大地测量习题.docx
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1、第一章绪论1.测量学的定义是什么? 答:测量学是关于测量和描绘地球形状与其重力场并监测其变化,为人类活动提供关于 地球的空间信息。 2测量学的地位和作用有哪些? 答:测量学是一切测绘科学技术的根底,在国民经济建设和社会开展中发挥着决定性的 根底保证作用;在防灾,减灾,救灾与环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用; 是开展空间技术和国防建设的重要保障;在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。3测量学的根本体系和容是什么? 答:测量学的根本体系由三个根本分支构成:几何测量学、物理测量学与空间 测量学。 根本容为: 1.确定地球形状与外部重力场与其随时间的变化,建立统一的测量坐标系,研究
2、地壳形变(包括地壳垂直升降与水平位移),测定极移以与海洋水面地形与其变化等; 2.研究月球与太阳系行星的形状与重力场; 3.建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文水平控制网、工程控制网和精 密水准网以与海洋控制网,以满足国民经济和国防建设的需要; 4.研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等; 5.研究地球外表向椭球面或平面的投影数学变换与有关的测量计算; 6.研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网与其联合网的数据处理的理论和方 法,测量数据库建立与应用等。 4.测量学的开展经历了哪几个阶段? 答:测量学的开展经历了四个阶段:地球圆球阶段、地球椭球阶段、水准面阶段和 现代测量新时期。 5
3、. 地球椭球阶段取得的主要标志性成果有哪些? 答:有:长度单位的建立;最小二乘法的提出;椭球测量学的形成,解决了椭球数学性 质,椭球面上测量计算,以与将椭球面投影到平面的正形投影方法;弧度测量大规模展开; 推算了不同的地球椭球参数。 6.物理测量标志性成就有哪些?答:有:克莱罗定理的提出;重力位函数的提出;地壳均衡学说的提出;重力测量有了进展, 设计和生产了用于绝对重力测量的可倒摆以与用于相对重力测量的便携式摆仪。极推动 了重力测量的开展。 7.测量的展望主要表达在哪几个方面? 答:主要表达在:1全球卫星定位系统(GPS),激光测卫(SLR)以与甚长基线干预测量(VLBI), 惯性测量统(IN
4、S)是主导本学科开展的主要的空间测量技术; 2用卫星测量、激光测卫与甚长基线干预测量等空间测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间测量控制网,是确定地球根本参数与其重力场,建立基准参考框架,监测地壳形变,保证空间技术与战略武器开展的地面基准等科技任务的根本技术方案; 3精化地球重力场模型是测量学的重要开展目标。 第二章 坐标系统与时间系统 1 何谓椭球局部定位和地心定位? 答:椭球定位是指确定椭球中心的位置,可分为两类:局部定位和地心定位。局部定位要求 在一定围椭球面与水准面有最正确的符合,而对椭球的中心位置无特殊要求;地心定 位要求在全球围椭球面与水准面有最正确的符合,同时要求椭球中心与地球
5、质心一致 或最为接近。 2椭球定向的两个条件是什么?答:椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向,不论是局部定位还是地心定位,都应满足两个平行条件: 椭球短轴平行于地球自转轴;起始子午面平行于天文起始子午面。这两个平行条件是人为规定的,其目的在于简化坐标、方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算。 3建立地球参心坐标系,需要进展哪几项工作?需满足哪些条件? 答:建立地球参心坐标系,需进展如下几个方面的工作: 选择或求定椭球的几何参数(长半径a和扁率) 确定椭球中心的位置(椭球定位) 确定椭球短轴的指向(椭球定向) 建立原点 4地心地固坐标系是如何定义的?答:地心地固坐标系的定义是:地球椭球的中心与地球质
6、心重合,椭球面与水准面 在全球围最正确符合,椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极),纬度 为过地面点的椭球法线与椭球赤道面的夹角,经度为过地面点的椭球子午面与格林尼治 的子午面之间的夹角,高为地面点沿椭球法线至椭球面的距离 554 坐标系存在哪些不足? 答:存在如下缺点: 椭球参数有较大误差。克拉 0 索夫斯基椭球参数与现代准确的椭球参数相比,长半轴约大109m。 参考椭球面与我国水准面存在着自西向东明显的系统性的倾斜,在东部地区水 准面差距最大达+68m。 几何测量和物理测量应用的参考面不统一。 定向不明确。椭球短轴的指向既不是国际上较普遍采用的国际协议(习用)原点 CIO,也不
7、是我国地极原点 0 .1968JYD ;起始子午面也不是国际时间局 BIH 所定义的格林尼治平 均天文台子午面,从而给坐标换算带来一些不便和误差。 另外,鉴于该坐标系是按局部平差逐步提供点成果的,因而不可防止地出现一些矛盾和不够合理的地方。 6 80 坐标系有哪些特点? 答:1980 年国家坐标系的特点是: 采用 1975 年国际测量与地球物理联合会 (IUGG) 第 16 届大会上推荐的 4 个椭球基 本参数。 地球椭球长半径 a=6 378 140 m ,地心引力常数 地球重力场二阶带球谐系数 地球自转角速度 根据物理测量学中的有关公式,可由上述4个参数算得地球椭球扁率 =1/298.25
8、7, 赤道的正常重力值 参心坐标系是在 1954 年坐标系根底上建立起来的。 椭球面同似水准面在我国境最为密合,是多点定位。 定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 的方向,起始子午面平行于我国起始天文子午面, = 原点地处我国中部,位于市以北 60 km 处的泾阳县永乐镇,简称原点。 高程基准采用 1956 年黄海高程系。 该坐标系建立后,实施了全国天文网平差。 7国际地球自转服务(IERS) 有几项主要任务? 答:IERS 的任务主要有以下几个方面: 维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF); 维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF); 为当前应用和长期研究提供与
9、时准确的地球自转参数(EOP)。 8国际地球参考系统(ITRS)是怎样定义的? ITRS 是一种协议地球参考系统,它的定义为: 原点为地心,并且是指包括海洋和大气在的整个地球的质心; 长度单位为米(m),并且是在广义相对论框架下的定义; Z 轴从地心指向 BIH1984.0 定义的协议地球极(CTP); X轴从地心指向格林尼治平均子午面与 CTP 赤道的交点; Y 轴与 XOZ 平面垂直而构成右手坐标系;时间演变基准是使用满足无整体旋转 NNR 条件的板块运动模型,来描述地球各块体随时间的变化。 9试指出坐标变换公式中各符号的意义。答:式中为平移参数; 为旋转参数,m为尺度变化参数。 第三章
10、地球重力场与地球形状的根底理论1.地球重力场的根本原理是什么? 答:重力是地球引力和离心力的合力,研究地球的重力场常借助于位理论,因为位函数是个标量函数,而重力场是一个矢量函数,研究矢量函数是非常复杂的。重力位W是引力位V 和离心力位Q之和。即W=V+Q ,其中【公1】 。 根据位理论和牛顿万有引力定律,假设 【公2】质点的重力位,在空间直角坐标系中,对其 求三个坐标分量的偏导数,可求得重力的三个分量或重力加速度,用下式表达为: 知道了各分力,就可以计算重力矢量的模【公3】由此可知,对某一单位质点而言,作用其上的重力在数值上等于使它产生的重力加速度的数 值。2确定地球重力位和地球形状,为什么要
11、引入地球的正常重力位? 答:地球正常重力位是一个函数简单、不涉与地球形状和密度便可直接计算得到的地球重力 位的近似值的辅助重力位。当知道了地球正常重力位,又想法求出它同地球重力位的差异(又 称扰动位),便可据此求出水准面与这形状的差异,最后解决确定地球重力位和地 球形状的问题。 3地球重力扁率与地球椭球扁率之间的关系是什么? 答:地球重力扁率与地球椭球扁率之间的关系为: ,其中e为赤道 上的正常重力,为p极点处正常重力,q为赤道上的离心力与重力之比。 4 正常重力场有几个参数?它们之间存在怎样的关系? 答:正常重力场有七个参数,它们分别是:,与e。 它 们 之 间 的 关 系 为 :,与 。5
12、名词解释答:1水准面:与平均海水面相重合,延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的覆盖整 个地球外表的水准面。 2似水准面:与水准面很接近的曲面,它不是水准面。 3总地球椭球:使其中心和地球质心重合,短轴与地轴重合,起始子午面与起始天文子午 面重合,在全球和体最为密合的地球椭球。4 参考椭球:大小与定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球叫参考椭球。 5水准面差距:地球椭球与水准面的差距。 6垂线偏差:地面点的法线与垂线之间的夹角。 6.正高、正常高和高如何定义的?三者有何关系: 答:正高:地面点沿垂线方向至水准面的距离,用 H正 表示;地面点沿垂线方向至似水准面的距离,用 H常 表示;地面点沿法线方
13、向至椭球面的距离,用 H大 表示。三者的关系为:。其中为高程异常,N 为水准面差距。 7水准面的不平行性是由于什么原因引起的?这种现象对水准测量会产生什么影响? 答:由于水准面是一重力等位面,正常重力的大小与纬度有关,当位 W 一定时,两水准面 之间的距离与重力成反比,从导致两水准面之间的不平行。这种现象会引起经过不同路线测 定某点的高程不同,使某点高程产生多值性。 81956年黄海高程系统与1985国家高程基准有何差异? 答:1956 年黄海高程系统的高程基准面是采用1950年至1956年7年间验潮站的潮汐 资料推求得到的。1985 国家高程基准的高程基准面是采用验潮站 19521979 年
14、中取 19 年的验潮资料计算确定的。两者相差0.029m。 91956 年黄海高程系统与 1985 国家高程基准的水准原点高程各是多少? 答:1956 年黄海高程系统水准原点高程是 72.289m,1985 国家高程基准的水准原点高程是 72.260m。 第四章 地球椭球与其数学投影变换的根本理论 1.椭球面上的常用坐标系有哪些? 答:有坐标系、空间直角坐标系、天文坐标系、子午面直角坐标系、地心纬度坐标系与 归化纬度坐标系、站心地平坐标系。 2. 地球椭球根本参数有哪些?它们的互相关系是什么? 答:椭圆的长半轴a、短半轴、扁率、第一偏心率e、第二偏心率e、辅助量,极半径c。它们的互相关系为 4
15、用公式表示空间直角坐标系和坐标系之间的关系。 答:空间直角坐标系和坐标系之间的公式为: 5 纬度、归化纬度好地心纬度三者间有何关系? 答:Bu之间的关系: u之间的关系:之间的关系:三者满足6垂线偏差,坐标系同天文坐标系有何关系? 答:关系为。 NRM7法截面、法截弧是如何定义的? 答:过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面的法线,包含这条法线的平面叫作法截面,法截面与椭球面的交线称为法截弧。 8极半径是否等于椭球短半轴半径? 答:不相等。 9椭球上任意一点的曲率半径有多少条? 答:有无数条。 10卯酉圈是怎样定义的?它的曲率半径是多少? 答:与某点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合圈
16、称为卯酉圈。它的曲率半径是。 11简要表达 M、N、R 三种曲率半径之间的关系。 答:椭球面上某一点 M,N,R 均是自该点起沿法线向量取,它们之间的关系如下表 - 它们的长度通常是不相等的,关系为 N RM 。 12坐标系和天文坐标系各以什么作基准面和基准线? 答:坐标系以椭球面和法线作基准面和基准线;天文坐标系以圆球面和垂线作基准面和 基准线。 13卯酉圈曲率半径N与子午圈曲率半径M何时有最大值?何时有最小值? 答:卯酉圈曲率半径 N 与子午圈曲率半径 M 在 B=0时有最小值,在 B=90时有最大值。 14当椭球元素确定之后,椭球面上任意方向法截线曲率半径的计算值取决于哪两个变量? 为什
17、么? 答:由计算椭球面上任意方向法截线曲率半径的公式知,当椭球元素确定之后, RA的计算值取决于纬度 B 和方位角 A。 15研究平均曲率半径 R 对椭球解算有何意义? 答:由于 A R 的数值随方位而变化,这给测量计算带来不便。在测量工作中往往根据一定的精度要求,在一定围,把椭球面当做球面来处理,为此就要推求这个球面的半径平 均曲率半径。 16在推导计算子午线弧长公式时,为什么要从赤道起算?假设欲求纬度 B1和 B2间的子午线弧长( B1B20),如何计算? 答:我们知道,子午椭圆的一半,它的端点与极点相重合,而赤道又把子午线分成对称的两 局部,因此,推导从赤道开始到纬度 B 间的子午线弧长
18、的计算公式就足够使用了;这样做公式推导更为方便。为求子午线上两个纬度B1与B2间的弧长,只需按子午线弧长的计算公式分别算出相应的 X1与X2,而后取差:X=X1-X2,该X即为所求的弧长。 17何谓椭球面上的相对法截线和线? 答:设在椭球面上任取两点A和B,连 A, B两点的法线 和 得两法截弧 AaB和BbA,因法线Ana和Bnb互不相交,故 AaB和BbA这两条法截线不相重合。我们把 AaB和BbA 叫做 A,B 两点的相对法截线。椭球面上两点间的最短程曲线叫做线。 18为什么要用线代替法截线?线具有什么性质? 答:因为线是椭球面上两点间唯一的最短线,而两点间的法截线通常不相重合,为了获
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