大地控制测量学课件——绪论
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中国矿业大学大地测量学基础课件
目的：以测绘工作为手段，确定地面 点的空间位置，并把它表示成数据形式 或描绘着图面上，供经济建设和工程设 计施工使用。
§1.1 大地测量学的定义
大地测量学与普通测量学的区别： （1）精度等级高。
（2）测量范围广。
（3）普通测量学更侧重于如何测绘地形图以及 进行一般工程的施工测量。大地测量学侧重于 如何建立大地坐标系、建立大地控制网并精确 测定控制网点的坐标。
1、实用大地测量学：研究建立大地控制网的
理论与方法，介绍角度测量、边长测量和高 程测量的原理与观测方法、作业程序、以及 测量成果的质量检核，提供一系列地面点的 平面和高程成果
2、椭球大地测量学：研究参考椭球的建立以
及椭球面上处理大地测量观测成果的各种理 论与方法，提供大地控制点的大地坐标和平 面坐标；
——作为地学基础学科： ——作为应用地学学科：
§1.1 大地测量学的定义
主要理论、技术与方法： ——天文测量 ——三角测量 ——导线测量 ——卫星大地测量 ——水准测量 ——重力测量 ——椭球大地测量 ——地球形状理论 ——测量平差 。。。。。。。。
§1.1 大地测量学的定义
普通测量学（或称测量学）是研究地 球表面较小区域内测绘工作的基本理论、 技术、方法和应用的学科。
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）。
本章纲要
一、大地测量学的定义 二、大地测量学的基本任务和作用（重点） 三、大地测量学的主要研究内容（重点） 四、大地测量的发展历程 五、现代大地测量技术简介
GJ01 GJ02
GJ03
1
JZ05
GJ59
GJ04
§1.1 大地测量学的定义
大地测量学与普通测量学的区别： （1）精度等级高。
（2）测量范围广。
（3）普通测量学更侧重于如何测绘地形图以及 进行一般工程的施工测量。大地测量学侧重于 如何建立大地坐标系、建立大地控制网并精确 测定控制网点的坐标。
1、实用大地测量学：研究建立大地控制网的
理论与方法，介绍角度测量、边长测量和高 程测量的原理与观测方法、作业程序、以及 测量成果的质量检核，提供一系列地面点的 平面和高程成果
2、椭球大地测量学：研究参考椭球的建立以
及椭球面上处理大地测量观测成果的各种理 论与方法，提供大地控制点的大地坐标和平 面坐标；
——作为地学基础学科： ——作为应用地学学科：
§1.1 大地测量学的定义
主要理论、技术与方法： ——天文测量 ——三角测量 ——导线测量 ——卫星大地测量 ——水准测量 ——重力测量 ——椭球大地测量 ——地球形状理论 ——测量平差 。。。。。。。。
§1.1 大地测量学的定义
普通测量学（或称测量学）是研究地 球表面较小区域内测绘工作的基本理论、 技术、方法和应用的学科。
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）。
本章纲要
一、大地测量学的定义 二、大地测量学的基本任务和作用（重点） 三、大地测量学的主要研究内容（重点） 四、大地测量的发展历程 五、现代大地测量技术简介
GJ01 GJ02
GJ03
1
JZ05
GJ59
GJ04
大地测量(大地控制网_参考资料)PPT课件
（3）国家测绘总局和总参测绘局分别完成的我国天文大地 网与2000国家GPS大地控制网的观测数据联合处理，获得 的我国48919个一、二等天文大地网点的高精度地心坐标， 平均点位精度达到± 0.11m（1分米级）。
二．2000国家GPS大地控制网概况
2000国家GPS大地控制网由以下GPS网构成： 1. 国家高精度GPS A、B级网（国家测绘局布设 2.“全国GPS一、二级网（总参测绘局布设） 3.“中国地壳运动观测网（络）(由中国地震局、总参测绘局、 中国科学院、国家测绘局共建) 4.GPS地壳运动监测网（中国地震局布设） 5.若区域GPS地壳形变监测网（中国地震局布设）。 参与平差计算的点： 最后经过筛选和相邻点合并，最后选取了国内2523（个 GPS点其中CORS站25个）和国外点（站）64个，共2587 个点参加了2000国家GPS大地控制网的数据处理。
验收专家组听取了项目首席科学家叶叔华院士的项目总结 报告和六个子课题的结题报告，审阅了有关材料，并进行了 认真的研讨和评论，认为该项目在中国科学院、国家地震局、 国家测绘局和总参测绘局的支持下，集中四大部委的有关研 究力量，团结合作，把各自的研究资源，历年观测数据和科 研成果，进行跨学科的合作研究，取得了丰硕成果。该项目 取得的突出成果是：
1998年8月完成选址和基建工程；1999年3月至8月、 2001年3月至8月完成了2次坐标测定工作，数据全部优良。
区域网设计的技术指标是：相邻站间GPS基线每期测定 精度为，水平分量优于5mm，垂直分量优于15mm。实测达 到的水平分量优于3mm，垂直分量优于10mm。
与传统测量方法相比较，观测效率提高了几十倍，精度提高 了近3个数量级，实现了全国准同时监测。
《高等应用测量》讲稿之11
二．2000国家GPS大地控制网概况
2000国家GPS大地控制网由以下GPS网构成： 1. 国家高精度GPS A、B级网（国家测绘局布设 2.“全国GPS一、二级网（总参测绘局布设） 3.“中国地壳运动观测网（络）(由中国地震局、总参测绘局、 中国科学院、国家测绘局共建) 4.GPS地壳运动监测网（中国地震局布设） 5.若区域GPS地壳形变监测网（中国地震局布设）。 参与平差计算的点： 最后经过筛选和相邻点合并，最后选取了国内2523（个 GPS点其中CORS站25个）和国外点（站）64个，共2587 个点参加了2000国家GPS大地控制网的数据处理。
验收专家组听取了项目首席科学家叶叔华院士的项目总结 报告和六个子课题的结题报告，审阅了有关材料，并进行了 认真的研讨和评论，认为该项目在中国科学院、国家地震局、 国家测绘局和总参测绘局的支持下，集中四大部委的有关研 究力量，团结合作，把各自的研究资源，历年观测数据和科 研成果，进行跨学科的合作研究，取得了丰硕成果。该项目 取得的突出成果是：
1998年8月完成选址和基建工程；1999年3月至8月、 2001年3月至8月完成了2次坐标测定工作，数据全部优良。
区域网设计的技术指标是：相邻站间GPS基线每期测定 精度为，水平分量优于5mm，垂直分量优于15mm。实测达 到的水平分量优于3mm，垂直分量优于10mm。
与传统测量方法相比较，观测效率提高了几十倍，精度提高 了近3个数量级，实现了全国准同时监测。
《高等应用测量》讲稿之11
现代大地控制测量-课件-480页
We shall call the previously defined mathematical surface of the Earth, of which the ocean surface is a part, geoidal surface of the Earth or the geoid.
大地测量学的任务
经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网， 精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。
地学研究中的任务： 1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的
三维大地网，长期监测网点随时间的变化； 2. 监测和分析各种地球动力学现象； 3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时
A
M
线切线T；R为过M点的 平行圈切线，显然R垂直 于M点的子午面，因此R垂 直于MP´。所以， MP´垂直
O Q
P
于椭球面在M点的切平面，因此
它是椭球面的法线。
Frenet标架：曲线上任意一点处的三个相互正交的单位 向量构成是三维直角坐标系。
一般取切向、主法向和与该两个方向正交的第三个方向
2.2.2 旋转椭球面的参数表示及数学性质（续3）
a
X
第二偏心率：
e'
a2 b2 b2
E b
2.2.1 地球椭球的几何、物理元素（续1）
几个关系式：
e2 2 2
e2 e2 1 e2
a b 1 e'2
1 e2 1 e2 1 e2 e2 1 e2
b a 1 e2
1954年北京坐标系，克拉索夫斯基椭球元素： a 6378245m 1 298.3
drt
dt
dr2 t
dt2
tc
大地测量学的任务
经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网， 精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。
地学研究中的任务： 1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的
三维大地网，长期监测网点随时间的变化； 2. 监测和分析各种地球动力学现象； 3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时
A
M
线切线T；R为过M点的 平行圈切线，显然R垂直 于M点的子午面，因此R垂 直于MP´。所以， MP´垂直
O Q
P
于椭球面在M点的切平面，因此
它是椭球面的法线。
Frenet标架：曲线上任意一点处的三个相互正交的单位 向量构成是三维直角坐标系。
一般取切向、主法向和与该两个方向正交的第三个方向
2.2.2 旋转椭球面的参数表示及数学性质（续3）
a
X
第二偏心率：
e'
a2 b2 b2
E b
2.2.1 地球椭球的几何、物理元素（续1）
几个关系式：
e2 2 2
e2 e2 1 e2
a b 1 e'2
1 e2 1 e2 1 e2 e2 1 e2
b a 1 e2
1954年北京坐标系，克拉索夫斯基椭球元素： a 6378245m 1 298.3
drt
dt
dr2 t
dt2
tc
第1讲(绪论)
五、控制测量的研究内容
研究建立和维护高精度水平的国家和工程水平控制网和 高程控制网的技术和方法 研究获得高精度测量成果的精密仪器使用方法 研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及 有关问题的测量计算 研究高精度和多类别的地面网、 研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数 学处理的理论和方法
北极 P
P
自转轴 赤道
自转轴 赤道
南极 P1
陆地
海 洋
洋 海
P1
铅垂线
线 铅垂
铅垂 线
3.参考椭球 3.参考椭球 大地体： 大地体：大地水准面所包围的形体 。
经过长期测量实践表明，大地体与一个以椭圆的短轴为旋转轴的 旋转椭球的形状十分近似，所以测绘工作便取大小与大地体很接近的 旋转椭球作为地球的参考形状和大小，成为参考椭球。
1.1 控制测量学的基本任务和主要内容
一、控制测量的概念 在一定测量区域内，按任务所要求的精度等级, 在一定测量区域内，按任务所要求的精度等级,布设 控制点，构建控制网，测定控制点的平面位置和高程， 控制点，构建控制网，测定控制点的平面位置和高程，这 一测量工作过程称为控制测量。 一测量工作过程称为控制测量。 案例： 案例：某公路施工控制测量
知识目标： 知识目标： 1.掌握控制测量学的基本任务和作用 2.掌握铅垂线与大地水准面的概念 3.了解参考椭球与总椭球的概念与定义 4.掌握建立控制网的主要方法与布网形式 技能目标： 技能目标： 1.能够描述控制测量学的基本任务和作用 2.能够描述铅垂线与大地水准面的概念与定义 3.能够描述参考椭球与总椭球的概念与定义 4.能够描述建立控制网的主要方法与布网形式
N
b
W
a a O
E
S
长大大地测量学基础第一章_绪论
绪论 >大地测量学研究的基本内容 大地测量学研究的基本内容
大地测量学研究的基本内容
• 几何大地测量学 • 物理大地测量学 • 卫星大地测量学
辽宁工程技术大学 测绘学院
§1.4大地测量学发展与展望 大地测量学发展与展望
辽宁工程技术大学 测绘学院
绪论 >大地测量学发展与展望 大地测量学发展与展望
大地测量学的发展简史
大地测量学基础
隋心 辽宁工程技术大学 测绘学院
问题？ 问题？
•测量外业的基准面与基准线是什么？测量内 测量外业的基准面与基准线是什么？ 测量外业的基准面与基准线是什么 业计算的基准面与基准线是什么？ 业计算的基准面与基准线是什么？ •我们通常以什么样的形式来表示空间点的位 我们通常以什么样的形式来表示空间点的位 测量的坐标系有哪些？ 置？测量的坐标系有哪些？我国目前所采用的 坐标系统有哪些？各坐标系统如何进行转换？ 坐标系统有哪些？各坐标系统如何进行转换？ •我们所测的高程属于哪一高程系统？高程系 我们所测的高程属于哪一高程系统？ 我们所测的高程属于哪一高程系统 统有哪些？ 统有哪些？
辽宁工程技术大学 测绘学院
辽宁工程技术大学 测绘学院
绪论 >大地测量学发展与展望 大地测量学发展与展望
大地测量学的发展简史（ 大地测量学的发展简史（续）
第三阶段： 第三阶段：大地水准面阶段
世纪下半叶至20世纪 年代， 从19世纪下半叶至 世纪 年代，人们将对椭球的认识发 世纪下半叶至 世纪40年代 展到是大地水准面包围的大地体。 展到是大地水准面包围的大地体。
辽宁工程技术大学 测绘学院
课程主要内容
•掌握大地测量的任务和内容，地球形状和坐标系等 掌握大地测量的任务和内容， 掌握大地测量的任务和内容 •掌握平面控制网的测量方法、布设原则 掌握平面控制网的测量方法、 掌握平面控制网的测量方法 •了解我国天文大地网的布设概况 了解我国天文大地网的布设概况 •了解国家水准网的布设 了解国家水准网的布设 •了解 •了解GPS在测绘工作中的应用 了解GPS在测绘工作中的应用 •掌握精密水准测量及外业计算、三角高程测量 掌握精密水准测量及外业计算、 掌握精密水准测量及外业计算 •了解高程系统概念 了解高程系统概念 •了解地球椭球的基本元素，坐标及相互关系 了解地球椭球的基本元素， 了解地球椭球的基本元素 •掌握椭球面上的各种曲率半径及弧长计算 掌握椭球面上的各种曲率半径及弧长计算 •了解相对法截线和大地线的概念 了解相对法截线和大地线的概念
《大地测量学》课件
激光雷达地形测量
利用激光雷达技术获取高 精度地形数据，常用于数 字高程模型（DEM）的建 立。
激光雷达遥感
通过激光雷达技术获取地 表信息，用于地质、环境 监测等领域。
其他大地测量技术与方法
重力测量
利用重力加速度的差异来测定地球重力场参数，常用于地球 物理研究。
惯性导航
利用惯性传感器来测定运动物体的姿态、位置和速度，常用 于海洋和航空导航。
大地测量学的应用领域
• 总结词：大地测量学的应用领域非常广泛，包括地理信息系统、资源调 查、城市规划、灾害监测等。
• 详细描述：大地测量学在地理信息系统中的应用主要是提供高精度、高分辨率的地理信息数据，用于地图制作、土地规 划、环境监测等领域。在资源调查方面，大地测量学可以通过对地球的重力场和磁场进行测量，探测地下矿产资源，并 对海洋资源进行调查和监测。此外，大地测量学在城市规划中也有广泛应用，例如通过卫星遥感技术对城市环境进行监 测和评估，以及利用GPS技术对城市交通进行管理和优化。最后，大地测量学在灾害监测方面也发挥了重要作用，例如 通过大地测量技术对地震、火山、滑坡等自然灾害进行监测和预警。
大地测量在地理信息系统中的应用领域
基础地理信息获取
大地测量提供高精度的地 理坐标和地形数据，是GIS 获取基础地理信息的重要 手段。
地图制作与更新
大地测量数据可用于制作 高精度地图，并定期更新 以确保地图的准确性和现 势性。
空间分析与应用
大地测量数据与其他空间 数据结合，可进行空间分 析、规划、决策等应用。
大地测量在地理信
05
息系统中的应用
地理信息系统概述
地理信息系统定义
地理信息系统（GIS）是一种用于采集、存储、处理、分析和显示 地理数据的计算机系统。
《武大大地测量》课件
总结词
大地测量的应用领域概述
详细描述
大地测量在许多领域都有广泛的应用，如科学研究、工 程设计、军事侦察、地图绘制等。在科学研究方面，大 地测量可以用于研究地球的形状、地球重力场、地球自 转等；在工程设计方面，大地测量可以用于桥梁、隧道 、高速公路等的设计和施工；在军事侦察方面，大地测 量可以用于精确确定敌方目标的位置和距离；在地图绘 制方面，大地测量可以提供基础地理数据和信息，为地 图绘制提供可靠的依据。
测量和定位。
国家大地控制网在地理信息建设 中具有重要作用，为各种地理信 息应用提供统一的空间基准和时
间基准。
大地控制网的建设需要综合考虑 地球重力场、地球动力学、地球 物理学等多个学科领域的知识。
卫星大地测量在国家地理信息建设中的应用
1
卫星大地测量是一种高精度、高效率的测量技术 ，通过卫星轨道和信号传播等原理实现对地球表 面的精确测量。
计算机科学
随着大数据和人工智能技术的发 展，大地测量与计算机科学的交 叉融合，可以实现更高效的数据 处理、分析和可视化。
统计学
大地测量与统计学的交叉融合， 可以提供更精确的测量数据处理 和分析方法。
大地测量新技术的研发与应用
卫星导航定位技术
随着卫星导航定位技术的不断发展，其在大地测量中的应用越来 越广泛，提高了测量精度和效率。
大地测量坐标系
地理坐标系
地理坐标系是以地球表面上的点位地理位置（经度和纬度）为定义的坐标系，通 常以度为单位。地理坐标系是大地测量的基础，用于描述地球表面上的点位位置 。
大地测量坐标系
大地测量坐标系是以地球椭球上的点位位置（经度、纬度和高程）为定义的坐标 系，用于描述地球椭球上点位的大地测量参数。
回归分析
大地测量的应用领域概述
详细描述
大地测量在许多领域都有广泛的应用，如科学研究、工 程设计、军事侦察、地图绘制等。在科学研究方面，大 地测量可以用于研究地球的形状、地球重力场、地球自 转等；在工程设计方面，大地测量可以用于桥梁、隧道 、高速公路等的设计和施工；在军事侦察方面，大地测 量可以用于精确确定敌方目标的位置和距离；在地图绘 制方面，大地测量可以提供基础地理数据和信息，为地 图绘制提供可靠的依据。
测量和定位。
国家大地控制网在地理信息建设 中具有重要作用，为各种地理信 息应用提供统一的空间基准和时
间基准。
大地控制网的建设需要综合考虑 地球重力场、地球动力学、地球 物理学等多个学科领域的知识。
卫星大地测量在国家地理信息建设中的应用
1
卫星大地测量是一种高精度、高效率的测量技术 ，通过卫星轨道和信号传播等原理实现对地球表 面的精确测量。
计算机科学
随着大数据和人工智能技术的发 展，大地测量与计算机科学的交 叉融合，可以实现更高效的数据 处理、分析和可视化。
统计学
大地测量与统计学的交叉融合， 可以提供更精确的测量数据处理 和分析方法。
大地测量新技术的研发与应用
卫星导航定位技术
随着卫星导航定位技术的不断发展，其在大地测量中的应用越来 越广泛，提高了测量精度和效率。
大地测量坐标系
地理坐标系
地理坐标系是以地球表面上的点位地理位置（经度和纬度）为定义的坐标系，通 常以度为单位。地理坐标系是大地测量的基础，用于描述地球表面上的点位位置 。
大地测量坐标系
大地测量坐标系是以地球椭球上的点位位置（经度、纬度和高程）为定义的坐标 系，用于描述地球椭球上点位的大地测量参数。
回归分析
大地测量学
© 2000 McGraw-Hill
Introduction to Object-Oriented Programming with Java--Wu
Chapter 0 - 7
§1.1 大地测量学的定义和作用
2）要有一个精确的全球重力场模型，用来描述对飞行器 的约束。 重力场模型中位展开系数是卫星轨道动力方程中的 决定性参数。 在国防中的这种保障作用体现在： 从古代战争到现代战争，以及未来战争，都需要军事测 绘做保障，1）超前储备保障； 2）动态实时保障。 例如，战争区域中的电子地图，数字地图，军事目标的 三维坐标是现代战争中不可缺少的测绘文件，而这 些军事测绘资料都离不开大地测量手段取得。 4、在当代地球科学研究中的地位越来越重要。
© 2000 McGraw-Hill
Introduction to Object-Oriented Programming with Java--Wu
Chapter 0 - 8
§1.1 大地测量学的定义和作用
和重力测 块边界 用卫星测高技术SLR和重力测量数据测定海底板块边界 高技术 和重力 量数据测定海底板块边 分布情况，监测海水面变 分布情况，监测海水面变化，以高分辨率测定海底地形。 海水面 以高分辨率测定海底地形。 利用VLBI及SLR能以 及 能以1mm/秒的分辨率精确地测定板块 秒的分辨率精确地测 利用 能以 秒的分辨率精确地 定板块 相对运动，监测地壳运动，为解释板块运动、断裂、地震 监测地壳运动 地壳运 断裂、 活动提供科学依据。 提供科学依据。 总之，大地测量学是测绘科学的各个分支学科（包括工 大地测量学是测绘科学的各个分支学科（ 测绘科学的各个分支学科 程测量、海洋测绘、矿山测量、航测、地图制图及GPS等） 海洋测绘、 测绘 等 的基础学科。 的基础学科。因为大地测量学的基础理论、手段和方法 大地测量学的基础 为这些测绘学科提供了先决条件。 为这些测绘学科提供了先决条件。 学科提供研究全球或相当大范围内的地球， 各个测 不相互平行， 各个测站铅垂线不相互平行，同时 及地球重力场及形状， 顾及地球重力场及形状，因为地球 重力场对研究地球形状， 场对研究地球形状 重力场对研究地球形状，对高精度 量及数据处理有着不可忽视 测量及数据处理有着不可忽视的作 用和影响。 用和影响。
大地测量学第一章绪论
六、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 ）。
公元前3世纪，亚历山大学者埃拉托色尼进行了弧度测量， 估算出地球半径（与现代值大约差100km）
用这种方法解决地球大小问题分为两种测量：
物理大地测量标志性成就：
2) 重力位函数的提出：为了确定重力与地球形状的关系， 法国的勒让德提出了位函数的概念。所谓位函数，即是 有这种性质的函数：在一个参考坐标系中，引力位对被 吸引点三个坐标方向的一阶导数,等于引力在该方向上 的分力。研究地球形状可借助于研究等位面。因此，位 函数把地球形状和重力场紧密地联系在一起。
5q
q 2a 1
2
当 90时 ,可 得 重 力 扁 率 :p ee
e
288
q为赤道上的离心力与赤道上重力加速度之比，α为椭球扁率
①同一水准面上的重力值随纬度变化而变化； ②同一水准面上赤道上重力值有最小值，两极处有最大值； ③通过重力测量可以推求地球的大小。
• 几何大地测量学
• 物理大地测量学 • 空间大地测量学 （一）几何大地测量学（即天文大地测量学）
• 基本任务：是确定地球的形状和大小及确定地面 点的几何位置。
• 主要内容：国家大地测量控制网(包括平面控制网 和高程控制网)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等。
从19世纪下半叶至20世纪40年代，人们将对椭球 的认识发展到是大地水准面包围的大地体。
几何大地测量学在这阶段的进展主要体现在以下几 方面：
《武大大地测量》课件
原则
遵循分级布设、逐级控制的原则 ，从高级到低级，从整体到局部 ，形成层次分明、结构严密的控 制系统。
大地水准面的测定
大地水准面的概念
大地水准面是指与平均海水面重合并向大陆延伸所形成的封闭曲 面，是描述地球形状的一个重要物理模型。
大地水准面测定的方法
通过大地测量和地球重力场模型相结合的方法，可以精确测定大地 水准面的位置和起伏。
合成孔径雷达干涉测量技术
该技术能够实现大面积、高精度的地表形变监测 和地形测量，尤其在地质灾害监测和城市规划等 领域具有重要应用价值。
大地测量面临的挑战与机遇
挑战
随着城市化进程的加速和基础设施建设的不 断推进，大地测量面临着越来越高的精度和 效率要求，同时还需要应对复杂地形和地貌 的测量难题。
机遇
03
大地测量的技术与方法
大地控制网的建立
大地控制网的概念
大地控制网是由一系列按一定规 律分布的控制点构成的网状图形 ，是进行大地测量和地理信息获 取的基准框架。
大地控制网的分类
根据用途和精度要求，大地控制 网可分为一、二、三、四等控制 网，不同等级的控制网有不同的 布设要求和精度标准。
大地控制网的布设
《武大大地测量》ppt课件
目 录
• 绪论 • 大地测量的基本原理 • 大地测量的技术与方法 • 大地测量的应用与实践 • 大地测量的未来发展与挑战
01
绪论
大地测量的定义与任务
总结词
大地测量的定义与任务
详细描述
大地测量是一门研究地球大小、赤道、地球重力场、地球自转等问题的学科。它的主要任务是提供精确的地球参 数，为科学研究、资源开发、军事侦察等领域提供基础数据。
遥感技术的不断发展，将促进其在大 地测量中的应用，实现大范围的地形 测量、地表监测和资源调查等。
遵循分级布设、逐级控制的原则 ，从高级到低级，从整体到局部 ，形成层次分明、结构严密的控 制系统。
大地水准面的测定
大地水准面的概念
大地水准面是指与平均海水面重合并向大陆延伸所形成的封闭曲 面，是描述地球形状的一个重要物理模型。
大地水准面测定的方法
通过大地测量和地球重力场模型相结合的方法，可以精确测定大地 水准面的位置和起伏。
合成孔径雷达干涉测量技术
该技术能够实现大面积、高精度的地表形变监测 和地形测量，尤其在地质灾害监测和城市规划等 领域具有重要应用价值。
大地测量面临的挑战与机遇
挑战
随着城市化进程的加速和基础设施建设的不 断推进，大地测量面临着越来越高的精度和 效率要求，同时还需要应对复杂地形和地貌 的测量难题。
机遇
03
大地测量的技术与方法
大地控制网的建立
大地控制网的概念
大地控制网是由一系列按一定规 律分布的控制点构成的网状图形 ，是进行大地测量和地理信息获 取的基准框架。
大地控制网的分类
根据用途和精度要求，大地控制 网可分为一、二、三、四等控制 网，不同等级的控制网有不同的 布设要求和精度标准。
大地控制网的布设
《武大大地测量》ppt课件
目 录
• 绪论 • 大地测量的基本原理 • 大地测量的技术与方法 • 大地测量的应用与实践 • 大地测量的未来发展与挑战
01
绪论
大地测量的定义与任务
总结词
大地测量的定义与任务
详细描述
大地测量是一门研究地球大小、赤道、地球重力场、地球自转等问题的学科。它的主要任务是提供精确的地球参 数，为科学研究、资源开发、军事侦察等领域提供基础数据。
遥感技术的不断发展，将促进其在大 地测量中的应用，实现大范围的地形 测量、地表监测和资源调查等。
大地控制测量学课件——绪论
地理科学系
1.3 控制测量的基准面和基准线 ❖ 1.3.6、垂线偏差
重力向量和相应椭球面上的法线向量之间的夹角u，即是垂线偏差。 重力向量同正常重力向量之间的夹角，称为重力垂线偏差。 通过垂线偏差可以把天文坐标 同大地坐标联系起来，从而实 现两种坐标的相互转换。
地理科学系
习题
1．野外测量的基准面、基准线各是什么?测量计算 的基准面、基准线各是什么?为什么野外作业和内业 计算要采取不同的基准面? 2．名词解释 （1）大地水准面 （2）大地体 （3）总地球椭球 （4）参考椭球 （5）大地水准面差距 （6）垂线偏差
地基准常数是：
a, J 2 , fM ,
U0
fM (1 q )
a
32
3 A2 q
2 fM 2
q 2a3
fM
A2 fMJ 2
3K 2a 2
地理科学系
1.3 控制测量的基准面和基准线
1.3.1、水准面 ❖我们把重力位相等的面称为重力等位面，这也就 是我们通常所说的水准面. ❖在水准面上，所有点的重力均与水准面正交。于 是水准面又可定义为所有点都与铅垂线正交的面。 ❖每个水准面都对应着惟一的位能Ｗ＝Ｃ＝常数， 在这个面上移动单位质量不做功，水准面是均衡面。
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖正常重力位是一个函数简单、不涉及地球形状 和密度便可直接计算得到的地球重力位的近似值 的辅助重力位。 ❖当知道了地球正常重力位，又想法求出它同地 球重力位的差异(又称扰动位)，便可据此求出大 地水准面与这已知形状的差异，最后解决确定地 球重力位和地球形状的问题。
V f M r
a dV dr
❖ 地球总体的位函数：
V dV f • dm
大地测量学基础：第1章 绪论
• 1800－1900印度，一等三角网2万公里，平均边长45公里； • 1911－1935美国，一等网，7万公里； • 1924－1950苏联，一等网，7万多公里。
• 因瓦基线尺、带平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦水准尺问世。
“大地水准面阶段”物理大地测量学进展——
1、大地测量边值问题理论的提出
• 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真实的地球重力位分为正常重 力位和扰动位两部分，实际的重力分为正常重力和重力异常两部 分，在某些假定条件下进行简化，通过重力异常的积分，提出了 以大地水准面为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 后来，荷兰学者维宁·曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据斯托克司 公式推出了以大地水准面为参考面的垂线偏差公式。
2、提出了新的椭球参数
• 利用重力测量资料推求更加精准的椭球参数（长半径和扁率）。
• 最著名的有赫尔默特椭球、海福特椭球、克拉索夫斯基椭球等。
• 我国在上世纪八十年代之前一直使用克拉索夫斯基椭球，其参数
为：
a=6378245m， α=1:298.3
第四阶段：现代大地测量新时期
• 20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为代表 的现代大地测量发展的新时期。
二、大地测量学的作用
• 大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建设和社会 发展中发挥着决定性的基础保证作用。
例如：交通运输、工程建设、土地管理、城市建设等，无一不依 赖大地测量成果。
【测量工作的基本原则——布局上“从整体到局部”，程序上“先控制后碎 部”，精度上“由高级到低级”】
• 因瓦基线尺、带平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦水准尺问世。
“大地水准面阶段”物理大地测量学进展——
1、大地测量边值问题理论的提出
• 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真实的地球重力位分为正常重 力位和扰动位两部分，实际的重力分为正常重力和重力异常两部 分，在某些假定条件下进行简化，通过重力异常的积分，提出了 以大地水准面为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 后来，荷兰学者维宁·曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据斯托克司 公式推出了以大地水准面为参考面的垂线偏差公式。
2、提出了新的椭球参数
• 利用重力测量资料推求更加精准的椭球参数（长半径和扁率）。
• 最著名的有赫尔默特椭球、海福特椭球、克拉索夫斯基椭球等。
• 我国在上世纪八十年代之前一直使用克拉索夫斯基椭球，其参数
为：
a=6378245m， α=1:298.3
第四阶段：现代大地测量新时期
• 20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为代表 的现代大地测量发展的新时期。
二、大地测量学的作用
• 大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济建设和社会 发展中发挥着决定性的基础保证作用。
例如：交通运输、工程建设、土地管理、城市建设等，无一不依 赖大地测量成果。
【测量工作的基本原则——布局上“从整体到局部”，程序上“先控制后碎 部”，精度上“由高级到低级”】
大地测量学基础[1].(1)(控制)ppt
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南京工业大学土木学院
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南京工业大学土木学院 6
大地体是一个不规则的形体 ： （1）F离 ：F引=1：300 而地球自转的离心力 和地心的引力的合力称为重力，所以地心的引 力决定重力； （2）由于大地水准面是静止的海水面，所以 必须和重力线（铅垂线）正交； （3）地球内部物质密度分布不均匀必导致重 力线（铅垂线）分布不均匀，那么与铅垂线正 交的大地水准面就是一个不规则的形体，所以 说大地体是一个不规则的形体 。
1.垂线偏差：从地面上的某点向大地水准面 引一垂线和过该点向椭球作一法线之间的 夹角。（分相对和绝对） 2.大地水准面差距：大地水准面超出或低与 椭球面的高度。（也分相对和绝对）
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§1.3 控制网的布设形式 1.3.1 水平控制网的布设形式 1.三角网； 2.三边网；3.边角网； 4.导 线网；5.GPS网。 1.3.2 高程控制网的布设形式 §1.4 控制测量新技术的发展概况 1.4.1 精密测角仪器的发展概况 Kern公司的E2电子经纬仪,方向观测的标 称精度为: 0.3 ~ 0.6
南京工业大学土木学院 7
1.2.2 参考椭球与总地球椭球 总地球椭球：与大地体最接近的地球椭球 称为总地球椭球，简称总椭 球，它具有以下几个几 何条件： （1）中心与地球的质心重合； （2）旋转轴与地轴重合； （3）体积应与大地体的体积相等（大地水准 面与总 椭球面之间的高差平方和为最 小）；
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（4）总质量应与地球的总质量相等； （5）旋转角速度应与地球的旋转角速度相 等。 参考椭球：与本国家或本地区大地水准 面密切配合的椭球面成为参考椭球 苏.克拉索夫斯基椭球： a=6378245m；b=6356863m α=1/298.3
武汉大学 大地测量学基础课件 第一章 绪论
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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。
现代大地测量的特征：
⑴ 研究范围大（全球：如地球两极、海洋） ⑵ 从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。 ⑶ 观测精度越高，相对精度达到10-8~10-9，绝对精度 可到达毫米。 ⑷ 测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。
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• 大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器； • 大地测量方法：1615年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角测 量法; • 行星运动定律：1619年德国的开普勒(J.Kepler)发表了行 星运动三大定律； • 重力测量：1673年荷兰的惠更斯(C.Huygens)提出用摆进 行重力测量的原理； • 英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征：1）是两极 扁平的旋转椭球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由 赤道向两极与sin２φ(φ——地理纬度)成比例地增加。
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第三阶段：大地水准面阶段
从19世纪下半叶至20世纪40年代，人们将对椭球的认 识发展到是大地水准面包围的大地体。 几何大地测量学进展： 天文大地网的布设有了重大发展。全球三大天文大地 网的建立（1800－1900印度，一等三角网2万公里，平 均边长45公里；1911－1935美国一等7万公里；19241950苏联，7万多公里) 因瓦基线尺出现，平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦 水准尺使用。
1
1.2大地测量学的作用
大地测量学是一切测绘科学技术的基础，在国民经济 建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用。如 交通運輸、工程建設、土地管理、城市建設等 大地测量学在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与 保护中发挥着特殊作用。如地震、山体滑坡、交通事 故等的監測與救援。 大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障。如: 卫星、导弹、航天飞机、宇宙探测器等发射、制导、 跟踪、返回工作都需要大地测量作保证。
大地测量学完整课件
国家和全球天文大地水平控制网、精密水 准网及海洋大地控制网
4)、研究为获得高精度测量成果的仪器和方法
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 联合网的数学处理理论方法，测量数据库的建立及应用。
现代大地测量 (三个基本分支)
几何大地测量
物理理论大地测量
空间大地测量GPS
1)、几何大地测量学：即天文大地测量学 基本任务 确定地球形状、大小，地面点的几何位置 主要内容 国家大地测量控制网建立的理论、方法，精 密测角、测距、测水准；地球椭球数学性质，椭球面上 的测量计算，椭球数学投影，地球椭球几何参数的数学 模型等
公元827年,阿拉伯人阿尔曼孟通过弧长 测量,推算出纬度35°处的1°子午线弧 长等于111.8Km,比正确值110.95Km 只大1%
2、第二阶段:地球椭球阶段：最先由牛顿提出 在此阶段，理论方面 英国的牛顿:万有引力定律,地球椭球学说. 荷兰的斯涅耳:三角测量法 德国的开普勒:行星运动三大定律 荷兰的惠更斯:摆测重力原理 法国的勒让德:最小二乘法,重力位函数 法国的克莱罗:克莱罗定律 英国的普拉特和艾黎:地壳均衡学说
四、大地测量学的发展简史
1、第一阶段：地球圆球阶段： 将地球看成是圆球进行测量其大小（半径） 公元前六世纪，毕达哥拉斯最先提出地球圆球说。 首次地球半径测量：公元前三世纪，亚历山大学者埃拉托
色尼用子午圈弧长测量法来估算地球半径,与现代数据相比, 误差约 100Km.
亚历山大城
φ
赛尼城
S φ
R
最早一次对地球大小的实测： 我国唐代张遂指导进行。得出子午线上 纬度差一度，地面相距约132Km，与现 代值110.95Km相比，误差约21Km。
4)、研究为获得高精度测量成果的仪器和方法
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 联合网的数学处理理论方法，测量数据库的建立及应用。
现代大地测量 (三个基本分支)
几何大地测量
物理理论大地测量
空间大地测量GPS
1)、几何大地测量学：即天文大地测量学 基本任务 确定地球形状、大小，地面点的几何位置 主要内容 国家大地测量控制网建立的理论、方法，精 密测角、测距、测水准；地球椭球数学性质，椭球面上 的测量计算，椭球数学投影，地球椭球几何参数的数学 模型等
公元827年,阿拉伯人阿尔曼孟通过弧长 测量,推算出纬度35°处的1°子午线弧 长等于111.8Km,比正确值110.95Km 只大1%
2、第二阶段:地球椭球阶段：最先由牛顿提出 在此阶段，理论方面 英国的牛顿:万有引力定律,地球椭球学说. 荷兰的斯涅耳:三角测量法 德国的开普勒:行星运动三大定律 荷兰的惠更斯:摆测重力原理 法国的勒让德:最小二乘法,重力位函数 法国的克莱罗:克莱罗定律 英国的普拉特和艾黎:地壳均衡学说
四、大地测量学的发展简史
1、第一阶段：地球圆球阶段： 将地球看成是圆球进行测量其大小（半径） 公元前六世纪，毕达哥拉斯最先提出地球圆球说。 首次地球半径测量：公元前三世纪，亚历山大学者埃拉托
色尼用子午圈弧长测量法来估算地球半径,与现代数据相比, 误差约 100Km.
亚历山大城
φ
赛尼城
S φ
R
最早一次对地球大小的实测： 我国唐代张遂指导进行。得出子午线上 纬度差一度，地面相距约132Km，与现 代值110.95Km相比，误差约21Km。
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5 c os3
2
3
c
os
2
f
Vn r
(
R r
)
n
Pn
(c
os
)dm
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
Vn
1 r n1
[ AnPn (cos
)
n
( AnK
K 1
cos K
Bn K
sin
K ) Pn K
(cos
)]
勒让德多项式 Pn (cos ) 称为n阶主球函数(或带球函数)，
称为n阶K级的勒让德缔合函数(或伴随函数)
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖正常重力位是一个函数简单、不涉及地球形状 和密度便可直接计算得到的地球重力位的近似值 的辅助重力位。 ❖当知道了地球正常重力位，又想法求出它同地 球重力位的差异(又称扰动位)，便可据此求出大 地水准面与这已知形状的差异，最后解决确定地 球重力位和地球形状的问题。
大地控制测量学
第一章 绪 论
1.1 控制测量学的基本任务和主要内容
❖ 控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空 间位置及其变化的学科。
❖ 它是在大地测量学基础理论上以工程建设和社会 发展与安全保证的测量工作作为主要服务对象而 发展和形成的。
❖ 按照控制测量服务对象的工程建设工作，其基本 任务有：
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖ 地球引力位的数学表达式
2 r 2 R2 2Rr cos r 2[1 ( R )2 2 R cos ]
r
r
l ( R )2 2 R cos
r
r
1
1
(1
l
)
1 2
r
V f (1 1 l 3l2 5 l3 )dm r 2 8 16
n
V v0 v1 v2 L vi i0
❖ 2、数字化、智能化和集成化的控制测量仪器和 测量系统
❖ 3、工程控制网优化设计理论、测量数据处理和 分析理论
❖ 4、电子计算机
地理科学系
人卫激光仪
地理科学系
装有激光发射棱镜的卫星
地理科学系
甚长基线干涉测量
观测对象：河外类星体 观测仪器：射电望远镜
射电望远镜
观测量：射电源到同步观测的 射电望远镜的时间差
❖ 3、工程控制网优化设计理论、测量数据处理和 分析理论
❖ 4、电子计算机
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
1.2.1、引力与离心力
F
f
M m r2
P m 2
P 1 F
g
200 F
P
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
1.2.2、引力位和离心力位
❖ 单位质点受物质M的引力作用产生的位能称为 引力位：
PnK (cos )
称为缔合球函数(其中，当k=n时称为扇球函数，当k≠n时称 为田球函数)
cos KPnK (cos ), sin KPnK (cos )
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖ 用球谐函数表示的地球引力位的公式
V
Vn
n0
n0
1 r n 1
[ An Pn (cos
)
n
(AnK cos K BnK sin K)PnK (cos )]
V f M r
a dV dr
❖ 地球总体的位函数：
V dV f • dm
(M )
r
ห้องสมุดไป่ตู้
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
1.2.3、重力位
❖ 重力是引力和离心力的合力，重力位是引力位 V和离心力位Q之和：
W V Q
W f dm 2 (x2 y2 )
r2
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
Pn
(x)
1 2n n!
d
n
(x2 1)n dxn
2n 1
n
Pn1(x) n 1 xPn (x) n 1 Pn1(x)
P1(x) xP0 (x)
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
P0 (c os ) 1
P1 (c os ) c os
P2 (c os )
3 c os2
2
1 2
P3 (c os )
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
v0
f r
dm
M
f
M r
v1
f r
R cosdm 0
Mr
v2
f r
( R ) 2 ( 3 cos2
Mr 2
1 )dm 2
v3
f r
( R )3 ( 5 cos3
Mr 2
3 cos )dm
2
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖ 用球谐函数表达地球引力位 勒让德多项式
解算量：同步观测的射电望远 镜之间的坐标差等
射电源电磁波
射电望远镜
地理科学系
卫星测高
地理科学系
1.1 控制测量的现状与发展概况
❖ 1、空间测量技术
▪ 全球卫星定位系统(GPS)，激光测卫(SLR)以及甚长基 线干涉测量(VLBI),惯性测量统(INS)
❖ 2、数字化、智能化和集成化的控制测量仪器和 测量系统
地理科学系
1.1 控制测量学的基本任务和主要内容
❖控制测量学的主要研究内容
▪ 建立和维持高精度控制网 ▪ 研究精密仪器和科学的使用方法 ▪ 投影变换及其有关问题的计算 ▪ 研究数据处理的理论和方法、控制测量数据库的建立
及应用。
地理科学系
1.1 控制测量的现状与发展概况
❖ 1、空间测量技术
▪ 全球卫星定位系统(GPS)，激光测卫(SLR)以及甚长基 线干涉测量(VLBI),惯性测量统(INS)
地基准常数是：
a, J 2 , fM ,
▪ 测量控制网 ▪ 施工控制网 ▪ 变形观测专用控制网
地理科学系
1.1 控制测量学的基本任务和主要内容
❖控制测量的作用：
▪ 在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础性的重 要保证作用。
▪ 在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥 着特殊的作用。
▪ 在发展空间技术和国防建设中，在丰富和发展当代地 球科学的有关研究中，及其在发展测绘工程事业中， 它的地位和作用显得越来越重要。
1.2.4、地球的正常重力位和正常重力
W f dm 2 (x2 y2 ) Mr 2
要精确计算出地球重力位，必须知道地球表 面的形状及内部物质密度，但前者正是我们要研 究的，后者分布极其不规则，目前也无法知道， 故根据上式不能精确地求得地球的重力位，为此 引进一个与其近似的地球重力位——正常重力位。
K 1
1.2.4.2、地球正常重力位
W V 2 r 2 sin 2
2
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
1.2.4.3、正常重力场参数
❖ 在物理大地测量中,正常椭球重力场可用4个基 本参数决定,即：
U 0 , A0 fM , A2 f ( A C),
❖ 地球正常(水准)椭球的基本参数，又称地球大