注冊測繪師培訓-大地測量

1、1,國家注冊測繪師考試 培訓教程 第一篇 大 地 測 量,武漢大學測繪學院,2,前 言,注冊測繪師資格考試大綱： 是注冊測繪師資格考試的國家標準 是考試命題的依據 是應試人員的必備指南 其內容和范圍體現(xiàn)了注冊測繪師運用所學專業(yè)知識，完成測繪工作的基本能力 考試科目分為三個科目： 測繪管理與法律法規(guī) 測繪綜合能力 測繪案例分析,3,【第一科目：測繪管理與法律法規(guī)考試目的】,考察測繪專業(yè)技術人員在測繪項目的管理中，運用法律法規(guī)、技術規(guī)范、技術標準解決實際問題的能力。,4,【第二科目：測繪綜合能力考試目的】,考察測繪專業(yè)技術人員運用測繪專業(yè)技術理論，分析、判斷和解決測繪項目實施過程中專業(yè)技術問題的能

2、力，以及處理測繪專業(yè)之間綜合性問題的能力。,前 言,5,【第三科目：測繪案例分析考試目的】,考察測繪專業(yè)技術人員運用測繪管理與法律法規(guī)、測繪綜合能力科目在實務應用時體現(xiàn)的綜合分析能力及實際執(zhí)業(yè)能力。,前 言,6,1.根據國家、區(qū)域和工程測量的不同需求，優(yōu)化設計滿足要求的衛(wèi)星定位連續(xù)運行參考站網、衛(wèi)星定位控制網、邊角控制網、高程控制網和重力控制網等空間框架基準，并應充分考慮到對似大地水準面精化工作的要求。 【要點】： 大地測量控制網的等級、分類、觀測技術（GPS,全站儀，水準儀）,技術方案設計。重點是：衛(wèi)星定位控制網、高程控制網、似大地水準面精化,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,全球定位系

3、統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,7,全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,8,全球定位系統(tǒng)測量規(guī)范 GB/T 18314-2009,9,2.根據不同作業(yè)區(qū)域的地質、環(huán)境、地物以及氣象等情況，選擇滿足設計要求的點(站)址，并建造適合該區(qū)域的測量標志。 【要點】： 選點：根據不同測量方法與手段，掌握選點準備、選點基本要求以及選點作業(yè)過程。,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,10,11,【大地測量考試基本要求解讀】 3.根據控制網的布設情況，編寫實施方案，選擇滿足設計要求的儀器設備，進行相應的儀器設備檢驗，并依據設計的作業(yè)方法進行外業(yè)觀測。對外業(yè)觀測數據進行檢核，獲得

4、合格的觀測成果。 【要點】： 1）項目實施方案； 2）外業(yè)觀測計劃（時間安排、儀器安排、人員安排）； 3）掌握“點連接”、“邊連接”、“同步環(huán)”、“異步環(huán)” 等概念。,前 言,12,4.根據觀測方法和工程項目的要求，選擇經過驗證、可靠的數據處理軟件對外業(yè)觀測數據進行處理，處理結果應符合設計的要求。 【要點】： 1）掌握不同觀測方法的數據處理軟件； 2）掌握導線網、水準網、GPS網平差原理和方法； 3） 限差規(guī)定,【大地測量考試基本要求解讀】,前 言,13,【大地測量考試基本要求解讀】 5.根據衛(wèi)星定位控制網的特點，依據工程需要進行似大地水準面(或高程異常模型)的精化工作，完成衛(wèi)星定位三維控制網

5、的建設。 【要點】： 1）熟悉似大地水準面精化的意義與目的； 2）熟悉似大地水準面精化的實施步驟和實現(xiàn)方法； 3）熟悉似大地水準面精化所用的資料。,前 言,14,【大地測量考試基本要求解讀】,6.根據作業(yè)區(qū)域的坐標系統(tǒng)情況，進行坐標系之間的分析，確定不同等級、不同年代控制網間的相互關系。 【要點】： 1）熟練掌握測量坐標系的定義（空間直角坐標、大地坐標、站心坐標、高斯平面直角坐標、城市獨立坐標以及施工坐標）； 2）熟練掌握1954年北京坐標系、1980西安坐標系、CGCS2000坐標系的相關內容； 3）熟練掌握不同坐標系之間轉換的實現(xiàn)方法（空間三維坐標轉換、二維平面坐標轉換）。,前 言,15,

6、【大地測量考試基本要求關鍵點】 1 大地測量控制網技術設計 2 選點、埋石 3 實施方案，外業(yè)觀測 4 數據處理 5 似大地水準面精化 6 坐標系及其轉換,前 言,16,第一部分 緒 論,17,指在一定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形狀及其重力場并監(jiān)測其變化，研究定位技術和方法，為人類活動提供關于地球的空間信息的一門學科。,大地測量學的定義,緒 論,18,緒 論, 主要任務 建立國家大地控制網(一等、二等、三等、四等大地控制網) 主要作用 （1）為大規(guī)模地形圖測制及各種工程測量提供高精度的平面控制和高程控制； （2）為空間科學技術和軍事用途提供精確的點位坐標、距離、方位及地球重力資料；

7、（3）為研究地球形狀和大小、地殼形變及地震預報等科學問題提供資料。,19,測量技術 三角測量 天文測量 導線測量 重力測量 慣性測量 水準測量 衛(wèi)星大地測量（GPS,VLBI),緒 論,20,第二部分 大地測量系統(tǒng)與參考框架,21,坐標系統(tǒng)與參考框架,大地測量系統(tǒng)與參考框架的描述 大地測量系統(tǒng)： 規(guī)定了大地測量的起算基準、尺度標準及其實現(xiàn)方式（理論、模型與方法）。 大地測量參考框架： 通過大地測量手段，按大地測量系統(tǒng)規(guī)定的模式，構建的固定在地面上的點所構成的大地網，是大地測量系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。 大地測量系統(tǒng)是總體概念，大地測量參考框架是大地測量系統(tǒng)的具體應用形式。,22,大地測量系統(tǒng)： 坐標系統(tǒng)

8、 高程系統(tǒng) 重力參考系統(tǒng),大地測量參考框架： 坐標參考框架 高程參考框架 重力參考框架,坐標系統(tǒng)與參考框架,23,定義： 原點：位于參考橢球體中心 Z 軸：橢球的旋轉軸，與地球的自轉軸平行 X 軸：指向大地子午面與赤道面的交點 Y 軸：與X和Z軸正交，構成右手坐標系。,1）參心坐標系統(tǒng),2. 1 坐標系統(tǒng)與坐標參考框架,1 坐標系統(tǒng),坐標系統(tǒng)與參考框架,24,參心坐標系的建立： 建立地球參心坐標系，需如下幾個方面的工作： 選擇或求定橢球的幾何參數(半徑a和扁率) 確定橢球中心的位置(橢球定位) 確定橢球短軸的指向(橢球定向) 建立大地原點,坐標系統(tǒng)與參考框架,25,大地原點也叫大地基準點或大地

9、起算點，參考橢球參數和大地原點上的起算數據的確立是一個參心大地坐標系建成的標志.,大地原點和大地起算數據,坐標系統(tǒng)與參考框架,26,1954年北京坐標系 1954年北京坐標系可認為是前蘇聯(lián)1942年坐標系的延伸。它的原點不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃。相應的橢球稱為克拉索夫斯基橢球。 1954年北京坐標系的缺限: 橢球參數有較大誤差。 參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性傾斜，在東部地區(qū)大地水準面差距最大達+68m。 幾何大地測量和物理大地測量應用的參考面不統(tǒng)一。 定向不明確 。,坐標系統(tǒng)與參考框架,27,1980西安坐標系,采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會IUGG第

10、16屆大會上推薦的4個橢球基本參數： 長半徑 a=6378140m 地心引力常數 GM=3.986 0051014 m3/s2 重力場二階帶球諧系數J2 =1.082 6310-8 自轉角速度 =7.292 11510-5 rad/s 在1954年北京坐標系基礎上建立起來的。 橢球面同似大地水準面在我國境內最為密合，是多點定位。,定向明確。橢球短軸平行于地球質心指向地極原點 的方向 大地原點地處我國中部，位于西安市以北60 km 處的涇陽縣永 樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。 大地高程基準采用1956年黃海高程系 。,坐標系統(tǒng)與參考框架,28,地心坐標系統(tǒng)滿足以下四個條件： 原點位于整個地球質心（包括海洋

11、和大氣）。 尺度是相對論意義下某一局部地球框架內的尺度。 定向為國際時間局測定的某一歷元的協(xié)議地極和零子午線，稱為地球的定向參數EOP。 定向隨時間的演變滿足地殼無整體的約束條件。 通俗化的定義： 原點位于地球質心 Z軸與X軸的定向某一歷元的EOP參數確定 Y軸與X、Z軸正交，構成空間右手坐標系,2）地心坐標系統(tǒng),坐標系統(tǒng)與參考框架,29,1）參心坐標參考框架 傳統(tǒng)測量坐標框架是由天文大地網來實現(xiàn)的，一般定義在參心坐標系中，是一種區(qū)域、二維、靜態(tài)的地球參考框架。 20世紀5080年代，我國建立了： 1954北京參心坐標參考框架； 1980西安參心坐標參考框架。,2. 坐標參考框架,坐標系統(tǒng)與參

12、考框架,30,2）地心坐標參考框架,（1)國際地球參考框架ITRF, ITRF是ITRS 的具體實現(xiàn),是由IERS中心局IERS CB利用VLBI、LLR、SLR、GPS和DORIS等空間大地測量技術的觀測數據分析得到的一組全球站坐標和速度 自1988年起，IERS已經發(fā)布ITRF88、ITRF89、ITRF90、ITRF91、 ITRF92、ITRF93、ITRF94、ITRF96、ITRF97、ITRF2000、ITRF2005等全球參考框架。,坐標系統(tǒng)與參考框架,31, ITRF是通過框架的定向、原點、尺度和框架時間演變基準的明確定義來實現(xiàn)的。 目前ITRF是全球公認的應用最廣泛、精度最

13、高的地心坐標框架。,坐標系統(tǒng)與參考框架,32,33,（2) WGS84世界大地坐標系,WGS84的全稱是World Geodetic System 1984，即世界大地坐標系-1984，它是一個地心地固坐標系統(tǒng)，是GPS使用的坐標系。 WGS84坐標系的幾何意義是：坐標系的原點位于地球質心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，x軸指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交點，y軸通過右手規(guī)則確定。,坐標系統(tǒng)與參考框架,34,WGS84分別在1994、1996、2002年進行更新，得到WGS84(G730)、 WGS84(G873)、WGS84(G1150) 更新后

14、的WGS84(G1150)的站坐標與ITRF2000框架的站坐標差異為幾個厘米。,35,國務院批準自2008年7月1日啟用我國的地心坐標系2000國家大地坐標系，英文名稱為China Geodetic Coordinate System 2000，英文縮寫為CGCS2000。 用810年的時間，完成現(xiàn)行國家大地坐標系向2000國家大地坐標系的過渡和轉換。,（3）CGCS2000坐標系,坐標系統(tǒng)與參考框架,ITRF97(2000.0),36,我國于2004年完成“2000國家GPS控制網”計算。該網包含: 國家測繪局布設的高精度GPS A、B級網； 總參測繪局布設的GPS 一、二級網； 國家地震

15、局、總參測繪局、中國科學院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網絡的基準網、基本網和區(qū)域網。 2000國家GPS網共有28個連續(xù)運行參考站，2500多個GPS網點組成，將數據統(tǒng)一歸算到ITRF97(2000.0)，是我國新一代的地心坐標參考框架.,坐標系統(tǒng)與參考框架,37, 參考框架和歷元的統(tǒng)一, 2000網的參考框架ITRF97 參考歷元為 2000.0,長半軸 a =6378137.0 m 地球含大氣層引力常數 GM=3986004.418108m3s-2 地球的動力形狀因子 J2 = 1.082629832258 地球自轉角速度 =7292115.010-11rad s-1, 參考橢球4個

16、基本常數,坐標系統(tǒng)與參考框架,38,地殼運動觀測網絡基準網,39,GPS大地控制網概況,我國先后建成四個較大規(guī)模的GPS大地網,一、二級網,A、B級網,形變監(jiān)測網,地殼運動觀測網絡,框架：ITRF96 歷元：1997.0 精度約為：3*10-8,框架：ITRF93 歷元：1996.365 精度約為：10-7,框架：ITRF96 歷元： 1996.582 精度約為：10-8,框架：ITRF96 歷元：1998.680 精度優(yōu)于2mm,40,2000中國GPS大地網,41,幾種常用的參考橢球參數,坐標系統(tǒng)與參考框架,42,2. 2 高程系統(tǒng)與高程框架 高程基準 區(qū)域性高程基準可以由驗潮站的長期平均

17、海水面來確定，通常定義該平均海水面的高程為零。平均海水面通常作為高程基準面 在地面上預先設置一固定點（組），利用精密水準測量聯(lián)測固定點與該平均海水面的高差，從而確定該固定點（組)的海拔高程。該固定點稱為水準原點。水準原點的高程就是區(qū)域性水準測量的起算點。,國家高程基準： 黃海平均海水面 1987年以前, “1956年黃海高程系”水準原點高程為72.289m 1988年1月1日起, “1985國家高程基準” 水準原點的高程為72.260.,高程系統(tǒng)與高程框架,43,在測量中常用的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。,大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。某點的大地高是該點到通過該點

18、的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。同一個點，在不同的基準下，具有不同的大地高。,正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。某點的正高是該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離。,正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng)。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離。,高程系統(tǒng),國家高程系統(tǒng): 正常高高程系統(tǒng),高程系統(tǒng)與高程框架,44,2. 3 重力參考系統(tǒng)與重力測量框架,重力基準和參考系統(tǒng) 重力基準是標定一個國家或地區(qū)重力值的標準。20世紀70年代以前我國采用波茨坦重力基準，重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數。80年我國重力基準采用經國際比對的高精度相對重力儀自行測定，參考系統(tǒng)是IAG-75橢球常數。21世紀初，我國采用高精度絕對和相對重力儀測定我國新的重力基準，目前重力基準的參考系統(tǒng)采用GRS80橢球常數。,重力系統(tǒng)與重力框架,45, 重力測量參考框架 由分布在我國各地的若干絕對重力點和相對重力點構成的重力網，以及用做相對重力尺度標準的若干重力長短基線構成。 重力測量參考框架的現(xiàn)狀 名稱：2000國家重力基本網（簡稱200