數(shù)據(jù)采集技術(shù)

第一講緒論、大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)本課程概況－教材情況主講教材《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》，呂志平輔助教材《橢球大地計(jì)算》，朱華統(tǒng)《控制測(cè)量學(xué)》，張建軍《電子速測(cè)技術(shù)》，段定乾網(wǎng)絡(luò)課程《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》網(wǎng)絡(luò)課程信息版19:8070/資源版http://mta.chxy.mtn本課程的地位：“是理解和掌握大地測(cè)量學(xué)與測(cè)量工程、攝影測(cè)量學(xué)與遙感工程、地圖制圖學(xué)與地理信息工程等專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)”。講課內(nèi)容（共21次課，42學(xué)時(shí)）緒論、大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)、大地控制網(wǎng)的建立（2次,第一、二、三章）大地水準(zhǔn)面與高程系統(tǒng)（2次，第四章）參考橢球面與大地坐標(biāo)系（8次，第五章）高斯投影與高斯平面直角坐標(biāo)系（5次，第六章）大地坐標(biāo)系的建立（4次，第七章）本課程概況－學(xué)習(xí)時(shí)間安排本課程學(xué)習(xí)時(shí)間共60學(xué)時(shí)講課：42學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)：4次，共8學(xué)時(shí)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換白賽爾大地問(wèn)題解算（正算）白賽爾大地問(wèn)題解算（反算）高斯正、反算本課程概況－成績(jī)?cè)u(píng)定作業(yè)、提問(wèn)5分上機(jī)實(shí)習(xí)5分卷面考核90分對(duì)大家的要求勤于思，勤于習(xí)，勤于問(wèn)全身心地投入，真正成為學(xué)習(xí)的主體課前預(yù)習(xí)，課后通讀教材，當(dāng)天課程當(dāng)天消化思考題每個(gè)人都要思考作業(yè)、計(jì)算實(shí)習(xí)要獨(dú)立完成，杜絕抄襲本課程概況－教員自我介紹教研室：一系大地測(cè)量教研室辦公室：辦公樓五樓36070機(jī)房：大地樓一樓36072電話mail：geo.jetlee@126.com本次課主要內(nèi)容一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用二、大地測(cè)量學(xué)的學(xué)科體系三、大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)四、大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)高程測(cè)量角度測(cè)量距離測(cè)量什么是測(cè)量？你印象中的大地測(cè)量是什么？一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用位置是一類重要的信息位置怎么描述？我在鄭州我在測(cè)繪學(xué)院我在圖書館我在二樓中文閱覽室我在中文閱覽室進(jìn)門的座位上位置的描述形式有哪些？用文字用圖形（示意圖、地圖）用數(shù)字（坐標(biāo)）DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用坐標(biāo)系怎么確定？原點(diǎn)放在哪里坐標(biāo)軸怎么定向必然涉及怎么認(rèn)識(shí)我們的地球這一問(wèn)題地球形狀、大小重力場(chǎng)結(jié)論：大地測(cè)量學(xué)的這兩項(xiàng)任務(wù)密切相關(guān)DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用測(cè)量：又稱度量（measure或survey），用儀器測(cè)定地形、物體位置或溫度、速度、功能等物理量。大地測(cè)量(geodesy)：是“測(cè)定和描繪地球表面的科學(xué)”其主要任務(wù)是：測(cè)量和描繪地球并監(jiān)測(cè)其變化，為人類活動(dòng)提供關(guān)于地球的空間信息。技術(shù)任務(wù)：精確確定地面點(diǎn)位及其變化。科學(xué)任務(wù)：研究地球重力場(chǎng)、地球形狀和地球動(dòng)力現(xiàn)象。

在大多數(shù)情況下，二者并沒有質(zhì)上的區(qū)別。而從現(xiàn)在的觀點(diǎn)來(lái)看，在測(cè)繪領(lǐng)域，“測(cè)量”講的是實(shí)際確定位置，“大地測(cè)量”則是指測(cè)量的理論基礎(chǔ)。DefinitionandFunctionofGeodesy測(cè)繪在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中，發(fā)揮著基礎(chǔ)先行的重要保證作用，而大地測(cè)量技術(shù)是一切測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著獨(dú)具風(fēng)貌的特殊作用。是發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)的重要保障。在當(dāng)代地球科學(xué)研究中的地位更加重要。DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用作用地形圖測(cè)繪工程建設(shè)交通運(yùn)輸?shù)厍蚩茖W(xué)研究資源開發(fā)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)空間技術(shù)國(guó)防建設(shè)一、大地測(cè)量學(xué)的定義和作用DefinitionandFunctionofGeodesy1）在建立坐標(biāo)參考框架方面的應(yīng)用GPS一二級(jí)網(wǎng)，GPSA、B級(jí)網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)工程網(wǎng)及其它空間大地測(cè)量成果與天文大地網(wǎng)聯(lián)合平差，建立了BGS2000。是我國(guó)新一代測(cè)繪基準(zhǔn)，即數(shù)字地圖生產(chǎn)、導(dǎo)彈發(fā)射、衛(wèi)星測(cè)控、國(guó)際工程等統(tǒng)一的參考框架。OXYZBGS20002）在經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面的應(yīng)用大壩變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)基準(zhǔn)站3）在空間技術(shù)方面的應(yīng)用軍事工程應(yīng)用4）在軍事工程方面的應(yīng)用5）在新型武器測(cè)繪保障方面的應(yīng)用二、大地測(cè)量學(xué)的學(xué)科體系普通測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué)測(cè)量學(xué)研究范圍是不大的地球表面，把地球表面認(rèn)為是平面且不損害測(cè)量精度，計(jì)算時(shí)認(rèn)為在該范圍內(nèi)的鉛垂線彼此是平行的。研究全球或相當(dāng)大范圍內(nèi)的地球，鉛垂線被認(rèn)為彼此不平行，同時(shí)需顧及地球的形狀及重力場(chǎng)。FrameofSubject物理學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)城市管理制圖學(xué)工程管理學(xué)邊界劃分學(xué)地理學(xué)行星學(xué)水文學(xué)天文學(xué)地球動(dòng)力學(xué)勘探學(xué)環(huán)境管理學(xué)生態(tài)學(xué)空間科學(xué)海洋學(xué)大氣科學(xué)地球物理學(xué)大地測(cè)量學(xué)與大地測(cè)量學(xué)有關(guān)的學(xué)科交叉融合示意圖地球空間的范圍理論大地測(cè)量學(xué)大地控制測(cè)量學(xué)海洋大地測(cè)量學(xué)工程大地測(cè)量學(xué)

時(shí)空屬性幾何大地測(cè)量學(xué)物理大地測(cè)量學(xué)動(dòng)力大地測(cè)量學(xué)整體大地測(cè)量學(xué)技術(shù)手段地面大地測(cè)量學(xué)空間大地測(cè)量學(xué)慣性大地測(cè)量學(xué)

FrameofSubject二、大地測(cè)量學(xué)的學(xué)科體系三、大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，導(dǎo)致大地測(cè)量學(xué)經(jīng)歷了跨時(shí)代的革命性轉(zhuǎn)變，突破了傳統(tǒng)經(jīng)典大地測(cè)量學(xué)的時(shí)空局限，進(jìn)入了以空間大地測(cè)量為主的現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展新階段。

BriefHistoryandTrendofDevelopment萌芽階段

學(xué)科的形成

弧度測(cè)量的發(fā)展

幾何大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展

物理大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展

衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展

動(dòng)力大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展

發(fā)展簡(jiǎn)史三、大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)BriefHistoryandTrendofDevelopment三、大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)1、大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史第一階段——地球圓球階段第二階段——地球橢球階段第三階段——大地水準(zhǔn)面階段第四階段——現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期2、大地測(cè)量學(xué)發(fā)展展望BriefHistoryandTrendofDevelopmentMiletus時(shí)代（BC625～547）非球狀地球形狀球狀EACONThales的地球概念歐洲地中海亞洲WESTEASTAnximander的地球概念Thales：希臘小亞細(xì)亞殖民地米雷特斯游歷埃及等國(guó)據(jù)說(shuō)在埃及時(shí)計(jì)算過(guò)金字塔的高度BC585年準(zhǔn)確預(yù)測(cè)過(guò)日食的時(shí)間Anximander：無(wú)限定者世界只是無(wú)數(shù)個(gè)生生滅滅的世界中的一個(gè)1)第一階段——地球圓球階段從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)末，人們逐漸把地球認(rèn)為是圓球。公元前3世紀(jì)，亞歷山大學(xué)者埃拉托色尼首次用子午圈弧長(zhǎng)測(cè)量法來(lái)估算地球半徑，分為兩種測(cè)量：一是屬于天文部分：子午圈弧長(zhǎng)兩端點(diǎn)的緯度差；一是屬于大地部分：兩端點(diǎn)間的子午圈弧長(zhǎng)。到15～16世紀(jì)文藝復(fù)興浪潮席卷歐洲時(shí)，以哥白尼、伽里略及牛頓等為代表的一批科學(xué)家擺脫宗教枷鎖后，才在自然科學(xué)方面獲得一系列的驚人發(fā)明和創(chuàng)造，促進(jìn)了大地測(cè)量學(xué)的萌芽和形成。

埃拉托色尼是著名亞歷山大博物館中的一名有名望的圖書管理員，他被稱為大地測(cè)量學(xué)的真正創(chuàng)始人，他精心地測(cè)量了亞歷山大城和阿斯旺城之間的緯度，由此得出了地球的大?。ㄇ疤岬厍?yàn)榍蛐危?，此結(jié)果接近現(xiàn)代的結(jié)果.2)第二階段——地球橢球階段17世紀(jì)末至19世紀(jì)下半葉，人們把地球的認(rèn)識(shí)推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。17世紀(jì)初，荷蘭人斯涅耳(W．Snell)首創(chuàng)三角測(cè)量法。此后，望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測(cè)微器等相繼出現(xiàn)。天文學(xué)和物理學(xué)在地球形狀、重力場(chǎng)及其空間位置等方面也都提出了嶄新的觀念。荷蘭的哥白尼1543年創(chuàng)立了日心說(shuō)，確定了地球在太陽(yáng)系中的空間位置；德國(guó)的開普勒1619年發(fā)表了行星運(yùn)動(dòng)遵循的三大定律；意大利的伽里略1590年根據(jù)自由落體原理進(jìn)行了第一次重力測(cè)量；荷蘭的惠更斯1673年提出用擺進(jìn)行重力測(cè)量的原理，并推導(dǎo)了數(shù)學(xué)擺公式。牛頓于1687年根據(jù)他建立的萬(wàn)有引力定律，經(jīng)論證認(rèn)為：①在引力定律下，并繞一軸旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)流體物質(zhì)的均衡形狀，是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球；②重力加速度由赤道向兩極與(地理緯度)成比例地增加?；莞挂餐茖?dǎo)了地球的扁率。把地球質(zhì)量集中在球心，扁率等于赤道處離心力與引力之比的一半。

人類進(jìn)入了認(rèn)識(shí)地球?yàn)樾D(zhuǎn)橢球的新階段，幾何大地測(cè)量學(xué)得到形成和發(fā)展，物理大地測(cè)量學(xué)開始奠定基礎(chǔ)。2)第二階段——地球橢球階段（續(xù)）第二階段取得的成績(jī)1)長(zhǎng)度單位的建立;2)最小二乘法的提出;3)橢球大地測(cè)量學(xué)的形成，解決了橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測(cè)量計(jì)算，以及將橢球面投影到平面的正形投影方法。4)弧度測(cè)量大規(guī)模展開;5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。2)第二階段——地球橢球階段存在的問(wèn)題：外業(yè)測(cè)量的基準(zhǔn)線是鉛垂線，方向是物理的重力方向；而橢球面計(jì)算基準(zhǔn)線則是法線，方向則是幾何的垂直方向。重力方向相對(duì)法線方向有偏差，即所謂垂線偏差。地球表面每點(diǎn)的重力及其方向都不相同。地球表面是極其復(fù)雜的自然地面，不能用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)關(guān)系式來(lái)表達(dá)，只能用控制點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)逐點(diǎn)描繪。

由于海水面占全球表面大部分，且比較規(guī)則，在某種假設(shè)下，可認(rèn)為海水面是重力等位面，并把它延伸到大陸下，得到一個(gè)遍及全球的等位面。

德國(guó)的李斯廷(J.B.Listing)1872年，把它命名為大地水準(zhǔn)面。 人類認(rèn)識(shí)地球形狀又產(chǎn)生了一次飛躍——即將橢球面推進(jìn)到大地水準(zhǔn)面的新階段。3)第三階段——大地水準(zhǔn)面階段19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，對(duì)橢球的認(rèn)識(shí)發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。

★幾何大地測(cè)量學(xué)的進(jìn)展：（1）天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展；（2）因瓦基線尺出現(xiàn)，帶平行玻璃板測(cè)微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用，將天文大地測(cè)量同重力測(cè)量相結(jié)合，代替天文水準(zhǔn)等方面有較大進(jìn)步。

(1)大地測(cè)量邊值問(wèn)題理論的提出克萊羅是以橢球面為邊界解決邊值問(wèn)題的。英國(guó)的斯托克司提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動(dòng)位計(jì)算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。荷蘭學(xué)者維寧·曼尼茲推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。俄國(guó)學(xué)者莫洛金斯基直接利用地面上的重力觀測(cè)值求定地球形狀和外部重力場(chǎng)。

物理大地測(cè)量理論研究和實(shí)踐取得重大進(jìn)展(2)提出了新的橢球參數(shù)主要特點(diǎn)是用重力測(cè)量資料推求橢球扁率。赫爾默特橢球參數(shù)：海福特橢球參數(shù)：克拉索夫斯基橢球參數(shù)：

物理大地測(cè)量理論研究和實(shí)踐取得重大進(jìn)展4)第四階段—現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期4.1.距離測(cè)量的發(fā)展：1948年瑞典人貝爾斯特蘭德研制成功世界上第一臺(tái)光電測(cè)距儀；60年代出現(xiàn)了激光測(cè)距儀；1956年南非人沃德利研制成功世界第一臺(tái)微波測(cè)距儀；70年代德國(guó)首先研制成功測(cè)距、測(cè)角相結(jié)合的電子速測(cè)儀。★導(dǎo)線測(cè)量及測(cè)邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)測(cè)量成為可能

4)第四階段—現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期4.2.空間技術(shù)的發(fā)展：20世紀(jì)70年代衛(wèi)星多普勒技術(shù)；海洋衛(wèi)星雷達(dá)測(cè)高；激光衛(wèi)星測(cè)距(SLR)等得到應(yīng)用。全球?qū)Ш脚c衛(wèi)星定位（GNSS）技術(shù)的發(fā)展80年代，美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)得到全面發(fā)展，并投入使用；俄羅斯也有相應(yīng)的定位系統(tǒng)—GLONASS利用空間探測(cè)器、衛(wèi)星或空間飛行器，形成了月球和行星大地測(cè)量學(xué)。

4)第四階段—現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期4.3.控制網(wǎng)優(yōu)化和測(cè)量平差理論的發(fā)展20世紀(jì)60年代，荷蘭學(xué)者巴爾達(dá)重新研究并提出了大地控制網(wǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，明確提出評(píng)價(jià)大地網(wǎng)質(zhì)量的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：精度、可靠性和經(jīng)費(fèi)。在精度標(biāo)準(zhǔn)中，提出準(zhǔn)則矩陣的概念。在70年代，德國(guó)學(xué)者格拉法倫德等提出了人們公認(rèn)的控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的四類分法，系統(tǒng)地引進(jìn)了數(shù)學(xué)規(guī)劃的解法，并引進(jìn)了準(zhǔn)則矩陣的建立等問(wèn)題。最小二乘配置法綜合了平差，濾波和推估，形成了廣義的最小二乘法平差理論。

4)第四階段—現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期革命性轉(zhuǎn)變，主要體現(xiàn)在：從分離式一維和二維大地測(cè)量發(fā)展到三維和包括時(shí)間變量的四維大地測(cè)量；從測(cè)定靜態(tài)剛性地球假設(shè)下的地球表面幾何和重力場(chǎng)元素發(fā)展到監(jiān)測(cè)研究非剛性（彈性、流變性）地球的動(dòng)態(tài)變化；局部參考坐標(biāo)系中的地區(qū)性（相對(duì)）大地測(cè)量發(fā)展到統(tǒng)一地心坐標(biāo)系中的全球性（決定）大地測(cè)量；測(cè)量精度提高了2～3個(gè)量級(jí)。上述轉(zhuǎn)變與三項(xiàng)高新技術(shù)有關(guān)：衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星和航空重力技術(shù)衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)以空間大地測(cè)量為主要標(biāo)志的代大地測(cè)量學(xué)已經(jīng)形成

向地球科學(xué)基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域深入發(fā)展

空間大地測(cè)量主導(dǎo)著學(xué)科未來(lái)的發(fā)展

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)擴(kuò)展了大地測(cè)量學(xué)科的應(yīng)用面

地球重力場(chǎng)研究將致力于發(fā)展衛(wèi)星和航空重力探測(cè)技術(shù)恢復(fù)高分辨率地球重力場(chǎng)

發(fā)展趨勢(shì)三、大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)BriefHistoryandTrendofDevelopment注：大地測(cè)量除了測(cè)地之外，還可測(cè)其它天體的形狀和重力場(chǎng)。maincontents第二章大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)為完成大地測(cè)量學(xué)的學(xué)科任務(wù)，需要在廣大范圍內(nèi)開展大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集活動(dòng)。2.1角度測(cè)量2.2距離測(cè)量2.3高程測(cè)量2.4天文測(cè)量2.5GPS測(cè)量2.6重力測(cè)量2.7人造衛(wèi)星激光測(cè)距-SLR2.8甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量-VLBI地面水平點(diǎn)位如何標(biāo)志？中心標(biāo)石是水平控制點(diǎn)位的永久性標(biāo)志。野外觀測(cè)是以標(biāo)石的標(biāo)志中心為準(zhǔn)，最后算得點(diǎn)的平面坐標(biāo)，就是標(biāo)志中心的位置。如果標(biāo)石被破壞或發(fā)生位移，測(cè)量成果就失去作用，點(diǎn)的坐標(biāo)就毫無(wú)意義。一、二等三角點(diǎn)中心標(biāo)石埋設(shè)圖Supplement補(bǔ)充知識(shí)照準(zhǔn)標(biāo)志是什么？大地覘標(biāo)是三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn)的地面標(biāo)志。覘標(biāo)頂端裝有圓筒，以供照準(zhǔn)。根據(jù)其所用材料又分為鋼尋常標(biāo)、木質(zhì)尋常標(biāo)和混凝土尋常標(biāo)等。需要升高儀器的三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn)就要建造高標(biāo)，高標(biāo)由內(nèi)架和外架組成。鋼尋常標(biāo)Supplement補(bǔ)充知識(shí)照準(zhǔn)標(biāo)志是什么？圓筒中心、基板中心、標(biāo)石中心基本位于同一鉛垂線上，以標(biāo)石中心為準(zhǔn)，最大偏離不應(yīng)超過(guò)0.1米。高標(biāo)Supplement補(bǔ)充知識(shí)地面高程點(diǎn)位如何標(biāo)志？水準(zhǔn)標(biāo)石是高程控制點(diǎn)位的永久性標(biāo)志。野外觀測(cè)是以標(biāo)石的標(biāo)志中心為準(zhǔn)，最后算得點(diǎn)的高程，就是標(biāo)志中心的位置。如果標(biāo)石被破壞或發(fā)生位移，測(cè)量成果就失去作用，點(diǎn)的高程就毫無(wú)意義?；舅疁?zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)圖Supplement補(bǔ)充知識(shí)野外觀測(cè)的基準(zhǔn)線是什么？測(cè)量是在地球重力場(chǎng)中進(jìn)行的。地球上任一點(diǎn)都會(huì)受到地球引力和慣性離心力的作用，它們的合力稱為重力，重力的方向線稱為鉛垂線，簡(jiǎn)稱垂線。鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)線。重力方向線G—鉛垂線Supplement補(bǔ)充知識(shí)野外測(cè)量的基準(zhǔn)面是什么？液體的靜止表面稱為水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面是物理表面，同一水準(zhǔn)面上的重力位相等。因此，水準(zhǔn)面也叫重力等位面，水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂線都同這個(gè)面正交。水準(zhǔn)面是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面鉛垂線水準(zhǔn)面和鉛垂線的關(guān)系Supplement