现代大地控制测量大纲

现代大地控制测量大纲

一：授课内容

课程性质、目的与任务

本课程是土木工程学院测量系测绘工程、地理信息系统的专业基础课。随着以 GPS 、 GIS 、 RS 三大技术为标志的测绘科学技术的飞速发展，按照教学内容现代化的要求 , 本课程的教学目的已不再仅仅是为了建立大地控制网，将从空间定位及点位、图形的几何表述方面来为后续的 GPS 、 GIS 、 RS 专业课打基础。

围绕着大地控制网的建立 , 势必涉及测量学、测量平差、测量平差、地图投影、大地天文学、工程测量学、卫星大地测量、物理大地测量等多门课程的有关内容，它作为一门核心课程也正是贯串和联系这些课程的纽带。

GPS 和 GIS 已深入到地球科学的各个领域 , 因此《现代大地控制测量》亦可作为我校地球物理和海洋学专业的选修或辅修课。

课程基本要求

(一) 地球坐标系和地球椭球

1. 掌握各类地球坐标系和地球椭球的意义和作用以及地球坐标系与其相应的地球椭球的关系 ,

2. 掌握运用微分几何知识对地球椭球面的数学性质进行分析；掌握各种法截线以及大地线的曲率及曲率半径的计算；掌握子午线弧长及平行圈半径、弧长和面积的计算。

3. 了解大地线的定义与性质；了解以弧长和大地方位角为参数的大地线参数方程；熟悉椭球面上的各种坐标系。

4. 了解椭球面上大地坐标的计算；熟悉大地坐标的微分公式。

5. 熟练掌握 X、Y 、Z与B、L 、H 之间的函数及微分关系式 , 并能进行计算；熟悉B 、L、 H 与椭球元素之间的微分关系式以及空间直角坐标系之间的旋转变换；熟练掌握站心地平坐标系与空间大地直角坐标系间的转换关系以及两类旋转角的关系式 , 熟悉站心地平坐标系的各种应用；熟悉两个空间大地直角坐标系之间的转换模型 ( 布尔莎 - 沃尔夫模型、莫洛金斯基模型、范士模型 ) 。

6. 了解垂线偏差公式和拉普拉斯方程；熟悉参考椭球的定位与定向以及由此建立的参心坐标系；了解协议地球坐标系的定义和建立以及当今技术条件下的平均地球椭球

( 二 ) 高斯投影及高斯平面直角坐标

1. 了解地图投影的意义与实质、投影变形及其表述；熟悉投影长度比、等量纬度及其表示式；了解主方向和变形椭圆、方向变形与角度变形、面积比与面积变形等概念、了解地图投影的分类。

2. 掌握正形投影的概念和投影方程以及高斯 - 克吕格投影的条件和性质,熟练掌握高斯投影坐标正算和反算公式。

3. 熟悉平面子午线收敛角的概念和算式以及长度比计算公式。

4. 熟练掌握高斯投影距离与方向改化以及坐标方位角与大地方位角的关系式。

5. 了解通用横轴墨卡托投影。

6. 熟练掌握工程控制网中水平方向、边长的归算以及局部区域中的高斯投影与及相应的区域性椭球。

( 三 ) 国家坐标系的建立与国家控制网的平差

1. 熟悉我国现有的二维天文大地坐标系的建立及国家大地网的整体平差。

2. 了解国际地球参考系 (ITRF) 的建立。

3. 了解全国三维地心坐标系的建立。

4. 了解国家 GPS A 级网的平差解算。

( 四 ) 城市及工程平面控制网的建立与平差

1. 掌握工程平面控制网的测设特点及布设形式 , 掌握平面坐标系的选择与确定原则。

2. 掌握工程控制网的技术设计与布网原则。

3. 熟练掌握平差前各类观测值 ( 电磁波测距边、 GPS 基线向量 ) 的归算改化。

4 熟悉依城市控制网 ( 三角网、测边网、边角网、 GPS 网 ) 的几何条件检查观测值质量。

5. 熟练掌握各种观测值( 同类且等精度、同类但不同精度、不同类且不等精度 ) 的观测值的权之先验确定 , 了解赫尔默特方差分量估计方法。

6. 熟练掌握单导线和导线网的布设与不同的平差方法 , 熟练掌握边角网的按参数平差。

7. 熟练掌握附加基准条件的平差 , 掌握秩亏自由网平差的性质与应用。

8. 熟练掌握 GPS 控制网的平差转换原理与方法包括到既有的城市平面坐标系归算

9. 掌握平面控制网的坐标基准与协方差基准。

10. 掌握多级平面控制网中绝对和相对点位精度的合理评定。

( 五 ). 高程控制网的建立

1. 掌握水准面的定义和性质 , 了解水准测量高差的多值性及高程系统和国家高程基准。

2. 掌握国家与工程精密水准网的布设、施测与平差解算 , 掌握电磁波测距三角高程测量

3 了解 GPS 水准的应用

课程基本内容

( 一 ). 绪论

1. 大地测量学的定义、分类和任务

2. 空间大地测量技术概述

3. 地球形状表述的数学模型和物理性质

大地水准面—具有物理意义的地球形状的一种近似的几何表述

参考椭球面—最佳拟合于区域性大地水准面的旋转椭球面

平均地球椭球面—最佳拟合于全球大地水准面且是正常位面的旋转椭球面

高程系统 ( 正高、正常高、力高和地区力高 )

( 二 ). 地球坐标系和地球椭球

1. 地球椭球面的数学性质和有关计算

地球椭球的几何、物理元素；

旋转椭球面的参数表示及数学性质 ( 经线和纬线的曲线方程 , 椭球面法线与子午线法线的同一性及经、纬线的 Frenet 标架 , 旋转椭球面及经纬线的参数方程 , 旋转椭球面的几何性质 ) ；

椭球面法截线的曲率及曲率半径；

椭球面的第一基本形式及子午线弧长、平行圈弧长计算利用经纬线格网计算椭球面的面积；

大地线 ( 定义与性质 , 大地坐标系中大地线的微分方程 , 以弧长和大地方位角为参数的大地线参数方程 , 基于大地线的椭球面曲线坐标系─大地线极坐标系、测地坐标系 ) ；

2. 椭球面上大地坐标的计算

国家大地网水平方向、空间边长观测值归算至国家参考椭球面的改正；

工程控制网中水平方向、边长的归算；

椭球面三角形的解算 ( 球面角超、解算球面三角形的勒让德定理 ) ；

大地主题解算 ( 纬度差、经度差、方位角差展开为大地线长度的级数式、高斯平均引数正、反解公式、测地坐标系与大地坐标系间的坐标转换、大地主题微分公式 ) ；

3. 空间大地直角坐标系及其转换模型

空间大地直角坐标与所相应的大地坐标的函数关系式、微分关系式及迭代解法以及 B 、 L 、 H 与椭球元素 a 、e之间的微分关系式；

空间直角坐标系之间的旋转变换的两种方法；

站心地平坐标系及其应用 ( 站心地平直角坐标系与空间大地直角坐标系、站心地平直角坐标系及站心极坐标系间的转换关系 , 两空间大地直角坐标系之