高程系统及其相互关系

第四讲高程系统及其之间的关系•质体引力、引力位。•地球重力位模型（引力位、离心力位）。•地球引力位的零阶项、一阶项、二阶项的意义•水准面、大地水准面•理解正常椭球、正常重力、正常位、正常水准面、重力异常、扰动位等概念•请思考野外测量可以获得哪些观测值，点的最终水平坐标和高程怎么得到？内容回顾Review一、高程系统（heightsystem）基本概念：地面点高程是该点沿基准线至基准面的距离。不同的高程基准线、面构成了不同的高程系统。同一地面点在不同高程系统中其高程值是不相同的。无论在哪种高程系统中，地面点的高程都应惟一。两地面点的高差是此两点高程之差。相应不同高程系统，有着不同的高差。HeightSystem4.2.高程系统二、水准测量高程（heightoflevelling）两水准点间水准高差沿路线不同而不同，但两点间的重力位差却不随路线而改变BCABAPhhhbahABABCP1R2R1SbaabABh2SCBBAAPhhhbahBAWPWAAPWWghAPWWhg4.2.高程系统HeightSystem二、水准测量高程（heightoflevelling）所谓水准测量高程，即从水准原点出发的路线上水准观测高差之和1211ΔhΔhΔhHB2212hΔhΔhΔHB请注意，一般B2B1HH所谓水准测量高程不是一种高程系统4.2.高程系统HeightSystem二、水准测量高程（heightoflevelling）水准闭合环的理论闭合差WWhΔΔh21理论闭合差是由于水准面不平行造成的。4.2.高程系统三、大地高系统基准面：参考椭球面基准线：参考椭球面法线大地高：地面点沿参考椭球法线至参考椭球面的距离。获取手段：三角高程测量、GPS或其它高程系统的高程进行转化。H4.2.高程系统HeightSystem四、正高系统基准面：大地水准面基准线：地面点铅垂线正高：地面点沿铅垂线至大地水准面的距离。获取手段：水准测量、三角高程测量、或由其它高程系统高程进行转化。P正H大地水准面P点水准面4.2.高程系统HeightSystem四、正高系统用水准测量法确定地面点正高原理CBCBBdHHH正正H2121正11hdgggdhghdggdhggdHHBmBmBBCBBhdggdhggdHdHghdggdhBBB4.2.高程系统HeightSystem四、正高系统用水准测量法确定地面点正高原理CBCBBdHHH正正H2121正11hdgggdhghdggdhggdHHBmBmBBCBBhdggdhggdHdHghdggdhBBB请注意，BBBmH.gg正04270只能近似得到，故正高也只能近似得到。4.2.高程系统HeightSystem五、正常高系统基准面：似大地水准面基准线：地面点铅垂线正常高：地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离。获取手段：水准测量、三角高程测量、或由其它高程系统高程进行转化。P常H似大地水准面P点水准面4.2.高程系统HeightSystem用水准测量法确定地面点正常高原理2111hdggdhHBmBmB常似大地水准面正常椭球面11001)(1)(1dhγgγdhγγγdhHBmBBmB常五、正常高系统常H4.2.高程系统HeightSystem五、正常高系统用水准测量法确定地面点正常高原理2111hdggdhHBmBmB常11001)(1)(1dhγgγdhγγγdhHBmBBmB常ABABdhHH常常0.0000015395sin2mmH)101(1066--mΔγΔhΔgε正常位水准面不平行改正：空间重力异常改正：4.2.高程系统HeightSystem六、力高系统同一水准面上各点高程相等的高程系统。AgdhγHHBAo45力力1gdhγHHmBA1力力或4.2.高程系统HeightSystem七、重力位数系统正高系统、正常高系统及力高系统各有优缺点，但它们同时并存不仅使整个国家或地区的高程系统不能统一，也增加了总体水准测量结果联合处理的困难。不难看出，这三种高程都有一个共同部分：，它是高程点所在位置对大地水准面具有的位能，称其为重力位数。()pgdhGPUgdh1GPU=1千伽米=105厘米2/秒24.2.高程系统HeightSystem大地高几何意义正高物理意义正常高半物理意义力高物理意义重力位数物理意义gdhHm1常gdhH451力gdhpgdhgHm1正4.2.高程系统HeightSystem一、三种高程系统的关系PPPPPPHHNHH常大正大N为大地水准面差距ζ为似大地水准面差距Relationofdifferentheightsystem4.3.不同高程系统之间的关系二、GPS水准ζ为似大地水准面差距1n2…)1，（常大，n，iHHζiii4.3.不同高程系统之间的关系Relationofdifferentheightsystem二、GPS水准1n2…3928273625423210iiiiiiiiiiiiiiyayxayxaxayayxaxayaxaav4.3.不同高程系统之间的关系Relationofdifferentheightsystem*补充知识确定地面点正常高流程传统大地测量现代大地测量二维一维三维三维坐标建立水平控制网建立高程控制网建立三维控制网常大HHProcessofGettingNormalHeight确定地面点正常高流程高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算满足《规范》要求，完成标志是埋设水准标石，标石的标志中心高程就是该点的高程。京郑Ⅰ241990.1确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算满足《规范》中各项限差要求，各测站往测高差之和为两水准点间往测高差，各测站返测高差之和为两水准点间返测高差。水准点水准点往测返测测站……确定地面点正常高流程高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算ABCP1R2R1SbaABh2S水准点测站水准点确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算水准点水准点往测高差=所有往测测站高差读数中数之和返测测站……往测返测高差=所有返测测站高差读数中数之和往12h返12h12确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算水准测量外业计算是水准测量平差前必须进行的准备工作。在水准测量外业计算前必须对水准测量的外业观测资料进行严格的检查，在确认正确无误、各项限差都符合要求后，才方可进行外业计算工作。计算工作完成后必须利用已取得的观测成果计算每公里高差中误差，以估算外业水准观测成果的质量。水准测量外业计算包括：尺长改正、正常位水准面不平行性改正、路线或环线闭合差改正、概略正常高计算。确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算AHBHAB1232hhh1212112中尺长改正尺长改正返往12121212hhhh112212hh中中（尺长改正，不符值用于计算每公里观测高差或中数中误差）（正常位水准面不平行性改正）水准路线确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算AHBHAB123B2122A1AHhhH中中B2122A1AHhhHW中中WRRvn1iii,...vhHHA12A1A01中（概略高程）（路线闭合差）（路线闭合差改正）即简单的平差确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算AHA123水准环（外业计算与水准路线相同）返测往测B2122A1AHhhHW中中（路线闭合差）2122A1A2122A1AhhHhhHW中中中中（环闭合差）确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算《规范》规定，水准测量外业计算只计算到正常位水准面不平行性改正，而后算出水准点的概略正常高。在内业平差水准网时，再根据沿线实测重力资料对观测高差进行重力异常项改正，而后再进行平差，算出最后高程。确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight（异常项改正）《误差》中，水准网平差的观测值，正常高高差高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算AHBHAB1232hhh1212112中尺长改正尺长改正返往12121212hhhh112212hh中中（尺长改正）（不平行性改正）水准路线212312hh中中确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight高程测量高程控制网的布设外业计算内业计算AHA1一个简单的水准网23BHB456)(2tnr)(6t)(8n多余观测个数必需观测个数观测高差个数注：箭头指向高程增加的方向，平差时有确定地面点正常高流程ProcessofGettingNormalHeight几种高程系统的定义及其数学表达式画图说明大地高、正高、正常高的关系（要写出相应公式）简述GPS水准原理请思考野外测量可以获得哪些观测值，点的最终水平坐标和高程怎么得到？