2024注册测绘师大地测量讲稿.docx

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1、a2024注册测绘师资格考试大纲”（其次科目测绘综合实力第一篇大地测量）注册测绘师资格考前培训辅导（讲稿）【考试目的】考察测绘专业技术人员运用测绘专业技术理论，分析、推断和解决测绘项目实施过程中专业技术问题的实力，以及处理测绘专业之间综合性问题的实力。【考试内容】（一）、大地测量考试基本要求1.依据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位限制网、边角限制网、高程限制网和重力限制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。2 .依据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等状况，选择满足设计要求的点（站）址，并建立适合该区域的测量标记。

2、3依据限制网的布设状况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备,进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得合格的观测成果。4 .依据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、牢靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。5 .依据卫星定位限制网的特点，依据工程须要进行似大地水准面（或高程异样模型）的精化工作，完成卫星定位三维限制网的建设。6依据作业区域的坐标系统状况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年头限制网间的相互关系。第1章大地测量概论1.1O1大地测量的任务和作用大地测量是为探讨地球的形态及表面特性进行的实际测量工

3、作。其主要任务是建立国家或大范围的精密限制测量网，内容有三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。它为大规模地形图测制及各种工程测量供应高精度的平面限制和高程限制；为空间科学技术和军事用途等供应精确的点位坐标、距离、方位及地球重力场资料；为探讨地球形态和大小、地壳形变及地震预报等科学问题供应资料。1 .1o2现代大地测量的特点20世纪80年头以来，由于空间技术、计算机技术和信息技术的飞跃发展，以电磁波测距、卫星测量、甚长基线干涉测量等代表的新的大地测量技术出现，给传统大地测量带来了革命性的变革，形成了现代大地测量。现代大地测量具有以下特

4、点：（1）长距离、大范围。量测的篦围和间距，不再受天气及“视线”长度的制约，能供应协调一样的全球性大地测量数据。（2）高精度。量测精度相对于传统大地测量而言，已提高了1-2个数量级。（3）实时、快速。外业观测和内业数据处理几乎可以在同一时间段内完成，即实时或准实时地完成。（4）“四维”。能供应在合理复测周期内有时间序列的（时间或历元）、高于10-7相对精度的大地测量数据。（5）地心。测得的位置、高程、影像等成果，是以维系卫星运动的地球质心为坐标原点的三维测量数据。（6）学科融合。现代大地测量除对大气科学贡献外，由于它能获得精确、大量、在空间和时间方面有很高辨别率的对地观测数据，因此对地球科学、

5、海洋学、地质学、地震学等地球科学的作用也越来越大。它与地球科学多个分支相互交叉，已成为推动地球科学的前沿科学之一。1.1. 3大地测量的作用大地测量是组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础，也是描述、构建和认知地球，进而解决地球科学问题的一个时空平台。任何与地理位置有关的测绘都必需以法定的或协议的大地测量基准为基础。各种测绘只有在大地测量基准的基础上，才能获得统一、协调、法定的平面坐标和高程系统，才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。在我国科学探讨、国民经济建设、国防建设、国家权益维护、空间技术与航天工程、社会发展中均离不开大地测量技术供应的服务。1 .2大地测量

6、系统与参考框架大地测量系统规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式（包括理论、模型和方法）。大地测量参考框架是通过大地测量手段，由固定在地面上的点所构成的大地网（点）或其他实体（静止或运动的物体）按相应于大地测量系统的规定模式构建的，是对大地测量系统的具体实现。大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。大地测量系虢包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统。与大地测量系统相对应，大地参考框架有坐标（参考）框架、高程（参考）框架和重力测量（参考）框架三种。1. 2.1大地测量坐标系统和大地侧量常数大地测量坐标系统是一种固定在地球上，随地球一起转动的非惯性坐标

7、系统。依据其原点位置不同，分为地心坐标系统和参心坐标系统。从表现形式上分，大地测量坐标系统又分为空间直角坐标系统、大地坐标系统两种形式。空间直角坐标一般用（X,y,Z）表示；大地坐标用（经度、，纬度，大地高H）表示，其中大地高H是指空间点沿椭球面法线方向至椭球面的距离。大地测量常数是指与地球一起旋转且和地球表面最佳吻合的旋转椭球（即地球椭球）几何参数和物理参数。它分为基本常数和导出常数。基本常数唯肯定义了大地测量系统。导出常数由基本常数导出，便于大地测量应用。大地测量常数按属性分为几何常数和物理常数。2. 2.2大地测量坐标框架1.参心坐标框架传统的大地测量坐标框架是由天文大地网实现和维持的，

8、一般定义在参心坐标系统中，是一种区域性、二维静态的地球坐标框架。20世纪，世界上绝大部分国家或地区都采纳天文大地网来实现和维持各自的参心坐标框架。我国在20世纪5080年头完成的全国天文大地网，分别定义在1954北京坐标系统和1980西安坐标系中。我国天文大地限制点（大地点）覆盖我国大陆和海南岛，采纳整体平差方法构建了我国参心坐标框架。2,地心坐标框架国际地面参考框架（ITRF）是国际地面参考系统（ITRS）的具体实现。它以甚长基线干涉测量（V1.Bl）、卫星激光测距（S1.R）、激光测月（1.1.R）、GPS和卫星多普勒定轨定位（DORIS）等空间大地测量技术构成全球观测网点，经数据处理，得

9、到ITRF点（地面观测点）站坐标和速度场等。目前，ITRF已成为国际公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。2000国家大地限制网是定义在ITRS2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。区域性地心坐标框架一般由三级构成。第一级为连续运行站构成的动态地心坐标框架，它是区域性地心坐标框架的主限制；其次级是与连续运行站定期联测的大地限制点构成的准动态地心坐标框架；第三级是加密大地限制点。1.2,3高程系统和高程框架1 .高程基准高程基准定义了陆地上高程测量的起算点，区域性高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定，通常定义该平均海面的高程为零。在地面预先设置好一固定点（组），联测其至平均海水面的

10、海拔高程。这个固定点就称为水准原点，其高程就是区域性水准测量起算高程。1954年，我国确定用青岛验潮站验潮计算的黄海平均海水面作为高程基准面，并在青岛市观象山修建了国家水准原点。1956年，通过对青岛验潮站7年的验潮资料的计算，求出我国青岛水准原点高程为72289m。1976年，我国进行了国家二期一等水准网布测工作。同时建立了1985国家高程基准。1985国家高程基准是我国现采纳的高程基准，青岛水准原点高程为722604mo2 .高程系统我国高程系统采纳正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。由地面点沿垂线向下至似大地水准面之间的距离，就是该点的正常高，即该点的高程，3 .高程框架高程框架是

11、高程系统的实现。我国水准高程框架由国家二期一等水准网，以及国家二期一等水准复测的高精度水准限制网实现，以青岛水准原点为起算基准，以正常高系统为水准高差传递方式。高程框架分为四个等级，分别称为国家一、二、三、四等水准限制网。框架点的正常高采纳逐级限制，其现势性通过一、二等水准限制网的定期复测来维持。高程框架的另一种形式是通过（似）大地水准面精化来实现的。1.2.4 重力系统和重力测量框架重力是重力加速度的简称。重力测量就是测定空间一点的重力加速度。重力基准就是标定一个国家或地区的肯定重力值的标准。重力参考系统则是指采纳的椭球常数及其相应的正常重力场。重力测量框架则是由分布在各地的若干肯定重力点和

12、相对重力点构成的重力限制网，以及用作相对重力尺度标准的若千条长短基线。在20世纪5070年头，我国采纳波茨坦重力基准，重力参考系统采纳克拉索夫斯基椭球常数。80年头初，我国建立了“国家1985重力基本网”,简称为“85网”。它由6个基准点、46个基本点和5个基本点引点组成。重力参考系统则采纳IAG75椭球常数及其相应正常重力场。1999年至2024年，我国完成了2000国家重力基本网建设，简称“2000网”。它由259个点组成，其中基准点21个、基本点126个和基本点引点112个；长基线网1个，重力仪格值标定场8处，联测了1985国家重力基本网及中国地壳运动观测网络重力网点66个。该网运用了F

13、GS肯定重力仪施测，并增加了肯定重力点的数量，覆盖面大，是我国新的重力测量基准。重力系统采纳GRS80椭球常数及其相应正常重力场。1.2.5 深度基准深度基准面的选择与海区潮汐状况有关，常采纳当地的潮汐调和常数来计算，由于各地潮汐性质不同，计算方法不同，一些国家和地区的深度基准面也不相同。有的采纳理论深度基准面，有的采纳平均低潮面、最低低潮面、大潮平均低潮面等。我国1956年以前主要采纳了最低低潮面、大潮平均低潮面和实测最低潮面等为深度基准。从1957年起采纳理论深度基准面为深度基准。该面是按苏联弗拉基米尔计算的当地理论最低低潮面。1.1.1 .3时间系统与时间系统框架在现代大地测量中，为了探

14、讨诸如地壳升降和地球板块运动等地球动力学现象，时间也和描述观测点的空间坐标一样，成为探讨点位运动过程和规律的一个重要重量，从而形成空间与时间参考系中的四维大地测量。时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻的参考标准和时间间隔的尺度标准。时间系统也称为时间基准或时间标准。频率基准规定了“秒长”的尺度，任何一种时间基准都必需建立在某个频率基准的基础上。因此，时间基准也称为时间频率基淮。时间系统框架是在某一区域或全球范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。1.1.2 常用的时间系统大地测量中常用的时间系统有：(1)世界时(UniversalTime,UT):以地球自转周

15、期为基准，在1960年以前始终作为国际时间基准。(2)原子时(AtomioTim。，AT):以位于海平面(大地水准面，等位面)的铠(133Cs)原子内部两个超精细结构能级跃迁辐射的电磁波周期为基准，从1958年1月1日世界的零时起先启用。(3)力学时(DynamicTime,DT):在天文学中，天体的星历是依据天体动力学理论的运动方程而编算的，其中所采纳的独立变量是时间参数T,这个数学变量T,便被定义为力学时。(4)协调时(UniversalTimeCoordinated,UTC):它并不是一种独立的时间，而是时间服务工作钟把原子时的秒长和世界时的时刻结合起来的一种时间。(5)GPS时(GPS

16、Time,GPST):由GPS星载原子钟和地面监控站原子钟组成的一种原子时基准，与国际原子时保持有19S的常数差，并在GPS标准历元1980年1月6日零时与UTC保持一样。1.1.3 时间系统框架时间系统框架是对时间系统的实现。描述一个时间系统框架通常须要涉及如下几个方面的内容：(1)采纳的时间须率基准。时间系统确定了时间系统框架采纳的时间频率基准。不同的时间频率基准，其建立和维护方法不同。历书时是通过观测月球来维护；力学时是通过观测行星来维护；原子时是由分布不同地点的一组原子须标来建立，通过时间频率测量和比对的方法来维护。（2）守时系统。守时系统用于建立和维持时间频率基准，确定时刻。为保证守

17、时的连续性，不论是哪种类型的时间系统，都须要稳定的须标。（3）授时系统。授时系统主要是向用户授时和时间服务。授时和时间服务可通过电话、网络、无线电、电视、专用（长波和短波）电台、卫星等设施和系统进行，它们具有不同的传递精度，可满足不同用户的须要。（4）覆盖范围。覆盖范围是指区域或是全球。20世纪90年头自美国GPS广泛运用以来，通过与GPS信号的比对来校验本地时间频率标准或测量仪器的状况越来越普遍，原有的计量传递系统的作用相对削减。补充内容1.11. 1大地测量学的定义大地测量学是指在肯定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形态及其重力场并监测其变更，为人类活动供应关于地球的空间信息的一门学科

18、。经典大地测量：地球刚体不变、匀称旋转的球体或椭球体；范国小。现代大地测量：空间测绘技术（人造地球卫星、空间探测器），空间大地测量为特征，范围大。2大地测量学的基本体系应用大地测量、椭球大地测量、天文大地测量、大地重力测量、测量平差等；新分支：海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量。几何大地测量学（即天文大她测量学）基本任务：是确定地球的形态和大小及确定地面点的几何位置。主要内容：国家大地测量限制网（包括平面限制网和高程限制网）建立的基本原理和方法，精密角度测量，距离测量，水准测量；地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数的数学模型。

19、物理大地测量学：即理论大地测量学基本任务：是用物理方法（重力测量）确定地球形态及其外部重力场。主要内容：包括位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推求地球形态及外部重力场的理论与方法。空间大地测量学：主要探讨以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。1.3 大地测量学的基本内容K建立和维持国家和全球的测绘基准、坐标系统（天文大地水平限制网、工程限制网和精密水准网以及海洋大地限制网），以满足国民经济和国防建设的须要。区探讨为获得高精度测量成果的仪器和技术方法。探讨地球表面对椭球面或平面的投影数学变换及有关大地测量计算。3,探讨大规模、高精度和多类别的地面网、空间网的数

20、据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。1.5 大地测量学发展简史及展望1大地测量学的发展简史第一阶段：地球圆球阶段从远古至17世纪,人们用天文方法得到地面上同一子午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧长，从而推得地球半径（弧度测量）其次阶段：地球椭球阶段从17世纪至19世纪下半叶，在这将近200年期间，人们把地球作为圆球的相识推动到向两极略扁的椭球。第三阶段：大地水准面阶段第四阶段：现代大地测量新时期（数字地球时期）220世纪下半叶，以电磁波测距、人造地球卫星定位系统及甚长基线干涉测量等为代表的新的测量技术的出现，给传统的大地测量带来了革命性的变革，大地测量学进入了以空间测量技术

21、为代表的现代大地测量发展的新时期。补充内容1.2时间的描述对于时间的描述，可采纳一维的时间坐标轴，有时间原点、度量单位(尺度)时刻刚好间间隔等要素，原点可依据须要进行指定，度量单位采纳时刻和时间间隔两种形式。时刻是时间轴上的坐标点，是相对于时间轴的原点而言的，是指发生某一现象的瞬间；时间间隔是两个时刻点之间的差值，是指某一现象的持续时间的长短。任何一个周期运动，假如满足如下三项要求，就可以作为计量时间的方法。D运动是连续的；2)运动的周期具有足够的稳定性；3)运动是可观测的。在实际应用中，依据须要选取满足上述条件的周期运动，从而定义了多种时间系统。例如，以地球自转运动为基础，建立了恒星时(ST

22、)和世界时(UT)；以地球公转运动为基础，建立了历书时(ET),并进一步发展为太阳系质心力学时(TDB)和地球质心力学时(TDT)；以物质内部原子运动特征为基磔，建立了原子时(TAI)。1.2.1 恒星时(ST)以春分点作为基本参考点，由春分点周日视运动确定的时间，称为恒星时。春分点连续两次经过同一子午圈上中天的时间间隔为一恒星日，分为24个恒星时，某一地点的地方恒星时，在数值上等于春分点相对于这一地方子午网的时角。依据关于地球自转的描述，由于岁差和章动的影响，地球自转轴的指向在空间是变更的，从而导致春分点的位置发生变更，相应于某一时刻瞬时极的春分点称为其春分点，相应于平极的春分点称为平春分点

23、，据此把恒星时分为真恒星时和平恒星时。真恒星时等于真春分点的地方时角(1.AST),平恒星时等于平春分点的地方时角(1.MST),真春分点的格林尼治时角(GAST).平春分点的格林尼治时角(GMST)与1.AST、1.MST的关系为：1.AST-1.MST=GASt-GMST=cos(2-1)G5T=1.0027379093v(7T1+24110.5484F+8640184.812866T八(2-2)+0.093104vT2-6.2IO-6T3GMST-1.MST=GAST-1.AST=A(2-3)其中，材为黄经章动，为黄赤交角，T为J2000.0至计笄历元之间的儒略世纪数。赤道图2-5恒星时

24、1.2.2 世界时(UT)以真太阳作为基本参考点，由其周日视运动确定的时间，称为真太阳时。由于真太阳的视运动速度是不匀称的，因而真太阳时不是匀称的时间尺度，为此引入虚拟的在赤道上匀速运行的平太阳，其速度等于其太阳周年运动的平均速度。平太阳连续两次经过同一子午图的时间间隔，称为一个平太阳日，分为24个平太阳小时。以格林尼治半夜起算的平太阳时称为世界时。未经任何改正的世界时表示为UT0,经过极移改正的世界时表示为UT1,进一步经过地球自转速度的季节性改正后的世界时表示为UT2o(2-4)(2-5)(2-6)Urn=UTNtT2=(l+T=(Xpsin-yfcos)tanT=0.022sin(2t)

25、-0.012cos(2t)-0.006sin(4乃t)+0.007COSGTrt)(2-7)九夕为天文经纬度，t为白塞尔年岁首回来年的小数部分。平太阳连续两次经过平春分点的时间间隔为一回来年，等于365.24219879个平太阳日,在民用中则采纳整数365天，每四年一个闰年为366天。由于地球自转的同时又绕太阳公转，对应平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔，地球的自转量超过一圈，而一个恒星日正好对应于地球自转一周，如图2-6所示。其关系式为：1平太阳日=(1+1/365.25)恒星日。假如以平太阳时间尺度计算，一个恒星日等于23小时56分04秒。图2-6恒星时与太阳时太阳春分点1.2.3 历

26、书时(ET)与力学时(DT)由于地球自转速度不匀称，导致用其测得的时间不匀称。1958年第10届国际天文学协会(IAU)确定，自1960年起起先以地球公转运动为基准的历书时来量度时间，用历书时系统代替世界时。历书时的秒长规定为1900年1月1日12时整回来年长度的1/31556925.9747,起始历元定在1900年1月1日12时。历书时对应的地球运动的理论框架是牛顿力学，依据广义相对论，太阳质心系和地心系的时间将不相同，1976年国际天文学联合会(IAU)定义了这两个坐标系的时间：太阳系质心力学时(TDB)和地球质心力学时(TDT)。称为“力学”，是这两个时间尺度可以看作是行星绕日运动方程和

27、卫星绕地运动方程的自变量(亦即时间)。TDT和TDB可以看作是ET分别在两个坐标系中的实现，TDT代替了过去的ET。TDT与TDB的关系式为：TDB=TDT+0.001658sin(g+0.0167sing)(2-9)g=(357.528o+35999.050oT)(211/360)(2-10)1.2.4 原子时(AT)原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。原子时的基本单位是原子时秒，定义为：在零磁场下，葩733原子基态两个超精细能级间跃迁辐射9192631770周所持续的时间。1967年第13届国际计量大会把在海平面实现的原子时秒做为国标参照时标，规定为国际单位制中

28、的时间单位。依据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以供应原子时。由各试脸室用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时。目前，全世界大约有20多个国家的不同试脸室分别建立了各自独立的地方原子时。国际时间局比较、综合世界各地原子钟数据，最终确定的原子时，称为国际原子时，简称TAI(法语缩写)。TAI起点定在1958年1月1日。时。分。秒（UT2）,即规定在这一噂间原子时时刻与世界时刻重合。但事后发觉，在该瞬间TAl与世界时的时刻之差为0.0039秒。这一差值就作为历史事实而保留下来。在确定原子时起点之后，由于地球自转速度不匀称，世界时与原子时之间的时差便逐年积累。原子时是通过原子钟

29、来守时和授时的，其精度高达KT”秒，对于人造卫星和导弹的制导、空间跟踪、数字通讯、甚长基线射电干涉技术、相对论效应的脸证、地球自转的不匀称性的探讨、基本物理量的定义和测量、无线电波的传递速度的测量以及电离层探讨等方面，原子钟都是一种重要的仪器。现在TDT的计量是用原子钟实现的，两者的起点不同，其关系式为：TDT=TAI+32.184（2-11）1.2.5 协调世界时（UTC）原子时与地球自转没有干脆联系，由于地球自转速度长期变慢的趋势，原子时与世界时的差异将渐渐变大，为了保证时间与季节的协调一样，便于日常运用，建立了以原子时秒长为计量单位、在时刻上与平太阳时之差小于0.9秒的时间系统，称为世界

30、协调时（UTC）。当UTC超过平太阳时之差超过0.9秒时，拨快或拨慢1秒，称为闰秒。闰秒由国际计量局向全世界发出通知，一般在12月份最终一分钟进行。假如一年内闰1秒还不够，就在6月再闰1秒。到目前为止由于地球转速越来越慢，都是拨慢1秒，60秒改为61秒。负闰秒还没有发生过。UTC与其他时间系统的关系为：1.2.6 卫星定位系统时间时间的计量对于卫星定轨、地面点与卫星之间距离测量至关重要，精确定时设备是导航定位卫星的重要组成部分。卫星系统是连续运行的，要求时间系统是连续的，为了进行高精度定位，要求卫星上的时间计量设备具有很高的精度，因而原子时是最合适的选择。例如GPS的时间系统采纳基于美国海军观

31、测试脸室（USNO）维持的原子时，称为GPST,它与UTC的关系是：GPST=UTC+n在1980年1月6日，GPST与UTC相等，当前（2024年），GPST=UTC+13对于上述的时间系统，与计量方法的关系及其转换关系汇总如下:时间系统计量依据恒星时以春分点为参考点的地球自转世界时以太阳为参考点的地球自转历书时、力学时地球公转（已被原子时所代替）原子时、卫星定位系统时间原子钟世界协调时原子钟+闰秒UT1=UTC+dT1(IERS公报)GAST=GMST+CoSETAI=UTC+nTAI=GPST+19 GPST与UTC的关系：GPST=UTC+1n-19 1987年：n=23; 1992年

32、：n=26; 2024年：n=32补充内容1.3大地测量参考系统(GeodeticReferenceSystem)坐标参考系统：分为天球坐标系和她球坐标系。天球坐标系用于探讨天体和人造卫星的定位与运动。地球坐标系用于探讨地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式，大地坐标系如图270所示，P点的子午面NPS与起始子午面NGS所构成的二面角1.,叫做P点的大地经度，由起始子午面起算，向东为正，叫东经(0180),向西为负，叫西经(0180),P点的法线Pn与赤道面的夹角B,叫做P点的大地纬度，由赤道面起算，向北为正，叫北纬(090),向南为

33、负，叫南纬(090)o在该坐标系中，P点的位置用(1.,B)表示。假如点不在椭球面上，表示点的位置除(1.,B)夕卜，还要附加另一参数大地高H,它是从观测点沿椭球的法线方向到椭球面的距离。空间直角坐标系如图271所示，空间随意点的坐标用(XYZ)表示，坐标原点位在总地球质心或参考椭球中心，Z轴与地球平均自转轴相重合，亦即指向某一时刻的平均北极点，X轴指向平均自转轴与平均格林尼治天文台所确定的子午面与赤道面的交点Ge,而Y轴与XOZ平面垂直，且指向东为正。上面介绍的两种坐标系，在大地测量、地形测量以及制图学的理论探讨及实践工作中都得到广泛地应用。因为它们将全地球表面上的关于大地测量、地形测量及制

34、图学的资料都统一在一个统一的坐标系中。此外，它们是由地心、旋转轴、赤道以及地球椭球法线确定的，因此，它们对地球自然形态及大地水准面的探讨、高程的确定以及解决大地测量及其他学科领域的科学和实践问题也是最便利的。图2-10大地坐标系图271空间直角坐标系高程参考系统：以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大她水准面为参照面的高程系统称为正常高，大地水准面相对于旋转椭球面的起伏见图272,正常高H正常及正高H正与大地高/和有如下关系：H=H正常+7H=NE+N/式中：高程异样，N大地水准面差距。图272参考椭球面与大地水准面重力参考系统：重力观测值的参考系统。大地测量参考框架(GeOdetiC

35、ReferenceFrame)：是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的限制网(点)所构建的，分为坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。国家平面限制网是全国进行测量工作的平面位置的参考框架，国家平面限制网是按限制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前供应运用的国家平面限制网含三角点、导线点共154348个；国家高程限制网是全国进行测量工作的高程参考框架，按限制等级和施测精度分为一、二、三、四等网，目前供应运用的1985国家高程系统共有水准点成果114041个，水准路途长度为416619.1公里；国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架，目前供应运用的

36、2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点，重力成果在探讨地球形态、精确处理大地测量观测数据、发展空间技术、地球物理、地质勘探、地霹、天文、计量和高能物理等方面有着广泛的应用；“2000国家GPS限制网”由国家测绘局布设的高精度GPSA、B级网，总参测绘局布设的GPS一、二级网，中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成，该限制网整合了上述三个大型的、有重要影响力的GPS观测网的成果，共2609个点，通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，形成了紧密的联系体系，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，同时为建立我国新一代的地心坐标系统打下了坚实的基

37、磔。椭球定位和定向旋转椭球体是椭圆绕其短轴旋转而成的形体，通过选择椭圆的长半轴和扃率，可以得到与地球形体特别接近的旋转椭球，旋转椭球面是一个形态规则的数学表面，在其上可以做严密的计算，而且所推算的元素（如长度与角度）同大地水准面上的相应元素特别接近，这种用来代表地球形态的椭球称为地球椭球，它是地球坐标系的参考基准。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。局部定位要求在肯定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一样或最为接近。椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向。不

38、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：大地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，其目的在于简化大地坐标、大地方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算。具有确定参数（长半径a和扁率）,经过局部定位和定向，同某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球，叫做参考椭球。除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球，叫做总地球椭球。第2章传统大地限制网2.1 传统大地限制网的布设2.1.1 传统大地限制网的建设采纳传统大地测量技术建立平面大地限制网就是通过测角、测边推算大地限制网点的坐标。其方法有：三角测量法

39、、导线测量法、三边测量法和边角同测法。三角测量法优点是：检核条件多，图形结构强度高；实行网状布设，限制面积枝大，精度较高；主要工作是测角，受地形限制小，扩展快速。缺点是：在交通或隐藏地区布网困难，网中推算的边长精度不匀称，距起始边愈远精度愈低。但在网中适当位置加测起算边和起算方位角，就可以限制误差的传播，弥补这个缺点。三角测量法是我国建立天文大地网的主要方法。导线测量法优点是：单线推动速度快，布设敏捷，简洁克服地形障碍和穿过陂藏地区；边长干脆测定，精度匀称。尤其是电磁波测距技术的发展，使导线测量法应用比较普遍。主要缺点是：几何条件少，图形结构强度低；限制面积小。我国在西藏地区天文大地网布设中主

40、要采纳导线测量法。三边测量法和边角同测法只是在特殊状况下采纳，我国天文大地网布设中没有采纳该方法。2.1.2 三角网布设的原则国家三角网布设的原则是：1 .分级布网、逐级限制先以高精度的稀疏的一等三角锁网，纵横交叉地布满全国，形成统一坐标系统骨干网。然后，按不同地区、不同特点的实际须要，再分别布设二、三、四等三角网。2 .具有足够的精度国家三角网是限制测图的基础，它的精度必需保证测图的实际须要。3 .具有足够的密度三角点的密度要依据测图的方法及比例尺的大小而定。一般按航测成图的要求，点的密度规定见表1-2-1o4 .要有统一的规格建立国家三角网，工程规模巨大，必需有大量的测量单位和作业人员划分

41、地区进行作业。为此，国家必需制定统一的布网方案和国家三角侧量和精密导线测量规范，作为测量和建立全国统一的三角锁网的依据。2.1.3全国天文大地网整体平差全国天文大地网整体平差于1978年至1984年期间完成，1984年6月通过技术鉴定。通过天文大地网整体平差，消退了原来分区平差和逐级限制产生的不合理影响，提高了大地网精度；建立了我国自己的1980国家大地坐标系，并为精化地心坐标供应了条件，它是我国大地测量发展史上的一个里程碑，也为我国大地测量的进一步发展打下了良好的基础。全国天文大地网整体平差的技术原则如下：(I)地球椭球参数。地球椭球参数采纳1975年国际大地测量与地球物理联合会(IUGG)

42、第16届大会期间IAG决议举荐的数值，即IAG-75椭球参数。(2)坐标系统。依据天文大地网整体平差结果建立椭球相同的两套大地坐标系：1980国家大地坐标系和地心坐标系。(3)椭球定位与坐标轴指向，1980国家大地坐标系的椭球短轴应平行于由地球质心指向1968.0地极原点(JYD)的方向，首子午面应平行于格林尼治平均天文台的子午面。椭球定位参数以我国范围内高程异样值平方和最小为条件求定。2.2经纬仪和光电测距仪及其检验2O2.1经纬仪种类经纬仪一般分为光学经纬仪、电子经纬仪及全站型电子速测仪。标准型号划分见表1-2一2。电子经纬仪或全站仪的测角部分的精确度等级以仪器的标准偏差来划分，见表1-2

43、一32.2.2经纬仪检验1 .光学经纬仪水平角观测运用的光学经纬仪,在作业前应通过有相应仪器检验资质的仪器检测机构进行检验，检验项目、检验方法与限差以及检验周期等，按行业标准光学经纬仪(JJG4142024)的有关规定执行。2 .电子经纬仪或全站仪的测角系统水平角观测运用的电子经纬仪或全站仪，在作业前应通过有相应仪器检定资质的仪器检测机构进行检验，检验项目、检验方法与限差以及检验周期等，按行业标谁全站型电子速测仪)(JJGIDO-2024)的有关规定执行。3 .2.3光电测距仪1,光电测距仪分类光电测距仪按测程分类，分为短程、中程、长程。测程小于3km为短程测距仪，3km至15km为中程测距仪

44、，测程大于15km至60km为长程测距仪。按测距仪出厂标称标准差，归算到1km的测距标准差计算，分为三级，见表12一4。2,光电测距仪检定光电测距仪的首次检定、后续检定应通过有相应仪器检定资质的仪器检测机构进行检定，其检验项目、检验方法与限差以及检验周期等，按行业标准光电测距仪(JJG7032024)的有关规定执行。运用中的检验，也应执行JJG7032024的有关规定。2.3水平角观测2.3.1 水平角观测的主要误差影响运用经纬仪在野外条件下进行观测，其观测误差主要来源于3个方面：1 .观测过程中引起的人差人差因人而异,是由观测者娴熟程度造成的。2 .外界条件对观测精度的影响外界条件主要是指观

45、测时大气的温度、湿度、密度，太阳的照耀方位，地形、地物等因素。它们对测角精度的影响，主要表现在观测目标的成像质量，观测视线的弯曲，规标或脚架的扭转等方面。3 .仪器误差对测角精度的影响仪器误差，如视准轴误差、水平轴不水平的误差、垂直轴倾斜误差、测微器行差、照准部及水平度盘偏心差、度盘和测微器分划误差等。此外，在观测过程中转动仪器时，可能产生照准部转动时的弹性带动误差，脚螺旋的空隙带动差，水平微动螺旋的隙动差。2.3,2水平角观测方法水平角观测一般采纳方向观测法、分组方向观测法和全组合测角法。其中方向观测法一般广泛用于三、四等三角观测，或在地面点、低规标点和方向较少的二等三角观测；当观测方向多于

46、6个时采纳分组方向观测法；在一等三角观测，或在高标上的二等三角观测采纳全组合测角法。各等级三角测量观测运用仪器、观测方法和测回数按表125规定执行。2.3. 3三角点观测工作及外业验算1 .观测工作程序(1)观测点要做好各项打算工作。包括安装仪器、确定仪器整置中心、测定测站点和照准点归心元素、设置测伞、整置仪器、选择零方向、编制观测度盘表等。(2)在完成上述打算工作后，即可起先观测工作，具体观测要求见国家三角测量和精密导线测量规范。(3)在完成观测工作后，离开本点前，应对观测成果进行具体的检查、整理和计算。总之，要在确保本点成果齐全并精确无误时，方可迁站。在离开本点前，必需将标石埋封好，以保证

47、标石的永久保存。2,三角测量外业验算外业验算应包括以下内容和程序：(1)检查外业资料，包括观测手簿、观测记簿、归心投影用纸等；(2)编制已知数据表和绘制三角锁网图；(3)三角形近似球面边长计算和球面角趣计算；(4)归心改正计算，并将观测方向值化至标石中心；(5)分组的测站平差；(6)三角形闭合差和测角中误差的计算；(7)近似坐标和曲率改正计算；(8)极条件闭合差计算，基线条件闭合差计算，方位角条件闭合差计算等。2.4三角高程测量在传统大地测量中，三角高程测量是测定各等级大地点高程的基本方法；各等级全部三角边和导线边均须对向观测垂直角，用以推算高程。2.4.1 垂直角观测方法垂直角观测方法有两种，一是中丝法，二是三丝法。(1)中丝法。就是以望远镜十字丝的水平中丝为准，照准目标测定垂直角。(2)三丝法。就是以望远镜三根水平丝为准，依次照准同一目标来测定垂直角。中丝法和三丝法的实质是一样的，只是由于经纬仪的类型不同，其望远镜中的水平丝根数也不同。当然，有三根水平丝的仪器，也可进行中丝法观测。所以在实际作业中，观测者可敏捷选用这两种方法。在测站上均有若干个观测方向时，应将全部方向分成若干组，每组包括2一4个方向。每组一测回的观测方法是：盘左时，依次照准该组中全部方向，并分别读取垂直度盘读数；在盘右时，依相反的次序照准该组中全部方向，读取垂直度盘读数。依据