第二章大地测量学基础
2 大地测量基础知识1
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
三、站心坐标系
站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点，z轴指向 站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点， 位于地面测站点 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向）， ），x 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向），x轴是 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 指向北点方向， 轴构成左手坐标系 左手坐标系。 指向北点方向，y轴与x、z轴构成左手坐标系。 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 测站P至另一点（如卫星） 的距离为r 方位角为A 测站P至另一点（如卫星）S的距离为r、方位角为A、高度 角为h 构成站心地平极坐标系 站心地平极坐标系。 角为h，构成站心地平极坐标系。
X γ O α
P r δ
Y
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
（一）天文坐标系 地面点在大地水准面上的位置用天文经度λ和天文纬 地面点在大地水准面上的位置用天文经度 大地水准面上的位置用天文经度λ 表示。若地面点不在大地水准面上， 度φ表示。若地面点不在大地水准面上，它沿铅垂线到大 地水准面的距离称为正高H 地水准面的距离称为正高H正。
大地测量学基础
第一节 大地测量的基准面和基准线
四、总地球椭球
从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 总地球椭球满足以下条件 条件： 总地球椭球满足以下条件： 椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。 1 、 椭球质量等于地球质量 ， 两者的旋转角速度相等 。 2、椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水 椭球体积与大地体体积相等， 准面之间的差距平方和为最小。 准面之间的差距平方和为最小。 3、椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴 椭球中心与地心重合， 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。
大地测量学基础-第2章坐标系统与时间系统
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
黄道 赤道
PS
πS
πN
πS
6、春分点与秋分点
• 黄道与赤道的两个交点称为春 分点和秋分点。
• 从地球上看，太阳沿黄道逆时 针运动。
• 黄道和赤道在天球上存在相距 180°的两个交点，其中太阳沿 黄道从天赤道以南向北通过天 赤道的那一点，称为春分点（3 月21日前后），与春分点相隔 180°的另一点，称为秋分点（9 月23日前后） 。
• GAMT 表示格林尼治平太阳时角。
• 未经任何改正的世界时表示为UT0；
• 经过极移改正的世界时表示为UT1：
UT1=UT0+Δλ
§2－1 地球的运转 §2－2 时间系统 §2－3 坐标系统
§2－1 地球的运转
• 众所周知，我们生存的地球一直处于运动之中。 • 从不同的角度来看，地球的运转可分为四类： （1）与银河系一起在宇宙中运动 （2）与太阳系一起在银河系内运动 （3）与其它行星一起绕太阳旋转（公转） （4）绕其自身旋转轴(瞬时)旋转（自转，或叫周日视运动） • 大地测量学主要研究后两类运动。
• 考虑岁差和章动的共同影响时，相应的旋转轴、天极、天球赤道 等术语前加上“真”，即真旋转轴、真天极、真天球赤道。
• 若只考虑岁差，则分别称作平旋转轴、平天极、平天球赤道。
章动（周期18.6年）
岁差（周期25786年）
23.5 °
(完整word版)大地测量学基础
大地测量学基础一、大地测量的基本概念1、大地测量学的定义它是一门量测和描绘地球表面的科学。
它也包括确定地球重力场和海底地形。
也就是研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。
测绘学的一个分支。
主要任务是测量和描绘地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球的空间信息。
是一门地球信息学科。
是一切测绘科学技术的基础.测绘学的一个分支。
研究和测定地球形状、大小和地球重力场,以及测定地面点几何位置的学科.大地测量学中测定地球的大小，是指测定地球椭球的大小；研究地球形状，是指研究大地水准面的形状;测定地面点的几何位置，是指测定以地球椭球面为参考的地面点的位置。
将地面点沿法线方向投影于地球椭球面上，用投影点在椭球面上的大地纬度和大地经度表示该点的水平位置，用地面点至投影点的法线距离表示该点的大地高程。
这点的几何位置也可以用一个以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标来表示。
大地测量工作为大规模测制地形图提供地面的水平位置控制网和高程控制网,为用重力勘探地下矿藏提供重力控制点，同时也为发射人造地球卫星、导弹和各种航天器提供地面站的精确坐标和地球重力场资料. 内容和分支学科解决大地测量学所提出的任务，传统上有两种方法:几何法和物理法。
随着20世纪50年代末人造地球卫星的出现，又产生了卫星法。
所以现代大地测量学包括几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学3个主要部分。
几何法是用一个同地球外形最为接近的几何体（即旋转椭球，称为参考椭球）代表地球形状，用天文大地测量方法测定这个椭球的形状和大小，并以它的表面为基础推算地面点的几何位置。
物理法是从物理学观点出发研究地球形状的理论。
用一个同全球平均海水面位能相等的重力等位面（大地水准面)代表地球的实际形状,用地面重力测量数据研究大地水准面相对于地球椭球面的起伏。
卫星法是利用卫星在地球引力场中的轨道运动，从尽可能均匀分布在整个地球表面上的十几个至几十个跟踪站,观测至卫星瞬间位置的方向、距离或距离差。
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》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。
大地测量学基础
2020年10月28日星期三12时57分11秒
（一）天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、 时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动 2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
第二章 大地测量基础知识
§2-1 大地测量的基准面和基准线 一、水准面与大地水准面
1、水准面 我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就 是我们通常所说的水准面。水准面有无数个。 1）水准面具有复杂的形状。 2）水准面相互既不能相交也不能相切。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常 数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做 的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。
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天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
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4、但对于天文大地测量及大地点坐标的推算， 对于国家测图及区域绘图来说，往往采用其大小 及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。 这种最接近，表现在两个面最接近即同点的法线 和垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这 个椭球面上，我们把这样的椭球叫参考椭球。
《大地测量学基础》课件
1
地球自转是指地球围绕自己的轴线旋转的运动， 其周期为24小时，即一天。
2
地球参考系是大地测量的基准，包括国际地球参 考系（ITRS）和世界时（UTC）等。
3
地球自转对大地测量具有重要的意义，因为地球 自转会导致天文经度变化，从而影响大地测量结 果。
大地水准面和地球椭球
大地水准面是指与平均海水面重合且与地球表面大致相吻合的虚拟静止水准面。
合成孔径雷达干涉测量技术
01
合成孔径雷达干涉测量技术是一种利用雷达信号干涉原理获取 地球表面形变的测量技术。
02
该技术在地壳形变监测、地震预报、冰川运动监测等领域具有
广泛的应用前景。
合成孔径雷达干涉测量技术具有全天候、全天时、高精度等优
03
点，但也存在数据处理复杂、对信号源要求高等挑战。
人工智能和大数据在大地测量中的应用
为地球第一偏心率。
地球重力场
地球重力场是由地球质量分布不均匀 引起的引力场，其特点是随地理位置 和时间变化。
地球重力场的研究方法包括大地测量 、卫星轨道测量和地球物理等方法。
地球重力场对大地测量具有重要的意 义，因为大地水准面是大地测量中重 要的参考面，而大地水准面的变化与 地球重力场密切相关。
地球自转和地球参考系
三角测量和导线测量
三角测量
利用三角形原理进行距离和角度的测 量，主要用于建立大地控制网和精密 测量。
导线测量
通过布设导线，逐段测量导线的长度 、角度等参数，以确定点的平面位置 。
GPS定位技术
GPS定位原理
利用卫星信号接收机接收多颗卫星信号，通过测距交会原理确定接收机所在位置。
GPS在大地测量中的应用
海洋大地测量的方法
第二章测量学基本知识
二、相关的名词概念
NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南 极。通过椭球旋转轴的平面称为子午面，而通 过原格林尼治天文台的子午面称为起始子午面。 子午面与椭球面的交线称为子午线。通过椭球 中心且与椭球旋转轴正交的平面称为赤道面。 赤道面与椭球面的交线称为赤道。与椭球旋转 轴正交，但不通过球心的平面与椭球面的交线， 称之为平行圈。大地经度（L）就是通过某点的 子午面与起始子午面的夹角。大地纬度（B） 就是通过某点的法线与赤道面的交角。大地经 度L和大地纬度B统称为大地坐标。大地坐标是 以法线和参考椭球面作为基准线和基准面的。 用经、纬度表示某点位置的坐标系是在球面上 建立的，故称为球面坐标或地理坐标。我国疆 域全部位于东经、北纬地区。
珠穆朗玛峰
马里亚纳海沟
地球的卫星照片
二、关于大地体的概念
大地体：把地球总的形状看作是被海水包
围的球体，也就是设想有一个静止的海 水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲 面。由于海水有潮汐，时高时低，所以 取其平均的海水面作为地球形状和大小 的标准，它所包围的形体称为大地体。
重力：地球引力与离心力的合力。
面位置的相互关系。确定一条直线与基本 方向的关系称为直线定向。
三北方向及相互关系
基本方向线有三种，亦称“三北方向”。真北方向，
即椭球的子午线所指的北方向。磁北方向，即用磁针北 端所确定的北方向。坐标北方向，即平面直角坐标系X 坐标轴所指的北方向。三北方向是不重合的，在不同地
方它们相互位置是不一互致的，通过地面某点的真子午
即使在很短的距离内也要加以考虑。
第五节 测量工作概述
一、测图原理
地形图上各点是实地上相应各点在水平面 上正射投影的位置再用测图的比例尺缩绘到图 纸上的。测量工作中测定点与点之间关系的三 条规则： （1）测定地面上两点间的距离，是指水平距离。 （2）测定两条边之间的夹角，是指水平角。 （3）地面上各点的高差，是指各点沿铅垂线方 向到大地水准面的距离之差，即高程之差。
大地测量学基础-习题
大地测量学基础作业题与复习思考题第一章绪论1、什么叫大地测量学？它与普通测量学有什么不同？2、大地测量学的任务和研究的内容有哪些？第二章大地测量基础知识作业题1、天球坐标系中,已知某卫星的r=26600000m,α=45°,δ=45°。
求该卫星的天球直角坐标X，Y，Z。
2、测站P对某卫星测得其r=21000000m, A= 45°, h=45°。
求该卫星的站心地平直角坐标x，y，z。
3、垂直角测量中，地面点P对目标点Q观测的垂直角为0°，如图所示。
水平距离PQ=1000m。
设地球半径OP=OC=R=6378000m，计算Q点对P点的高差h=QC=？球面距离PC=？（提示：P点、C点在球面上为等高，弧长PC=Rθ）4、已知A点正常高和各测段水准高差，计算B点的正常高。
A◎----------1○----------○2------------◎BA点正常高HA=1000m，各测段高差分别为：h1=21.123m、h2=20.014m、h3=19.762m，各测段路线长分别为：3km、2km、3km，各点纬度分别为：φa=33°50′、φ1=33°48′、φ2=33°47′、φb=33°45′。
（提示：先计算各测段高差的水准面不行改正及重力异常改正，再计算B点高程。
由平均纬度计算得系数A=0.00000142335，无重力异常资料）5、GPS卫星绕地球一周的时间为11小时58分(平太阳时), 计算相应的恒星时＝？6、北京时间７时30分对应的世界时＝？7、地的经度Ｌ＝117°, 求该点平太阳时与北京时之差=?8、两地经度之差为30°, 求两地平太阳时之差、两地恒星时之差各为多少？第二章大地测量基础知识复习思考题1、名词定义：水准面、大地水准面、参考椭球面、总地球椭球、垂线偏差、大地水准面差距？4、常用大地测量坐标系统有哪些？5、名词定义：恒星时、平太阳时、世界时、区时、原子时、GPS时间系统？6、水准面不平行性对水准测量成果产生什么影响？7、什么是正高、正常高、大地高？绘图说明它们之间的关系。
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精度最高的绝对定位技术。 全球地心参考框架、地球自转参数、全球重力场低阶模型、精密定轨等
方面有重要作用。 地基：在卫星上安置反光镜，地面上安激光测距仪，对卫星测距。 天基：在卫星上安置激光测距仪，地面上安反光镜，对地测距
3）、惯性测量系统 利用惯性力学原理，测定地面点三维坐标、重力异常和垂线偏差。
大地测量学基础
最新课件
1
第一章 绪 论
最新课件
2
一、大地测量学的定义
定义：大地测量学是为人类活动提供空间信息的科学，着重研
究地球的几何特征（形状和大小）和基本物理特性
（重力场）及其变化。 性质：地球科学的一个分支，是一门地球信息科学，既是基础
科学，又是应用科学 任务：测量和描绘地球并监测其变化，为人类活动提供关于地
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2、在防灾、减灾、救灾及环境保护、监测、评价中的作用 1). 建立大地形变监测系统，为地震预报提供有关资料； 2). 监测泥石流、山体滑坡、雪崩、森林火灾、洪水等灾害， 并为灾后评估提供资料； 3). 监测海水面的变化； 4). 为灾难事件救援提供快速定位；如空难、海难、交通事故； 5). 环境监测，如沙漠，森林，土地利用情况等；
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3、现代在地测量的特征 1)、测量范围大，范围从地区、全球乃至宇宙空间； 2)、研究对象和范围不断深入、全面和精细，从静态测量 发展到动态测量，从地球表面测绘发展到地球内部构造 及动力过程的研究；
3)、观测精度高； 4)、观测周期短。
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4、大地测量的基本内容
1)、确定地球形状、外部重力场及其变化；建立大地测量 坐标系；研究地壳形变，极移和海洋水面地形用其变化
大地测量学第2章
虚线：1995.0～ 1998.5期间 地极的变化 实线：1900～1997年期间地极 的年平均位置
地球自转速度变化
地球自转不是均匀的，存在着多种短周期变化和长期变化，短周期变化是由于 地球周期性潮汐影响，长期变化表现为地球自转速度缓慢变小。地球的自转速 度变化，导致日长的视扰动和缓慢变长，从而使以地球自转为基准的时间尺度 产生变化。 描述上述三种地球自转运动规律的参数称为地球定向参数 (EOP)，描述地 球自转速度变化的参数和描述极移的参数称为地球自转参数(ERP)，EOP 即为 ERP 加上岁差和章动.
协调世界时（UTC）
大地测量学基础(第2章 天文大地测量+2012.02.13)
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天文测量
平太阳日是以平子夜的瞬时作为时间的起算零点，如 果LAMT 表示平太阳时角，则某地的平太阳时 MT = LAMT + 12 (平子夜与平正午差12小时）
• 世界时UT：
以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时称为世界时。 UT = GAMT + 12 GAMT 代表格林尼治平太阳时角。
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天文测量
1、测站的天文 经度等于测站与 格林威治天文台 在同一瞬间同类 正确时刻之差。 测站恒星时： S=α+t 钟面时：S’ L= S –S’ = α + t – S’
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天文测量
2、天文纬度测量基本原理
铅锤线与天 球赤道面的 交角等于测 站纬度。
φ = δi+/- Zi
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天文测量
3、天文方位角测量基本原理 天文方位角： 通过测站和 目标（B）的 铅锤面与测 站天球子午 面之间的夹 角。
第一赤道坐标系（时角坐标系）
以天球赤道和过天顶（地方）天球子午 线为基准面；用（赤纬 +时角）表示。 注意：时角与地球自转有关。
第二赤道坐标系
以天球赤道和过春分点的天球子午线为 基准面；用（赤纬 +赤经）表示。 注意：赤经与地球自转无关。
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天文测量
时 角：
一个天体的时角表示该天体是否通过了当地 的子午圈(中天)。其数值则表示了该天体与当 地子午圈的角距离，并借用时间的单位，以 小时来计量(1HA = 15度)。 例如：一个天体的时角是2.5HA，就表示 他已经在2.5个小时之前通过当地的子午圈， 并且在当地子午圈的西方37.5度的距离上。 负数则表示在多少小时之后将通过当地的子 午圈。当然，当时角为0时的意思就是这个天 体就在当地的子午圈上。
《大地测量学基础》复习题及参考答案
《大地测量基础》复习题及参考答案一、名词解释：1、子午圈：过椭球面上一点的子午面同椭球面相截形成的闭合圈。
2、卯酉圈：过椭球面上一点的一个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合的圈。
3、椭园偏心率：第一偏心率 a b a e 22-=第二偏心率bb a e 22-=' 4、大地坐标系：以大地经度、大地纬度和大地高来表示点的位置的坐标系。
5、空间坐标系：以椭球体中心为原点，起始子午面与赤道面交线为X 轴，在赤道面上与X 轴正交的方向为Y 轴，椭球体的旋转轴为Z 轴，构成右手坐标系O-XYZ 。
6、法截线：过椭球面上一点的法线所作的法截面与椭球面相截形成圈。
7、相对法截线 ：设在椭球面上任意取两点A 和B ，过A 点的法线所作通过B 点的法截线和过B 点的法线所作通过A 点的法截线，称为AB 两点的相对法截线。
8、大地线：椭球面上两点之间的最短线。
9、垂线偏差改正：将以垂线为依据的地面观测的水平方向观测值归算到以法线为依据的方向值应加的改正。
10、标高差改正：由于照准点高度而引起的方向偏差改正。
11、截面差改正：将法截弧方向化为大地线方向所加的改正。
12、起始方位角的归算：将天文方位角以测站垂线为依据归算到椭球面以法线为依据的大地方位角。
13、大地元素：椭球面上点的大地经度、大地纬度，两点之间的大地线长度及其正、反大地方位角。
14、大地主题解算：如果知道某些大地元素推求另外一些大地元素，这样的计算称为大地主题解算。
15、大地主题正算：已知P １点的大地坐标，P １至P ２的大地线长及其大地方位角，计算P ２点的大地坐标和大地线在 P ２点的反方位角。
16、大地主题反算：如果已知两点的大地坐标，计算期间的大地线长度及其正反方位角。
17、地图投影: 将椭球面上各个元素（包括坐标、方向和长度）按一定的数学法则投影到平面上。
18、高斯投影：横轴椭圆柱等角投影（假象有一个椭圆柱横套在地球椭球体外，并与某一条子午线相切，椭球柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定范围内的地区投影到椭圆柱上，再将此柱面展开成投影面）。
大地测量学基础知识要点考点总结
《大地测量基础》知识要点第二章坐标与时间系统1、地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）2、地轴相对于地球本身相对位置变化（极移）3、地球自转速度变化（日长变化）4、描述上述三种地球自转运动规律的参数称为地球定向参数(EOP)，描述地球自转速度变化的参数和描述极移的参数称为地球自转参数(ERP)，EOP 即为ERP 加上岁差和章动5、时间的描述包括时间原点、单位（尺度）两大要素6、地球的自转运动：恒星时(ST) 世界时UT 未经任何改正的世界时表示为UT0，经过极移改正的世界时表示为UT1，进一步经过地球自转速度的季节性改正后的世界时表示为UT2。
地球的公转：历书时ET与力学时DT（太阳系质心力学时TDB 地球质心力学时TDT）物质的振动:原子时(A T) 协调世界时(UTC)7、大地基准所谓基准是指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），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。
8、天球坐标系：用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系：用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。
9、高程参考系统❖以大地水准面为参照面的高程系统称为正高以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高；❖大地水准面相对于旋转椭球面的起伏如图所示，正常高及正高与大地高有如下关系：H=H正常+ζH=H正高+N10、大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网(点)所构建坐标参考架、高程参考框架、重力参考框架。
11、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.总地球椭球:除了满足地心定位和双平行条件外，在确定椭球参数时能使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球.椭球定位:是指确定椭球中心的位置，可分为两类：局部定位和地心定位。
大地测量学知识点
大地测量学知识点第一篇：大地测量学知识点1.大地坐标系：地面点在参考椭圆的位置用大地经度和纬度表示，若地面的点不在椭球面上，它沿法线到椭球面的距离称为大地高2.空间大地直角坐标系：是大地坐标系相应的三维大地直角坐标系3.地心坐标系：定义大地坐标系时，如果选择的旋转椭球为总地球椭球，椭球中心就是地质中心，再定义坐标轴的指向，此时建立的大地坐标系叫做地心坐标系大地方位角：p点的子午面与过p点法线及Q点的平面所成的角度正高系统：地面上一点沿铅垂线到大地水准面的距离正常高系统：一点沿铅垂线到似水准面的距离国家水准网布设的原则：从高级到低级，从整体到局部，分为四个等级布设，逐级控制，逐级加密4.理论闭合差：在闭合的环形水准路线中，由于水准面不平行所产生的闭合差5.大地高系统：地面一点沿法线到椭球面的距离6.平面控制网的测量方法三角测量：在地面上按一定的要求选定一系列的点，他们与周围的邻近点通视，并构成相互联接的三角网状图形，称为三角网，网中各点称为三角点，在各点上可以进行水平角测量，精确观测各三角内角，另外至少精确测量一条三角形边长度D和方位角，作为网的起始边长和起始方位角，推算边长，方位角进而推算各点坐标三边测量：根据三角形的余弦公式，便可求出三角形内角，进而推算出各边的方位角和各点坐标7.国家高程基准的参考面有平均海水面，大地水准面，似大地水准面，参考椭球面1956年黄海高程系统1985年国家高程基准8.角度观测误差分析视准轴误差：视准轴不垂直于水平轴产生水平轴误差：水平轴不垂直于垂直轴产生这2个的消除误差方法为取盘左盘右读数取平均值垂直轴倾斜误差：垂直轴本身偏离铅垂线的位置，即不竖直解决的方法：观测时，气泡不得偏离一格，测回之间重新整理仪器，观测目标的垂直角大于3度，按气泡偏离的格数计算垂直轴倾斜改正9.方向观测法是在一测回内将测站上所有要观测的方向先置盘左位置，逐一照准进行观测，再盘右的位置依次观测，取盘左盘右的平均值作为各方向的观测值。
大地测量学基础
第一章绪论§1大地测量学的定义和作用1.1大地测量学的定义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。
经典大地测量：地球刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体；范围小。
现代大地测量：空间测绘技术(人造地球卫星、空间探测器)，空间大地测量为特征，范围大。
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。
§2大地测量学基本体系和内容2.1大地测量学的基本体系应用大地测量、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：海样大地测量、行星大地测量、卫星大地测量、地球动力学、惯性大地测量。
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。
物理大地测量学：即理论大地测量学基本任务：是用物理方法(重力测量)确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的理论与方法。
空间大地测量学：主要研究以人造地球卫星及其他空间探测器为代表的空间大地测量的理论、技术与方法。
2.2 大地测量学的基本内容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(包括垂直升降及水平位移)，测定极移以及海洋水面地形及其变化等。
大地测量学基础课件
大地测量学的应用领域
总结词
大地测量学的应用领域广泛，包括卫星导航定位、地 球科学、空间科学、气象预报和地震监测等。
详细描述
大地测量学在卫星导航定位领域中发挥着重要作用，通 过大地测量数据可以确定卫星轨道、提高导航定位精度 等。此外，大地测量学还应用于地球科学和空间科学领 域，研究地球各部分之间的相对位置关系、地球重力场 等，为地质勘探、资源开发等领域提供支持。同时，大 地测量学在气象预报和地震监测等领域也有广泛应用， 例如通过大地测量数据可以监测地震活动、预测地震灾 害等。
02
大地测量基本原理
大地水准面与地球椭球
总结词
大地水准面和地球椭球是大地测量的基本概念，它们决定了地球表面的几何形态 和测量基准。
详细描述
大地水准面是假想一个与平均海平面重合并随海面调整变化的闭合曲面，它与地 球质心相连，形成地球椭球的旋转轴。地球椭球是一个对地球的数学模型，用于 描述地球的几何形态，包括地球的赤道、极点和经纬度系统等。
大地测量数据误差分析
Байду номын сангаас
01
02
03
误差来源辨认
分析大地测量数据误差的 来源，如测量设备误差、 数据处理误差等。
误差传播规律研究
研究误差在大地测量数据 处理过程中的传播规律， 为误差控制和修正提供根 据。
误差修正与估计
采用适当的误差修正和估 计方法，减小误差对大地 测量结果的影响，提高数 据的准确性和可靠性。
数据特殊值处理
辨认并处理特殊值，以避免对数据分析结果产生不良影响。
大地测量数据解析与建模
数据特征提取
从大地测量数据中提取关键特征，为后续的建模和分析提供根据。
数学建模
根据提取的特征，建立相应的数学模型，用于描述和预测大地测量数据的变化规律。
大地测量学基础作业与参考答案
7．水准面的不平行性是由于什么原因引起的?这种现象对水准测量会产生什么影响? 答：由于水准面是一重力等位面，正常重力的大小与纬度有关，当位 W 一定时，两水准面 之间的距离与重力成反比， 从而导致两水准面之间的不平行。 这种现象会引起经过不同路线 测定某点的高程不同，使某点高程产生多值性。 8．1956 年黄海高程系统与 1985 国家高程基准有何差别？ 答：1956 年黄海高程系统的高程基准面是采用 1950 年至 1956 年 7 年间青岛验潮站的潮汐 资料推求得到的。1985 国家高程基准的高程基准面是采用青岛验潮站 1952～1979 年中取 19 年的验潮资料计算确定的。两者相差 0.029m。 9．1956 年黄海高程系统与 1985 国家高程基准的水准原点高程各是多少？ 答：1956 年黄海高程系统水准原点高程是 72.289m，1985 国家高程基准的水准原点高程是 72.260m。 第四章 地球椭球及其数学投影变换的基本理论 1.椭球面上的常用坐标系有哪些？ 答：有大地坐标系、空间直角坐标系、天文坐标系、子午面直角坐标系、地心纬度坐标系及 归化纬度坐标系、站心地平坐标系。 2. 地球椭球基本参数有哪些？它们的互相关系是什么？ 答：椭圆的长半轴 a 、短半轴ｂ、扁率 、第一偏心率 e 、第二偏心率 e 、辅助 量
6.正高、正常高和大地高如何定义的？三者有何关系： 答：正高：地面点沿垂线方向至大地水准面的距离，用 H 正 表示；地面点沿垂线方向至似大 地水准面的距离，用 H 常 表示；地面点沿法线方向至椭球面的距离，用 H 大 表示。三者的关 系为：
H 大 H 正常 。其中 为高程异常， N 为大地水准面差距。 H大 H正 N
X 0 , Y0 , Z 0
为平移参数； X , Y , Biblioteka 为旋转参数， m 为尺度变化参数。
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章动影响
(2)地轴相对于地球本身相对位置变化（极移） 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。 某一观测瞬间地球极所在的位置称为瞬时极，某段 时间内地极的平均位置称为平极。地球极点的变化，导 致地面点的纬度发生变化。 天文联合会(IAU)和大地测量与地球物理联合会(IUGG) 建议采用国际上5个纬度服务(ILS)站以1900～1905年的 平均纬度所确定的平极作为基准点，通常称为国际协议 原点CIO (Conventional International Origin) 。也称协 议地球极CTP。
天球子午面与子午圈
含天轴并通过任一点的平面，称为天球子午面. 天球子午面与天球相交的大圆称为天球子午圈。
时圈 通过天轴的平面与天球相交的大圆均称为时圈。 黄道 地球公转的轨道面(黄道面)与天球相交的大圆称为黄道。 黄道面与赤道面的夹角称为黄赤交角，约为23.5度。 黄极 通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点， 称为黄极。其中靠近北天极的交点称为北黄极，靠近南 天极的交点称为南黄极。
• 协调世界时(UTC)
原子时与地球自转没有直接联系，由于地球自转速度 长期变慢的趋势，原子时与世界时的差异将逐渐变大， 秒长不等，大约每年相差1秒，便于日常使用，协调 好两者的关系，建立以原子时秒长为计量单位、在时 刻上与平太阳时之差小于0.9秒的时间系统，称之为 世界协调时(UTC)。 当大于0.9秒，采用12月31日或6月30日调秒。调秒由 国际计量局来确定公布。 世界各国发布的时号均以UTC为准。
国际极移服务 ( IPMS ) 和国际时间局( BIH )等机构 分别用不同的方法得到地极原点。 国际时间局BIH的CIO有：BIH1968.0，BIH1979.0，BIH1984.0 与CIO相应的地球赤道面称为平赤道面或协议赤道面 。 地极坐标系：以CIO为原点， 零子午线方向为X轴，以零 子午线以西为了描述90°子 午线为y轴。 用来描述极移规律。
春分点与秋分点 黄道与赤道的两个交点称为春分点和秋分点。视太 阳在黄道上从南半球向北半球运动时，黄道与天球 赤道的交点称为春分点，用 γ表示。 在天文学中和研究卫星运动时，春分点和天球赤道 面，是建立参考系的重要基准点和基准面
赤经与赤纬
地球的中心至天体的连线与天球赤道面的夹角称为 赤纬,春分点的天球子午面与过天体的天球子午面的 夹角为赤经。
2.1 地球的运动
第二章 坐标与时间系统
从不同的角度，地球的运转可分为四类： – 与银河系一起在宇宙中运动 – 在银河系内与太阳一起旋转
– 与其它行星一起绕太阳旋转（公转） – 地球的自转（周日视运动）
天文学的基本概念（预备知识）
预备知识
天球的基本概念
所谓天球，是指以地球质心O为中心，半 径 r为任意长度的一个假想的球体。在天文学 中，通常均把天体投影到天球的球面上，并 利用球面坐标来表达或研究天体的位置及天 体之间的关系。
③ 地球自转的季节性变化 周期较短，变化周期为一年和半年，变化振幅最大可达 0s.03左右。 原因：科学家们认为是由大气环流的季节性变化造成的。 ④ 地球自转的短周期变换 周期为一个月和半个月，振幅在1毫秒以下，全部积累起来 的影响在最大时也不超过3毫秒。 ⑤ 极移 地球除自转速度不均匀外，地极在地球表面上24米×24米 范围之内作反时针近似圆形螺旋曲线的周期运动，这种现 象称为“极移”。周期约为一年。由于“极移”导致各地 的经、纬度不同，从而各地天文台所测的世界时稍有差异。
• GPS时间系统
时间的计量对于卫星定轨、地面点与卫星之间距离测量 至关重要，精确定时设备是导航定位卫星的重要组成部 分。 GPS的时间系统采用基于美国海军观测实验室USNO维 持的原子时称为GPST。 GPST的起点，规定1980年1月6日0时GPS与UTC相等。 GPST = UTC + n
地球坐标系： 用于研究地球上物体的定位与运动，是 以旋转椭球为参照体建立的坐标系统。
点的坐标可用（x,y,z）表示，也可用（L，B，H）表示。 基准和坐标系两方面要素构成了完整的坐标参考系统! ②高程参考系统 正高: 以大地水准面为参考面 正常高: 以似大地水准为参考面
H
H H正 N
P
H H 正常
(3)地球自转速度变化（日长变化） 地球自转不但不均匀，而且还有季节性和短期性的变化。 现已弄清的有以下几种原因： ① 地球自转长期减慢的现象 引起长期减慢的原因，一般认为是受潮汐磨擦力的影响。 日长大约在100年内增长0s.0016。 ② 地球自转不规则的变化 地球自转有时快有时慢。在快慢交替的时候，变化相当 显著，变化量将超过地球自转在100年内长期减慢所积累 起的数值。 原因：多方面，Ⅰ内部物质的移动；Ⅱ太阳光斑喷射的 微粒子流与地球磁场耦合而产生得阻尼影响。
建立球面坐标系统，如图2－1所示.
参考点、线、面和圈
天球的概念
天轴与天极
地球自转轴的延伸直线为天轴，天轴与天球的交点 PN 和 PS 称为天极，其中 PN 称为北天极， PS 为南天极。
天球赤道面与天球赤道
通过地球质心 O 与天轴垂直的平面称为天球赤道面。 天球赤道面与地球赤道面相重合。该赤道面与天球相 交的大圆称为天球赤道。
H正
N
③重力参考系统：重力观测的参考系统。 3、大地测量的参考框架 大地测量参考系统的具体实现，是通过布设大地控制网(点) 构建坐标参考框架、高程参考框架、重力参考框架。 ①、坐标参考框架： 具体实现：国家平面控制网，GPS网 ②、高程参考框架: 具体实现：国家高程控制网（水准网） ③、重力参考框架： 具体实现：国家重力基本（控制）网
③UT2：是由UT1经过季节性改正后得出的世界时间。这是 1972年以前国际公认的时间标准。但是，由于它仍旧存在 着无法预测的长期减慢和不规则变化等因素的影响，所以 在对时间精度提出更高要求的情况下，UT2也就不能作为 均匀的时间标准了。 UT2=UT1+Δ T
• 历书时ET与力学时 DT
由于地球自转速度不均匀，导致用其测得的时间不均 匀。1958年第10届IAU决定，自1960年起开始以地球 公转运动为基准的历书时来量度时间，用历书时系统 代替世界时。 历书时的秒长规定为1900年1月1日12时整回归年长度 的1／31556925.9747 在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论建立 的运动方程而编写的，其中采用的独立变量是时间参数T, 其变量被定义为力学时，力学时是均匀的。 参考点不同，力学时分为两种： 1) 太阳系质心力学时TDB 2) 地球质心力学时TDT
TDT和TDB可以看作是ET分别在两个坐标系中的实现， TDT代替了过去的ET 地球质心力学时的基本单位国际秒制，与原子时的尺 度相同。IGU规定：1977年1月1日原子时（TAI) 0时与 地球力学时严格对应为： TDT=TAI+32.184
• 原子时(AT)
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的 基本单位是原子时秒，定义为：在零磁场下，位于海 平面的铯原子基态两个超精细能级间跃迁辐射 9192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际 单位制中的时间单位。 原子时的原点定义：1958年1月1日UT2的0时。 AT=UT2－0.0039(s) 地球自转的不均性，原子时与世界时的误差逐年积累。
§2.3 坐标系统
一、基本概念
1、大地基准：地球椭球 ①椭球参数:长半径和扁率。 ②椭球定向:椭球旋转轴平行于地球旋转轴,椭球起始 子午面平行于地球起始子午面。 ③椭球定位:确定椭球中心与地球中心的相对位置。
2、大地测量参考系 ①坐标参考系统：天球坐标系、地球坐标系 天球坐标系：用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
• 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。
春分点连续两次经过同一子午圈上中天的时间间隔为一 个恒星日，分为24个恒星时，某一地点的地方恒星时， 在数值上等于春分点相对于这一地方子午圈的时角。 地方真恒星时、平恒星时、格林尼治真恒星时、 格林 尼治平恒星时之间的关系： LAST LMST GAST GMST
cos GMST LMST GAST LAST
s GMST 1.0027379093 UT1 S S 2411054841 8640184812866 T . . s 0.093104T 2 6.2 106 T 3
• 平太阳时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。 地球绕太阳公转的速度不均匀。近日点快、远日 点慢。真太阳日在近日点最长、远日点最短。
地球的公转：开普勒三大运动定律： — 运动的轨迹是椭圆，太阳位于其椭圆的一个焦点上； — 在单位时间内扫过的面积相等； — 运动的周期的平方与轨道的长半轴的立方的比为常数。
地球的自转 的特征： (1) 地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动） ①岁差：地球自转轴在空间的变化，是日月引力 的共同结果。假设月球的引力及其运行轨道是固定不 变的,由于日、月等天体的影响，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（见下 图），其锥角等于黄赤交角ε=23.5 ° ，旋转周期为 26000年，这种运动称为岁差，是地轴方向相对于空 间的长周期运动。岁差使春分点每年向西移动50.3″
②北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小园， 而是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ似圆的波浪曲线运动，即地球旋转轴在岁差的基础上 叠加周期为18.6年，且振幅为9.21″的短周期运动。这种现象 称为章动。
真赤道: 某一时刻的赤道。(由于岁差和章动的影响,每一时刻 赤道的位置不同) 平赤道:只有岁差影响时的赤道。 黄经章动:章动引起的黄经变化。即平春分点与真春点的角距。 交角章动:章动引起的黄赤交角的变化。 考虑岁差和章动的共同影响：真旋转轴、瞬时真天极、真天 球赤道、瞬时真春分点。 考虑岁差的影响：瞬时平天极、瞬时平天球赤道、瞬时平春 分点。