大地测量学测绘师培训及复习市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

国家注册测绘师考试培训辅导国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量大地测量11.1 11.1 注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲11.2 11.2 绪绪 论论11.3 11.3 大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架11.4 11.4 测量坐标系测量坐标系11.5 11.5 大地测量基本技术与办法大地测量基本技术与办法11.6 GPS11.6 GPS测量与数据处理测量与数据处理11.7 11.7 当代测绘基准建立当代测绘基准建立11.8 11.8 大地测量学基础复习大地测量学基础复习第1页第1页 是注册测绘师资格考试国家原则 是考试命题依据 是应试人员必备指南 其内容和范围表达了注册测绘师利用所学专业知识，完毕测绘工作基本能力 考试科目分为三个科目：测绘管理与法律法规、测绘综合能力、测绘案例分析。11.1 注册测绘师资格考试大纲【第二科目：测绘综合能力考试目】考察测绘专业技术人员利用测绘专业技术理论，分析、判断和处理测绘项目实行过程中专业技术问题能力，以及处理测绘专业之间综合性问题能力。【第三科目：测绘案例分析考试目】考察测绘专业技术人员利用测绘管理与法律法规、测绘综合能力科目在实务应用时表达综合分析能力及实际执业能力。第2页第2页 大地测量考试基本要求解读 1 依据国家、区域和工程测量不同需求，优化设计满足要求卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控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要求。关键点：1）大地测量控制网等级、分类、观测技术（GPS,全站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：卫星定位控制网、高程控制网、似大地水准面精化。2）掌握大地测量系统与大地测量框架概念；理清大地高、正高、正常高关系。3）了解BJ54，Xian80，CGCS，WGS84主要特点及其相互联络与区分；了解国际地球参考框架（ITRF）概念。4）掌握网形设计方法，依据不同需要，选择适当框架基准建立对应控制网，并进行费用预算；5）熟悉测绘技术设计要求(CH/T 1004-),编写技术设计书。第3页第3页2 依据不同作业区域地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求点(站)址，并建造适合该区域测量标志。关键点：1）选点：依据不同测量方法与手段，掌握选点准备、选点基本要求以及选点作业过程。2）埋石：依据不同测量方法，不同测量目标，纯熟掌握测量标石制作与埋设详细要求。3 依据控制网布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求仪器设备，进行对应仪器设备检验，并依据设计作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，取得合格观测结果。关键点：1）项目实施方案；2）外业观测计划（时间安排、仪器安排、人员安排）；3）掌握“点连接”、“边连接”、“同时环”、“异步环”等概念。4 依据观测方法和工程项目标要求，选择经过验证、可靠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要求。关键点：1）掌握不同观测方法数据处理软件；2）掌握导线网、水准网、GPS网平差原理和方法。第4页第4页大地测量考试基本要求要点大地测量考试基本要求要点 1 大地测量控制网技术设计；2 选点、埋石；3 实行方案，外业观测；4 数据处理；5 似大地水准面精化；6 坐标系及其转换5 依据卫星定位控制网特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)精化工作，完成卫星定位三维控制网建设。关键点：1）熟悉似大地水准面精化意义与目标；2）熟悉似大地水准面精化实施步骤和实现方法；3）熟悉似大地水准面精化所用资料。6 依据作业区域坐标系统情况，进行坐标系之间分析，确定不同等级、不同年代控制网间相互关系。关键点：1）纯熟掌握测量坐标系定义（空间直角坐标、大地坐标、站心坐标、高斯平面直角坐标、城市独立坐标以及施工坐标）；2）纯熟掌握1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS坐标系相关内容；3）纯熟掌握不同坐标系之间转换实现方法（空间三维坐标转换、二维平面坐标转换）。第5页第5页国家注册测绘师考试培训辅导国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量大地测量11.1 11.1 注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲11.2 11.2 绪绪 论论11.3 11.3 大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架11.4 11.4 测量坐标系测量坐标系11.5 11.5 大地测量基本技术与办法大地测量基本技术与办法11.6 GPS11.6 GPS测量与数据处理测量与数据处理11.7 11.7 当代测绘基准建立当代测绘基准建立11.8 11.8 大地测量学基础复习大地测量学基础复习第6页第6页1 大地测量学定义 指在一定期间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其改变，研究定位技术和办法，为人类活动提供关于地球空间信息一门学科。大地测量（辅导教材中）：为研究地球形状及其表面特性进行实际测量工作。着重于研究地球形状大小几何特性及其最基本物理特性地球重力场。典型大地测量技术手段是使用光电仪器进行地面几何测量（边角测量、水准测量）、天文测量、地面重力测量。其主要任务是建立国家或大范围精密控制测量网。2 大地测量任务与作用 主要任务：建立国家或者大范围精密控制测量网(一等、二等、三等、四等大地控制网)主要内容：包括三角测量、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。第7页第7页 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平面控制和高程控制；（2）为空间科学技术和军事用途提供准确点位坐标、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。辅导教材中对作用另一个描述：为各种测绘提供统一、协调、法定平面和高程系统，从而取得正确点位和海拔高以及点位之间空间关系和尺度。3 大地测量学基本体系典型：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：海洋大地测量 行星大地测量 卫星大地测量 地球动力学 惯性大地测量第8页第8页4 几何大地测量学（即天文大地测量学）基本任务：是拟定地球形状和大小及拟定地面点几何位置。主要内容：1）国家大地测量控制网(包括平面控制网和高程控制网)建立基本原理和办法；2）精密角度测量，距离测量，水准测量，卫星定位；3）地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换。5 物理大地测量学 基本任务：用物理办法(重力测量)拟定地球形状及其外部重力场。主要内容：包括位理论，地球重力场，重力测量及其归算，推求地球形状及外部重力场理论与办法。6 空间大地测量学 基本任务：主要研究以人造地球卫星及其它空间探测器为代表空间大地测量理论、技术与办法。利用人造地球卫星进行地面点定位及测定地球形状、大小和地球重力场理论、办法学科。主要内容：卫星定位系统，定位模式，基线处理，三维向量网平差，坐标系。第9页第9页7 当代大地测量形成 时间：20世纪80年代以来。新技术发展：空间技术、计算机技术和信息技术。大地测量新技术出现：电磁波测距、卫星测量、甚长基线干涉测量。老式大地测量发生革命性变革，形成当代大地测量。8 当代大地测量特性 长距离，大范围：量测范围不受天气和“视线”长度限制，可至全球：如地球两极、海洋。高精度：相对老式提升12个数量级，相对精度 ，绝对精度毫米。实时、快速：外、内业可在同一时间段完毕，实时或准实时；测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。四维：能提供在合理复测周期内有时间序列（时间或历元）、高于 相对精度大地测量数据。地心坐标：测得位置、高程、影像等结果，以维系卫星运动地球质心为坐标原点三维测量数据。学科融合：与地球科学多个分支交叉，推动其发展。第10页第10页国家注册测绘师考试培训辅导国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量大地测量11.1 11.1 注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲11.2 11.2 绪绪 论论11.3 11.3 大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架11.4 11.4 测量坐标系测量坐标系11.5 11.5 大地测量基本技术与办法大地测量基本技术与办法11.6 GPS11.6 GPS测量与数据处理测量与数据处理11.7 11.7 当代测绘基准建立当代测绘基准建立11.8 11.8 大地测量学基础复习大地测量学基础复习第11页第11页11.3.1 大地测量系统与参考框架描述 大地测量系统：要求了大地测量起算基准、尺度原则及其实现方式（理论、模型与办法）。大地测量参考框架：通过大地测量手段，按大地测量系统规定模式，构建固定在地面上点所构成大地网(点），是大地测量系统详细实现。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详细应用形式。大地测量系统：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：坐标（参考）框架 高程（参考）框架 重力测量（参考）框架 大地测量系统包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统。与系统相相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。第12页第12页 1）参心坐标系统（1）定义原点：位于参考椭球体中心；Z 轴：椭球旋转轴，与地球自转轴平行；X 轴：指向平行于天文起始子午面大地子午面与赤道面交点；Y 轴：与X和Z轴正交，构成右手坐标系。11.3.2 坐标系统与坐标参考框架1 坐标系统（2）参心坐标系建立 建立地球参心坐标系，需下列几种方面工作：选择或求定椭球几何参数(半径a和扁率)；拟定椭球中心位置(椭球定位)；拟定椭球短轴指向(椭球定向)；建立大地原点。坐标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；从表现形式上又分为空间直角坐标系（x，y，z）和大地坐标系（L,B,H）第13页第13页 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原点上起算数据确实立是一个参心大地坐标系建成标志。（3）大地原点和大地起算数据（4）1954年北京坐标系 1954年北京坐标系可认为是前苏联1942年坐标系延伸。它原点不在北京，而在前苏联普尔科沃。相应椭球称为克拉索夫斯基椭球。1954年北京坐标系缺点:椭球参数有较大误差；参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显系统性倾斜，在东部地域大地水准面差距最大达+68m；几何大地测量和物理大地测量应用参考面不统一；定向不明确。第14页第14页（5）1980西安坐标系 采用1975年国际大地测量与地球物理联合会IUGG第16届大会上推荐4个椭球基本参数：长半径 a=6378140m 地心引力常数 GM=3.986005 重力场二阶带球谐系数J2=1.08263 自转角速度=7.292115 在1954年北京坐标系基础上建立起来。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，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方向。大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处泾阳县永乐镇，简称西安原点。大地高程基准采用1956年黄海高程系。第15页第15页2）地心坐标系统 地心坐标系统满足下列四个条件：原点位于整个地球质心（包括海洋和大气）。尺度是相对论意义下某一局部地球框架内尺度。定向为国际时间局测定某一历元协议地极和零子午线，称为地球定向参数EOP。定向随时间演变满足地壳无整体约束条件。通俗化定义：原点位于地球质心，Z轴与X轴定向某一历元EOP参数拟定，Y轴与X、Z轴正交，构成空间右手坐标系。第16页第16页2 坐标参考框架1）参心坐标参考框架 老式测量坐标框架是由天文大地网来实现，普通定义在参心坐标系中，是一个区域、二维、静态地球参考框架。20世纪50-80年代，我国建立了：1954北京参心坐标参考框架；1980西安参心坐标参考框架。2）地心坐标参考框架 地心坐标框架是由利用空间大地测量技术构成全球观测网点，是全球性、三维动态坐标框架。（1)国际地球参考系统(ITRS)与ITRF 国际地球自转服务IERS(International Earth Rotation Service)1988年:IUGG+IAUIERS（IBH+IPMS）。IERS任务主要有下列几种方面：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)；提供及时准确地球自转参数(EOP)。第17页第17页 ITRF是ITRS 详细实现,是由IERS中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间大地测量技术观测数据分析得到一组全球站坐标和速度。自1988年起，IERS已经公布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF、ITRF等全球参考框架。ITRF是通过框架定向、原点、尺度和框架时间演变基准明拟定义来实现。当前ITRF是全球公认应用最广泛、精度最高地心坐标框架。1324第18页第18页（2)WGS-84世界大地坐标系 WGS-84坐标系统全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当初GPS所采用坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS所使用坐标系统。1996年，WGS-84坐标框架再次进行更新,参考历元为1997.0。WGS-84最近更新时间是1月，更新后WGS-84(G1150)站坐标与ITRF框架站坐标差别为几种厘米，参考历元为.0.。（3）CGCS坐标系 国务院同意自7月1日启用我国地心坐标系国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System，英文缩写为CGCS。用8时间，完毕现行国家大地坐标系向国家大地坐标系过渡和转换。第19页第19页 我国于完毕“国家GPS控制网”计算。该网包括:国家测绘局布设高精度GPS A、B级网；总参测绘局布设GPS 一、二级网；国家地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建中国地壳运动观测网络基准网、基本网和区域网。该网整合了上述三个大型有主要影响力GPS观测网结果。国家GPS网共有28个连续运营参考站，2500多个GPS网点构成，通过联合处理将其归于一个坐标参考框架（ITRF97)，国家GPS网精度优于10-8，可满足当代测量技术对地心坐标需求，是我国新一代地心坐标系统基础框架。参考框架和历元统一 ：网参考框架ITRF97；参考历元为.0。长半轴 a=6378137.0 m 地球含大气层引力常数 GM=3986004.418108m3s-2 地球动力形状因子 J2=1.082629832258 地球自转角速度 =7292115.010-11rad s-1 参考椭球4个基本常数第20页第20页地壳运动观测网络基准网地壳运动观测网络基准网中国中国GPSGPS大地网大地网坐坐标标系系统统椭椭球名称球名称年代年代长长半半轴轴a(m)a(m)扁率扁率 5454北京系北京系克拉索夫斯基克拉索夫斯基 1940194063782456378245298.3298.38080西安系西安系IAG-75IAG-751979197963781406378140298.257298.257WGS-84WGS-84系系WGS-84WGS-841984198463781376378137298.257223563298.257223563CGCS63781376378137298.257222101298.257222101第21页第21页我国先后建成四个较大规模我国先后建成四个较大规模GPSGPS大地网大地网 一、二级网一、二级网A A、B B级网级网形变监测网形变监测网地壳运动观测网络地壳运动观测网络框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历元：历元：历元：历元：1997.01997.01997.01997.0精度约为：精度约为：精度约为：精度约为：3*103*103*103*10-8-8-8-8框架：框架：框架：框架：ITRF93 ITRF93 ITRF93 ITRF93 历元：历元：历元：历元：1996.3651996.3651996.3651996.365精度约为：精度约为：精度约为：精度约为：10101010-7 7 7 7框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历元：历元：历元：历元：1996.5821996.5821996.5821996.582精度约为：精度约为：精度约为：精度约为：10101010-8-8-8-8框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历元：历元：历元：历元：1998.6801998.6801998.6801998.680精度优于精度优于精度优于精度优于2mm2mm2mm2mm第22页第22页11.3.3 高程系统与高程框架1 高程基准 区域性高程基准能够由验潮站长期平均海水面来拟定，通常定义该平均海水面高程为零。平均海水面通常称为高程基准面。在地面上预先设置一固定点（组），利用精密水准测量联测固定点与该平均海水面高差，从而拟定该固定点（组)海拔高程。该固定点称为水准原点。水准原点高程就是区域性水准测量起算点。国家高程基准：黄海平均海水面 1987年以前,“1956年国家高程基准”.水准原点高程为72.289m。1988年1月1日起,“1985国家高程基准”,水准原点高程为72.260。“1985国家高程基准”平均海水面比“1956年国家高程基准”平均海水面高0.029m。第23页第23页2 高程系统 在测量中惯用高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。大地高系统是以参考椭球面为基准面高程系统。某点大地高是该点到经过该点参考椭球法线与参考椭球面交点间距离。大地高也称为椭球高，大地高普通用符号H表示。同一个点，在不同基准下，含有不同大地高。正高系统是以大地水准面为基准面高程系统。某点正高是该点铅垂线与大地水准面交点之间距离。从地面点A直接沿着重力线到大地水准面距离称为正高。只有在作出地壳内部质量分布假设后，才干近似地求得平均重力值，因此难以取得精确正高值。第24页第24页 正常高系统是以似大地水准面为基准高程系统。某点正常高是该点到通过该点铅垂线与似大地水准面交点之间距离。国家高程系统:正常高高程系统。3 高程框架 由国家一等水准网和一等水准复测高精度水准控制网来实现，以青岛水准原点为起算基准，以正常高系统为高差传递方式。另外一个形式是通过大地水准面精髓来实现。若用点A平均正常重力来代替难以准确求得平均重力值，则可得到正常高高程。若从地面点A在AA上取AA=H正常，AA为高程异常A，于是将大地高分成正常高和高程异常两部分，即有 假如将各地面点Ai都这样向下取其正常高程而得Ai，这些点所共同形成曲面称为似大地水准面。正高与正常高差别不大。据估算，在海平面上其差别为零，在平原地域相差仅几厘米，在山区也许相差数米。因此，似大地水准面与大地水准面还是比较靠近。正常高高程系统避开了正高测定需要知道地面点到大地水准面之间平均重力值缺点。第25页第25页11.3.4 重力参考系统与重力测量框架1 重力基准和参考系统 重力基准是标定一个国家或地域重力值原则。20世纪70年代以前我国采用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。80年我国重力基准采用经国际比正确高精度相对重力仪自行测定，参考系统是IAG-75椭球常数。21世纪初，我国采用高精度绝对和相对重力仪测定我国新重力基准，当前重力基准参考系统采用GRS80椭球常数。2 重力测量参考框架 由分布在我国各地若干绝对重力点和相对重力点构成重力网，以及用做相对重力尺度原则若干重力长短基线构成。3 重力测量参考框架现实状况 名称：国家重力基本网（简称网）。建成年代：1999年至 网构成：包括21个重力基准点和126个重力基本点和基本点引点112个，长基线网1个，重力仪格值标定场8处。作用：拟定我国重力加速度数值参考框架，新重力测量基准。第26页第26页11.3.5 惯用数学模型和物理模型1 大地水准面大地水准面是由静止海水面向大陆延伸所形成不规则封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动）。大地水准面是描述地球形状一个主要物理参考面，也是海拔高程系统起算面。大地水准面确实定是通过拟定它与参考椭球面间距大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现。大地水准面所包围形体成为大地体。大地体与真实地球在大小、形状方面十分靠近，大地水准面能够当作地球形状一个近似表述。适宜作为地面点高程起算面。第27页第27页2 参考椭球面 在测量中，在各个国家和地域，采取各自区域性大地水准面，最正确拟合于某一区域性大地水准面旋转椭球面，普通称为参考椭球面。国家参考椭球面作为以往国家大地测量计算基准面，其椭球几何元素选定和定向确实定是和国家二维大地坐标系建立有着密切关系，由此确定参考椭球面只适合用于所在地域。我国现行四种国家大地坐标系并对映着不同参考椭球面：1）1954年北京坐标系 2）1980年西安坐标系 3）新1954年大地坐标系 4）国家大地坐标系（CGCS）第28页第28页国家注册测绘师考试辅导国家注册测绘师考试辅导-大地测量大地测量11.1 11.1 注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲11.2 11.2 绪绪 论论11.3 11.3 大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架11.4 11.4 测量坐标系测量坐标系11.5 11.5 大地测量基本技术与办法大地测量基本技术与办法11.6 GPS11.6 GPS测量与数据处理测量与数据处理11.7 11.7 当代测绘基准建立当代测绘基准建立11.8 11.8 大地测量学基础复习大地测量学基础复习第29页第29页 11.4.1 测量惯用坐标系1 测量惯用坐标系分类1）按坐标原点不同分类：地心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系）参心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系）站心坐标系统（站心直角坐标系、站心极坐标系）平面坐标系统（高斯平面坐标系、施工平面坐标系）2）按坐标维数不同分类：二维坐标：54北京坐标系 80西安大地坐标系 城市独立坐标系 施工平面坐标系 三维坐标：地心坐标（ITRF、CGCS)站心坐标第30页第30页1）空间直角坐标系2 测量惯用坐标系 以地心或参考椭球中心为直角坐标系原点，椭球旋转轴为Z轴，X轴位于起始子午面与赤道交线上，赤道面上与X轴正交方向为Y轴，指向符合右于规则，便构成了直接坐标系。在测量应用中，常将空间直角坐标系原点选在地球参考椭球中心，Z轴与地球自转轴平行并指向参考椭球北极，X轴指向参考椭球本初（起始）子午线，Y轴与X轴和Z轴相互垂直。点在此坐标系下点位置由该点在各个坐标轴上投影x、y、z坐标所定义。当原点位于地球质心时，这样定义坐标系又称为地心系。不然，则称为参心系。第31页第31页2）空间大地坐标系 采用大地经度（L）、大地纬度（B）和大地高（H）来描述空间位置。纬度是空间点与参考椭球面法线与赤道面夹角，经度是空间中点与参考椭球自转轴所在面与参考椭球起始子午面夹角，大地高是空间点沿参考椭球法线方向到参考椭球面距离。大地坐标系以参考椭球面为基准面，用大地经度L、纬度B和大地高H表示地面点位置。大地坐标系是参心坐标系，其坐标系统原点位于参考椭球中心。地心坐标系也是以参考椭球为基准面，地心坐标与上述大地坐标不同之处是，地面点A纬度是以A向径AO与大地赤道面交角B表示。B叫地心纬度，地心经度与大地经度是一致。第32页第32页3）站心坐标系 在描述两点间关系时，为以便直观，普通采用站心坐标系。以测站为原点，测站上法线(垂线)为Z轴方向坐标系就称为法线(或垂线)站心坐标系。第33页第33页4）高斯平面直角坐标系 地图投影：通常都要将椭球面诸元素（包括坐标、方向和长度）按一定数学法则归算（投影）到某个平面，这就是地图投影。由椭球面元素投影成平面元素必定会产生投影变形。投影变形包括长度变形、角度变形和面积变形，选取某种适当投影方程，可使其中一个变形减小或消失，然而绝不存在使用三种变形同时消失投影方式，这是由椭球面不可展性决定。按投影变形性质分类，可分为：等面积投影、等角投影、等距离投影；按所采用投影面和投影方式分类，可分为：方位投影、正轴或斜、横轴圆柱投影、圆锥投影。平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换办法有诸多，如UTM投影、Lambert投影等，在我国采用是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。第34页第34页高斯投影描述 想象有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，椭圆柱中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影办法，将中央子午线两侧各一定经差范围内地域投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。高斯投影必须满足下列下列条件 (1)中央子午线投影后为直线,且为投影点对称轴；(2)中央子午线投影后长度不变；(3)投影含有正形性质(长度比与方位角无关)。采用横切圆柱投影高斯克吕格投影办法来建立平面直角坐标系统，称为高斯克吕格直角坐标系，简称为高斯直角坐标系。高斯平面直角坐标系：原点：中央子午线和赤道交点；X轴：中央子午线投影；Y轴：赤道投影。第35页第35页 6带:自0子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1，2，3，60。我国6带中央子午线经度，由73起每隔6而至135，共计11带，带号用n表示，中央子午线经度用表示。带号及中央子午线经度关系：3带:自东经1.5子午线起，每隔3设置一个投影带，依次编号为1，2，3，120带；中央子午线经度依次为3,6,9,360。带号及中央子午线经度关系：n=L/3(四舍五入)3我国要求按经差6和3进行投影分带 .5带或任意带:工程测量控制网也可采用.5带或任意带，但为了测量结果通用，需同国家6或3带相联系。第36页第36页国家统一坐标 在我国x坐标都是正，y坐标最大值(在赤道上)约为330km。为了避免出现负横坐标，要求在横坐标上加上500 000m。另外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。比如：Y=19123456.789m。该点位于19带内，横坐标真值：首先去掉带号，再减去 500000m，最后得y=-376543.211(m)。5）都市独立坐标系建立原则要求边长投影变形满足：高程归化更正将地面上观测长度元素归算到参考椭球面上而产生更正。高斯投影更正将参考椭球面上长度经高斯投影归算到高斯平面上而产生更正。第37页第37页3）同时改变 和 ：拟定高程抵偿面高程与中央子午线。1）改变 ：任意带坐标系，拟定中央子午线位置2）改变 ：抵偿坐标系，拟定高程抵偿面高程。减小投影变形办法拟定平面坐标系三大要素 投影面（边长归算高程基准面）高程 中央子午线经度或其所在位置 起始点坐标、起始方位角、起始边长确定坐标系标准 a)按面积大小来确定是否采取高斯平面坐标系；b)按长度变形值来决定是否采取国家3度带高斯平面直角坐标系；c)尽也许采取与国家点坐标差异较小坐标值。假如不考虑边长归化更正，仅考虑边长投影更正，城市控制网要求长度变形小于1/40000，相称于离中央子午线小于45km。不然，就不能采取3带坐标。总变形：为了使地方独立坐标系中点位坐标与国家坐标相靠近，能够把该控制网起始点和起始方位角分别取3带中国家坐标及其坐标方位角。第38页第38页11.4.2 坐标系换算1 二维坐标变换1）二维平面直角坐标变换 平面坐标系统间互相转换事实上是一个二维转换。普通而言，两平面坐标系统间包括四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。先旋转、再平移、最后统一尺度 先平移、再旋转、最后变换尺度 先旋转、再统一尺度、最后平移第39页第39页 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）（高斯投影正算）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）（高斯投影反算）第40页第40页1）三维空间直角坐标相互转换 （Bursa-Woif转换模型（B模型）不同坐标系统转换本质上是不同基准间转换，不同基准间转换方法有很多，其中，最为惯用有布尔沙模型，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)。2 三维坐标互相转换 设任意点在01和02为原点两坐标系中坐标分别为X1i，Y1i，Z1i和X2i，Y2i，Z2i，它们原点O1和O2并不一致，坐标轴互不平行，长度原则（尺度）也有差别.则布尔沙模型为第41页第41页2）空间大地坐标与空间直角坐标相 互转换(BLHXYZ)莫洛金斯基转换模型（M模型）以PK为坐标原点原坐标系设为PK-XKYKZK，对其先进行旋转和尺度变换，使其坐标轴指向及尺度与新坐标系O-XYZ相一致，再将坐标原点平移到原坐标系参心，所得坐标系设为O-XYZ，然后对其作坐标平移，从而转换到新坐标系，此即是莫洛金斯基坐标转换模型。理论上讲，B模型和M模型转换结果是等价，但在应用中有差别，B模型在全球和较大范围基准转换时较为惯用，在局部网转换中采用M模型比较有利。第42页第42页3）ITRF参考框架及其互相转换 自1988年起，IERS已经公布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF、ITRF等全球坐标参考框架。一个地球参考框架定义，是通过对框架定向、原点、尺度和框架时间演变基准明拟定义来实现。(XYZ BLH)第43页第43页3 GPS控制网转换 因为基线向量是WGS84坐标系中三维坐标差，须将GPS网结果纳入到国家大地坐标系或地方独立坐标系，这就需要进行两类不同坐标系之间坐标转换。1）关于GPS网和地面网之间坐标转换模型 两个空间直角坐标系之间坐标转换可采取含有7个转换参数布尔莎、莫洛金斯基等模型，这仅适合用于比如两个GPS网之间转换。而向地面网转换，我们国内普通使用范士模型来进行转换。如：TGPPS及POWERADJ 软件。2）按附合网还是按独立网进行平差定位采取GPS技术来改进原有地面控制网，怎样合理对待、处理地面网已知数据须依据网用途、地面网实际精度作认真细致分析、比较而定。GPS网无约束平差；GPS网附合网平差。3）从投影变换方面保持与高斯平面上边长尺度一致性 采取与地面网边长归算高程基准面（常称为投影面）较为吻合椭球面；采取与地面网中央子午线在位置或经度上相同经线作为GPS网点进行高斯投影变换中央子午线。为使GPS网与原有地面网在高斯投影边长更正上取得一致，应采取原有中央子午线。若原为3带中央子午线，应仍按其经度选取中央子午线。若为任意带，而并未提供中央子午线经度，仅知中央子午线经过某点，则取该点经度为中央子午线经度，从而使两网所对应中央子午线位置相同。第44页第44页国家注册测绘师考试培训辅导国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量大地测量11.1 11.1 注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲11.2 11.2 绪绪 论论11.3 11.3 大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架11.4 11.4 测量坐标系测量坐标系11.5 11.5 大地测量基本技术与办法大地测量基本技术与办法11.6 GPS11.6 GPS测量与数据处理测量与数据处理11.7 11.7 当代测绘基准建立当代测绘基准建立11.8 11.8 大地测量学基础复习大地测量学基础复习第45页第45页11.5.1 国家平面大地控制网建立1 国家平面大地控制网建立办法1）常规大地测量法(1)三角测量法长处:图形简朴，结构强，几何条件多，便于检核，网精度较高。缺点：易受障碍物影响，布设困难，增长了建标费用；推算边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。(2)导线测量法长处：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，故可减少觇标高度，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：导线结构简朴，没有三角网那样多检核条件，不易发觉粗差，可靠性不高。第46页第46页(3)三边测量及边角同测法 边角全测网精度最高，相应工作量也较大。在建立高精度专用控制网(如精密形变监测网)或不能选择良好布设图形地域可采用此法而取得较高精度。2）天文测量法 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)并统计观测瞬间时刻，来拟定地面点地理位置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点天文方位角。长处：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影响。3）当代大地测量新技术 主要是GPS测量：全球定位系统GPS(Global Positioning System)可为各位用户提供精密三维坐标、三维速度和时间信息。GNSS:GPS,GLONASS,Galelio,Compass。第47页第47页2 国家平面控制网布设原则 从高到低、逐层控制：国家三角网分为一、二、三、四等，GPS网分为A、B、C、D、E五级。大地控制网要有足够精度：如各级GPS 网相邻点间基线长度精度用下式表示,是拟定同时环闭合差、异步环闭合差、重复基线差、基线向量残差等限差依据。（GPS测量规范限差是与仪器标称精度相关联）大地控制网要有足够密度：国家控制网是测图基本控制，其密度要满足测图要求。控制点密度是指每幅图中包含有多少控制点，不同百分比尺有不同要求。大地控制网要有统一规格和要求：国家三角测量规范GB/T 17942-；全球定位系统测量规范GB/T 18314-。国家测量规范要求了：详细布网方案、作业办法、使用仪器、各种精度指标等内容。第48页第48页各等级三角测量精度 对于GPS网，重点掌握：(1)两个最主要等级：B，C。(2)外业观测最主要指标：观测时段个数，观测时段长度，重复设站数。(3)网形特性：同时基线条数计算，独立基线选择与条数计算。(4)最主要数据处理质量指标：同时环闭合差、异步环闭合差、重复基线差、基线向量残差。第49页第49页4 GPS 测量结果检查 1）复测基线长度较差 2）同时环闭合差 3）异步环闭合差 4）基线向量残差 其中：n为独立环边数 3 国家平面大地控制网布设技术设计：搜集资料，实地踏勘，图上设计，编写技术设计书 实地选点：选点图，点之记，选点工作技术总结标石埋设外业测量平差计算第50页第50页5 国家平面大地控制网国家技术规范 国家三角测量规范 GB/T 17942-全球定位系统测量规范 GB/T 18314-测绘技术总结编写要求 CH1001-测绘产品检查验收要求 CH1002-1995 测绘产品质量评估原则 CH1003-1995 测绘技术设计要求CH/T 1004-11.5.2 国家高程控制网建立1 国家高程（框架)控制网目的和任务 1）建立统一高程控制网，为地形测图和各项建设提供必要高程控制基础；2）为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其改变和大地水准面形状等地球科学研究提供准确高程数据。2 国家高程（框架)控制网布设原则 从高到低、逐层控制：一等水准测量是国家高程控制网骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程控制网全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图和其它工程建设提供高程控制点。第51页第51页水准水准标石标石类型类型间距（间距（km）布设详细要求布设详细要求普通普通地域地域经经 济济 发发达地域达地域荒漠荒漠地域地域基基岩岩水水准标石准标石500只只设设于于一一等等水水准准路路线线上上，大大都都市市和和断断裂裂带带附附近近应应增增设设，基基岩岩较较深深地地域域可可适适当当放放宽宽，每每省省（市、自治区）至少两座。（市、自治区）至少两座。基基本本水水准标石准标石4020-3060设于一二等水准路线上及交叉处，大、中城市两侧及县城附近。尽也许设置在坚固岩层上。普普通通水水准标石准标石4-82-410设设于于各各等等级级水水准准路路线线上上，以以及及山山区区水水准准路路