应用大地测量学考点

第一章绪论一、大地测量学的特点（1）大地测量学测量的精度等级高。（2）大地测量学测量的范围广。（3）普通测量学侧重于如何测绘地形图以及进行一般工程施工测量。大地测量学侧重于如何建立大地坐标系、建立大地控制网并精确测定控制网点的坐标。二、大地测量的基本任务1.技术任务精确测定大地控制点的位置及其随时间的变化也就是它的运动速度场，建立精密的大地控制网，作为测图的控制，为国家经济建设和国防建设服务。2.科学任务测定地球形状、大小和重力场，提供地球的数学模型，为地球及其相关科学服务。三、大地测量的基本作用1.是国民经济建设和社会发展基础先行性的重要保证。为地形测图提供控制基础。2.为城建和矿山工程测量提供起始数据3.在当代地球科学研究中有重要地位，为地球科学的研究提供信息。4.在防灾、减灾、救灾及环境保护、监测、评价中的作用5.是发展空间技术和国防建设的重要保障第二章大地测量基础知识一、大地水准面：设想海洋处于静止平衡状态时，将它延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线正交的包围整个地球的封闭的水准面，我们称它为大地水准面。二、大地体：由大地水准面所包围的整个形体称为大地体。三、参考椭球面把形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位置确定的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球面是测量计算的基准面，椭球面法线则是测量计算的基准线。定义：是一个长半轴为a，短半轴为b的椭圆绕轴旋转而成的旋转体。定位：定中心.即质心与中心是否重合定向：地球自转轴与短轴平行或重合参考椭球：一个形状、大小和定位、定向都已经确定的地球椭球叫参考椭球。参考椭球一旦确定，则标志着大地坐标系已经建成。参考椭球不是惟一的，有多个。四、总地球椭球满足条件1、椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。2、椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水准面之间的差距平方和为最小。3、椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。五、垂线偏差：同一测站点上铅垂线与椭球面法线不会重合两者之间的夹角u称为垂线偏差大地水准面差距：大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距用N表示垂线偏差和大地水准面差距对确定天文坐标与大地坐标的关系、地球椭球的定位以及研究地球的形状和大小等问题有着重要的意义。六、常用大地测量坐标系统天球坐标系、地球坐标系（天文坐标系、大地坐标系、空间大地直角坐标系、地心坐标系）站心坐标系、高斯平面直角坐标系。七、恒星时(SiderealTime)：恒星时是以春分点为参照点的时间系统（ST）。春分点（或除太阳以外的任一恒星）连续两次经过测站子午圈的时间间隔为一恒星日。世界时(UniversalTime)：格林尼治的平太阳时（从半夜零点算起）定义为世界时（UT）。协调世界时(CoodinatedUniversalTime)：以原子时秒长定义的世界时为协调世界时（UTC）。协调世界时秒长为原子时，但表示时间的年月日时分秒仍是世界时。由于原子时快于世界时，UTC每年要跳秒，才能保证时分秒与世界时一致。GPS时间系统：秒长为IAT，时间起算点为1980.1.6.UTC0时，启动后不跳秒，连续运行的时间系统。GPS时=原子时IAT-19s八、重力场相关知识1、力位是力场空间位置的一个标量函数，此标量函数称为力的位函数，而力是力位的梯度。对重力场则有重力位。重力位W———引力位V与离心力位Q之和。2、重力位水准面和大地水准面重力位对任意方向l的偏导数等于重力在该方向上的分力两个特殊方向：①当g与l垂直时;②当g与l夹角为π时①时：dw=0,即w=常数为重力等位面。又叫重力位水准面②时:负号同时说明重力g是沿铅垂线向下，而l则沿铅垂线向上3、正常重力位：不涉及地球形状和密度的函数较为简单的可直接计算得到的近似的地球重力位。地球的重力位被分成正常重力位和扰动位。知道正常重力位U，再求出它与地球重力位的差异—扰动位T重力异常△g：地面点实测重力加速度g与相应正常重力加速度γ的差值△g=g-γ。九、高程系统1、水准面的不平行性是由两部分原因造成的:①地面上一点的重力加速度分为正常重力加速度与重力异常②地壳内部物质不均匀引起重力加速度变化2、水准测量理论闭合差：水准测量所经的路线不同，测得的高差也不同，造成的水准测量结果的多值性，在闭合环形水准路线中，由于水准面不平行所产生的闭合差为理论闭合差。3、正高系统——以大地水准面为高程基准面的高程系统。地面一点的正高——该点沿铅垂线至大地水准面的距离。4、正常高系统——以似大地水准面为基准面的高程系统。似大地水准面：按地面各点正常高沿垂线向下截取相应的点，将许多这样的点连成一连续曲面，即为似大地水准面。5、大地高系统：以椭球面为基准面的高程系统。大地高H：地面点沿法线至椭球面的距离。H=H正+N=H常+ζN称为大地水准面差距（大地水准面至椭球面的距离）。ζ称为高程异常（似大地水准面至椭球面的距离），可由重力资料计算，也可通过天文重力水准方法求得。第三章大地测量控制网的建立一、国家大地控制网及其作用1、为地形测图提供精密控制：限制测图误差积累，保证成图精度。统一坐标系统，保证相邻图幅拼接。提供点位的平面坐标，保证平面测图。2、为研究地球形状、大小和其他科学问题提供资料3、为国防建设和空间技术提供资料二、平面控制网的测量方法三角测量法、导线测量、三边测量、边角同测法三、三角测量法网形特点：控制面积大；作业方便；网形稳定，几何条件多；便于平差计算，点位精度高；受地形影响较大。),cos(gggW四、国家平面控制网的布设原则1、分级布网，逐级控制1）四个等级：一（骨干网）、二、三、四。2）一等作用：控制二等及以下各级控制网的建立；为研究地球形状和大小提供资料。布设：三角锁，纵横交叉地布满全国，形成统一坐标系统的骨干网。3）二等以下作用：控制第一级网；控制直接测图。布设：按实际需要，在一等锁环内有先有后的逐级布设二、三、四等三角网。每一等级的三角网边长逐级缩短，控制点逐级加密，先完成的高等级的三角点，可以作为低等级的三角网的起算点。2、保持必要的精度点位中误差=0.1Mmm，由于图根点的这种误差来源于图根点本身的测量中误差和含有起算三角点的点位中误差。通常规定相邻三角点的点位中误差，应小于图根点点位中误差的1/3。3、应有一定的密度4、应有统一的规格五、我国天文大地网布设概况1、一等三角锁系：一等三角锁系是国家平面控制网的骨干，它的作用是控制二等以下各级三角网的建立并为研究地球的形状和大小提供资料。它一般沿经纬线方向布设锁系两个相邻交叉处之间的三角锁称为锁段。其长度一般在200km左右。由互相连接的纵横锁段构成锁环。三角锁段的平均边长为25km左右。由三角形闭合差计算的测角中误差小于0.7″。2、二等三角网1）布设：国家三角网满足地形测图的要求，在各一等锁环围成的面积上均需布设二等三角网。2）作用：它是地形测图的基本控制，又是加密三、四等三角网（点）的基础，它和一等锁系同属于国家高级控制网。3、为控制大比例尺测图需布设三四等三角网。可采用插网或插点的方法。六、国家高程控制网的任务及每一等水准网的作用1、任务：在全国范围内，测定一系列统一而精确的地面点高程，为测绘各种比例尺地形图提供高程控制基础；为地壳垂直形变、平均海水面变化等科研提供资料；为水利、工程建设和科学研究提供资料。2、一等水准网点:作用：1）国家高程控制网的骨干;2)研究地壳和地面垂直运动海面变化和不同海面差异以及有关科学问题的主要依据。布设：一等水准路线应沿地质构造稳定、交通不太繁忙、路面坡度平缓的交通路线布设，并构成网状，沿线还要进行重力测量。要求：构成一等水准环的环线周长在平原和丘陵地区在1000～1500km之间，一般山区应在2000km左右。一等水准路线每隔15～20年沿相同路线复测一次。我国一等水准路线总长约93000公里，由100个闭合环组成，构成网状。二等水准网点:作用：国家高程控制网的全面基础，布设在一等水准网环内。布设：二等水准路线应尽量沿公路、铁路及河流布成环形，环线周长一般在500～750km之间。在山区和困难地区可酌情放宽。一、二等水准测量统称为精密水准测量。三、四等水准网点:作用：是直接为地形测图和各种工程建设提供高程资料的高程控制点。布设：三等水准路线在高等级水准网内加密，布设成附合路线或闭合环线，单独的附合路线长度不超过200km；环线周长不超过300km。四等水准路线一般在高等级水准点之间布设成附合路线，路线长度不超过80km。七、水准测量的精度1、偶然中误差是按测段往返测高差不符值△计算的每公里高差中数中误差2、全中误差是按水准环线闭合差计算的每公里高差中数中误差1956青岛水准原点的高程为72.2893m。1985青岛水准原点的高程为72.2604m八、国家GPS网简介1、现今，GPS定位技术已经成为全球、区域及局部地区高精度定位的主要技术手段。我国大陆地区已经布设了4个大规模的全国GPS网，它们是：.国家测绘部门建立的全国GPSA、B级网、国家GPS一、二级网、攀登计划项目“现代地壳运动与地球动力学研究”布设的GPS监测网、国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”的三级GPS网。尽管布设这些全国性GPS网的主要目的有所侧重，其中包括：监测研究地壳形变与块体运动；检核和加强各地区天文大地网，建立统一的高精度大地基准；建立地心参考系，精确确定参心坐标系与地心坐标系之间的转换参数；精化大地水准面等等，但这些全国网的建立与复测都可以成为建立我国新一代高精度地心参考系、监测和研究地壳运动的基础。2、地壳运动观测网络基本情况：3、2000国家GPS网2000国家GPS网包括了国家GPSA、B级网，全国GPS一、二级网和中国地壳运动GPS监测网络工程中的基准网、基本网和区域网。2000国家GPS网共有28个GPS连续运行站，2518个GPS网点。2004年完成了2000国家GPS网的计算，其精度优于，坐标系统定义在ITRS2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架（归算历元为2000.0）。九、工程控制网的分类及作用1）测图控制网：.1使测量误差的累积得到控制，以保证图纸上所测绘的内容(如地形、地物等)精度均匀；2.并使相邻图幅之间准确拼接；3.这种测图控制网也是地籍和房地产测量的基本控制。2）施工控制网：依据在施工现场建立的施工控制网点将图纸上设计的建筑物放样到实地上。对于不同的工程来说，施工测量的具体作用也不同。例如，巷道贯通施工测量：保证对向开挖的巷道在水平方向和竖直方向能按照规定的精度贯通。3）变形监测网：工程实施开始直至工程竣工后的一定时期，要对建筑物的沉降与变形进行检测，建立变形观测专用控制网。十、工程平面控制网的布网准则1、分级布网，逐级控制要根据测区范围和比例尺确定首级控制网的精度，随后根据测图需要，再分区加密若干等级精度较低的控制网。施工放样的专用控制网：往往分二级布设。第一级做总体控制，第二级直接为建筑物施工放样而布设变形监测或其它专门用途的控制网：通常不分级，直接布设成高精度的控制网。城市或工程GPS控制网：在布网时可以逐级布设、越级布设或布设同级全面网2、要有足够的精度工程平面控制网一般要求最低一级控制网的点位中误差能满足大比例尺的测图需求。一般工程建设所采用的最大比例尺为1:500，为使平面控制网能满足测图精度要求，应使四等以下(包括四等)的各级平面控制的最弱边的边长中误差(或相邻点的相对点位中误差)顾及测量误差后使碎部点的点位误差不大于图上0.1mm，由此即可算得碎部点的点位中误差应不大于5cm。这一数值可以作为测图控制网精度设计的依据。碎部点：5cm；图根控制点：1.7cm3、要有足够的密度控制点的密度是用控制网的平均边长。将三角网和GPS控制网的等级依次划分为：二、三、四等和一、二级。电磁波测距导线分为二、三、四等和一、二、三级。其中城市三角测量的等级，是沿用国家三角测量规范所规定的测角精度指标。工程测量的平面控制网与同级的国家网相比，平均边长大为缩短，这一点在表3-8、表3-