3-注册测绘师培训-大地测量(XXXX年)

武汉大学测绘学院2012年注册测绘师资格考试考前培训2第1章大地测量1.1大地测量概论4(1)大地测量的任务建立国家或大范围的精密测量控制网。例如：国家一等、二等、三等、四等平面大地控制网和高程控制网，A、B、C、D、E卫星定位控制网，高铁CP0、CPI控制网(2)现代大地测量的特点长距离、高精度、实时快速、四维(XYZT)、地心、学科融合1.1.1大地测量的任务和特点1.1大地测量概论51.1大地测量概论1.1.2大地测量的主要作用（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;（4）是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的数理基础和时空参考平台。1.1大地测量概论1.1.3大地测量系统与参考框架大地测量系统大地测量基准坐标系尺度数学模型大地测量参考框架总体概念具体实现1.1.3.1大地测量坐标系统和大地测量常数大地测量坐标系统是固定在地球上，与地球一起转动的非惯性坐标系统。原点：地心坐标系统参心坐标系统表现形式：空间直角坐标(XYZ)大地坐标(BLH)大地测量常数是地球椭球几何参数和物理参数2000国家大地坐标系(CGCS2000)的地球椭球参数：长半轴a＝6378137m扁率f＝1/298.257222101地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1CGCS2000与ITRF97(2000参考历元)等价1.1.3.2大地测量坐标框架参心坐标框架参心坐标系例如：我国BJ54,Xi’an80天文大地网地心坐标框架地心坐标系例如：我国CGCS2000大地网(三级构成)国际地球参考框架ITRF1.1.3.3高程系统和高程框架高程基准：水准原点1956黄海高程系(H0=72.289m)1985国家高程基准(H0=72.2604m)高程系统：正常高、正高、大地高高程框架：高程系统的具体实现。例如国家一、二、三、四等水准控制网，似大地水准面精化模型1.1.3.4重力系统和重力测量框架重力参考系统：采用的正常椭球常数及其正常重力场。1950-1979，波茨坦重力基准，克拉索夫斯基椭球；1980-1999，国家1985重力基本网(85网)，IAG75椭球常数及正常重力场；2000-现在，2000网，GRS80椭球常数及正常重力场1.1.3.5深度基准理论深度基准面、平均低潮面、最低低潮面、大潮平均低潮面1.1.3.6时间系统与框架时间系统：世界时(UT)、原子时(AT)、力学时(DT)、协调时(UTC)、GPS时(GPST)时间系统框架：采用的时间频率基准、守时系统、授时系统、覆盖范围1.1.3.7常用坐标系及其转换大地坐标系、空间直角坐标系15站心坐标系：以测站为原点，测站上的法线(垂线)为Z轴方向的坐标系就称为法线(或垂线)站心坐标系。16一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。高斯平面直角坐标系17cossin(1)()sincosxxxmyyy新旧平面坐标系统间的相互转换实际上是一种二维转换。一般而言，两平面坐标系统间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。①先旋转、再平移、最后统一尺度坐标系转换（1）二维平面直角坐标变换1）二维坐标变换18③先旋转、再统一尺度、最后平移cossin(1)sincosxxxmyyy新旧cossin(1)()sincosxxxmyyy新旧②先平移、再旋转、最后变换尺度195NNxXsinBcosBl+sinBcosBtl+NsinBcosBttl23244246(5-94)224(61-58)720NyNBlcosBtl+NcosBtttl32235242225cos(1)6(5181458)120（2）大地坐标（B，L）计算高斯平面直角坐标（x，y）（高斯投影正算）202222232465539224619045720ffffffffffffffffttBByttMNMNtttyMN()()223322422551112615286248120ffffffffffffflytyNBNBtttyNB()coscos()cos（3）高斯平面直角坐标（x，y）计算大地坐标（B，L）（高斯投影反算）21不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法(3个平移参数、3个旋转参数和1个尺度参数)。000111222111)1(ZYXZYXmZYXXYXzYz（1）三维空间直角坐标的相互转换2）三维坐标的相互转换22(2）空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换BLHXYZBHeNLBHNLBHNZYXsin)1(sincos)(coscos)(2BeaN22sin12222abae23XYZBLHXYLarctan])1()[()(arctan22HeNYXHNZB21sineNBZH24(3）ITRF参考框架及其相互转换自1988年起，IERS已经发布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005、ITRF2008等全球坐标参考框架。一个地球参考框架的定义，是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。ITRFxxITRFyyZYXRRRRRRDTTTZYX111)1(1213233211.2传统大地控制网26(一)国家平面控制网布设原则分级布网、逐级控制大地控制网要有足够的精度大地控制网要有足够的密度要有统一的规格和要求27国家三角网分为一、二、三、四等，精度见下表28大地控制网要有足够的密度国家控制网是测图的基本控制，其密度要满足测图的要求。控制点的密度是指每幅图中包含有多少控制点，不同比例尺有不同的要求。29要有统一的规格和要求国家三角测量规范GB/T17942-2000全球定位系统测量规范GB/T18314-2009国家测量规范规定了：具体的布网方案、作业方法、使用的仪器、各种精度指标等内容。(二）传统大地测量仪器经纬仪：光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪按准确度分为四级(m≦1,1m≦2,2m≦6,6m≦10)光电测距仪：短程(3km)、中程(3-15km)、长程(15-60km).按准确度分为三级等级DJ07DJ1DJ2DJ6DJ30精度0.71.02.06.030用途一等一、二三、四地形普通(三）传统大地测量方法三角测量法、导线测量法、三边测量及边角同测法、天文测量法1水平角观测（1）误差源（2）观测方法2三角高程测量（1）垂直角观测方法（2）高差计算公式（3）大气垂直折光（4）精度323三角测量法优点:图形简单，结构强，几何条件多，便于检核，网的精度较高。缺点：易受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用；推算边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。国家三角测量规范GB/T17942-2000334导线测量法优点：布设灵活，容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，边长精度均匀。缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，不易发现粗差，可靠性不高。345三边测量及边角同测法边角全测网的精度最高，相应工作量也较大。在建立高精度的专用控制网(如精密的形变监测网)或不能选择良好布设图形的地区可采用此法而获得较高的精度。35天文测量法是在地面点上架设仪器，通过观测天体(主要是恒星)并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点的天文方位角。优点：各点彼此独立观测，也勿需点间通视，测量误差不会积累。缺点：精度不高，受天气影响大。用途：在每隔一定距离的三角点上观测天文来推求大地方位角，控制水平角观测误差积累对推算方位角的影响。6天文测量法1.3GNSS连续运行基准站网1.3.1基准站网组成市话网市话网市话网市话网市话网市电信局监控分析中心卫星定位信号发射台FM电台基准站1基准站2基准站3基准站4基准站5进入移动电话系统用户用户全向天线定向天线Modem基准站数据中心数据通信网络1.3.2分类与布设原则国家基准站网、区域基准站网、专业应用站网国家基准站网-陆态网区域基准站网专业应用站网布设原则国家基准站网：站间距100-200km,全国均匀分布满足国家地心参考框架建设的需要区域基准站网：专业应用站网：专业服务目标实时定位精度cmdm站间距≦70km70km1.3.3基准站建设技术设计：技术设计方案、点位设计图、站点位置信息表、基准站施工设计图选址：观测环境、地质环境、依托保障、提交成果基建：观测墩、观测室、防雷工程、辅助工程、提交成果设备组成：接收机、天线、气象设备、电源设备、计算机与软件1.3.4数据中心数据管理系统数据处理分析系统产品服务系统数据中心机房计算机与网络基本产品：GNSS原始数据，气象数据、基准站坐标及精度和速度高级产品：卫星星历、电离层与对流层模型、相位和伪距差分1.3.5数据通信网络1.3.6基准站网测试测试基准站数据采集、数据完好性测试基准站-数据中心-用户的数据传输稳定性测试数据中心对基准站的监控能力测试实时定位的覆盖范围和有效作业时间测试站网数据产品服务内容和精度指标测试其他内容1.3.7基准站网维护•全年每天连续24小时运行•定期进行设备检测，必要时进行设备更新•定期与IGS站联测解算，维持坐标框架更新•根据需要对关联的水准标志进行定期测定•根据需要对埋设的重力标石与国家重力基本网进行定期联测1.3.8网络RTK测量单基站RTK技术虚拟基站技术(VRS)主副站技术(MAC)1.4卫星大地控制网49GNSS:GPS,GLONASS,Galelio,Compass全球定位系统测量规范GB/T18314-2009,GPS网分为A、B、C、D、E五级2009版GPS测量规范的限差是与仪器的标称精度相关联的1.4.1GNSS控制网等级22()abD(1)A级GPS网由卫星定位连续运行基准站构成，用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和卫星精密定轨测量；(2)B级GPS测量主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳形变测量和各种精密工程测量等；(3)C级GPS测量用于建立三等大地控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制等;(4)D级GPS测量用于建立四等大地控制网；(5)E级GPS测量用于测图、施工等控制测量。精度要求对于GPS网，重点掌握：(1)两个最重要的等级：B，C(2)外业观测最主要的指标：观测时段个数，观测时段长度，重复设站数(3)网形特征：同步基线条数计算，独立基线的选择与条数计算(4)最重要的数据处理质量指标：同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线差、基线向量残差。521.4.2GNSS网布设一、G