺點：精度不高，受天氣影響大。用途：在每隔一定距離三角點上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角影響。3）當代大地測量新技術主要是GPS測量：全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)可為各位用戶提供精密三維坐標、三維速度和時間信息。GNSS:GPS,GLONASS,Galelio,Compass。第47頁第47頁2國家平面控制網(wǎng)布設原則從高到低、逐層控制：國家三角網(wǎng)分為一、二、三、四等，GPS網(wǎng)分為A、B、C、D、E五級。大地控制網(wǎng)要有足夠精度：如各級GPS網(wǎng)相鄰點間基線長度精度用下式表示,是擬定同時環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復基線差、基線向量殘差等限差依據(jù)。（GPS測量規(guī)范限差是與儀器標稱精度相關聯(lián)）大地控制網(wǎng)要有足夠密度：國家控制網(wǎng)是測圖基本控制，其密度要滿足測圖要求?？刂泣c密度是指每幅圖中包含有多少控制點，不同百分比尺有不同要求。大地控制網(wǎng)要有統(tǒng)一規(guī)格和要求：國家三角測量規(guī)范GB/T17942-；全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范GB/T18314-。國家測量規(guī)范要求了：詳細布網(wǎng)方案、作業(yè)辦法、使用儀器、各種精度指標等內(nèi)容。第48頁第48頁各等級三角測量精度對于GPS網(wǎng)，重點掌握：(1)兩個最主要等級：B，C。(2)外業(yè)觀測最主要指標：觀測時段個數(shù)，觀測時段長度，重復設站數(shù)。(3)網(wǎng)形特性：同時基線條數(shù)計算，獨立基線選擇與條數(shù)計算。(4)最主要數(shù)據(jù)處理質(zhì)量指標：同時環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、重復基線差、基線向量殘差。第49頁第49頁4GPS測量結果檢查

1）復測基線長度較差2）同時環(huán)閉合差3）異步環(huán)閉合差4）基線向量殘差其中：n為獨立環(huán)邊數(shù)3國家平面大地控制網(wǎng)布設技術設計：搜集資料，實地踏勘，圖上設計，編寫技術設計書實地選點：選點圖，點之記，選點工作技術總結標石埋設外業(yè)測量平差計算第50頁第50頁5國家平面大地控制網(wǎng)國家技術規(guī)范國家三角測量規(guī)范GB/T17942-全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范GB/T18314-測繪技術總結編寫要求CH1001-測繪產(chǎn)品檢查驗收要求CH1002-1995測繪產(chǎn)品質(zhì)量評估原則CH1003-1995測繪技術設計要求CH/T1004-11.5.2國家高程控制網(wǎng)建立1國家高程（框架)控制網(wǎng)目的和任務1）建立統(tǒng)一高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項建設提供必要高程控制基礎；2）為地殼垂直運動、平均海面傾斜及其改變和大地水準面形狀等地球科學研究提供準確高程數(shù)據(jù)。2國家高程（框架)控制網(wǎng)布設原則從高到低、逐層控制：一等水準測量是國家高程控制網(wǎng)骨干，同時也為相關地球科學研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準測量是國家高程控制網(wǎng)全面基礎；三、四等水準測量是直接為地形測圖和其它工程建設提供高程控制點。第51頁第51頁水準標石類型

間距（km）

布設詳細要求普通地域經(jīng)濟發(fā)達地域荒漠地域基巖水準標石500

只設于一等水準路線上，大都市和斷裂帶附近應增設，基巖較深地域可適當放寬，每省（市、自治區(qū)）至少兩座。基本水準標石4020-3060設于一二等水準路線上及交叉處，大、中城市兩側(cè)及縣城附近。盡也許設置在堅固巖層上。普通水準標石4-82-410設于各等級水準路線上，以及山區(qū)水準路線高程變換點附近，長度超出300米遂道，跨河水準測量兩岸標尺附近。水準點滿足一定密度水準測量等級一等(mm)二等(mm)三等(mm)四等(mm)MΔ限值≤±0.45≤±1.0≤±3.0≤±5.0MW限值≤±1.0≤±2.0≤±6.0≤±10.0一等水準網(wǎng)應定期復測水準測量達到足夠精度：各等級水準測量精度，用每公里高差中數(shù)偶然中誤差和每公里高差中數(shù)全中誤差來表示。第52頁第52頁3國家高程（框架）控制網(wǎng)布設方案我國水準測量分為四等，各等級水準測量路線必須自行閉合或閉合于高等級水準路線上，與其構成環(huán)形或附合路線，以便控制水準測量系統(tǒng)誤差積累和在高等級水準環(huán)中布設低等級水準路線。一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地域為1000～1500km，普通山區(qū)為km左右。二等閉合環(huán)線周長，在平原地域為500～750km,山區(qū)普通不超出1000km。三、四等水準用于加密，依據(jù)高等級水準環(huán)大小和實際需要布設，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結點間路線長度，三等水準分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。4國家高程控制網(wǎng)技術規(guī)范國家一、二等水準測量規(guī)范GB12897-國家三、四等水準測量規(guī)范GB12897-第53頁第53頁5水準測量高差多值性不論是大地測量還是工程測量，水準測量仍是當前測定高差主要方法，A、B兩點之間高差通常了解為分別過A及B兩水準面之間垂直距離。因為水準面之間不平行性，由A點沿不同水準路線測定A、B兩點之間高差亦將是各不相同。假如將A、B兩點之間兩條不同水準路線組成一個閉合環(huán)，即使不考慮水準測量所含有誤差，閉合環(huán)閉合差△亦并不為零，即有這種因為水準面不平行性所產(chǎn)生閉合差可稱為理論閉合差。第54頁第54頁6都市和工程精密水準網(wǎng)布設為了統(tǒng)一水準測量規(guī)格，考慮到都市和工程建設特點，在工程測量及都市測量規(guī)范中將水準測量依次分為二、三、四等三個等級。各等級水準測量精度和國家水準測量相應等級精度相一致。大都市和精密工程應以二等水準網(wǎng)為首級高程控制網(wǎng)，并應布設成閉合環(huán)形，若有兩個或兩個以上國家一、二等水準點，均應包括在環(huán)線之中，就可對其間高差正確性作有效檢查，以決定是否都取作為起始點高程。國家水準點復測周期較長，此期間由于地殼運動或種種人為原因，也許使地表面高程已發(fā)生變動，因此即使是對國家水準點高程，也不應當就深信不疑。最好僅取一個長期穩(wěn)定已有水準點作為高程起始點。水準加密網(wǎng)可布設成附合路線和結點圖形，但應注意檢查作為起始點已有水準點是否是同期聯(lián)測得出，以及施測年代、以往使用情況等。與地面點平面坐標相比較，高程更不也許長期保持不變，尤其是對一些地面沉降較大地域。第55頁第55頁為城市和工程建設布設水準網(wǎng)，既要滿足各種大百分比尺（1：5000～1：500）測圖需要，還要滿足各種工程建設施工放樣和監(jiān)測工程建筑物垂直變形特殊需要，如大壩和大型建筑物沉陷等。水準路線設計注意幾個問題：（1）水準路線應盡也許沿坡度較小道路布設，以減弱前后視垂直折光誤差影響，盡也許避免跨河流、湖泊、沼澤等地物；（2）布設首級高程控制網(wǎng)時，應考慮到高程控制網(wǎng)深入加密；（3）水準網(wǎng)應盡也許布設成環(huán)形網(wǎng)或結點網(wǎng)，在個別情況下，亦可布設成附合路線，水準點間距離普通地域為2～4km，城市建筑區(qū)為1～2km，工業(yè)區(qū)為1km；（4）與國家水準點進行聯(lián)測，以求得高程系統(tǒng)統(tǒng)一；（5）注意測區(qū)內(nèi)已經(jīng)有測量結果利用；（6）選擇一部分水準點能滿足GPS測量點位條件。第56頁第56頁7精密水準測量精度要求、觀測值更正與解算1）精密水準測量精度鑒定與水準路線限差要求在短距離內(nèi)往返高差不符值中，主要反應了偶然誤差影響，即使也不排除有系統(tǒng)誤差，但是由于距離較短，其影響畢竟微弱，難以得到反應，因而采用測段往返測高差不符值△來預計偶然中誤差，比較合理。而在長線路中，對觀測值構成影響，除了偶然誤差外，尚有系統(tǒng)誤差；并且這種系統(tǒng)性誤差，在很長路線上，也會表現(xiàn)其隨機性。因環(huán)線閉合差含有真誤差屬性，于是可利用環(huán)線閉合差來估算含有偶然誤差和系統(tǒng)誤差在內(nèi)所謂全中誤差。這正是現(xiàn)行精度評估公式出發(fā)點。單位權中誤差為：鑒于各測段往返測高差不符值是由于偶然中誤差所造成，上式即每千米單程高差偶然中誤差計算公式。而往返測高差平均值每千米偶然中誤差顯然就為第57頁第57頁全中誤差為：

式中，Wi為水準環(huán)高差閉合差，取mm為單位；Fi是環(huán)周長，取km為單位；N是水準環(huán)個數(shù)。對于二等水準測量，M△≤±1.0mm，Mw≤±2.0mm。據(jù)此擬定了各種水準路線限差：長度為R(km)測段往返測高差不符值：；長度為L(km)附合路線閉合差：；長度為F(km)環(huán)線閉合差：；長度為R(km)已測測段所檢測高差之差：第58頁第58頁2）觀測值更正（1）水準標尺每米長度誤差更正水準標尺每米長度誤差對高差影響是系統(tǒng)性質(zhì)。通常取一對水準標尺每米真長平均值作為這對水準標尺平均每米真長，將它減去名義長度1m后所得差值，即為它每米長度平均誤差?。依據(jù)國家水準測量規(guī)范要求，當一對水準標尺?不小于±0.1mm時，就不能作業(yè)；當不小于±0.02mm時就須對觀測高差施加每米真長更正。（2）正常水準面不平行更正一測段高差更正數(shù)：ε=-（γi+1-γi）Hm/γmφγm：兩水準點正常重力平均值=（γi+1+γi）/2-0.1543Hm

γi+1、γi：分別為i點、i+1點在橢球面上正常重力值Hm：兩點概略高程平均值

γi=978030(1+0.005302sin2φ-0.000007sin32φ)φ：水準點緯度3）水準路線閉合差更正4）水準網(wǎng)平差解算第59頁第59頁11.5.3重力控制網(wǎng)建立重力控制網(wǎng)采取逐層控制方法建立：首先在全國范圍內(nèi)建立各級重力控制網(wǎng)，然后在此基礎上依據(jù)各種不同目標和用途再進行加密重力測量。國家重力控制測量分為三級：國家重力基本網(wǎng)，國家一等重力網(wǎng)，國家二等重力點。另外還有國家級重力儀標定基線。11.5.4精密角度測量1精密角度測量儀器概述

我國大地經(jīng)緯儀系列原則：五個等級：DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，DJ15。D：表示“大地測量”，J：表示“經(jīng)緯儀”，下標數(shù)字：表示一測回水平方向中誤差。2精密測角誤差起源及影響外界條件影響：大氣層密度改變對目的成像穩(wěn)定性影響（早晨太陽升起時，目的成像也僅有輕微波動；日出以后，有一段時間，大約1～3h，成像較穩(wěn)定；12-15h，成像波動較大；日落前有一段成像穩(wěn)定而有助于觀測時間）；水平折光影響；照準目的相位差；溫度改變對視準軸影響；外界條件對覘標內(nèi)架（或三角架）穩(wěn)定性影響。第60頁第60頁2電磁波測距基本原理

電磁波測距基本公式相位式測距原理1電磁波測距儀分類和分級測距原理：相位式測距儀（固定頻率、可變頻率）、脈沖式測距儀測程：長(十10km以上)、中(數(shù)公里至10km)、短(3km)載波源：紅外、激光、微波載波數(shù)：單頻、雙頻反射目的：合作目的、漫反射目的精度：高精度、普通精度、低精度11.5.5精密電磁波測距第61頁第61頁3距離觀測值更正1）氣象更正ΔDn

2）儀器加常數(shù)更正

3）乘常數(shù)更正

4）周期誤差更正

5）距離歸算（距離歸算面）

6）投影更正（高斯投影面）測距精度表示式m=a+b×D

4測距誤差起源和精度表示式第62頁第62頁11.5.6精密水準測量

1精密水準測量作業(yè)普通要求(1)儀器距前、后視水準標尺距離應盡也許相等，其差應小于要求限值：二等水準測量中要求，一測站前、后視距差應小于1.0m，前、后視距累積差應小于3m。(2)在兩相鄰測站上，應按奇、偶數(shù)測站觀測程序進行觀測。對于往測奇數(shù)測站按“后前前后”，偶數(shù)測站按“前后后前”觀測程序在相鄰測站上交替進行。返測時，奇數(shù)測站與偶數(shù)測站觀測程序與往測時相反，即奇數(shù)測站由前視開始，偶數(shù)測站由后視開始。(3)每一測段往測與返測，其測站數(shù)均應為偶數(shù)，由往測轉(zhuǎn)向返測時，兩水準標尺應互換位置，并應重新整置儀器。每一測段水準測量路線應進行往測和返測。(4)一個測段水準測量路線往測和返測應在不同氣象條件下進行，如分別在早晨和下午觀測。第63頁第63頁3水準測量概算概算主要內(nèi)容：觀測高差各項更正數(shù)計算和水準點概略高程表編算等。（1）水準標尺每米長度誤差更正數(shù)計算；（2）水準高差溫度更正；（3）正常水準面不平行更正數(shù)計算；（4）重力異常更正；（5）水準路線閉合差更正計算；（6）水準測量外業(yè)高差與概略高程表編制。2水準測量儀器概述

我國水準測量儀系列原則：五個等級：DS05，DS1，DS3，DS10，DS20；D：表示“大地測量”；J：表示“水準儀”；下標數(shù)字：表示每公里往返高差中數(shù)偶然中誤差。第64頁第64頁國家注冊測繪師考試培訓輔導--大地測量11.1《注冊測繪師資格考試大綱》11.2緒論11.3大地測量系統(tǒng)與參考框架11.4測量坐標系11.5大地測量基本技術與辦法11.6GPS測量與數(shù)據(jù)處理11.7當代測繪基準建立11.8《大地測量學基礎》復習第65頁第65頁空間部分地面監(jiān)控部分用戶部分GPS11.6.1GPS測量原理回顧1GPS系統(tǒng)及其構成擁有者：美國系統(tǒng)構成：空間部分、地面控制部分、用戶部分作用：定位、測速、授時信號：載波、測距碼、導航電文2GPS定位原理

距離交會第66頁第66頁3GPS觀測值碼偽距載波相位多普勒4GPS誤差源與衛(wèi)星相關：衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、相對論效應、SA。與傳播路徑相關：大氣折射（電離層折射、對流層折射）、多路徑效應、其它電磁波干擾。與接受設備相關：天線相位中心偏移及變化、接受機鐘差、接受機噪聲。其它。第67頁第67頁單差雙差三差5GPS定位原理中若干基本概念偽距測量載波相位測量整周計數(shù)、周跳、整周模糊度差分觀測值零差（非差）、單差、雙差、三差載波相位觀測值線性組合寬巷、窄巷、無電離層折射影響和無幾何關系組合6GPS定位模式依據(jù)運動狀態(tài)：動態(tài)定位、靜態(tài)定位依據(jù)時效：實時定位、事后定位依據(jù)定位模式：絕對定位、相對定位、差分定位第68頁第68頁7導航定位辦法及精度8GPS特點作業(yè)范圍：全球地面覆蓋，不必通視作業(yè)時間：實時，全天候結果精度：精度高勞動強度：自動化程度高三維坐標：真三維坐標第69頁第69頁11.6.2GPS測量技術設計GPS測量中幾種基本概念1觀測時段和時段長度觀測時段:從測站上開始接受衛(wèi)星信號起至停止接受衛(wèi)星信號間連續(xù)工作時間段,是GPS測量基本單位。時段長度：觀測時段所連續(xù)時間。2同時觀測、基線向量和GPS基線向量網(wǎng)同時觀測：兩臺或兩臺以上GPS接受機對同一組衛(wèi)星信號進行觀測?；€向量：利用進行同時觀測接受機所采集觀測數(shù)據(jù)計算出接受機間三維坐標差。與計算時所采用衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個系統(tǒng)。GPS基線向量網(wǎng)：采用GPS技術布設測量控制網(wǎng)，由GPS點和基線向量所構成。3同時觀測基線

利用同一時段多個同時觀測站所采集觀測數(shù)據(jù)所計算出若干基線向量。第70頁第70頁n=3n=2n=4n=5一個時段中，同時觀測基線數(shù)量：若在某時段共有n臺接受機進行了同時觀測，則共可得到n(n-1)/2條同時觀測基線。4閉合環(huán)和環(huán)閉合差閉合環(huán)：由多條基線向量首尾相連所構成圖形。n=5由5條基線向量所構成閉合環(huán)5獨立基線向量定義：線性無關一組基線向量。滿足下面條件之一為獨立基線向量：未構成同時閉合環(huán)一組基線向量（比如：一條基線向量，未構成閉合環(huán)一組同時觀測基線）。雖構成了閉合環(huán)，但并非所有基線都來自同一觀測時段。提醒：完全由同時觀測基線所構成閉合環(huán)之間是線性相關，是一組非獨立基線向量。GPS網(wǎng)應由互相獨立基線向量構成。第71頁第71頁分量閉合差環(huán)閉合差全長閉合差6閉合環(huán)和環(huán)閉合差環(huán)閉合差：構成閉合環(huán)基線向量按同一方向（順時針或逆時針）矢量和。分量閉合差：構成閉合環(huán)基線向量按同一方向（順時針或逆時針）矢量各個分量和。全長閉合差：分量閉合差平方和開方。7同時觀測環(huán)（同時環(huán)）和同時環(huán)檢查同時觀測環(huán)（同時環(huán)）：三臺或三臺以上GPS接受機進行同時觀測所取得基線向量（完全由同一觀測時段基線向量）所構成閉合環(huán)。第一時段第一時段第一時段第一時段第一時段第二時段同時環(huán)與非同時環(huán)第72頁第72頁8同時觀測環(huán)（同時環(huán)）和同時環(huán)檢查同時環(huán)檢查定義：檢查同時環(huán)閉合差大小。特性--理論上：采用嚴密算法所得到同時環(huán)，無論觀測值中是否含有誤差，其環(huán)閉合差必為零。（構成同時環(huán)基線向量之間是線性相關）。實踐中：假如算法不嚴密（當前大多數(shù)商用軟件均屬于此種情況），其環(huán)閉合差通常不為零，但通常很小。結論：同時環(huán)閉合差很小，還不能闡明基線解算結果一定能夠滿足精度要求。9獨立觀測環(huán)（異步環(huán)）和獨立觀測環(huán)檢查獨立觀測環(huán)（異步環(huán)）定義：由互相函數(shù)獨立（線性無關）基線向量所構成閉合環(huán)。（就是前面非同時環(huán)）第一時段第一時段第一時段第一時段第一時段第二時段獨立環(huán)與非獨立環(huán)第73頁第73頁10獨立基線向量同時觀測基線向量最大線性無關組及選取方式獨立觀測環(huán)（異步環(huán)）和獨立觀測環(huán)檢查獨立觀測環(huán)檢驗定義：檢驗獨立觀測環(huán)閉合差大小。特性：與同時環(huán)閉合差不同，即使采取嚴密算法，而且計算過程中未發(fā)生錯誤，獨立觀測環(huán)閉合差通常也不為零，也不一定是個微小量。結論：獨立觀測環(huán)閉合差大小，可作為評定基線解算結果質(zhì)量有力指標。第74頁第74頁原則差，單位mm固定誤差，單位mm百分比誤差，單位ppm相鄰點間距離，單位mmGPS網(wǎng)精度和密度設計各級GPS測量精度指標：相鄰點間基線長度原則差。技術設計依據(jù)測量任務書或測量協(xié)議書內(nèi)容點位要求分布、密度、數(shù)量精度要求等級、點位誤差、相鄰點間距離誤差進度要求提交結果時間結果要求坐標參考系、是否需要高程結果、提交資料內(nèi)容第75頁第75頁GPS網(wǎng)基準設計1GPS網(wǎng)基準GPS網(wǎng)基準包括：位置基準尺度基準方位基準2GPS網(wǎng)位置基準位置基準確實定：自由網(wǎng)平差或擬穩(wěn)平差對網(wǎng)尺度無影響固定一點（最小約束平差）對網(wǎng)尺度無影響固定多點（約束平差）對網(wǎng)尺度有影響3GPS網(wǎng)尺度基準尺度基準確實定：GPS基線向量測距邊已知點間固定邊其它空間技術觀測量（VLBI、SLR等）4GPS網(wǎng)方位基準方位基準確實定：GPS基線向量起始方位其它空間技術（如VLBI）提供方位第76頁第76頁GPS網(wǎng)圖形設計1GPS網(wǎng)圖形設計內(nèi)容普通控制網(wǎng)圖形設計內(nèi)容：與精度和可靠性相關點位設計；觀測設計（觀測點、測回數(shù)等）。GPS網(wǎng)圖形設計內(nèi)容：觀測設計（同時觀測圖形、重復觀測）。注意：GPS網(wǎng)無與精度和可靠性直接相關圖形設計問題（點位觀測環(huán)境方面問題除外）。兩點主要提醒：GPS網(wǎng)圖形強度與基線向量數(shù)量和分布相關；GPS點精度和可靠性與與其相連基線向量數(shù)密切相關，相連基線向量數(shù)越多，精度和可靠性越高。GPS網(wǎng)布設時重復設站次數(shù)（觀測時段數(shù)）；GPS點重復進行設站觀測次數(shù)；復測邊（重復邊）布置。復測邊：同一基線向量不同時段觀測結果。這兩點也可看作GPS網(wǎng)測量要求。第77頁第77頁2GPS網(wǎng)基本圖形1）三角形網(wǎng)定義：以三角形作為基本圖形所構成GPS網(wǎng)。長處：幾何強度高、抗粗差能力強、可靠性高。缺點：工作量大。進一步提升圖形強度辦法：加測對角線。2）多邊形網(wǎng)定義：以多邊形（邊數(shù)≥4）作為基本圖形所構成GPS網(wǎng)。特點：效率高，工作量較小，圖形強度雖不如三角形網(wǎng)，但若對多邊形邊數(shù)加以限制，仍能確保一定強度。第78頁第78頁3）附和導線網(wǎng)定義：附和導線（或稱附和路線）作為基本圖形所構成GPS網(wǎng)。特點：效率高，工作量較小，圖形強度雖不如三角形網(wǎng)和多邊形網(wǎng)，但若對多邊形邊數(shù)加以限制，仍能確保一定強度。4）星形網(wǎng)定義：從一個已知點上分別與各待定點進行相對定位（待定點間普通無任何聯(lián)系）所構成GPS網(wǎng)。特點：抗粗差能力極差。應用：界址點、碎部點和低等級控制點（圖根dian）。工作模式：GoandStop，RTK。提升可靠性辦法：從兩個已知點（基準站）上對同一待定點（流動站）進行觀測；適當復測。第79頁第79頁3圖形設計中注意事項A、B級GPS網(wǎng)應布設成連續(xù)網(wǎng)，除邊沿點外，每點至少應與3個點相連，C、D、E級GPS網(wǎng)可布設成多邊形或附和導線。各級GPS網(wǎng)中最簡獨立閉合環(huán)或附和導線邊數(shù)滿足下表要求：A、B級GPS網(wǎng)點應與永久GPS跟蹤站聯(lián)測。聯(lián)測站數(shù)滿足下表要求：第80頁第80頁A、B級GPS網(wǎng)點應與參與過全國天文大地網(wǎng)整體平差三角點、導線點及一、二等水準點重疊。新布設GPS網(wǎng)應與附近已有國家高等級GPS點進行聯(lián)測，聯(lián)測點數(shù)不少于2個。大陸、島、礁之間A、B級GPS網(wǎng)邊長可視實際情況變通。主要島礁與大陸之間聯(lián)測點數(shù)不得少于3個。為求得GPS點在某一參考坐標系中坐標，應與該坐標系中原有控制點進行聯(lián)測，聯(lián)測點數(shù)不得少于3個。當控制網(wǎng)范圍較大時，可采用分級布設辦法，即首先布設點數(shù)較少但等級較高框架網(wǎng)，然后再布設項目所要求等級全面網(wǎng)?？蚣芫W(wǎng)全面網(wǎng)第81頁第81頁為求得GPS點正常高，應進行高程聯(lián)測，聯(lián)測應滿足下表要求4GPS網(wǎng)特性條件總基線數(shù)；獨立基線數(shù)；必要基線數(shù)；多出基線數(shù)。若某GPS網(wǎng)由n個點構成，每點設站次數(shù)為m，用N臺GPS接受機進行觀測。觀測時段數(shù)C：總基線數(shù)J總：獨立基線數(shù)J獨：必要基線數(shù)J必：多出基線數(shù)J多：第82頁第82頁5GPS網(wǎng)設計書編寫提綱概述：測區(qū)位置，項目概況技術依據(jù)：規(guī)范、原則…坐標系統(tǒng)與起算數(shù)據(jù)網(wǎng)形設計質(zhì)量檢核選點埋石外業(yè)觀測數(shù)據(jù)處理：軟件、處理辦法（包括基線解算與網(wǎng)平差）結果資料第83頁第83頁11.6.3數(shù)據(jù)采集外業(yè)觀測流程1GPS測量作業(yè)流程測繪資料搜集整理儀器檢查、檢定踏勘、選點、埋石作業(yè)隊進駐衛(wèi)星狀態(tài)預報觀測計劃制定作業(yè)調(diào)度及外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳播、轉(zhuǎn)儲、備份基線解算及質(zhì)量控制外業(yè)觀測進度和費用預算至少觀測時段數(shù)定義：依據(jù)規(guī)范要求，布設一GPS網(wǎng)，需要觀測至少時段數(shù)。特性：至少觀測時段數(shù)與網(wǎng)等級、點數(shù)量和用于觀測接收機數(shù)量相關。計算公式：至少觀測期數(shù)網(wǎng)點數(shù)參與觀測接受機數(shù)至少平均重復設站次數(shù)第84頁第84頁選點與埋石用于估算工程進度；至少觀測期數(shù)/單天觀測期數(shù)+機動天數(shù)；用于估算外業(yè)觀測作業(yè)成本；觀測天數(shù)單天成本。1圖上設計應搜集資料:既有測量控制（平面控制點、水準點、GPS點）資料，包括：點之記、網(wǎng)圖、結果表、技術總結等。地形圖、交通圖。測區(qū)總體建設規(guī)劃、近期發(fā)展規(guī)劃。圖上設計?？紤]應用、保留、交通等原因。2選點測站基本要求：對空通視條件好，15°以上不宜有成片障礙物。便于儀器安置及觀測作業(yè)。遠離也許干擾源。遠離易引起多路徑環(huán)境。地質(zhì)條件良好、點位穩(wěn)定、易于保留，盡量顧及交通等條件。充足利用符合要求既有觀測設施。盡量選擇測站小環(huán)境與周圍大環(huán)境一致地點。第85頁第85頁選點作業(yè)：實地探勘選點、標識。利用舊點時，應對其穩(wěn)定性、可靠性和完好性進行檢查。點名通常應取居民地名，C、D、E級點也可取山名、地名、單位名。少數(shù)民族地域點名采用音譯漢語名，可附原文。新舊點重疊時，通慣用原名，不然因注上原名。與水準點重疊時，應注明水準點等級和編號。所有點應在現(xiàn)場繪制點之記。A級點還應填寫地質(zhì)概要、結構背景及地形地質(zhì)略圖。點位周圍存在高于10障礙物時，應繪制點環(huán)視圖。選點工作完畢后，應繪制GPS網(wǎng)選點圖。上交資料：點之記和環(huán)視圖（黑墨水填寫）GPS網(wǎng)選點圖選點工作總結第86頁第86頁3埋石中心標志：基巖和基本標石中心標志采用銅或不銹鋼制作。普通標石中心標志可采用鐵或堅硬復合材料制作。中心用十字絲或直徑小于0.5mm中心點表示。埋石作業(yè)：上交資料：填寫了埋石情況點之記。土地占用同意文獻和測量標志委托保管書。埋石工作總結。第87頁第87頁GPS接受機選取及儀器檢查1接受機分類（1）按工作原理分：碼相關型接受機平方型接受機混合型接受機（2）按信號通道類型分：多通道接受機序貫穿道接受機多路復用通道接受機（3）依據(jù)接受信號頻率分：單頻接受機（L1）雙頻接受機（L1+L2）（4）依據(jù)接受機用途分：導航型測量型授時型2GPS接受機檢查新購買GPS接受機檢查普通性檢視、通電檢查、試測檢查舊GPS接受機檢查普通性檢視、通電檢查、試測檢查準備部分其它內(nèi)容：接受機頻標穩(wěn)定性檢查和數(shù)據(jù)質(zhì)量評價；接受機高下溫性能測試；接受機綜合性能評價。第88頁第88頁外業(yè)觀測（數(shù)據(jù)采集）1擬定作業(yè)計劃分區(qū)觀測衛(wèi)星可見性預報及觀測時段選擇選擇衛(wèi)星數(shù)較多，DOP值較小時間段調(diào)度命令2調(diào)度方案1）點連式形式：相鄰同時圖形間只通過一個公共點相連。長處：作業(yè)效率高，圖形擴展快速。缺點：圖形強度低，假如連接點發(fā)生問題，將影響到后面同時圖形。點連式第89頁第89頁2）邊連式形式：相鄰同時圖形間有一條邊（即兩個公共點）相連。長處：作業(yè)效率較高，圖形強度較強。邊連式3）網(wǎng)連式形式：相鄰同時圖形間有3個（含3個）以上公共點相連。長處：圖形強度最強。缺點：作業(yè)效率低。網(wǎng)連式1第90頁第90頁3GPS網(wǎng)作業(yè)進度圖1）GPS網(wǎng)作業(yè)進度圖：從已完成觀測同時圖形中選取獨立基線，在GPS網(wǎng)展點圖上將被測點用直線連接起來，用以顯示作業(yè)進度。2）進度圖繪制：應選取獨立基線；用不同顏色表示不同時段同時觀測基線。3）作用：進行網(wǎng)形設計；掌握作業(yè)進度。4觀測同時圖形擴展5統(tǒng)計第91頁第91頁6外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)刪除率復測基線長度差同時環(huán)閉合差獨