斑点牛的笔记第1章 大地测量

第一章大地测量1.1 概述：1.1.1 现代大地测量特点：高精度，长距离，四维，多学科，地心，快速。

1.1.2 大地测量系统和框架：大地测量框架是大地测量系统的具体实现。

大地测量系统包括坐标系统，重力系统，高程系统，深度基准；大地参考框架包括：坐标框架，高程框架，重力框架。

大地测量系统包括起算基准，尺度标准，实现方式。

1.1.3 大地测量坐标系统和大地测量常数：大地坐标系按原点分：地心坐标系和参心坐标系；按表现形式分：空间直角坐标系和大地坐标系。

大地测量常数分为基本常数和导出常数，基本常数唯一定义了椭球，导出常数便于应用；按属性分为几何常数和物理常数。

4个大地测量基本常数：赤道半径a，地心引力常数GM，地球动力学形状因子J2，自转角速度（W）。

1.1.4 大地测量坐标框架：1参心坐标框架：传统大地测量框架由天文大地网维持和实现，全国天文大地网即国家大地网一二等网，由于加测了天文经纬度，所以称为天文大地网，定义在54和80坐坐标系和参心空间直角坐标系。

2地心坐标框架：国际地面参考框架（ITRF）：由国际地球自转服务局提供的，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（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、激光测月（LLR）、GPS、卫星多普勒定轨定位（DORIS）等技术为基础。

2000国家大地控制网是定义在ITRS2000中的区域性地心坐标框架。

区域性地心坐标框架一般三级构成：1，连续运行站构成的动态地心坐标框架，是主控制；2，与连续运行站联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架；3，加密大地控制点。

1.1.5 我国现行高程框架：现行高程基准是1985黄海高程基准，原点高程72.26，（位于青岛观象山）以正常高系统传递。

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控制网实现。

框架点的现势性由一二等水准点的定期复测来控制。

高程框架的另外一个形式是通过似大地最准面精化来实现。

1.1.6 重力参考框架：重力基准就是标定国家绝对重力值标准。

重力参考系统就是采用的椭球常数及其相应正常重力场。

重力测量框架是指由绝对和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力尺度标准的长短基线。

50年代采用波茨坦重力基准，参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数，85网采用IGA75椭球常数；2000网采用GRS80椭球常数，联测了85网及中国地壳运动观测网络重力网，使用FG5绝对重力仪。

1.1.7 深度基准：我国采用理论深度基准，是苏联弗拉基米尔计算的理论最低低潮面。

1.1.8 时间系统：时间系统是建立在规定秒长的时间频率基准之上：包括时刻参考标准和时间间隔尺度标准。

实时服务（6小时以内），快速服务（12小时以内），事后服务（12）1 世界时UT：地球自转周期为基础。

2 力学时DT：天体星历时间参数。

3 原子时AT：大地水准面上的铯原子内两个超精细结构能级跃迁辐射的电磁波周期为基准，于1958年1月1日零时开始启用，是目前最准确的时间系统。

4 协调时UTC：世界时时刻和原子时秒长结合的时间系统。

5 GPS时GPST：由GPS星载原子钟和地面监控站原子钟组成的时间系统，和AT保持19秒的差，并与1980年1月6日零时与UTC保持一致，由于GPS技术的广泛应用，通过与GPS信号来比对本地时间频率标准的情况越来越普遍，大大地计量传递过程的误差。

1.1.9 时间框架：时间框架是指特定覆盖区域内，通过授时，守时，时间频率测量等技术实现和维持的时间系统，是时间系统的具体实现。

定义的历元协议地级及零子午线；地球定向参数EOP，定向随时间演变满足地壳无整体运动的约束条件。

1.1.11 坐标系转换：1 参心：54坐标系：原点在苏联普尔科沃，椭球为克拉索夫斯基椭球，长半轴：6378245，扁率1/298.3；80坐标系，原点在西安，IUGG推荐的1975椭球参数，长半轴6378140；2 地心：WGS84：Z轴指向BIH1984.0定义的协议地级CTP，X轴指向BIH1984.0定义的零子午线与CTP相应的赤道交点，Y轴垂直于XMZ平面，构成右手系。

长半轴：63781372000国家大地坐标系：Z轴由原点指向历元2000地球参考级方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y与Z，X轴构成右手系。

长半轴：6378137##3 坐标转换：分为整体转换法，分区转换法。

二维需要2个重合点，适合于小区域转换，分为平面四参数转换模型和二维七参数转换模型；三维3个重合点，适合于任何区域，Bursa七参数转换模型，三维七参数转换模型。

4 坐标残差：依据重合点的残差中误差来评估坐标转换精度。

V残差=重合点转换坐标-重合点已知坐标。

分量残差中误差Mx=+-√([vv]x)/(n-1)点位残差中误差Mp=√（Mx*Mx+My*My+Mz*Mz）四参数转换模型：x2=Δx+x1(1+m)cosa-y1(1+m)sinay2=Δy+x1(1+m)cosa-y1(1+m)sina(ΔxΔy为两个平移参数，a为旋转参数，m为尺度参数。

)Bursa七参数转换模型：x2=Δx+x1(1+m)-εy*z1+εz*y1y2=Δy+y1(1+m)+εx*z1-εz*x1z2=Δz+z1(1+m)-εx*y1+εy*x1(ΔxΔyΔz为三个平移参数，εxεyεz为旋转参数，m为尺度参数。

)5 转换流程：1 收集整理重合点资料，2 选取用于转换的重合点，3 确定计算方法和转换模型，4 计算转换参数，5 分析残差，根据转换残差剔除粗差，6 残差精度合格后计算最终转换参数并评估精度，7 根据转换参数计算目标坐标系坐标。

6 布尔沙适用于大范围，莫洛坚斯基用于小范围。

不同大地坐标系之间转换，要先各自转为空间直角坐标系，再通过三维模型求转换参数。

1.2 传统大地控制网1.2.1 建设方法：三角测量，导线测量，边角测量，三边测量1 三角测量：结构强度强，检核条件多，网状分布，控制面积大，精度高，地形限制小；缺点是隐蔽地区布网困难，边长精度不均，加测起算数据可以弥补。

2 导线测量：布设灵活，边长精度均匀，应用普遍。

缺点：几何条件少，结构强度低，控制面积小。

西藏地区天文大地网主要采用此法。

3 三边测量和边角法：只在特殊情况下使用。

1.2.2 三角网布设原则：1 分级布网，逐级控制；2 有足够精度；3 有足够密度（1:5万3个点，1:2.5万2-3个点，1:1万1个点）；4 有统一规格；5 保证精度和密度情况下可以跨级。

1.2.3 全国天文大地网整体平差：78年-84年。

消除了分级分区平差的不利影响，建立了80国家大地坐标系，为精化地心坐标系提供了条件。

技术原则如下：1 地球椭球参数采用IAG75椭球参数；2 建立地心和大地两套椭球相同的坐标系统；3 80坐标系的椭球短轴应平行于地球质心指向1968.0地极原点（JYD）方向，首子午面平行于格林尼治子午面。

椭球定位参数以我国范围内高程异常值平方和最小求定。

1.2.4 经纬仪和光电测距仪1 经纬仪分为光学经纬仪，电子经纬仪，全站仪。

2 经纬仪指标光学经纬仪指标光电测距仪指标：短程<3km，中程3-15，长程15-60。

归算到1km的标准差如下：经纬仪检校：行业标准《光学经纬仪》，《全站仪电子速测仪》，《光电测距仪》。

1.2.5测水平角方法：方向观测法，三四等二等低标三角网；分组观测法，大于6个方向；1.2.6三角点观测程序：1 准备工作：安装仪器，确定仪器整置中心，测定归心元素，测伞，整置仪器，选择零方向，编制观测度盘表。

2 开始观测：《国家三角测量和精密导线测量规范》3 计算：离开本点前，完成对成果计算检查，埋封标石。

4 外业验算内容：1 检查外业资料，观测手簿记簿、归心投影用纸；2编制已知数据表和绘制三角锁图；3三角形近似球面边长计算，球面角超级算；4归心改正计算，并把观测方向值化至标石中央；5分组的测站平差；6三角形闭合差和测角中误差计算；7近似坐标和曲率改正计算；8极条件闭合差，基线条件闭合差，方位角条件闭合差计算1.2.7垂直角观测方法：三角高程测量：中丝法，四测回；三丝法，两测回。

1.2.8高差计算公式：h=S*tg a+CS2+i-bh=D*sin a+(1-C)*D2cos 2 a/2R+(1-H/R)+i-bm=±0.025S(s为平距，a为垂直角，c为球气差系数，i为仪器高，b为觇标高，H为照准点大地高，m为最不利情况下高差中数中误差m单位米，S单位千米)1.2.9大气垂直折光系数：中午附近最小，较稳定；日出日落前后较大，变化快。

可以通过选择观测时间，对向观测，提高观测视线高度，利用短边传算高程来减弱影响。

1 一端有已知方向的最弱边方位角中误差：M=±√(m12+nm22) 不考虑已知点的话M=±√n*m22 两端有已知方向的最弱边方位角中误差M=±（√2m12+(n+1)m22)/4 M=±√(n+1)*m2/2（）(m1为已知方位角中误差，m2为折角观测中误差，n为折角个数)1.2.11导线测量程序：1选点造标埋石三四等用中程测距仪分两个不同时间段。

三四等采用方向观测法，其他要求和限差等同于三角测量。

4垂直角观测中丝法6测回，三丝法3测回。

（三角测量时分别为4，2）5 概算：检验外业质量为平差做准备。

1.3 GNSS连续运行基准网1.3.1 构成：基准站，数据中心，通信网络。

1.3.2分类：国家基准站网，用于维持更新国家地心坐标参考框架，站间距100-200km；区域基准站网，用于维持更新区域地心坐标参考框架，应与国家地心坐标参考框架保持一致，厘米级站间距不大于70km，分米级站间距大于70km；专业应用网，用于专业机构开展专业信息服务，宜与国家地心坐标参考框架建立联系网。

1.3.3 基准站建设：1 技术设计：设计前收集相关图件资料及其他资料，在图上拟选站址，标注相关信息确定位置名称编号。

堪选完成后进行施工设计以及设备集成等设计。

应提交技术设计方案以及点位设计图，站点位置信息表，施工设计图等资料2 选址：1，环境条件：观测环境。

（注意事项：10度以上地平高度角卫星通视条件，远离多路径，电磁200m，避开振动不稳定带，应进行24小时实地环境测试，对于国家和区域基准站，数据可用度大于85%，多路径影响小于0.5m，对于专业应用网，按实际情况执行。

）2，地质条件：基岩，站址地质稳定性，不易被水淹或地下水位变化不大。

3，依托条件，便于接入通信网络，有稳定电源，交通便利，良好的土建条件，有建设用地和基础设施保障有良好的安全保障环境。

4其他，周围重力点、大地控制点、水准点联测。