大地测量学基础：第5章 大地测量基本技术与方法(1)
常规大地测量基本技术与方法及国家大地控制网的建立
常规大地测量基本技术与方法1、国家平面大地控制网建立的基本原理大地测量学的基本任务之一，是在全国范围内建立高精度的大地测量控制网，以精密确定地面点的位置。
确定地面点的位置，实质上是确定点位在某特定坐标系中的三维坐标，通常称其为三维大地测量。
例如，全球卫星定位系统(GPS)就是直接求定地面点在地心坐标系中的三维坐标。
传统的大地测量是把建立平面授制网和高程控制网分开进行的，分别以地球椭球面和大地水准面为参考面确定地面点的坐标和高程。
因此，下面将分别进行介绍。
2、建立国家平面大地控制网的方法2.1 常规大地测量法2.1.1．三角测量法1)网形如下图所示，在地面上选定一系列点位1，2，…，使其构成三角形网状，观测的方向需通视，三角网的观测量是网中的全部(或大部分)方向值，由这些方向值可计算出三角形的各内角。
2)坐标计算原理如果已知点1的坐标(2t，y1)，又精密地测量了点l至点2的边长3，z和坐标方位角01z，就可用三角形正弦定理依次推算出三角网中其他所有边长，各边的坐标方位角及各点的坐标。
这些三角形的顶点称为三角点，又称大地点。
把这种测量和计算工作称为三角测量。
3)三角网的元素三角网的元素是指网中的方向(或角度)、边长、方位和坐标。
根据其来源的不同，以分为三类。
①起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角，也称起算数据。
②观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。
②推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标。
2.2.2．导线测量法在地面上选定相邻点间互相通视的一系列控制点A、B、C…，连接成一条折线形状(如图)，直接测定各边的边长和相互之间的角度。
若已知A点的坐标(又d，y4)和一条边的方位角(例如AAJ边的方位角04“)，就可以推算出所有其他控制点的坐标。
这些控制点称为导线点，把这种测量和计算工作称为导线测量。
2.2.3．三边测量及边角同测法三边测量法的网形结构同三角测量法一样，只是观测量不是角度而是所有三角形的边长，各内角是通过三角形余弦定理计算而得到的。
大地测量学基础
该书全面地讨论了测绘基准与大地控制网、大地水准面与高程系统、参考椭球面与大地坐标系、高斯投影与高斯平面坐标系、大地坐标系的建立等测绘学的基本问题，介绍了与之相关的各类大地测量数据采集技术。
《大地测量学基础》是测绘学科的专业核心课程，在测绘工程专业的课程体系中占有重要地位，本课程以现代大地测量学的新成就和发展为着眼点，着重阐述大地测量学的基础理论、主要技术与方法，这是测绘工程专业学生必须掌握的基本知识与技能，通过该课程的学习，使学生掌握扎实的大地测量理论基础和基本技能，培养学生创新思维和灵活运用能力,具备大地坐标系、大地参考框架、高程基准、大地网建立等方面的系统知识。
该课程重点要求学生掌握以下知识：1、熟悉现代大地测量学科现状和发展趋势、大地测量学的科学内涵及其在地学研究和工程建设中的作用，了解深空大地测量基本概念。
2、掌握大地测量基本技术与方法：大地控制网的布设方案，利用卫星定位接收机、电子全站仪、数字水准仪等观测技术建立大地控制网的观测与数据处理技术。
3、重点掌握大地测量基本概念与基础理论：包括大地测量坐标系统、时间系统、高程系统，地球重力场的基本概念，地球椭球的基本参数、椭球面上的常用坐标系及其相互关系、椭球面上的大地测量计算、将地面观测值归算至椭球面、地图数学投影变换的基本概念、高斯平面直角坐标系。
4、了解大地控制网的相关规范：全球定位系统测量规范GB/T 18314-2009，国家一、二等水准测量规范GB12897-2006。
5、具备初步的大地测量工程实践能力：通过课间实习掌握精密水准测量工作流程；通过编程实现各种坐标转换、高斯投影正反算、椭球面上大地线长度和大地方位角及曲面面积计算、大地网概算与平差等大地测量计算项目，掌握大地网数据处理的工作过程。
目录第一章绪论1.1 大地测量学的定义和作用1.2 大地测量学的基本体系和内容1.3 大地测量学的发展简史及展望第二章坐标系统与时间系统2.1 地球的运转2.2 时间系统2.3 坐标系统第三章地球重力场及地球形状的基本理论3.1 地球形状3.2 地球重力场的基本原理3.3 高程系统3.4 关于测定垂线偏差和大地水准面差距的概念3.5关于确定地球形状的基本概念第四章地球椭球及其数学投影变换的基本理论4.1 地球椭球的基本几何参数及其相互关系4.2 椭球面上的常用坐标系及其相互关系4.3 椭球面上的几种曲率半径4.4 椭球面上的弧长计算4.5 大地线4.6 将地面观测值归算至椭球面4.7 大地测量主题解算概述4.8 地图数学投影变换的基本概念4.9 高斯平面直角坐标系4.10通用横轴墨卡托投影和高斯投影簇的概念4.11 兰勃脱投影概述第五章大地测量基本技术与方法5.1 国家平面大地控制网建立的基本原理5.2 国家高程控制网建立的基本原理5.3 工程测量控制网建立的基本原理5.4 大地测量仪器5.5电磁波在大气中的传播5.6 精密角度测量方法5.7 精密电磁波测距方法5.8 精密水准测量方法。
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时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。
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。
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。
大地测量学重要名词解释简答题
大地测量学基础一、名词解释1、大地测量学：是指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。
2、天球：是指以地球质心O（或测站）为中心，半径r为任意长度的一个假想的球体。
3、大地基准：指用以描述地球形状的参考椭球的参数，以及参考椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
4、岁差：地球绕地轴旋转，由于日、月等天体的影响，地球的旋转轴在空间围绕黄级发生缓慢移动。
5、章动：地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短期周圆周运动，振幅为9.21秒，这种现象称为章动。
6、极移：地球自转使地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象被称为极移。
7、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。
8、真太阳时MT：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。
一个真太阳日就是真太阳连续两次经过某地的上中天（上子午圈）所经历的时间。
9、大地水准面：假想海洋处于完全静止的平衡状态时海水面延伸到大陆地面以下所形成的闭合曲面，叫大地水准面。
10、正常椭球：与地球质量相等且质量分布均匀的椭球。
11、正常重力加速度：正常椭球对其表面与外部点所产生的重力加速度。
12、正常位水准面：相应于正常重力加速度的重力等位面。
13、理论闭合差：由水准面不平行而引起的水准环线闭合差，称为理论闭合差。
14、正常椭球面：是大地水准面的规则形状（一般指旋转椭球面）。
因此引入正常椭球后，地球重力位被分成正常重力位和扰动位两部分，实际重力也被分成正常重力和重力异常两部分。
15、总的地球椭球：一个和整个大地体最为密合的。
总地球椭球中心和地球质心重合，总的地球椭球的短轴与地球地轴相重合，起始大地子午面和起始天文子午面重合，总地球椭球和大地体最为密合。
16、参考椭球：具有确定参数(长半径 a和扁率α)，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。
大地测量学基础：第5章 大地测量基本技术与方法(1)
• 三角测量在过去（20世纪80年代以前）是平面控制测量的主要方法。 过去已经建成、目前仍在使用的国家一、二、三、四等平面控制 点基本上都是采用三角测量方法获得的。当时，高精度测边很难 实现。
• 三角测量的观测量主要是水平角，边长观测很少，距离传递误差 较大。
• 此外，三角网对相邻控制点之间的通视条件要求很高（多边形的中 点须与多点通视），实地选点难度较大，一般只能位于高处（如山头 或房顶），使用也不方便。
• VLBI测量长度的相对精度可达10-6。
• 该技术在研究地球极移、地球自转速率的短周期变化、地球固体 潮、大地板块运动的相对速率和方向中得到广泛的应用，在常规 大地测量中很少用。
3*、惯性测量系统(INS)
• 惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间，对 装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点到另 一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向对加速度分 量进行两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标 增量，进而求出待定点的位置。
纵横锁系布网方案示意图
二等补充网
一等三角锁
二等基本 锁
2）60年代以后，二等网以全面三角网的形式布设，即在一等锁环 内直接布设二等全面网。这种方案叫全面布网方案。
• 二等全面网中三角形平均边长为13km，测角中误差为±1.0。ײ跟 纵横锁系布网形式相比，全面网的精度显然更高些。
一等三角锁
二等全面 网
A
a
az B
ay
ax
• INS属于相对定位，其相对精度为(1~2)·10-5，测定的平面位置中 误差为±25cm左右。
• 优点：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽车 能否开动、飞机能否飞行。
大地测量学基础知识
第一章1.大地测量学的定义大地测量学是在一定的时间-空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
地球自转轴存在相对于地球体自身内部结构的相对位置变化，从而导致极点在地球表面上的位置随时间而变化，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时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。
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。
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。
大地测量学基础：第五章 大地测量技术-1-2-3
（1）不同比例尺地图对大地点的数量要求 ：
测图比例尺
1：5万 1：2.5万 1：1万
平均每幅图面积（km2） 350~500 100~125 15~20
国家平面大地控制网
惯性测量系统(INS)
惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间， 对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点 到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向进行 两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量 ，进而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相对精度为 (1~2)·10-5，测定的平面位置中误差为±25cm左右。 优点：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽 车能否开动、飞机能否飞行。 缺点：相对测量，精度不高。
平均每幅图的三角点个数
3
2~3
1
每点控制的面积（km2）
150
50
20
三角网的平均边长（km）
13
8
2~6
相应的三角网等级
二等
三等
四等
国家平面大地控制网布设原则
（2）GPS测量中两相邻点间的距离要求（单位：km)：
等级 相邻点最小距离
A
100
B
15
C
5
D
2
E
1
相邻点最大距离 2000 250 40 15 10
测图比例尺
1∶5万 1∶2.5万 1∶1万 1∶5千 1∶2千
图根点对于三角点 的点位误差(m) ±5.0 ±2.5 ±1.0 ±0.5 ±0.2
大地测量学基础(第5章大地测量仪器)
大地测量仪器
optical theodolite—electronic theodolite Steel tape ——— EDM
11
大地测量仪器
12
大地测量仪器
徕卡TPS700系 列卓越中文全 站仪
拓普康GTS 332W 全站仪
13
索佳10系列全站仪
大地测量仪器
尼康DTM801 系列全站仪
宾得全站仪 PTS V2
a＝148cm十(6．50mm一5mm) 即a＝148．650cm一5mm。 由述可知，每次读数中应减去常数(初始数)5mm．但因在水准测量中计算 高差 时能自动抵消这个常数，所以在水准测量作业时，读数、记录、计算 过程中部可以不考虑。
21
2）、 Ni004精密水准仪
大地测量仪器
22
3）、国产S1型精密水准仪
y x / tg y x /
一般光栅度盘上刻有1024条光栅条纹相邻两
条纹角距（光栅度盘的单位角值φ0 ）为：
0
2
1024
2105.625
16
n0
大地测量仪器
光栅度盘外侧对径处各装一个固定光栅探测 器Ls，光栅度盘内侧对径处各装一个活动光栅 探测器LR， Ls 与LR之间的夹角即为所测角的 大小。
大地测量仪器
仪器内安装刻有光栅的玻璃度盘（可旋转）和 与度盘严格平行的固定光栅平面，二者的光栅 相错一固定小角，如果两光栅的相对移动是沿 x方向从一条格线移到相邻的另一条格线，则 干涉条纹将在y方向上移动一整周，即光强由 暗到明，再由明到暗变化一个周期,于是干涉 条纹移动的总周数将等于所通过的格线数。反 之，如果数出和记录光感器所接收的光强曲线 总周数，便可测得移动量，再经过电信号转换， 最后得到角度值。
大地测量基础
地形表面
北美洲
欧洲
南美洲
非洲
大地椭球面
• 椭球面是一种数学图形， 它由以下参数加以定义：
• 半长轴 (a)
及 b
• 半短轴 (b)
或 a
• 扁率 (f) = (a-b)/a
• 它是一种简单的几何曲面 • 不能直接用仪器测定
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大地椭球面与大地水准面
h=H+N
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高程系统
GPS水准高程拟合的实施原则： GPS水准高程拟合的实施原则： 水准高程拟合的实施原则
1. 水准与GPS的重合点数量取决于测区的大小(3-8个) 2. 重合点应该均匀分布在测区的四周和中间 3. 山区的重合点密度应该大于平原地区 4. 重合点连接而成的凸多边形外部的GPS点垂距不超过平均边 长 的二分之一 5. 采用平面拟合，避免曲面拟合 6. 在山区与平原的结合部需增加GPS水准的重合点 7. 超过150平方公里的大测区应该考虑分片拟合 8. 提高GPS及水准高程的测量精度(双频接收机，三等水准)
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地图投影的类型
高斯-克吕格投影 特点：
中央 子午线
保角影射(正形投影) 中央子午线长度比为1 缺点： 离 轴子午线越远， 长度变形与增速越 大 同一点在不同投影带中 的 坐标差异甚大
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坐标转换
• 将地图制图中采用的一种 坐标系统转换成另一种坐 标系统的技术
P
地形表面
h H N
大地水准面
N = 大地高的高程异常
椭球面
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大地测量学基础阶段性作业41doc
中国地质大学(武汉)远程与继续教育学院大地测量学基础课程作业4（共 4 次作业）学习层次：专升本涉及章节：第5章1．建立国家平面大地控制网的方法有哪些？2．建立国家平面大地控制的基本原则有哪些？3．国家平面大地控制网的布设方案有哪些？4．国家高程基准由几个要素构成？5．国家高程控制网布设的原则是什么？6．工程测量控制网有几种类型？各有什么作用？7．与国家大地测量控制网相比，工程控制网有哪些特点？8．精密角度测量仪器有哪些特点？9．影响方向观测精度的误差主要分哪三大类？各包括哪些主要内容?10．电磁波测距仪有哪些分类方法？11．电磁波测距的误差来源和精度表达式是什么？12．我国水准仪系列包括S05、S1、S3、S10等型号，试问S字母及下角码数字各代表什么含义？13．试述精密水准测量中的各种误差来源?14．大地测量的基本方法有哪些？参考答案1．建立国家平面大地控制网的方法有哪些？答：有常规大地测量法，它们是三角测量法、导线测量法、三边测量及边角同测法；天文测量法；现代大地测量法：GPS测量法、甚长基线干涉测量法（VLBI）、惯性测量系统（INS）2．建立国家平面大地控制的基本原则有哪些？答：主要有：大地控制网应分级布设、逐级控制，应有足够的精度，应有一定的密度，应有统一的技术规格和要求。
3．国家平面大地控制网的布设方案有哪些？答：常规大地测量方法布设国家三角网：一等三角锁系布设方案，一等三角锁系是国家平面控制网的骨干，其作用是在全国范围内迅速建立一个统一坐标系的框架，为控制二等及以下各级三角网的建立并为研究地球的形状和大小提供资料；二等三角锁、网布设方案，二等三角网既是地形测图的基本控制，又是加密三、四等三角网(点)的基础，它和一等三角锁网同属国家高级控制点；三、四等三角网，为了控制大比例尺测图和工程建设需要，在一、二等锁网的基础上，还需布设三、四等三角网，使其大地点的密度与测图比例尺相适应，以便作为图根测量的基础。
第五章 大地测量的基本技术与方法(1)
② 技术设计的内容和方法 [1] 搜集和分析资料 （1）测区内各种比例尺的地形图。 （2）已有的控制测量成果（包括全部有关技术文件、图表、手簿 等等）。 （3）有关测区的气象、地质等情况，以供建标、埋石、安排作业 时间等方面的参考。 （4）现场踏勘了解已有控制标志的保存完好情况。 （5）调查测区的行政区划、交通便利情况和物资供应情况。若在 少数民族地区，则应了解民族风俗、习惯。 对搜集到的上述资料进行分析，以确定网的布设形式，起始 数据如何获得，网的未来扩展等。 其次还应考虑网的坐标系投影带和投影面的选择。 此外还应考虑网的图形结构，旧有标志可否利用等问题。
上海港GPS扩展网网图
2 甚长基线干涉测量（VLBI） 甚长基线干涉测量系统是在甚长基线的两端(相距几千公里)， 用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐 射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接确定基线长度和方向 的一种空间技术。长度的相对精度可优于10-6，对测定射电源的空 间位置，可达0.001”，由于其定位的精度高，可在研究地球的极移 、地球自转速率的短周期变化、地球固体潮、大地板块运动的相对 速率和方向中得到广泛的应用。
（3）从安全生产方面考虑 点位离公路、铁路和其他建筑物以及高压电线等应有一定的 距离。 图上设计的方法及主要步骤 图上设计宜在中比例尺地形图（根据测区大小，选用1：25 000～1 ：100 000地形图）上进行，其方法和步骤如下： a 展绘已知点； b 按上述对点位的基本要求，从已知点开始扩展； c 判断和检查点间的通视； d 估算控制网中各推算元素的精度； e 据测区的情况调查和图上设计结果，写出文字说明，并拟定作业 计划。
2. 大地控制网应有足够的精度。 国家三角网的精度，应能满足大比例尺测图的要求。在测图中 ，要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差，在图上应不 超过±0.1mm，相对于地面点的点位误差则不超过 ±0.1Nmm(N 为测图比例尺分母)。 为使国家三角点的误差对图点的影响可以忽略不计，应使相邻国 家三角点的点位误差小于(1/3) ×0.1Nmm。
大地测量学
第一章绪论1、大地测量学：在一定时间、空间参考系统中，测量和描绘地球及其他行星体的一门学科。
最基本任务：测量和描绘地球并检测其变化，为人类活动提供关于地球等行星体的空间信息经典测量学是把地球假设为刚体不变，均匀旋转的球体或椭球体，并一定范围内测绘地和研究其形状、大小及外部重力场。
2、大地测量学地位及作用：（1）大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。
（2）大地测量学在防灾减灾救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用。
（3）大地测量学是发展空间技术和国防建设的重要保障。
（4）大地测量学在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。
（5）大地测量学是测绘学科的各类分支学科（大地测量、工程测量、海洋测量、矿山测量、航空摄影测量与遥感、地图学与地理信息系统等）的基础学科。
3、大地测量学的三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学及空间大地测量学。
4、现代大地测量学同传统大地测量学之间没有严格界限，但是现代大地测量学确实具有许多新的特征（测量范围大，动态方式，周期短，精度高）。
5、大地测量学的基本内容：（1）确定地球形状及外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水平面地形及其变化等。
（2）研究月球及太阳系行星的形状及重力场。
（3）建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要.（4）研究为获得告警的测量成果的仪器和方法等。
（5）研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。
（6）研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。
第二章坐标系统与时间系统1、地球的运转可分为四类：（1）与银河系一起在宇宙中运动。
（2）在银河系内与太阳系一起旋转。
（3）与其他行星一起绕太阳旋转（公转或周年视运动）（4）绕其瞬时旋转轴旋转（自转或周日视运动）。
2024年大地测量学基础(高起专)-地质大学考试题库及答案
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(A) 地心定位(B) 单点定位(C) 局部定位(D) 多点定位标准答案是：：A2. _______用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
(4分)(A) 参心坐标系(B) 空间直角坐标系C) 天球坐标系(D) 站心坐标系标准答案是：：C3. 地球坐标系分为大地坐标系和_______两种形式。
(4分)(A) 天球坐标系(B) 空间直角坐标系(C) 地固坐标系(D) 站心坐标系标准答案是：：B4. 地球绕地轴旋转在日、月等天体的影响下，类似于旋转陀螺在重力场中的进行，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，旋转周期为26000年，这种运动成为_______。
(4分)(A) 极移(B) 章动(C) 岁差(D) 潮汐标准答案是：：C5. 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_______。
(4分)(A) 恒星时(B) 世界时(C) 协调世界时(D) 历书时标准答案是：：A多选题6. 下列属于参心坐标系的有：_______。
(4分)(A) 1954年北京坐标系(B) 1980年国家大地坐标系(C) WGS-84世界大地坐标系(D) 新1954年北京坐标系标准答案是：：A,B,D7. 下列关于大地测量学的地位和作用叙述正确的有：_______。
(4分)(A) 大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。
大地测量学基础知识
地球最高处为珠穆朗玛峰——8844.43米；
地球最低处为马里亚纳海沟—深11022米；
地球的表面
地球的自然表面大部分是海洋，占地球表面积 的71％，陆地仅占29％，故而地球可以基本看 做是一个表面被水体所包围的球体。
大地水准面与旋转椭球
大地水准面是一个不规则的似球面，它不是一 个数学计算面，即：它不能用一个数学方程来 表示。
它可以满足我们定性研究地球形状与大小的要 求，但是它不能满足我们定量的研究地球的形 状与大小的要求。这给我们研究地球的形状与 大小带来了不便。
经过世界各国诸多大地测量学者百余年的研究 发现：大地水准面的形状基本上是一个旋转椭 球面。
点在空间的位置是绝对的，它不因坐标表达形 式的不同而改变。
点位的空间直角坐标和大地坐标是基于不同的
坐标系统对其空间位置的一种描述，二者是可
以相互转换的。 B L H
X Y Z
X Y Z
N N
N
H H 1
cos B cos L cos B sin L
高 H。
坐标表示：B L H
大地坐标系
大地纬度：过某点的法线与地球椭球赤道面所形 成的锐角。
大地经度：某点所在的（大地）子午面与起始 （大地）子午面所形成的二面角。
大地高：某点沿其法线方向到地球椭球面的距离。
天文坐标系与大地坐标系
天文坐标系 大地水准面、垂线、天文子午面、天文纬度、
假想一个曲面：它在海洋上与平均海水面重合， 并向大陆、岛屿内延伸而形成的包围了整个地 球表面的一个闭合的曲面，称之为大地水准面。
大地测量技术及方法
大地测量技术及方法大地测量是一门应用科学，主要研究地球表面空间位置的测定和变形的监测。
它在许多领域都起着重要的作用，包括土地测绘、工程建设、导航和地质灾害预警等。
在过去的几十年中，大地测量技术得到了巨大的发展，新的方法和仪器不断涌现，极大地提高了测量精度和效率。
本文将从单点测量、动态测量和遥感测量三个方面来讨论一些主要的大地测量技术和方法。
一、单点测量单点测量是最基础也是最常用的大地测量方法之一。
它通过使用全站仪或GPS 等仪器测量一个点的坐标，来确定其在地球表面的位置。
这种测量方法可以应用于土地测绘、测量控制网的建立以及建筑物监测等领域。
在单点测量中，需要考虑的关键问题包括仪器误差校正、基准点的选择以及测量数据的处理等。
仪器误差校正是确保测量精度的重要环节。
全站仪或GPS等测量仪器在使用过程中会受到多种误差的影响，如天气、仪器本身的固有误差等。
为了提高测量结果的准确性，需要对这些误差进行校正。
校正方法包括仪器标定和误差补偿等。
选择合适的基准点对于有效的单点测量至关重要。
基准点应具有稳定的位置和已知的坐标值，可以作为整个测量系统的起始点，或作为参考点进行补偿。
基准点的选择应考虑到其周围环境的变化情况和测量精度的要求。
处理测量数据是单点测量中不可或缺的一步。
数据处理包括误差的分析和数学模型的建立等。
误差的分析可以通过对重测数据进行比较和拟合来判断测量结果的可靠性。
数学模型的建立可以通过采用最小二乘法等数学工具，对观测数据进行精确的处理和计算。
二、动态测量动态测量是指对地球表面变形进行监测和分析的大地测量方法。
地球表面的变形可能由于地震、岩浆活动或人类活动引起，对于预防和减轻地质灾害以及工程建设都具有重要意义。
动态测量通常采用激光测距仪、GNSS等高精度仪器，可以实时监测地球表面的形变情况。
激光测距仪是一种应用于动态测量的重要工具。
它通过发射一束激光并测量激光的回波时间来计算目标点的距离。
激光测距仪具有高测量精度和范围广的特点，可以在较远的距离上进行测量，并能够有效地监测地表变形。
大地测量学基础大纲
大地测量学基础教学大纲与2009年考研考试大纲对比注：教学要求中有下划线的内容即为考研考试大纲内容，不一样的要求用小括号说明并加画下划线。
●课程学习的基本要求一本课程的性质本课程是测绘专业的专业基础课，必修课；开课对象：测绘专业学生。
二本课程的特点与教学内容为了适应新形势下教学的需要，在原有课程的基础上，删除了陈旧、过时的内容，增添了大量的新理论、新技术。
所涉及的内容较为广泛。
如地球重力学、实用天文学、椭球大地测量学、控制测量学、大地坐标系的建立与变换等相关内容。
内容广、难、深。
但课时短。
在教学内容基本要求如下：第一章绪论部分侧重于（了解）大地测量学的基本概念，掌握大地测量学的定义和内容、地位与作用、（了解）发展简史及未来展望，熟练掌握（熟悉）经典大地测量与现代大地测量的区别。
第二章坐标系统与时间系统，1、了解行星运动的三大规律，掌握岁差、章动、极移的概念，掌握恒星时、世界时、历书时、力学时、原子时、协调世界时的概念以及它们之间的相互关系。
2、了解坐标系统的基本概念，熟练掌握惯性坐标系、协议天球坐标系、瞬时平天球坐标系、瞬时真天球坐标系的定义以及其相互关系；3、掌握地固坐标系的定义，熟练掌握协议地球坐标系、瞬时地球坐标系的定义及其相互关系；熟练掌握协议地球坐标系与协议天球坐标系的其相互关系；4、了解参心坐标系的建立方法，一点定位和多点定位的基本原理；了解北京54坐标系、80坐标系、新北京54坐标系的主要特点及其相互联系与区别；了解地心坐标系的建立方法，掌握国际地球参考系统（ITRS）与国际地球参考框架（ITRF）的概念；5、熟练掌握站心坐标系的定义、站心坐标系与空间直角坐标系之间的相互关系；6、熟练掌握坐标系之间的换算关系（平面之间坐标、空间直角坐标、不同大地坐标等）。
（熟练掌握几种坐标系统的定义以及其相互换算关系）；第三章地球重力场基本原理1、了解地球的基本概念；掌握地球重力位、地球重力、正常重力位、正常重力的概念；掌握正常重力公式推导思路；2、了解正常重力场参数；掌握正常椭球、水准椭球、总地球椭球、参考椭球的概念；3、熟练掌握正高系统、正常高系统的概念，了解（掌握）力高高程系统的定义（概念）；4、熟练掌握国家高程基准；5、了解（掌握）垂线偏差和大地水准面差距的定义与测定方法；了解（掌握）确定地球形状的基本方法。
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§5－1 建立国家平面大地控制网的基本原理 §5－2 建立国家高程控制网的基本原理 §5－3 建立工程测量控制网的基本原理 §5－4 大地测量仪器 §5－5 精密角度测量方法 §5－6 精密距离测量方法 §5－7 精密高差测量方法 备讲1—精密水准仪与水准尺的检验 备讲2—球气差系数和大气折光系数 备讲3—三角高程测量的精度 备讲4—垂线偏差对三角高程的影响
折角，折线上的转折点叫导线点（控制点）。 • 测定导线点平面坐标的工作叫导线测量。通过测量导线边长和转
折角，再根据起算点及附合点的已知数据，可求出所有导线点的 平面坐标。
β
D
• 导线的形式：附合导线、闭合导线、支导线和导线网。
• 导线网是由若干条附合导线或闭合导线构成的网状图形。 • 导线网包括：一个节点的导线网、两个以上节点的导线网和两个
A
a
az B
• VLBI测量长度的相对精度可达10-6。
• 该技术在研究地球极移、地球自转速率的短周期变化、地球固体 潮、大地板块运动的相对速率和方向中得到广泛的应用，在常规 大地测量中很少用。
3*、惯性测量系统(INS)
• 惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间，对 装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点到另 一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向对加速度分 量进行两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标 增量，进而求出待定点的位置。
• 因此，在普遍应用全站仪和GPS定位技术的现代，城市控制测量 和工程控制测量基本上不采用三角网。
2. 导线测量法 • 导线：由设站点（控制点）连成的折线（若干条直线首尾相连）。 • 布设控制点时，使点与点之间单线相连形成链状折线，测量出边
长和角度之后便可逐点传递平面坐标。 • 导线中的每一条直线叫导线边，相邻两直线之间的水平角叫做转
§5－1 建立国家平面大地控制网的基本原理
• 建立国家大地控制网是大地测量学的基本任务之一。 • 由于历史的原因，我国国家控制网是按平面控制网和高程控制网
分开建立的。上世纪九十年代又建立了GPS控制网。 • 国家平面控制网是在全国范围内布设建立的控制网，由国家测绘
局统一组织布建，等级分为一、二、三、四等。
以上闭合环所组成的导线网等，如下图所示。
• 跟三角网比较，导线网的主要优点是点间通视条件容易满足，布 设灵活、方便。在林区和城市建成区，导线的优势尤为明显。导 线测量是现代控制测量的主要形式之一。
• 缺点：结构简单，检核条件较少。
• 导线测量最好使用全站仪，也可用光电测距仪加经纬仪。
3、三边测量和边角同测法
•GPS卫星
• 20200公里高度 • 6个轨道 • 24颗卫星
• GPS测量可为用户提供精密的三维坐标、三维速度和时间信息。
• GPS测量的特点：速度快、精度高、全天候，无需考虑点与点之 间的通视情况。
• GPS系统的应用领域相当广泛，可以进行海、空和陆地的导航， 导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速 度的测量等。
• 三角测量在过去（20世纪80年代以前）是平面控制测量的主要方法。 过去已经建成、目前仍在使用的国家一、二、三、四等平面控制 点基本上都是采用三角测量方法获得的。当时，高精度测边很难 实现。
• 三角测量的观测量主要是水平角，边长观测很少，距离传递误差 较大。
• 此外，三角网对相邻控制点之间的通视条件要求很高（多边形的中 点须与多点通视），实地选点难度较大，一般只能位于高处（如山头 或房顶），使用也不方便。
• “GPS原理及应用”作为一门单独的专业课开设。
2*、甚长基线干涉测量系统(VLBI)
• 甚长基线干涉测量系统(VLBI)是在甚长基线的两端(相距几千公 里)，用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的 无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接测定基线 长度和方向的一种空间技术。
坐标计算：
s1.3 s1.2 sin B / sin C 1.3 1.2 A
x1.3 s1.3 cos1.3 y1.3 s1.3 sin 1.3
x3 x1 x1.3
y3 y1 y1.3
• 构建、测定三角网点的工作叫三角测量。
• 只有一套起算数据（两点，或一点加一边）的三角网叫独立网；多 于一套起算数据的叫非独立网，又称附合网。
• 形状与测角三角网相类似，也是由若干三角形连接而成。
• 既测角又测边时叫边角网（或边角全测网），只测边不测角时叫三 边网（或测边三角网）。
• 边角网的精度很高，但相应工作量也很大。一般只有在建立高精 度的专用控制网(如精密的形变监测网)或不能选择良好布设图形的地 区才采用此法以获得较高的精度。
• 与测角三角网一样，测边网和边角网目前也很少在常规大地测量 中采用。
用途：在每隔一定距离的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的影响。
A (L ) sin
(5 1)
（三）、现代定位新方法
1、GPS测量
• 利用GPS定位技术建立的测量控制网。
• GPS是通过接收和解译人造卫星所发射的电波信号来确定测站点 位置的测量定位系统，它是英文“Global Positioning SysБайду номын сангаасem”(全 球定位系统）的缩写。
• 三角网、边角网和三边网统称为“三角形网”。
（二）、 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 记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位置，即天文经度、 天文纬度和该点至另一点的天文方位角。
优点：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。
一、建立国家水平大地控制网的方法
（一）、常规大地测量法 1. 三角测量法 • 所有的控制点构成彼此相连的三角形网状，如下图。
• 用经纬仪测量出网中所有三角形的内角。 • 当已知两个点的坐标，或已知一个点的坐标和一条边的长度
（用测距仪或钢尺测距）与方位角（推算得到或用陀螺经纬仪测定）， 便可求算网中所有控制点的平面坐标（由正弦定理传递边长）。