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1、国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量,11.1 注册测绘师资格考试大纲 11.2 绪 论 11.3 大地测量系统与参考框架 11.4 测量坐标系 11.5 大地测量基本技术与方法 11.6 GPS测量与数据处理 11.7 现代测绘基准的建立 11.8 大地测量学基础复习,是注册测绘师资格考试的国家标准 是考试命题的依据 是应试人员的必备指南 其内容和范围体现了注册测绘师运用所学专业知 识，完成测绘工作的基本能力 考试科目分为三个科目：测绘管理与法律法规、测绘 综合能力、测绘案例分析。,11.1 注册测绘师资格考试大纲,【第二科目：测绘综合能力考试目的】,考察测绘专业技术人员运用测绘专业技术理论
2、，分析、判断和解决测绘项目实施过程中专业技术问题的能力，以及处理测绘专业之间综合性问题的能力。,【第三科目：测绘案例分析考试目的】,考察测绘专业技术人员运用测绘管理与法律法规、测 绘综合能力科目在实务应用时体现的综合分析能力及实际执业 能力。,大地测量考试基本要求解读,1 根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。 要点：1）大地测量控制网的等级、分类、观测技术（GPS,全站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：卫星定位控制网、高程控制网、似大地水准
3、面精化。 2）掌握大地测量系统与大地测量框架的概念；理清大地高、正高、正常高的关系。 3）了解BJ54， Xian80，CGCS2000，WGS84的主要特点及其相互联系与区别；了解国际地球参考框架（ITRF）的概念。 4）掌握网形设计方法，根据不同的需要，选择合适的框架基准建立相应的控制网，并进行费用预算； 5）熟悉测绘技术设计规定(CH/T 1004-2005),编写技术设计书 。,2 根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点(站)址，并建造适合该区域的测量标志。 要点： 1）选点：根据不同测量方法与手段，掌握选点准备、选点基本要求以及选点作业过程。 2）埋石
4、：根据不同测量方法，不同测量目的，熟练掌握测量标石制作与埋设的具体要求。 3 根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得合格的观测成果。 要点： 1）项目实施方案； 2）外业观测计划（时间安排、仪器安排、人员安排）； 3）掌握“点连接”、“边连接”、“同步环”、“异步环” 等概念。 4 根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。 要点： 1）掌握不同观测方法的数据处理软件； 2）掌握导线网、水准网、GPS网的平差原理和
5、方法。,大地测量考试基本要求关键点 1 大地测量控制网技术设计；2 选点、埋石；3 实施方案，外业观测；4 数据处理；5 似大地水准面精化；6 坐标系及其转换,5 根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面(或高程异常模型)的精化工作，完成卫星定位三维控制网的建设。 要点：1）熟悉似大地水准面精化的意义与目的； 2）熟悉似大地水准面精化的实施步骤和实现方法； 3）熟悉似大地水准面精化所用的资料。 6 根据作业区域的坐标系统情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系。 要点：1）熟练掌握测量坐标系的定义（空间直角坐标、大地坐标、站心坐标、高斯平面直角坐标、城
6、市独立坐标以及施工坐标）； 2）熟练掌握1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000坐标系的相关内容； 3）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（空间三维坐标转换、二维平面坐标转换）。,国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量,11.1 注册测绘师资格考试大纲 11.2 绪 论 11.3 大地测量系统与参考框架 11.4 测量坐标系 11.5 大地测量基本技术与方法 11.6 GPS测量与数据处理 11.7 现代测绘基准的建立 11.8 大地测量学基础复习,1 大地测量学的定义,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，研究定位技术和方法，为人类活动提供
7、关于地球的空间信息的一门学科。,大地测量（辅导教材中）：为研究地球的形状及其表面特性进行的实际测量工作。着重于研究地球形状大小的几何特征及其最基本的物理特征地球重力场。 经典大地测量的技术手段是使用光电仪器进行地面几何测量（边角测量、水准测量）、天文测量、地面重力测量。其主要任务是建立国家或大范围的精密控制测量网。,2 大地测量的任务与作用,主要任务：建立国家或者大范围的精密控制测量网(一等、二等、三等、四等大地控制网) 主要内容：包括三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。,主要作用：（1）为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度
8、的平面控制和高程控制；（2）为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力资料；（3）为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。 辅导教材中对作用的另一种描述：为各种测绘提供统一、协调、法定的平面和高程系统，从而获得正确的点位和海拔高以及点位之间的空间关系和尺度。,3 大地测量学的基本体系,经典： 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： 海洋大地测量 行星大地测量 卫星大地测量 地球动力学 惯性大地测量,4 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：1）国家大地
9、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；2）精密角度测量，距离测量，水准测量，卫星定位；3）地球椭球数学性质，椭球面上测量计算，椭球数学投影变换。,5 物理大地测量学 基本任务：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。 6 空间大地测量学 基本任务：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。利用人造地球卫星进行地面点定位及测定地球形状、大小和地球重力场的理论、方法的学科。主要内容：卫星定位系统，定位模式，基线处理，三维向量网平差，坐标系。
10、,7 现代大地测量的形成 时间：20世纪80年代以来。 新技术的发展：空间技术、计算机技术和信息技术。 大地测量新技术出现：电磁波测距、卫星测量、甚长基线干涉测量。 传统大地测量发生革命性变革，形成现代大地测量。,8 现代大地测量的特征 长距离，大范围：量测范围不受天气和“视线”长度限制，可至全球：如地球两极、海洋。 高精度：相对传统提高12个数量级，相对精度 ，绝对精度毫米。 实时、快速：外、内业可在同一时间段完成，实时或准实时；测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。 四维：能提供在合理复测周期内有时间序列的（时间或历元）、高于 相对精度的大地测量数据。 地心坐标：测得的位置、高程、影
11、像等成果，以维系卫星运动的地球质心为坐标原点的三维测量数据。 学科融合：与地球科学的多个分支交叉，推动其发展。,国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量,11.1 注册测绘师资格考试大纲 11.2 绪 论 11.3 大地测量系统与参考框架 11.4 测量坐标系 11.5 大地测量基本技术与方法 11.6 GPS测量与数据处理 11.7 现代测绘基准的建立 11.8 大地测量学基础复习,11.3.1 大地测量系统与参考框架的描述 大地测量系统：规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其 实现方式（理论、模型与方法）。 大地测量参考框架：通过大地测量手段，按大地测量系统规 定的模式，构建的固定在地面上的点
12、所构成的大地网(点），是 大地测量系统的具体实现。 大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系 统的具体应用形式。,大地测量系统： 坐标系统 高程系统 深度基准 重力参考系统,大地测量参考框架： 坐标（参考）框架 高程（参考）框架 重力测量（参考）框架,大地测量系统包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参 考系统。与系统相对应的大地参考框架有坐标参考框架、高程参 考框架和重力测量参考框架三种。,1） 参心坐标系统 （1） 定义 原点：位于参考椭球体中心； Z 轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行； X 轴：指向平行于天文起始子午面的大地子午面与赤道面的交点； Y 轴：与X和Z轴正交，
13、构成右手坐标系。,11.3.2 坐标系统与坐标参考框架,1 坐标系统,（2） 参心坐标系的建立 建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作： 选择或求定椭球的几何参数(半径a和扁率)； 确定椭球中心的位置(椭球定位)； 确定椭球短轴的指向(椭球定向)； 建立大地原点。,坐标系统根据其原点的位置不同分为 地心坐标系统和参心坐标系统；从表现形 式上又分为空间直角坐标系（x，y，z） 和大地坐标系（L, B, H）,大地原点也叫大地基准点或大地 起算点，参考椭球参数和大地原点上 的起算数据的确立是一个参心大地坐 标系建成的标志。,（3） 大地原点和大地起算数据,（4） 1954年北京坐标系 1954年
14、北京坐标系可认为是前苏联1942年坐标系的延伸。它 的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃。相应的椭球称为克拉 索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺陷: 椭球参数有较大误差； 参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的系 统性倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m； 几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一； 定向不明确 。,（5） 1980西安坐标系 采用1975年国际大地测量与地球物理联合会IUGG第16届大会上推荐的4个椭球基本参数： 长半径 a=6378140m 地心引力常数 GM=3.986005 重力场二阶带球谐系数J2 =1.08263 自转角速度 =7.2921
15、15 在1954年北京坐标系基础上建立起来的。 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。 定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点的方向 。 大地原点地处我国中部，位于西安市以北60 km 处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。 大地高程基准采用1956年黄海高程系 。,2） 地心坐标系统,地心坐标系统满足以下四个条件： 原点位于整个地球质心（包括海洋和大气）。 尺度是相对论意义下某一局部地球框架内的尺度。 定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，称为地球的定向参数EOP。 定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。 通俗化的定义： 原点位于地球质心，Z轴与X轴的定向某一
16、历元的EOP参数确定，Y轴与X、Z轴正交，构成空间右手坐标系。,2 坐标参考框架,1） 参心坐标参考框架 传统测量坐标框架是由天文大地网来实现的，一般定义 在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的地球参考框架。 20世纪50-80年代，我国建立了： 1954北京参心坐标参考框架； 1980西安参心坐标参考框架。,2） 地心坐标参考框架 地心坐标框架是由利用空间大地测量技术构成全球观测 网点，是全球性的、三维动态的坐标框架。 （1) 国际地球参考系统(ITRS) 与ITRF 国际地球自转服务IERS(International Earth Rotation Service) 1988年: IUG
17、G+IAUIERS（IBH+IPMS）。 IERS的任务主要有以下几个方面：维持国际天球参考系统(ICRS)和框架(ICRF)；维持国际地球参考系统(ITRS)和框架(ITRF)；提供及时准确的地球自转参数(EOP)。,ITRF是ITRS 的具体实现,是由IERS中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度。 自1988年起，IERS已经发布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、 ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF2000、ITRF2005等全球参考框架。,ITRF
18、是通过 框架的定向、原 点、尺度和框架 时间演变基准的 明确定义来实现 的。 目前ITRF是 全球公认的应用 最广泛、精度最 高的地心坐标框 架。,（2) WGS-84世界大地坐标系 WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心地固坐标系统。WGS-84坐标系统由美国国防部制图局建立，于1987年取代了当时GPS所采用的坐标系统WGS-72坐标系统而成为GPS的所使用的坐标系统。 1996年，WGS-84坐标框架再次进行更新, 参考历元为1997.0。 WGS-84最近更新的时间是2002年1月，更新后的WGS-84(G11
19、50)的站坐标与ITRF2000框架的站坐标差异为几个厘米，参考历元为2001.0.。,（3） CGCS2000坐标系 国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系2000国家大地坐标系，英文名称为China Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为CGCS2000。 用810年的时间，完成现行国家大地坐标系向2000国家大地坐标系的过渡和转换。,我国于2004年完成“2000国家GPS控制网”计算。该网包含: 国家测绘局布设的高精度GPS A、B级网； 总参测绘局布设的GPS 一、二级网； 国家地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运
20、动观测网络的基准网、基本网和区域网。 该网整合了上述三个大型有重要影响力的GPS观测网成果。2000国家GPS网共有28个连续运行参考站，2500多个GPS网点组成，通过联合处理将其归于一个坐标参考框架（ITRF97)，2000国家GPS网的精度优于10-8，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，是我国新一代的地心坐标系统基础框架。, 参考框架和历元的统一,：2000网的参考框架ITRF97； 参考历元为 2000.0。,长半轴 a =6378137.0 m 地球含大气层引力常数 GM=3986004.418108m3s-2 地球的动力形状因子 J2 = 1.082629832258 地球自转角
21、速度 =7292115.010-11rad s-1, 参考椭球4个基本常数,地壳运动观测网络基准网,2000中国GPS大地网,我国先后建成四个较大规模的GPS大地网,一、二级网,A、B级网,形变监测网,地壳运动观测网络,框架：ITRF96 历元：1997.0 精度约为：3*10-8,框架：ITRF93 历元：1996.365 精度约为：10-7,框架：ITRF96 历元： 1996.582 精度约为：10-8,框架：ITRF96 历元：1998.680 精度优于2mm,11.3.3 高程系统与高程框架 1 高程基准 区域性高程基准可以由验潮站的长期平均海水面来确定，通常定义该平均海水面的高程为
22、零。平均海水面通常称为高程基准面。 在地面上预先设置一固定点（组），利用精密水准测量联测固定点与该平均海水面的高差，从而确定该固定点（组)的海拔高程。该固定点称为水准原点。水准原点的高程就是区域性水准测量的起算点。 国家高程基准：黄海平均海水面 1987年以前, “1956年国家高程基准”. 水准原点高程为72.289m 。 1988年1月1日起, “1985国家高程基准”, 水准原点的高程为72.260。 “1985国家高程基准”的平均海水面比“1956年国家高程基准”的平均海水面高0.029m。,2 高程系统 在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。 大地高系统是以参考椭
23、球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。,从地面点A直接沿着重力线到大地水准面的距离称为正高。 只有在作出地壳内部质量分布的假设后，才能近似地求得 平均重力值，因此难以获得精 确的正高值。,正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。国家高程系统: 正常高高程系统。,3 高程框架 由国家一
24、等水准网和一等水准复测的高精度水准控制网来 实现，以青岛水准原点为起算基准，以正常高系统为高差传递 方式。另外一种形式是通过大地水准面精华来实现。,若用点A的平均正常重力来代替难以 准确求得的平均重力值，则可得到正常 高高程 。 若从地面点A在AA上取AA= H正常， AA为高程异常A，于是将大地高分 成正常高和高程异常两部分，即有,如果将各地面点Ai都这样向下取其正常高程而得Ai，这些点所共同形成的曲面称为似大地水准面。 正高与正常高的差异不大。据估算，在海平面上其差异为零，在平原地区相差仅几厘米，在山区可能相差数米。因此，似大地水准面与大地水准面还是比较接近的。正常高高程系统避开了正高的测
25、定需要知道地面点到大地水准面之间平均重力值的缺陷。,11.3.4 重力参考系统与重力测量框架 1 重力基准和参考系统 重力基准是标定一个国家或地区重力值的标准。20世纪70年代以前我国采用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。80年我国重力基准采用经国际比对的高精度相对重力仪自行测定，参考系统是IAG-75椭球常数。21世纪初，我国采用高精度绝对和相对重力仪测定我国新的重力基准，目前重力基准的参考系统采用GRS80椭球常数。 2 重力测量参考框架 由分布在我国各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力网，以及用做相对重力尺度标准的若干重力长短基线构成。 3 重力测量参考框架的现
26、状 名称：2000国家重力基本网（简称2000网）。 建成年代：1999年至2002年 网的组成：包括21个重力基准点和126个重力基本点和基本点引点112个，长基线网1个，重力仪格值标定场8处。 作用：确定我国重力加速度数值的参考框架，新的重力测量基准。,11.3.5 常用的数学模型和物理模型,1 大地水准面 大地水准面是由静止海水面向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（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，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距大地水准面差距（对于似大地水准
27、面而言，则称为高程异常）来实现的。 大地水准面所包围的形体成为大地体。大地体与真实地球在大小、形状方面十分接近，大地水准面可以看成地球形状的一个近似表述。适宜作为地面点高程的起算面。,2 参考椭球面 在测量中，在各个国家和地区，采用各自的区域性大地水准面，最佳拟合于某一区域性大地水准面的旋转椭球面，一般称为参考椭球面。国家参考椭球面作为以往国家大地测量计算的基准面，其椭球几何元素的选定和定向的确定是和国家二维大地坐标系的建立有着密切的关系，由此确定的参考椭球面只适用于所在的地区。 我国现行四种国家大地坐标系并对映着不同的参考椭球面： 1）1954年北京坐标系 2）1980年西安坐标系 3）新1
28、954年大地坐标系 4）2000国家大地坐标系（CGCS2000）,国家注册测绘师考试辅导-大地测量,11.1 注册测绘师资格考试大纲 11.2 绪 论 11.3 大地测量系统与参考框架 11.4 测量坐标系 11.5 大地测量基本技术与方法 11.6 GPS测量与数据处理 11.7 现代测绘基准的建立 11.8 大地测量学基础复习,11.4.1 测量常用坐标系 1 测量常用坐标系分类 1） 按坐标原点的不同分类： 地心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系） 参心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系） 站心坐标系统（站心直角坐标系 、站心极坐标系） 平面坐标系统（高斯平面坐标系、施工平面坐标系
29、）,2） 按坐标的维数不同分类： 二维坐标： 54北京坐标系 80西安大地坐标系 城市独立坐标系 施工平面坐标系 三维坐标： 地心坐标（ITRF、CGCS2000) 站心坐标,1） 空间直角坐标系,2 测量常用坐标系,以地心或参考椭球中心为直角坐标系的原点，椭球旋转轴为Z轴，X轴位于起始子午面与赤道的交线上，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，指向符合右于规则，便构成了直接坐标系。,在测量应用中，常将空间直角坐 标系的原点选在地球参考椭球的中心， Z轴与地球自转轴平行并指向参考椭 球的北极，X轴指向参考椭球的本初 （起始）子午线，Y轴与X轴和Z轴相 互垂直。点在此坐标系下的点的位置 由该点在各个坐
30、标轴上的投影x、y、 z坐标所定义。当原点位于地球质心 时，这样定义的坐标系又称为地心 系。否则，则称为参心系。,2） 空间大地坐标系 采用大地经度（L）、大地纬度 （B）和大地高（H）来描述空间位置 的。纬度是空间的点与参考椭球面的 法线与赤道面的夹角，经度是空间中 的点与参考椭球的自转轴所在的面与 参考椭球的起始子午面的夹角，大地 高是空间点沿参考椭球的法线方向到 参考椭球面的距离。,大地坐标系以参考椭球面为基准面，用大地经度L、纬度B和大地高H表示地面点位置。 大地坐标系是参心坐标系，其坐标系统的原点位于参考椭球中心。,地心坐标系也是以参考椭球为基准 面，地心坐标与上述的大地坐标不同之处
31、是， 地面点A的纬度是以A的向径AO与大地赤道面的 交角B表示的。B叫地心纬度，地心经度与大地经度是一致的。,3） 站心坐标系 在描述两点间关系时，为方便直观，一般采用站心坐标系。 以测站为原点，测站上的法线(垂线)为Z轴方向的坐标系就称为法线(或垂线)站心坐标系。,4） 高斯平面直角坐标系 地图投影：通常都要将椭球面诸元素（包括坐标、方向和长度）按一定的数学法则归算（投影）到某个平面，这就是地图投影。 由椭球面元素投影成平面元素必然会产生投影变形。投影变形包括长度变形、角度变形和面积变形，选取某种合适的投影方程，可使其中的一种变形减小或消失，然而绝不存在使用三种变形同时消失的投影方式，这是由
32、椭球面的不可展性决定的。 按投影变形的性质分类，可分为：等面积投影 、等角投影 、等距离投影 ；按所采用的投影面和投影方式分类，可分为：方位投影、正轴或斜、横轴圆柱投影、圆锥投影。 平面直角坐标系是利用投影变换，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如UTM投影、Lambert投影等，在我国采用的是高斯-克吕格投影，也称为高斯投影。,高斯投影的描述 想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条 子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的 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
33、各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面 展开即成为投影面 。,高斯投影必须满足以下以下条件 (1)中央子午线投影后为直线,且为投影点的对称轴； (2)中央子午线投影后长度不变； (3)投影具有正形性质(长度比与方位角无关) 。,采用横切圆柱投影高斯克吕格投影的方法来建立平面直角坐标系统，称为高斯克吕格直角坐标系，简称为高斯直角坐标系。 高斯平面直角坐标系： 原点：中央子午线和 赤道的交点； X轴：中央子午线的 投影； Y轴：赤道的投影。,6带: 自0子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号1，2，3，60。我国6带中央子午线的经度，由73起每隔6而至135，共计11带，带号用n表示
34、，中央子午线的经度用表示。带号及中央子午线经度的关系： ,3带: 自东经1.5子午线起，每隔3设立一个投影带， 依次编号为1，2，3， 120带；中央子午线经度依次为3, 6, 9, , 360。带号及中央子午线经度的关系： n = L / 3(四舍五入) 3,我国规定按经差6和3进行投影分带,.5带或任意带: 工程测量控制网也可采用.5带或 任意带，但为了测量成果的通用，需同国家6或3带相联系。,国家统一坐标 在我国x坐标都是正的，y坐标的最大值(在赤道上)约为330km。为了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上500 000m。此外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统 一坐标。
35、例如：Y=19123456.789m。该点位于19带内，横坐标的真值：首先去掉带号，再减去 500000m，最后得y= -376543.211(m)。,5） 城市独立坐标系 建立原则要求边长投影变形满足： 高程归化改正将地面上观测的长度元素归算到参考椭球面上而产生的改正。 高斯投影改正将参考椭球面上的长度经高斯投影归算到高斯平面上而产生的改正。,3）同时改变 和 ：确定高程抵偿面的高程与中央子午线。,1）改变 ：任意带坐标系，确定中央子午线位置,2）改变 ：抵偿坐标系，确定高程抵偿面的高程。,减小投影变形的方法,确定平面坐标系的三大要素 投影面（边长归算的高程基准面）的高程 中央子午线的经度或
36、其所在位置 起始点坐标、起始方位角、起始边长,确定坐标系的原则 a)按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系；b)按长度变形值来决定是否采用国家3度带高斯平面直角坐标系；c)尽可能采用与国家点坐标差异较小的坐标值。 如果不考虑边长的归化改正，仅考虑边长的投影改正，城市控制网要求长度变形小于1/40000，相当于离中央子午线小于45km。否则，就不能采用3带坐标。 总变形：,为了使地方独立坐标系中 的点位坐标与国家坐标相 接近，可以把该控制网的 起始点和起始方位角分别 取3带中的的国家坐标及 其坐标方位角。,11.4.2 坐标系换算,1 二维坐标变换 1） 二维平面直角坐标变换 平面坐标系统间的相
37、互转换实际上是一种二维转换。一般而言，两平面坐标系统间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。 先旋转、再平移、最后统一尺度, 先平移、再旋转、最后变换尺度, 先旋转、再统一尺度、最后平移,2） 大地坐标（B，L）计算高斯平面直角坐标（x，y）,（高斯投影正算）,3） 高斯平面直角坐标（x，y）计算大地坐标（B，L）,（高斯投影反算）,1） 三维空间直角坐标的相互转换 （Bursa-Woif转换模型（B模型） 不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基 准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又 称为七参数转换法(3个平移参数、3个旋转参数和1个尺
38、度参数 )。,2 三维坐标的相互转换,设任意点在01和02为原点的两坐标系中坐标分别为X1i，Y1i，Z1i和X2i，Y2i，Z2i，它们的原点O1和O2并不一致，坐标轴互不平行，长度标准（尺度）也有差异.则布尔沙模型为,2） 空间大地坐标与空间直角坐标的相 互转换 (BLHXYZ ),莫洛金斯基转换模型（M模型）,以PK为坐标原点的原坐标系设为 PK-XKYKZK，对其先进行旋转和尺度 变换，使其坐标轴指向及尺度与新坐标系 O-XYZ相一致，再将坐标原点平移到原坐标 系的参心，所得的坐标系设为O-XYZ ，然后对其作坐标平移，从而转换到新坐 标系，此即是莫洛金斯基坐标转换模型。,理论上讲，B
39、模型和M模型的转换结果 是等价的，但在应用中有差别，B模型在 全球和较大范围的基准转换时较为常用，在局部网的转换中采用 M模型比较有利。,3） ITRF参考框架及其相互转换,自1988年起，IERS已经发布了ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97 、ITRF2000、 ITRF2005等全球坐标参考框架。 一个地球参考框架的定义，是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。,(XYZ BLH),3 GPS控制网的转换 由于基线向量是WGS84坐标系中的三维坐标差，须将GPS网成果纳入到
40、国家大地坐标系或地方独立坐标系，这就需要进行两类不同坐标系之间的坐标转换。 1） 关于GPS网和地面网之间的坐标转换模型 两个空间直角坐标系之间的坐标转换可采用含有7个转换参数的布尔莎、莫洛金斯基等模型，这仅适用于例如两个GPS网之间的转换。而向地面网转换，我们国内一般使用范士模型来进行转换。如：TGPPS及POWERADJ 软件。 2） 按附合网还是按独立网进行平差定位 采用GPS技术来改善原有地面控制网，如何合理对待、处理地面网的已知数据须根据网的用途、地面网的实际精度作认真细致的分析、比较而定。GPS网的无约束平差；GPS网的附合网平差。 3） 从投影变换方面保持与高斯平面上边长尺度的一
41、致性 采用与地面网边长归算的高程基准面（常称为投影面）较为吻合的椭球面；采用与地面网中央子午线在位置或经度上相同的经线作为GPS网点进行高斯投影变换的中央子午线。为使GPS网与原有地面网在高斯投影边长改正上取得一致，应采用原有的中央子午线。若原为3带的中央子午线，应仍按其经度选取中央子午线。若为任意带，而并未提供中央子午线经度，仅知中央子午线经过某点，则取该点的经度为中央子午线的经度，从而使两网所相应的中央子午线位置相同。,国家注册测绘师考试培训辅导-大地测量,11.1 注册测绘师资格考试大纲 11.2 绪 论 11.3 大地测量系统与参考框架 11.4 测量坐标系 11.5 大地测量基本技术
42、与方法 11.6 GPS测量与数据处理 11.7 现代测绘基准的建立 11.8 大地测量学基础复习,11.5.1 国家平面大地控制网的建立 1 国家平面大地控制网建立方法 1） 常规大地测量法 (1) 三角测量法 优点: 图形简单，结构强，几何条件 多，便于检核，网的精度较高。 缺点：易受障碍物的影响，布设困难， 增加了建标费用；推算边长精度不均 匀，距起始边越远边长精度越低。,(2) 导线测量法 优点：布设灵活， 容易克服地形障 碍；导线测量只 要求相邻两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，边长精度均匀。 缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，不
43、易发现粗差，可靠性不高。,(3) 三边测量及边角同测法 边角全测网的精度最高，相应工作量也较大。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 地区可采用此法而获得较高的精度。,2） 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。 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。,3） 现代大地测量新技术 主要是
44、GPS测量：全球定位系统GPS(Global Positioning System)可为各位用户提供精密的三维坐标、三维速度和时间信息。 GNSS: GPS , GLONASS , Galelio , Compass。,2 国家平面控制网布设原则 从高到低、逐级控制：国家三角网分为一、二、三、四等，GPS网分为A、B、C、D、 E五级。 大地控制网要有足够的精度：如各级GPS 网相邻点间基线长度精度用下式表示, 是确定同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线差、基线向量残差等的限差的依据。（2009版GPS测量规范的限差是与仪器的标称精度相关联的）,大地控制网要有足够的密度：国家控制网是测图的基本
45、控制，其密度要满足测图的要求。控制点的密度是指每幅图中包含有多少控制点，不同比例尺有不同的要求。,大地控制网要有统一的规格和要求：国家三角测量规范GB/T 17942-2000；全球定位系统测量规范GB/T 18314-2009 。 国家测量规范规定了：具体的布网方案、作业方法、使用的仪器、各种精度指标等内容。,各等级三角测量的精度,对于GPS网，重点掌握： (1)两个最重要的等级：B，C。 (2)外业观测最主要的指标：观测时段个数，观测时段长度，重复设站数。 (3)网形特征：同步基线条数计算，独立基线的选择与条数计算。 (4)最重要的数据处理质量指标：同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线差、
46、基线向量残差。,4 GPS 测量成果的检验 1）复测基线长度较差 2）同步环闭合差 3）异步环闭合差 4）基线向量残差 其中：n为独立环的边数,3 国家平面大地控制网的布设 技术设计：收集资料，实地踏勘，图上设计，编写技术设计书 实地选点：选点图，点之记，选点工作技术总结 标石埋设 外业测量 平差计算,5 国家平面大地控制网的国家技术规范,国家三角测量规范 GB/T 17942-2000 全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009 测绘技术总结编写规定 CH1001-2005 测绘产品检查验收规定 CH1002-1995 测绘产品质量评定标准 CH1003-1995 测绘技术设计规定
47、CH/T 1004-2005,11.5.2 国家高程控制网的建立,1 国家高程（框架)控制网的目的和任务 1）建立统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供必要的高程控制基础； 2）为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。,2 国家高程（框架)控制网的布设原则 从高到低、逐级控制：一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图和其他工程建设提供高程控制点。,水准点满足一定的密度,一等水准网应定期复测,水准测量达到足够的精度：各等级水准测量的精度，用每
48、公里高差中数的偶然中误差 和每公里高差中数的全中误差来表示。,3 国家高程（框架）控制网布设方案 我国的水准测量分为四等，各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。,一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为10001500km，一般山区为2000km左右。 二等闭合环线周长，在平原地区为500750km,山区一般不超过1000km。 三、四等水准用于加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，三等水准分别为200km、150km和70km；四等分别为100km、80km和30km。,4 国家高程控制网的技术规范 国家一、二等水准测量规范GB12897-2006 国家三、四等水准测量规范GB12897-2009,5 水准测量高差的多值性,无论是大地测量还是工程测量，水准测量仍是目前测定高 差的主要方法，A、B两点之间的高差通常理解为分别过A及B的 两水准面之间的垂直距离。由于水准面之间的不平行性，由A点 沿不同水准路线测定的A、B两点之间的高差亦将是各不相同的。,如果将A、B两点之间的两条不同的水准路线构成一个闭合环，即使不考虑水准测量所含有的误差，闭合环的闭合差亦并不为零，即有 这种由于水准面不平行性所产生的闭合差可