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大地测量学知识点课堂教案
大地测量学知识点课堂教案，包括：1.1大地测量概论、1.2传统大地控制网、1. 4卫星大地控制网、1.5高程控制网.、1.6重力控制网、1.7似大地水准面精化、1.8大地测量数据库。
编辑于2022-11-11 09:31:18 广东- 教案
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大地测量学知识点课堂教案
1.1大地测量概论
定义
为建立和维持测绘基准与测绘系统而进行的，确定位置、地球形状、重力场及其随时间和空间变化的测绘活动。
任务
建立与维持
测绘基准
大地基准
高程基准
深度基准
重力基准
确定与精化
似大地水准面和地球重力场模型
现代大地测量特点
高精度
大范围、长距离
实时、快捷
四维
高于10^-7相对精度数据
地心
学科整合
大地测量常数
与地球表面最吻合的地球椭球
几何参数
物理参数
大地测量系统
规定了
起算基准
尺度标准及实现方式
包括（四系统）
坐标系统
高程系统
深度基准
重力参考系统
大地测量参考框架
是对大地测量系统的具体实现
包括
坐标（参考）框架
参心坐标框架
地心坐标框架
高程（参考）框架
重力测量（参考）框架
大地测量基准
参考基准
大地基准
大地坐标系统
概念
用于表述地球上任意点位置的一种坐标系统，它通过地心、尺度、坐标轴指向、地球旋转速度以及参考椭球常数〔椭球几何参数和物理参数〕等定义。
大地控制点坐标应以大地坐标（大地经度B、大地纬度L和大地高H）或空间直角坐标（X、Y、Z）表示。
测量基准面
概念
地球的自然表面→地球的物理表面（测量工作基准面——水准面、大地水准面）→地球的数学表面（测量计算基准面——旋转椭球）
分类
大地水准面
设想一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。
似大地水准面
从地面一点沿正常重力线按正常高相反方向量取高至正常高所得端点所构成的曲面。是为避免大地水准面无法精确确定而引进的辅助面，与大地水准面十分接近、在海洋上两者重合、而在大陆上有微小差异的曲面。它与大地水准面的差值为正常高与正高之差。
相关概念
参考椭球
最符合一定区域的大地水准面，具有一定大小和定位参数的旋转地球椭球。
参考椭球面
处理大地测量成果而采用的与地球大小形状接近并进行定位的椭球体表面。
常用坐标系
分类
大地坐标系
B纬度、L经度、H（大地高）
空间直角坐标系
高斯直角坐标系
站心坐标系
左手坐标系
转换
流程7 条
1、收集、整理重合点成果 2、选取适合的重合点
3、确定转换方法和模型 4、初步计算转换参数
5、分析残差，剔除粗差点
6、直至精度满足要求，最终确定转换参数、估算精度
7、利用转换参数计算待转换点坐标
大地坐标框架
概念
大地坐标系统的具体实现，它通过固定在地球表面上的一组特定的测量标记及其在参考系统下的坐标和其他参数体现。
分类
地心坐标系统
概念
以地球质心或几何中心为原点的坐标系。
分类
世界大地坐标系WGS84
国际地球参考系ITRS2000
2000国家大地坐标系CGCS2000
定义
2000国家大地坐标系是右手地固直角坐标系。原点在地心；Z轴为国际地球自转局（IERS）定义的参考极方向，X轴为国际地球自转局定义的参考子午面与垂直于Z轴的赤道面的交线，Y轴与Z轴和X轴构成右手正交坐标系。
相关概念
地心：整个地球（包括陆地、海洋和大气）的质量中心。
尺度单位：广义相对论意义下局部地球框架中的米。
Z轴定向：定向的初始值是由国际时间局（BIH）给出的1984.0的方向，其时间变化是在整个地球板块水平运动无净旋转条件下所确定的值。
2000国家大地坐标系的参考历元为2000.0。
大地测量基本常数采用无潮汐系统
各坐标系统主要指标对照表
参心坐标系统
概念
以参考椭球中心为原点，起始子午面和赤道为基准面的地球坐标系。
分类
1954年北京坐标系
采用克拉索夫斯基椭球参数，并与前苏联1942年坐标系进行了联测；
原点在前苏联的普尔科沃，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。
1980西安坐标系
大地原点定在我国中部陕西省泾阳县永乐镇；
采用国际大地测量与地球物理学联合会（IUGG）1975年推荐的椭球参数；
椭球短轴平行于地球质心指向我国地极原点JYD1968.0方向，大地起始子午面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常平方和等于最小为条件求解。
地方独立坐标系
高程基准
定义
由特定验潮站平均海面确定的测量高程的起算面以及依据该面所决定的水准原点高程。
概况
1985国家高程基准——定义为利用青岛大港验潮站1952年至1979年的观测资料所计算的黄海平均海平面（高程起算面）。中华人民共和国水准原点位于青岛市观象山，高程为72.260m。
由高程控制网和似大地水准面体现。
国家高程系统
采用正常高系统。以1985国家高程基准定义的黄海平均海水面作为全国统一的高程起算面。
高程分类及关系
高程异常ζ——似大地水准面至参考椭球面的垂直距离。
大地水准面差距N——参考椭球面与似大地水准面之差垂直距离。
关系式
H＝h正常高＋ζ＝h正高＋N；ζ＝H－h正常高
大地高＝正常高＋高程异常＝正高＋大地水准面差距
高程异常＝大地高－正常高
高程框架
是高程系统的实现。另一种形式是似大地水准面精化来实现
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控制网实现，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
四个等级
国家一、二、三、四等水准控制网
深度基准
计算水体深度的起算面。深度基准与国家高程基准通过验潮站的水准联测建立联系。
理论深度基准面
1957年
重力基准
重力测量
测定空间一点的重力加速度。
是
标定绝对重力值的标准
重力框架
各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网
用作相对重力尺度标准的若干条长短基线
体现
2000国家重力基本网体现
重力系统采用GRS80椭球常数及相应正常重力场
重力基准
重力基准网
重力基准点
多多高绝
重力基本点及引点
多台高相
联
重力一等网
一等点
多台高相
联
重力二等点
重力控制点
加密重力
多台高相
联
重力仪标定基线
标定相对重力仪格值、长基准、短基准
1.2传统大地控制网
传统建设方法
三角测量法
水平角观测
主要误差影响
观测方法
方向观测法（全圆观测法）
三、四等三角观测
地面点、低觇标点和方向较少
二等三角观测
分组方向观测法
方向多于6个
全组合测角法
一等三角观测
高标上
二等三角观测
三角点观测工作及外业验算
三角高程测量
概念
两点间距离
垂直角（天顶距）
三角公式推求高差
待定点高程
垂直角观测方法
方法
中丝法
4测回
三丝法
2测回
高差计算公式
大地垂直折光
规律
中午附近K值最小，且稳定
日出日落K值大，变化快
减弱措施
有利观测时间
采用对向观测法
提高观测视线的高度
利用短边传算高程
精度
三角测量按三角形闭合差计算的测角中误差限差规定
各等级三角测量水平角观测使用的仪器、观测方法和测回数规定
方向观测法限差规定
超限观测值的重测
布设原则
分级布网、逐级控制
具有足够的精度
具有足够的密度
要有统一的规格
导线测量法
导线测量
导线的布设
一、二等导线
沿交通干线设
纵横交叉构成较大导线环
导线环连成导线网
三、四等导线
在一、二等上加密
应附合导线
另
一等导线布设成两端有方位角控制的自由导线
二等以下布设成附合导线
某些特种控制导线，设成一端有起始方位角的自由导线
导线边方位角中误差
作业及概算
选点、造标和埋石
边长测量
水平角观测
垂直角观测
导线测量概算
一、二等导线距离测量技术要求
三边测量
边角同测法
测绘方法
光学经纬仪和全站仪及其检验
水平角观测
三角高程测量
导线测量
网络RTK测量
概念
实时网络RTK服务,是利用基准站的载波相位观测数据,与流动站的观测数据进行实时差分处理,并解算整周模糊度。
优势
由于通过差分消去了绝大部分的误差,因而可以达到厘米级定位精度
网络RTK不需要架设基准站,比传统的RTK测量效率提高30%左右
根据其解算模式分
1.单基站RTK技术
连续运行基准站(CORS)网由若干个CORS站组成,GPS差分信号可从各个CORS站发出,也可从数据中心发出。
在这种网络RTK模式下,每个基准站服务于一定作用半径的G用户,对于一般的RTK应用,服务半径可以达到30km
2.虛拟参考站技术(VRS)
基准站网子系必须包含三个以上的CORS站数据中心通过组合所有基准站的数据,确定整个CORS覆盖区域的电离层误差、对流层误差、轨道误差模型等。
流动站作业时,首先通过GPRS或CDM无线通信网络向数据中心发出服务请求,并将流动站的概略位置回传给数据中心,
数据中心利用与流动位置最接近的三个参考站的观测数据及误差模型,生成一个对应于流动站概略位置的虚拟参考站,
然后将这个虚拟参考站的改正数信息发送给流动站,流动站再结合自身的观展数据实时解算出其所在位置的精确坐标
3.主副站技术(MAC)
首先选取一个基准站作为主站,并将主站所有的改正数及坐标信传送给流动站,
而网络中其他基准站只是将其相对于主站的改正数变化及坐标差信息传迷差流动站,从而减少了传送的数据量。
1.4卫星大地控制网
1.3卫星定位连续运行基准站网
构成
连续运行基准站
概念
具备长期连续跟踪观测和记录卫星信号的能力，并通过数据通信网络定时或实时将观测数据传输到数据中心。
构成
GNSS设备
计算机
气象设备、通信设备、电源设备
观测场地（观测墩、观测室、工作室）
数据中心
概念
用于汇集、存储、处理、分析和分发基准站数据，形成产品和开展服务
构成
计算机
网络设备
软件系统
数据通信网络
概念
实现基准站与数据中心、数据中心与用户间数据交换，完成数据传输、数据产品分发等任务。
构成
基准站分类
国家基准站网
主要用于维持和更新国家地心坐标参考框架，开展全国范围内高精度定位、导航、工程建设、地震监测、气象预报等国民经济建设、国防建设和科学研究服务。
覆盖我国领土及领海，全国范围内均匀分布，站间距100km～200km；在每个省、自治区至少有3个分布均匀、 观测墩建造埋设于基岩上的基准站，直辖市内至少1个～2个观测墩埋设于基岩上的基准站。
区域基准站网
主要用于维持和更新区域地心坐标参考框架，开展区域内位置服务和相关信息服务。
提供实时定位服务时，基准站平均距离要求：
实时定位精度要求厘米级，基准站间平均距离≤70km ；
实时定位精度要求分米级，基准站间平均距离＞70km 。
专业应用站网
由专业部门或者机构根据专业需求建立的基准网站，用于开展专业信息服务。
建设
基准站技术设计
收集基准站所在地区地形图、交通图、地质构造图以及其他相关资料 （已建站点、冻土及地下水、气象等信息），在图上拟选基准站站址，标注站址地形、地质、交通等信息， 确定基准站位置、名称及编号。
进行建筑、结构、电气（防雷）、室外工程等施工设计 及基准站设备集成、供电系统、数据传输等内容的设计。
提交基准站技术设计方案以及基准站点位设计图、站点位置信息表、基准站施工设计图等设计资料。
选址
观测环境
距易产生多路径效应的地物 （如高大建筑、树木、水体、海滩和易积水地带等）的距离应大于200m；
应有10°以上地平高度角的卫星通视条件；困难环境条件下，高度角可放宽至25°，遮挡物水平投影范围应低于60°；
距微波站和微波通道、无线电发射台、高压线穿越地带等电磁干扰区距离应大于200m；
避开采矿区、铁路、公路等易产生振动的地带 ；
应顾及未来的规划和建设，选择周围环境变化较小的区域进行建设；
应进行连续24h以上的实地环境测试，对于国家基准站和区域基准站，数据可用率应大于85 ％，多路径影响应小于0.5m；对于专业应用站网基准站，可按实际情况执行。
地质环境
国家基准站
稳定地质构造超块体
避开
不稳定
易水淹或地下水位变化较大的地区
区域基准站
稳定块体或屋顶上
依托环境
通信网络
电源
交通便利
土建条件好
有建设用地及基本设施
安全条件好
设备组成
接收机
技术指标包括
(1)具有同时跟踪不少于24颗全球导航定位卫星的能力。
(2)至少具有1Hz采样数据的能力
(3)观测数据至少应包括:双频测距码、双频载波相位值、卫星广播星历。
(4)具有在-30℃~+55℃、湿度95%的环境下正常工作的能力
(5)具备外接频标输入口可配5MHz或10MHz的外接频标。
(6)可外接自动气象仪设备并存储数据。
(7)备3个以上数据通信接口,接口包括RS232、USB、LAN等。
(8)具有输出原始观测数据、导航定位数据、差分修正数据、1PPS脉冲的能力
天线
(1)相位中心稳定性应优于3mm。
(2)具备抗多路径效应的扼流圈或抑径板
(3)有抗电磁干扰能力。
(4)有定向指北标志。
(5)在-40℃~+65℃的环境下能正常工作。
(6)气候条件恶劣地区应配有防护罩
气象设备
数据中心
数据管理系统
数据处理分析系统
产品服务系统
数据通信网络
基准站网测试
基准站网建成后进行整网测试形成报告
1、测试基准站数据采集、数据完好性 2、数据传输的稳定性
3、数据中心对基准站的监控能力 4、实时定位的覆盖范围
5、站网数据产品服务内容和精度指标 6、其他内容
基准站网维护
1、保证 24 小时连续运行
2、定期检测设备，必要时进行设备更新
3、定期与 IGS站联测
4、对埋设的水准标志定期检测
5、对埋设的重力标石与国家重力基本网定期联测
GNSS控制网
等级
GPS测量按照精度和用途分为A、B、C、D、E级。
A级GPS网由卫星定位连续运行基站构成，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、地壳变形测量和精密定轨测量。
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、地壳变形测量、局部形变监测和各种精密工程测量等。
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网等。
D级GPS测量用于建立四等大地控制网。
E级GPS测量用于小城市、城镇以及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等控制测量。
布设
技术设计
GNSS（B、C、D、E级）网技术设计应收集的资料
1、点资料：测区内既有的国家三角点、导线点、天文重力水准点、水准点、VLBI 站、SLR站、天文台和已有的GPS站点资料，包括点之记、网图、成果表、技术总结
2、有关图：测区范围内有关的地形图、交通图以及规划和发展的资料
3、其它：地震、地质、验潮站等
GPS网选点
原则
基本要求
GPS点建造
GPS接收机检验
GPS观测实施
基本技术要求
观测方案
作业要求
数据下载与存储
外业数据检查与技术总结
质量检查
技术总结
GNSS测量数据处理
外业数据质量检核
GPS网基线精处理结果检核
GPS网平差[内容(流程)]
基线向量提取
三维无约束平差
约束平差和联合平差
质量分析与控制
1.5高程控制网
水准网的布设
原则
精度
水准点布设密度
一、二等水准点
三、四等水准点
每隔4km～8km应埋设普通水准标石一座；人口稠密、经济发达地区2km ～4km；荒漠地区10km。支线长度15km以内可不埋石。
水准路线的选择与标石的埋设
水准仪器
选用
检验
水准测量作业方法及误差来源
水准观测基本要求
主要限差
误差来源
外业计算
水准网平差
1.6重力控制网
重力测量设计
重力控制测量等级
重力基本网
布设成闭合环
重力一等网
布设成闭合环
以国家重力基准点和基本点为控制联测
二等重力点
重力仪标定基线
加密重力测量设计原则
重力测线附合或闭全时间一般不超过60小时
重力控制网选点与埋石
重力基准点
重力基本点及引点
一等重力点
重力测量仪器及检验
重力测量
绝对重力测量
基本重力点联测
一、二等重力点联测
加密重力点联测
平面坐标和高程测定
重力观测的数据计算
绝对重力测量数据计算
相对重力测量数据计算
1.7似大地水准面精化
概述
概念
大地水准面
正高
似大地水准面
正常高
大地高
大地水准面差距
高程异常
目的
大地水准面精化
求定大地水地水准面差距N
似大地水准面精化
求定高程异常ζ
方法
几何法
天文水准
卫星测高
GPS水准
GPS测量可以得到观测点相对于参考椭球的高度，即大地高；
几何水准和重力数据可以得出正高或正常高；
由大地高减去正高或正常高便得到观测点的大地水准面高或高程异常。
重力学法
几何与重力联合法
以GPS/水准等确定的高精度但分辨率较低的几何（似）大地水准面作为控制， 将移去恢复方法确定的高分辨率但精度较低的（似）重力大地水准面与之拟合， 以达到精化局部（似）大地水准面的目的。
原理
GPS测量可以得到观测点相对于参考椭球的高度，即大地高；
几何水准和重力数据可以得出正高或正常高；
由大地高减去正高或正常高便得到观测点的大地水准面高或高程异常。
设计
原则
GPS水准点边长的确定
GPS水准点大地高测定精度
控制网建设与数据处理
精化计算
拟大地水准面计算
重力归算与格网平均重力异常计算
重力似大地水准面计算
重力似大地水准面与GPS水准计算的似大地水准面拟合
拟大地水平面检验
1.8大地测量数据库
组成
大地测量数据
数据内容
参考基准数据
四基准数据
空间定位数据
GNSS、SLR、ＶＬＢＩ
观测数据、成果数据、文档数据
高程测量数据
水准测量观测数据
高程控制网成果数据
验潮与潮汐分析数据
高程深度基准转换数据
文档资料
重力测量数据
重力观测数据
重力控制测量数据
加密重力测量观测数据
重力成果数据
文档资料
深度基准数据
沿海理论最低潮数据
深度基准与高程基准间通过验潮站联测数据
元数据
数据组织
观测数据组织
分类组织
控制网、数据内容
基本存储单元
数据文件
成果数据组织
分类组织
控制网、成果分类
基本存储单元
点
文档资料组织
分类组织
控制网、文档技术类型
基本存储单元
文件
数据库设计
数据分析与建模
概念模型设计
运用“实体——关系”方法划分实体
设置实体的属性和主键
连接实体
设计概念结构模型“实体——关系”图
逻辑模型设计
确定逻辑组织结构模型
物理模型设计
存储结构和存取方法
数据入库
检查
正确性
完整性
逻辑关系的正确性
管理系统
支撑环境