2009年控制测量学课件第1讲

控制测量学
GPS原理及应用 GPS原理及应用
2）起算数据和推算元素 ） 为了得到所有三角点的坐标 ,必须已知三 必须已知三 角网中某边长 s1, 2 和某一边的坐标方位 统称为起算数据 起算数据。 角 α ，统称为起算数据。三角点上观测 的水平角（或方向）、三角形边长、 ）、三角形边长 的水平角（或方向）、三角形边长、坐标 方位角和三角点的坐标统称为三角测量的 推算元素。 推算元素。
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按用途 分 工程控制测量
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控制测量的基本任务
1在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图 在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图 的测图控制网。 的测图控制网。 2在施工阶段建立施工控制网。 在施工阶段建立施工控制网。 在施工阶段建立施工控制网 3在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建 在工程竣工后的运营阶段， 在工程竣工后的运营阶段 筑物变形为目的的变形观测专用控制网。 筑物变形为目的的变形观测专用控制网。
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1.2 控制测量的基准面和基准线
铅垂线与 1. 铅垂线与大地水准面 地球的自然表面， 地球的自然表面，包括 海洋底部、 海洋底部、高山高原在 内的固体地球表面。 内的固体地球表面。难 以用一个简洁的数学表 达式描述出来， 达式描述出来，所以不 适合于数学建模。 适合于数学建模。海洋 面积约占地表面的 71%， 71%，陆地面积约占 29%， 29%，是一个不规则曲 面。 控制测量学
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大地水准面
大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的 不规则的封闭曲面。 不规则的封闭曲面。 它是重力等位面，即物体沿该面运动时， 它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做 如水在这个面上是不会流动的）。 功（如水在这个面上是不会流动的）。 大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面， 大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面， 也是海拔高程系统的起算面。 也是海拔高程系统的起算面。
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1.1控制测量学的基本任务和主要内容 1.1控制测量学的基本任务和主要内容
平面控制测量
测定控制点平面位置
控 制 测 量 分 类
按工作 内容分
高程控制测量 大地控制测量
测定控制点高程位置 全国范围内,按国家统一颁 全国范围内 按国家统一颁 布的法式、 布的法式、规范进行的控 制测量 为工程建设或地形图测绘， 为工程建设或地形图测绘， 在小区域内， 在小区域内，在大地测量 控制网的基础上独立建立 控制网的控制测量
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大地水准面
大地水准面是大地测量基准之一 确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。 确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。 它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来， 它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来， 使人们在确定空间几何位置的同时， 使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔 高度和地球引力场关系等重要信息。 高度和地球引力场关系等重要信息。 大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、 大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度 和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、 和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、 地质勘探、 地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应 用具有重要作用。 用具有重要作用。
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1.1控制测量学的基本任务和主要内容 1.1控制测量学的基本任务和主要内容
控制测量的概念：在一定区域内， 控制测量的概念：在一定区域内，按测量任 务所要求的精度，测定一系列地面标志点 务所要求的精度，测定一系列地面标志点 要求的精度 控制点） 水平位置和高程位置， （控制点）的水平位置和高程位置，建立控 制网，这种测量工作称为控制测量。 制网，这种测量工作称为控制测量
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全球大地水准面图
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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
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2. 参考椭球与总地球椭球
大地体： 大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭 曲面所包围的地球实体。 曲面所包围的地球实体。代表了地球的形状 和大小。 和大小。 经过长期测量实践表明， 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 圆的短轴为旋转轴的旋转椭球的形状十分近 旋转椭球 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。 的旋转椭球作为地球的参考形状和大小。
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大地原点
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3. 垂线偏差和大地水准面差距
参考椭球和总地球椭球， 参考椭球和总地球椭球，其表面都不可能 与大地水准面处处重合， 与大地水准面处处重合，因而在同一点上所 作的这两个面的法线,即大地水准面的铅垂 作的这两个面的法线,即大地水准面的铅垂 与椭球面的法线也必然不重合 见后图） 法线也必然不重合（ 线与椭球面的法线也必然不重合（见后图）, 两者之间的夹角u称为垂线偏差 垂线偏差。 两者之间的夹角u称为垂线偏差。u在子午线 和卯酉线上的投影分量通常分别以 ξ 和 η 表 示。大地水准面与椭球面在某一点上的高差 称为大地水准面差距， 表示。 称为大地水准面差距，用N表示。
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1.2 控制测量的基准面和基准线ຫໍສະໝຸດ Baidu
水准面： 水准面：假设一个静止不 动的海水面延伸并穿过 陆地，包围整个地球， 陆地，包围整个地球， 形成的一个闭合曲面。 形成的一个闭合曲面。 铅垂线：重力方向线，铅 铅垂线：重力方向线， 垂线是测量外业工作的 基准线。 基准线。 大地水准面： 大地水准面：与平均海水 面相吻合的水准面。 面相吻合的水准面。
1, 2
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3）工程测量中三角网起算数据的获得 当测区内有三角网时， 起算边长 当测区内有三角网时，若其精度 满足工程测量的要求， 满足工程测量的要求，则可利用该三角网边长 作为起算边长。 作为起算边长。若已有网边长精度不能满足工 程测量的要求（或无已知边长可利用） 程测量的要求（或无已知边长可利用）时，则 可采用电磁波测距仪直接测量三角网某一边或 某些边的边长作为起算边长。 某些边的边长作为起算边长。 当测区内有三角网时， 起算坐标 当测区内有三角网时，则由已有的 三角网传递坐标。 三角网传递坐标。若测区附近无三角网成果可 利用， 利用，则可在一个三角点上用天文测量方法测 定其经纬度，再换算成高斯平面直角坐标， 定其经纬度，再换算成高斯平面直角坐标，作 为起算坐标。 为起算坐标。保密工程或小测区也可采用假设 坐标系统。 坐标系统。
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大地水准面
大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间 大地水准面差距（ 距——大地水准面差距（对于似大地水准面而言， 大地水准面差距 对于似大地水准面而言， 则称为高程异常）来实现的。 则称为高程异常）来实现的。 大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中 无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。 无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。
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控制测量的作用
1为测绘地形图，布设全国范围内及局域性的大地测 为测绘地形图， 为测绘地形图 量控制网，为取得大地点的精确坐标， 量控制网，为取得大地点的精确坐标，建立合理的 大地测量坐标系以及确定地球的形状、 大地测量坐标系以及确定地球的形状、大小及重力 场等参数。 场等参数。 2控制测量学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价 控制测量学在防灾、 控制测量学在防灾 减灾、救灾及环境监测、 与保护中发挥着特殊的作用。 与保护中发挥着特殊的作用。
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授课人：兰济昀 授课人： 授课对象：测绘07 07级 授课对象：测绘07级
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课程介绍（教材、 课程介绍（教材、 学时、课程性质） 学时、课程性质）
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第一讲
1.1 1.2 1.3 1.4
绪论
控制测量学的基本任务和主要内容 控制测量的基准线和基准面 控制网的布设形式 控制测量新技术
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3. 垂线偏差和大地水准面差距
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1.3
控制网的布设形式
1 三角网 1）网形 如果测区较小， 如果测区较小，可以 把测区所在的一部分 椭球面近似看做平面， 椭球面近似看做平面， 三角网中的观测量是 网中的全部（ 网中的全部（或大部 方向值。 分）方向值。
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2. 参考椭球与总地球椭球
椭球定位： 椭球定位：确定大地水准面与椭球面之间的相对关 系以使椭球体与大地体间达到最好密合。 系以使椭球体与大地体间达到最好密合。 大地原点： 大地原点：椭球定位中选取的相切点 我国目前采用的是1975 1975年 我国目前采用的是1975年“国际大地测量与地球 物理联合会”推荐的椭球参数，称为“1980年国家 物理联合会”推荐的椭球参数，称为“1980年国家 大地坐标系” 简称80 ），大地原点位于陕西省 80系 大地坐标系”（简称80系），大地原点位于陕西省 泾阳县永乐镇。 泾阳县永乐镇。
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我国的参考椭球 1、1954北京坐标系 1954北京坐标系 椭球参数：克拉索夫斯基椭球， 椭球参数：克拉索夫斯基椭球， 6378245米 长半径 a = 6378245米，扁率 α =1/298.3 定位：从前苏联远东控制网引入。 定位：从前苏联远东控制网引入。 1980西安坐标系 2、 1980西安坐标系 椭球参数：IAG1967椭球， 椭球参数：IAG1967椭球， 椭球 6378137米 长半径 a = 6378137米，扁率 α =1/298.257 定位：由我国的天文大地网数据。 定位：由我国的天文大地网数据。
N
b
W
a a O
E
S
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参考椭球面 定义：与局部大地水准面吻合的旋转椭球面。 定义：与局部大地水准面吻合的旋转椭球面。 参数： 参数：长半径 a ，扁率 α
起 始 子 午 面
L
B
椭球的定位与定向： 椭球的定位与定向：确定参考椭球与局部大地 水准面的相对关系。 水准面的相对关系。
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控制测量学的研究内容
研究建立和维持工程和国家水平控制网和精密 水准网的原理和方法。 水准网的原理和方法。 研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的 使用方法。 使用方法。 研究地球表面测量成果向椭球面及平面的数学 投影变换及有关问题的测量计算。 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。 合网的数学处理的理论和方法。
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2. 参考椭球与总地球椭球
我国目前采用的旋转椭球体的 参数值为： 参数值为： 长半径 a = 6378140m 短半径 b = 6356755m 扁 率 a = (a – b)/a = 1/298.257 由于旋转椭球的扁率很小， 由于旋转椭球的扁率很小，在 测区面积不大， 测区面积不大，测量精度要 求不高时， 求不高时，其近似值为 控制测量学 6371Km。 6371Km。
补充内容
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绪论
控制测量学是研究精确测定和 控制测量学是研究精确测定和描绘地面控 精确测定 制点空间位置及其变化的学科 的学科。 制点空间位置及其变化的学科。 本讲主要介绍控制测量的任务和作用， 本讲主要介绍控制测量的任务和作用，进 行平面控制测量和高程控制测量时的基准面和 基准线。 基准线。并简要讲述建立控制网的基本方法和 程序。 程序。
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绪论
[知识点 知识点] 知识点 1．控制测量学的基本任务和作用； ．控制测量学的基本任务和作用； 2．铅垂线与大地水准面的概念与定义； ．铅垂线与大地水准面的概念与定义； 3．参考椭球与总地球椭球的概念与定义； ．参考椭球与总地球椭球的概念与定义； 4．建立控制网的基本方法与布网形式。 ．建立控制网的基本方法与布网形式。