斑点牛的笔记第1章 大地测量

第一章大地测量

1.1 概述：

1.1.1 现代大地测量特点：高精度，长距离，四维，多学科，地心，快速。

1.1.2 大地测量系统和框架：大地测量框架是大地测量系统的具体实现。大地测量系统包括

坐标系统，重力系统，高程系统，深度基准；大地参考框架包括：坐标框架，高程框架，重力框架。大地测量系统包括起算基准，尺度标准，实现方式。

1.1.3 大地测量坐标系统和大地测量常数：大地坐标系按原点分：地心坐标系和参心坐标

系；按表现形式分：空间直角坐标系和大地坐标系。大地测量常数分为基本常数和导出常数，基本常数唯一定义了椭球，导出常数便于应用；按属性分为几何常数和物理常数。4个大地测量基本常数：赤道半径a，地心引力常数GM，地球动力学形状因子J2，自转角速度（W）。

1.1.4 大地测量坐标框架：

1参心坐标框架：传统大地测量框架由天文大地网维持和实现，全国天文大地网即国家大地网一二等网，由于加测了天文经纬度，所以称为天文大地网，定义在54和80坐

坐标系和参心空间直角坐标系。

2地心坐标框架：国际地面参考框架（ITRF）：由国际地球自转服务局提供的，是国际地面参考系统（ITRS）的具体实现。它以甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR）、激光测月（LLR）、GPS、卫星多普勒定轨定位（DORIS）等技术为基础。2000国家大地控制网是定义在ITRS2000中的区域性地心坐标框架。区域性地心坐标框架一般三级构成：1，连续运行站构成的动态地心坐标框架，是主控制；2，与连续运行站联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架；3，加密大地控制点。

1.1.5 我国现行高程框架：现行高程基准是1985黄海高程基准，原点高程7

2.26，（位于青

岛观象山）以正常高系统传递。

水准高程框架由国家二期一等水准网以及国家二期一等水准复测的高精度水准控制网实现。框架点的现势性由一二等水准点的定期复测来控制。高程框架的另外一个形式是通过似大地最准面精化来实现。

1.1.6 重力参考框架：重力基准就是标定国家绝对重力值标准。重力参考系统就是采用的椭

球常数及其相应正常重力场。重力测量框架是指由绝对和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力尺度标准的长短基线。

50年代采用波茨坦重力基准，参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数，85网采用IGA75椭球常数；2000网采用GRS80椭球常数，联测了85网及中国地壳运动观测网络重力网，使用FG5绝对重力仪。

1.1.7 深度基准：我国采用理论深度基准，是苏联弗拉基米尔计算的理论最低低潮面。

1.1.8 时间系统：时间系统是建立在规定秒长的时间频率基准之上：包括时刻参考标准和时

间间隔尺度标准。实时服务（6小时以内），快速服务（12小时以内），事后服务（12）

1 世界时UT：地球自转周期为基础。

2 力学时DT：天体星历时间参数。

3 原子时AT：大地水准面上的铯原子内两个超精细结构能级跃迁辐射的电磁波周期为

基准，于1958年1月1日零时开始启用，是目前最准确的时间系统。

4 协调时UTC：世界时时刻和原子时秒长结合的时间系统。

5 GPS时GPST：由GPS星载原子钟和地面监控站原子钟组成的时间系统，和AT保持

19秒的差，并与1980年1月6日零时与UTC保持一致，由于GPS技术的广泛应用，通过与GPS信号来比对本地时间频率标准的情况越来越普遍，大大地计量传递过程的误差。

1.1.9 时间框架：时间框架是指特定覆盖区域内，通过授时，守时，时间频率测量等技术实

现和维持的时间系统，是时间系统的具体实现。

定义的历元协议地级及零子午线；地球定向参数EOP，定向随时间演变满足地壳无整体运动的约束条件。

1.1.11 坐标系转换：

1 参心：54坐标系：原点在苏联普尔科沃，椭球为克拉索夫斯基椭球，长半轴：6378245，

扁率1/298.3；80坐标系，原点在西安，IUGG推荐的1975椭球参数，长半轴6378140；

2 地心：WGS84：Z轴指向BIH1984.0定义的协议地级CTP，X轴指向BIH1984.0定义

的零子午线与CTP相应的赤道交点，Y轴垂直于XMZ平面，构成右手系。长半轴：6378137

2000国家大地坐标系：Z轴由原点指向历元2000地球参考级方向，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y与Z，X轴构成右手系。长半轴：6378137

##3 坐标转换：分为整体转换法，分区转换法。二维需要2个重合点，适合于小区域转换，分为平面四参数转换模型和二维七参数转换模型；三维3个重合点，适合于任何区域，Bursa七参数转换模型，三维七参数转换模型。

4 坐标残差：依据重合点的残差中误差来评估坐标转换精度。

V残差=重合点转换坐标-重合点已知坐标。

分量残差中误差Mx=+-√([vv]x)/(n-1)

点位残差中误差Mp=√（Mx*Mx+My*My+Mz*Mz）

四参数转换模型：x2=Δx+x1(1+m)cosa-y1(1+m)sina

y2=Δy+x1(1+m)cosa-y1(1+m)sina

(ΔxΔy为两个平移参数，a为旋转参数，m为尺度参数。)

Bursa七参数转换模型：x2=Δx+x1(1+m)-εy*z1+εz*y1

y2=Δy+y1(1+m)+εx*z1-εz*x1

z2=Δz+z1(1+m)-εx*y1+εy*x1

(ΔxΔyΔz为三个平移参数，εxεyεz为旋转参数，m为尺度参数。)

5 转换流程：1 收集整理重合点资料，2 选取用于转换的重合点，3 确定计算方法和转

换模型，4 计算转换参数，5 分析残差，根据转换残差剔除粗差，6 残差精度合格后计算最终转换参数并评估精度，7 根据转换参数计算目标坐标系坐标。

6 布尔沙适用于大范围，莫洛坚斯基用于小范围。不同大地坐标系之间转换，要先各自

转为空间直角坐标系，再通过三维模型求转换参数。

1.2 传统大地控制网

1.2.1 建设方法：三角测量，导线测量，边角测量，三边测量

1 三角测量：结构强度强，检核条件多，网状分布，控制面积大，精度高，地形限制小；

缺点是隐蔽地区布网困难，边长精度不均，加测起算数据可以弥补。

2 导线测量：布设灵活，边长精度均匀，应用普遍。缺点：几何条件少，结构强度低，

控制面积小。西藏地区天文大地网主要采用此法。

3 三边测量和边角法：只在特殊情况下使用。

1.2.2 三角网布设原则：

1 分级布网，逐级控制；

2 有足够精度；

3 有足够密度（1:5万3个点，1:2.5万2-3个

点，1:1万1个点）；4 有统一规格；5 保证精度和密度情况下可以跨级。

1.2.3 全国天文大地网整体平差：78年-84年。消除了分级分区平差的不利影响，建立了80

国家大地坐标系，为精化地心坐标系提供了条件。技术原则如下：1 地球椭球参数采用IAG75椭球参数；2 建立地心和大地两套椭球相同的坐标系统；3 80坐标系的椭球短轴应平行于地球质心指向1968.0地极原点（JYD）方向，首子午面平行于格林尼治子午面。椭球定位参数以我国范围内高程异常值平方和最小求定。

1.2.4 经纬仪和光电测距仪

1 经纬仪分为光学经纬仪，电子经纬仪，全站仪。

2 经纬仪指标

光学经纬仪指标

光电测距仪指标：短程<3km，中程3-15，长程15-60。归算到1km的标准差如下：

经纬仪检校：行业标准《光学经纬仪》，《全站仪电子速测仪》，《光电测距仪》。

1.2.5测水平角方法：方向观测法，三四等二等低标三角网；分组观测法，大于6个方向；

1.2.6三角点观测程序：

1 准备工作：安装仪器，确定仪器整置中心，测定归心元素，测伞，整置仪器，选择

零方向，编制观测度盘表。

2 开始观测：《国家三角测量和精密导线测量规范》

3 计算：离开本点前，完成对成果计算检查，埋封标石。

4 外业验算内容：

1 检查外业资料，观测手簿记簿、归心投影用纸；2编制已知数据表和绘制三角锁图；

3三角形近似球面边长计算，球面角超级算；4归心改正计算，并把观测方向值化至标石中央；5分组的测站平差；6三角形闭合差和测角中误差计算；7近似坐标和曲率改正计算；8极条件闭合差，基线条件闭合差，方位角条件闭合差计算

1.2.7垂直角观测方法：三角高程测量：中丝法，四测回；三丝法，两测回。

1.2.8高差计算公式：h=S*tg a+CS2+i-b

h=D*sin a+(1-C)*D2cos 2 a/2R+(1-H/R)+i-b

m=±0.025S

(s为平距，a为垂直角，c为球气差系数，i为仪器高，b为觇标高，H为照准点大地高，m为最不利情况下高差中数中误差m单位米，S单位千米)

1.2.9大气垂直折光系数：中午附近最小，较稳定；日出日落前后较大，变化快。可以通过选择观测时间，对向观测，提高观测视线高度，利用短边传算高程来减弱影响。

1 一端有已知方向的最弱边方位角中误差：

M=±√(m12+nm22) 不考虑已知点的话M=±√n*m2

2 两端有已知方向的最弱边方位角中误差

M=±（√2m12+(n+1)m22)/4 M=±√(n+1)*m2/2（）

(m1为已知方位角中误差，m2为折角观测中误差，n为折角个数)

1.2.11导线测量程序：1选点造标埋石

三四等用中程测距仪

分两个不同时间段。三四等采用方向观测法，其他要求和限差等同于三角测量。

4垂直角观测中丝法6测回，三丝法3测回。（三角测量时分别为4，2）

5 概算：检验外业质量为平差做准备。

1.3 GNSS连续运行基准网

1.3.1 构成：基准站，数据中心，通信网络。

1.3.2分类：国家基准站网，用于维持更新国家地心坐标参考框架，站间距100-200km；区

域基准站网，用于维持更新区域地心坐标参考框架，应与国家地心坐标参考框架保持一致，厘米级站间距不大于70km，分米级站间距大于70km；专业应用网，用于专业机构开展专业信息服务，宜与国家地心坐标参考框架建立联系网。

1.3.3 基准站建设：

1 技术设计：设计前收集相关图件资料及其他资料，在图上拟选站址，标注相关信息确

定位置名称编号。堪选完成后进行施工设计以及设备集成等设计。应提交技术设计方案以及点位设计图，站点位置信息表，施工设计图等资料

2 选址：1，环境条件：观测环境。（注意事项：10度以上地平高度角卫星通视条件，远

离多路径，电磁200m，避开振动不稳定带，应进行24小时实地环境测试，对于国家和区域基准站，数据可用度大于85%，多路径影响小于0.5m，对于专业应用网，按实际情况执行。）2，地质条件：基岩，站址地质稳定性，不易被水淹或地下水位变化不大。3，依托条件，便于接入通信网络，有稳定电源，交通便利，良好的土建条件，有建设用地和基础设施保障有良好的安全保障环境。4其他，周围重力点、大地控制点、

水准点联测。

3提交成果：1堪选技术报告2站点照片3用地文件4地质勘察证明5点之记6实地测试数据及分析7其他资料

4 ##不适合设立基准点地点：断层等地质不稳定带，地面局部变形地点，易受水淹或潮

湿地点，距铁路200m公路50m内等振动剧烈地点，附近有建设项目影响观测视线，多路径效应严重及高压线100m内通信设备等强磁场地点。

1.3.4基建：1观测墩：一般为钢混结构，分基岩，土层，屋顶。

2 观测室：面积不小于20平方；地基牢固，防水防雷防风防动物，电力线和信号

线分开埋设；温度和湿度要维持设备正常运转。

3 工作室：面积20平米左右，供人员管理使用。

4 防雷工程：包括防雷地网，防雷带，避雷针。按二类标准设计。

5 辅助工程：道路等室外工程以及管线敷设工程。

6 提交成果：工程概预算书，用地证明及建设许可证，土建过程照片，防雷检测

报告，竣工图，施工报告，点之记，测量标志保管书，建站工作技术总结，其

他建设资料。

1.3.5设备：

1接收机:1跟踪不少于24卫星；2至少1Hz采集数据能力；3观测数据：包括双频测距码，双频载波相位值，卫星广播星历；4-30到+55，湿度95%环境下正常工作能力；5具有外接频标输入口，可佩5或10mhz外接频标；6可接自动气象仪并存储数据；

2天线：1相位中心稳定性优于3mm；2具有抗多路径扼流圈或抑径板；3抗电磁能力；4定向指北标志；5-40到+65环境下正常工作；6极端地区应配防护罩。

3气象设备：1可连续测定气象元素；2气压测定精度0.1hpa，温度测定精度0.5度，湿度测定精度1%；3可设置采集间隔；4有数据通信接口；

4电源：1

4

5计算机及软件：1国家基准站应配备，其他看情况；2 符合工业标准；3 最少4个通信端口，包括rs232,usb,lan；4 具有连续存储一年1HZ观测数据能力；5 应用软件应有数据下载，格式转换，自动存储传输，设备监控能力；6 应选用商用软件或自行研制1.3.6 数据中心：数据管理系统，数据处理分析系统，产品服务系统，数据中心机房

1 数据管理系统：监控设备，管理源数据。

2 数据处理分析系统：处理分析源数据，生成成果。

服务内容包括位置服务，时间服务，气象服务，地球动力学服务，源数据服务

4 数据中心机房：

1 机房建筑：主体结构耐久抗震阻燃性材料；

2 机房供电：按设备总用电20-25%预留，

考虑应急照明系统的自动切换和消防系统的联动；3 空调系统：保障温度湿度通风符合设备需要；4 电涌防护：安装过压保护装置，设备接入端安装防雷系统和防电

涌系统；5 安防系统：安装消防设备，门禁

5 计算机与网络：1 根据数据管理需求配置计算机设备；2 根据数据产出容量配置存储

设备；3 接入的通信线路应选择专线，带宽不低于2M，条件允许下应配备备用链路；4 建立局域网，带宽不低于100M；5 接入设备选用安全认证的设备；6 符合国家计算机信息系统安全要求

3.7 数据通信网络

要求：1 TCP/IP；2 基准站接入端采用有线专线、无线扩频；数据中心接入端采用有线专线、卫星通信；3 数据中心到用户实时通信采用GSM、GPRS、CDMA、3G；4 数据中心到用户事后通信采用有线方式；

基准站接入端：1通信速率大于64k；2 误码率小于10-8 3 链路可用性大于95%

数据中心接入端1通信速率大于2M；2 误码率小于10-9 3 链路可用性大于98%；4 实时定位基准站数据中心最低接入带宽：64K*基准站数，基准站到数据中心通信

延迟应小于500ms，数据中心到用户延迟小于1s。

3.8 基准站网测试

1 基准站数据采集数据完整性；

2 数据传输稳定性，通信延迟大小；

3 数据中心对基准

站的监控能力；4 实时定位的覆盖范围和有效时间；5 产品的服务内容和精度指

标；6 其他内容

3.9 基准站网维护

1 保障全年每天24小时运行，必要时加报警系统；

2 定期进行设备检查，必要时设备

更新；3 定期与国际IGS站进行联测，维持坐标框架更新；4 对水准标志按照

国家水准联测纲要定期测定；5 对重力标石与国家重力基本网定期联测

1.4 卫星大地控制网

1.4.1 GNSS等级网：

1 A级由卫星定位连续运行基准站构成，用于建立国家一等大地网，全球性的地球动力

学研究，地壳形变测量，卫星精密定轨测量

2 B级用于建立国家二等大地网，建立地方或城市坐标基准框架，区域性的地球动力学

研究，地壳形变测量，精密工程测量。

3 C级用于建立国家三等大地网，以及区域，城市及工程测量控制网。

4 D级用于建立四等大地控制网。

5 E

##6 大地控制网：1 一等由卫星定位连续运行基准站构成，实现三维动态地心坐标的现势性和精度。地心坐标各分量中误差年均0.5mm，相对精度不低于10^-2ppm，坐

标年变化率中误差水平方向2mm，垂直方向3mm。应布设在一等水准点结点处。

2 二等对一二等水准稳定性监测，精化似大地水准面，为三四等提供起始数据。相

邻点水平分量5mm，垂直分量10mm，相对10^-1ppm，距离不超过50km。均匀布

设，考虑应用对水准网监测要求。复测周期5年，执行时间不超过2年。

3 三等省级控制网，满足基本比例尺测图需求，精化省级似大地水准面。相邻点水

平分量10mm，垂直分量20mm，相对1ppm，距离不超过20km。布设在三四等水

准路线上，根据需要复测。

4 四等为三等的加密，相邻点水平分量20mm，垂直分量40mm，相对10ppm，距

离不超过5km。根据需要复测。

5步骤如下：技术设计（收集资料，实地踏勘，图上设计，编写技术设计书），选

点，做标，埋石，观测，数据处理，质量控制。

6 同步环计算：同步环个数=（设计观测点数-1）/（同步仪器总数-1）

1.4.2 布设：1 技术设计

1 设计前收集测区范围已有卫星定位连续运行基准站、各种大地点位资料、地质资料，

以及测区总体建设规划和近期发展资料；2 设计时分析资料，实地勘察，图上设计。

还要制定与已有GPS连续运行基准站，国家三角点，水准点的联测方案；3 设计后提交野外踏勘技术总结和测量任务书与专业设计书

2 分区设计：相邻分区之间公共点至少要有4个。分区接收机总数要符合下表：

2 选址埋石

1 选点原则：1 B级必须选在一等水准路线结点或一等与二等水准结点处，应建于

基岩上，如水准点3km内无基岩，可以建在土层上；2 C级点应建于基岩上，

如无基岩可以选在土层上；3 均匀布设，满足gps观测条件和水准联测条件；

4 应得到土地管理者同意。

2 选点要求：1 人员由测绘工程师和地质师组成，充分了解测区信息；2 实地勘察；

3 选在能长期保存，满足观测拓展条件的地点，做好标记；

4 避开环境变化大，

地质不稳定地区，远离无线发射源，高压线至少200m；5 避开多路径影响，点

位周围保持高度角15度以上无遮挡，困难地区高度角大于15度遮挡物水平投

影范围总和不超过30度，50米内固定与变化反射体应标注在点之记环视图上；

6 必须绘制水准联测示意图；

7 提交选点图，点之记信息，实地选点情况说明，

对埋石的建议；

3 点的制作：B 基岩GPS、水准共用标石；C 基岩GPS、水准共用标石；土层GPS，

水准共用标石；E 基岩GPS、水准共用标石；土层GPS，水准共用标石；楼顶

GPS，水准共用标石

1.4.3 观测：土层点埋石结束一个雨季后，如冻土深度大于0.8m要经过一个冻解期，岩层标

石一个月后才可观测。

1 技术要求：1 最少卫星4颗；

2 采样间隔30s；

3 静态模式；

4 卫星截止角高度10

度；5坐标和时间系统WGS-84，UTC；6 时段时长：7 均用双频大地型GPS接收机

2 观测方案

1 基于GPS连续运行站的观测模式。

2 同步环边连接静态相对定位观测模式：同

步观测仪器台数大于等于5，异步环边数小于等于6，环长小于1500km。

3作业要求：1架设天线严格整平对中，对中误差不大于1mm，天线指向磁北，定向误差不大于5度。2 检查部件连接后开机；3 输入测站编号，天线高；4 每时段观

测前后各量取天线高，取自1mm，两次量高差不大于3mm。每时段前后要各记录

测站数据一次，时段长超过2小时时每次UTC整点增加一次观测记录，夜间放宽

到4小时；观测期间不应50m以内使用电台，10m以内使用对讲机；5 手簿必须

现场填写，严禁涂改；6 定时检查接收机信息，并在手簿记录；7 认真操作，严

防触碰遮挡；8 雷雨时关闭仪器，卸下天线，

4 数据下载存储：1 及时下载数据，立即转为RINEX格式，以检查数据完整性。2 每

天的原始数据和RINEX数据分存两个子目录，子目录命名方式采用“测站编号+

年代+该天年积日+D”，“测站编号+年代+该天年积日+R”（D表示原始观测数据，

R表示RINEX格式。）3 原始数据和RINEX数据保留到上交的数据检查验收完成

后，在不同介质上备份。

5 仪器维护：接收机室内存放期间定期通风，每隔1-2月通电检查一次，电池应保持满

电，外接电池按规定充放电。

1.4.4 外业数据处理

1数据质量检查：1 观测卫星数2 数据可利用率80% 3 L1、L2频率多路径影响应小于0.5m；4 接收机钟日频稳定性不低于10-8

2 外业数据质量检核：1 数据剔除率：同一时段观测值数据剔除率不高于10% 2 复

测基线的长度差：ds<=2√2m (m为相应级别基线中误差)，单点模式不进行基线

较差检查，同一点间不同时段应进行检查，较差不大于2√2m。3 三边同步环

中只有两边成果视为独立成果，第三边为其余两边代数和。同步环观测闭合差

应小于Wx，Wy，Wz<=(1/5)*√3m，对于更多同步观测而言，必须检查每个三

边同步环。4 独立环闭合差及附和路线闭合差：Wx，Wy，Wz<=3*√n*m,Ws<=3*

√(3n)*m

Ws=√(Wx*Wx+Wy*Wy+Wz*Wz)，n为闭合边数

3 GPS基线精处理结果检核

1 AB级网要检查基线分量和重复性：进行固定误差和比例误差拟合，来衡量基

线精度；2 B级网要各时间段较差：同基线不同时间较差；3 BC级网独立环闭

合差或附和路线闭合差、环线全长闭合差满足规定

4 平差：1提取基线向量原则：1 必须选取相对独立基线；2 选取的基线可以构成

闭合几何图形；3 选取质量最好，能构成边数较少的异步环，边长较短的

基线向量。

2三维无约束平差目的：1 判断有否粗差基线并处理之使符合要求；2调整各

基线向量观测值权数，使之相匹配；

3 约束平差和联合平差步骤：1 指定平差基准和坐标系；2 指定起算数据；3

检验约束平差质量；4 平差解算；5 可以根据需要在二维和三维空间

4 质量分析与控制指标：；1 基线向量改正数，用来判断粗差；2 相邻点中误

差和相对中误差，发现问题及时处理。

5 基线解算：AB网采用专用软件，采用精密星历；CDE采用随机配备的商用软件，

采用广播星历，BCDE均需加入对流层延迟修正；解算按同步观测时段为单位

进行，按多基线解时每个时段应提供一组独立基线向量及完全的方差协方差阵，

按单基线解时应提供每条基线分量及方差协方差阵；BC采用单差解，双差解，

DE15km以下的基线采用双差固定解，大于15km的采用双差固定解和双差浮

点解之中的最优解。

1.5 高程控制网

1.5.1布设原则及精度：1 原则：水准采用正常高系统。1985国家高程基准起算，青岛高程

原点72.26，布设原则高到低，整体到局部，逐级控制加密。

2 等级精度：1 一等：是骨干，地质稳定，沿路面平缓的交通路线布设成闭合环，成网

状，周长不大于东部地区1600km,西部地区2000km，山区和困难地区可放宽。15年复测一次，执行5年；2 二等：是基础，沿省县公路布设，特殊情况可以跨河跨铁路，平原丘陵不大于750km，山区和困难地区可放宽。20年复测；3 三四等直接用于测图和作为工程控制网，是一二等的加密，布设成附和路线，环线，结点网。4 单独三等（四等）附合路线长度不超过150（80）km,环线不超过200（100）Km，同级网结点距不超

M偶然为每公里往返偶然中误差M全为每公里往返全中误差

1.5.2 设计和布点：1 图上设计：收集相关资料，图上进行路线规划，路线避免通过大城市等

繁闹地区，避免跨过湖沼山河等障碍物。

2 实地选点：保证埋设标石稳定安全和长久保存

3 标石埋设：1 标石分基岩水准标石，基本水准标石，普通水准标石3类。2基岩水准标

石埋在一等结点，与岩层直接联系。每隔400km左右一座，大城市，国家重大工程，灾害多发区应增设，基岩较深地区可放宽，一省不少于4座。3基本水准标石埋在一二等及其结点，埋设在坚固岩层中。大中城市两侧，县以下所在地。每隔40km,发达地区20-30km,荒漠60km。4 普通水准标石每隔4-8km,发达地区2-4km,荒漠10km。应埋在地

面稳定利于观测保存的地点，跨河水准标尺附近，300m以上隧道两侧，山区高程变换点附近。

1.5.3 仪器选择：1水准ds05 ds1 ds3 ds5 对应等级水准的偶然中误差0.45 1 3 5。Ds的意思是

大地水准；2 一二等标尺用因瓦尺（线条式，条码式），J1经纬仪，三四用双面木质尺，J2经纬仪；3 一二三四等都必须用大地双频gps接收机，2级光电测距仪，

1.5.4 仪器检验：1 国家一二等水准测量规范（gb/t 12897-2006）国家三四等水准测量规范（gb/t

12898-2009）；2 作业期间，自动安平光学水准仪每天检验一次i角，气泡式每天上下午各检验一次i角，作业开始后7工作日内，若i角较为稳定，以后每隔15天检验一次。

数字水准仪整个作业期间每天工作前测定。

1.5.5 观测要求：依据前述规范执行。

1，温度要求，措施有:测前30分钟放于露天阴影下;测伞遮阳；搬站仪器罩；数字水准仪要预热不少于20次单次测量。2，置平要求，气泡式测前应测倾斜螺旋的置平零点作标记，随着气温随时调整零点，自动安平水准仪圆水准器要严格置平。3，脚架要求，两脚与路线平行，一脚轮换左右。4，标尺要求，仪器与前后标尺尽量呈一直线，不应为了增加标尺读数而把尺垫放于壕坑，高差大地区，要选择长度稳定，标尺名义米长度偏差和分划偶然误差较小的标尺。5，调微要求，转动倾斜螺旋和测微螺旋的最后旋动方向均应为旋进。6，往返要求，往返测的测站数都为偶数，两次测量应互换标尺，并重整仪器。7，其他要求，数字水准仪避免望远镜对准太阳，视线遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%，只能在厂家规定的温度下测量，确认振动源消失才能测量。8同测段往返测分别在上下午，若干里程的往返测可同时在上午或下午进行，一等不应超过总站数的20%二等不超过总站数的30%。9 日出后日落前半小时内，太阳中天2小时内不应进行观测。10 一二等观测光学水准仪顺序为，往测奇数站：后前前后，偶数站：前后后前，返测相反。数学水准仪：奇数站后前前后，偶数站前后后前。三等后前前后，四等后后前前11 三等中丝法往返测，有光学测微器和线条因瓦尺时也可以用单程双转点，四等中丝法单程，支线用单程双转点或往返测。单程双转点先右后左，每个转点两个尺台相距0.5m

1.5.6 主要限差。测站长度，视距差，视线高度，数字水准仪测量次数，往返测高差不符值，

闭合差，检验高差的限差执行前述规范，

1.5.7误差来源。

1，仪器误差：视准轴和水准轴不平行误差，标尺每米真长误差，标尺之间零点差。2，外界引起的误差：温度变化对i角的影响，大气垂直折光影响，脚架和尺台升降影响。3，观测误差：整平误差，照准误差，读数误差。4，客观因素误差：重力产生的误差等。数字水准仪主要是作业员照准标尺的调焦误差。

##2 消除误差：1 控制观测时间选择观测条件，2作业前把仪器放在阴凉处半小时，使用测伞，3 测站数设为偶数，奇数偶数站用相反观测程序，4 前后视距相等，视线离地面足够高，5 往返测按同一路线使用用一套仪器和尺承，6 客观误差通过改正数予以减弱。

1.5.8，外业计算。

1，数据检查，核对数据，满足限差要求。2，外业高差和概略高程表编算，三四等需加入标尺长度改正，正常水准面不平行改正，环闭合差改正。一二等在上述改正外还需加

3，误差计算：

1 每公里往返偶然中误差=±√[(往返高差不符值平方/测段长度)的总和/4*测段数]

它是各段的往返高差不符值的平方除以测段长，累加起来后再除以4倍测段数，然

后开方所得出的结果。每完成一条路线，应进行往返高差不符值和偶然中误差的计

算，路线长度小于100km，或路线上测段数不足20可纳入邻线一并计算。

2 每公里往返全中误差=±√[(改正后环闭合差的平方/环线周长)的总和/环数]

每完成一条附合或者闭合路线要计算闭合差，环数超过20个还需要按环闭合差计

算全中误差。

偶然和全中误差需满足规范限差要求，山区闭合环少于50个一等水准网全中误差

可放宽到1.2mm。

1.5.9，平差：1，原理。间接平差和条件平差，利用最小二乘法，求出改正数和平差值并对

观测值和改正数及其函数进行精度评定。（观测值权乘上观测值改正数的平方之总

和最小，[pvv]=最小）

2，观测值权的计算。水准测量中误差m=±μ√－L μ为每公里中误差，即以1

公里为单位权观测的单位权中误差。L为路线长度

权公式P=C/L c为任意常数，C的选择应使P便于使用。对于山地水准测量，

通常用测站数代替路线长度P=C/N

3，间接平差。利用起算数据，观测值及其权，根据结点平差值与起算数据，观测值

之间的关系，按最小二乘法，先求出结点高程平差值，再求出高差观测值改正数和

平差值，以及高程平差值及其函数的权倒数和中误差。当结点只有一个的时候，可

以用带权平均值方法直接求结点高程平差值，是为直接平差。实质上直接平差是只

有一个结点的间接平差。

间接平差步骤：1，确定未知数个数t,并选定t个函数独立的未知量为未知数。2，列出平差值和误差方程。3，列出未知数函数。4，组成误差方程系数表。5，组成法

方程组的系数，常数项，进行和检核。6，解出未知数，pvv,未知数函数的权倒数。

7，对解出结果进行检核。8，精度评定。

4，条件平差。利用起算数据，观测值及权倒数，根据之间的几何关系，按最小二乘法，

先求出各测段或各环高差的观测值改正数和平差值，再求各结点和其他水准点的高

程平差值，以及高差平差值及其函数的权倒数和中误差。（注意和间接平差的区别在

于结点和各段高差的平差顺序不同）单一附合或闭合路线是最简单的条件平差。

条件平差步骤：1，确定必要观测个数，即条件方程个数。2，列出数目足够且线性

无关的条件方程式。3，列出平差值函数。4，写出条件方程系数表。5，组成法方程

组的系数常数项，进行和检核。6，解算法方程组，求pvv及平差值函数的权倒数。

7，求出改正数v并检核。8，计算单位权中误差及函数中误差。

（两种平差步骤再理解一下并适当背一下）。

##1.5.10 1 流程：技术设计书，选点埋石，观测，数据处理。

2 二等水准观测：采用单一路线往返，分别上下午进行，若干里程往返可以同在上

午或下午进行，不超过总站数30%，三等可采用往返测或单程双转点方法。二等

数据处理以测站定权，三等以距离定权。二等加入水准标尺长度差改正，正常水

准面不平行改正，重力异常改正，日月引力改正；三等加入水准标尺长度差改正，

正常水准面不平行改正。

3成果提交：技术设计书，2 埋石技术总结，3 观测数据及成果，4 数据处理资料，

5 高程控制点成果，

6 技术总结，

7 图标，

8 检查验收报告。

1.5.11.1 一二等水准点命名：前面加等级，起止地名，编号，最后一位基本点加基（上下），道

路加道，如果是基准点，以所在地加基准点命名。

2 新设水准点离一二等水准点4km以内，三四等1km以内要联测。一等水准和高程大于

4000或平均高差150-250的二等水准需测重力。

3 一等水准内因含三个或以上卫星连续运行基准站，每个环线测量时间不超过2年

跨河视线长度小于300m时，视线高应不低于2m，大于500m时，不低于4倍根号S。

布设跨河场地应布成平行四边形，等腰梯形，大地四边形。海拔超过500m的地区不宜进行gps跨河水准，高差变化大于70m/km不宜进行一等gps跨河水准，130m/km 不宜进行二等。非跨河点偏离跨河轴线的垂距一等不大于1/50跨河距离，二等不大于1/25。跨河点距离小于2km同河岸非跨河点距跨河点2km为宜。一测回结束应间歇15-20分钟进行下一测回。全部测回上下午各占一半，如有夜间测量，白天和夜间比值1.3:1。.

1.6 重力控制网

1.6.1 重力网等级：分三级。国家重力基本网，国家一等重力网，国家二等重力点。此外，

还有国家级重力仪标定基线。

1，重力基本网由重力基准点，基本点，引点组成。基准点由多台多次高精度绝对重力仪测定。基本点和引点由多台相对重力仪测定与基准点联测。国家重力基准是由一定数量分布合理的重力基准点组成的重力基准网，构成全国重力基准框架。

2，一等网由一等重力点组成，由多台相对重力仪测定，与国家重力基准点或基本点联测

3，二等网是重力加密网，可由一台相对重力仪测定与国家基本重力点或一等重力点联测4，国家级重力仪标定基线主要是为了标定相对重力仪的格值。分长短基线两种。重力标

短基线联测段差平均值中误差不大于5-10-8m/s2

1.6.2，设计原则。根据国家绝对重力测量能力，确定基准网点数。均匀分布，周围没有大的

质量迁移，远离震动基岩。基本网应在全国构成多边形网，点距在500km左右，能满足一等重力点联测要求。一二等点距300km左右，由基本重力点联测引出，可附合（两点间），闭合（一点成环），恶劣条件下可支线。长基线控制全国重力差，南北设置，两端点重力差大于2000*10^-5米/秒^2,必须为基准点。短基线两端点重力差大于150*10^-5米/秒^2,段差相对误差应小于5*10^-5.，短基线至少一个端点与国家重力点联测。(注意基准网与基本网的区别)，国家重力基本网10年更新一次，执行时间不大于2年

1.6.3，加密网设计。主要是测定地球重力场精细结构，为各个领域提供重力异常，垂线偏差，

高程异常，空间扰动力场等提供重力数据。以测区已有各级重力点起算，按附合或闭合路线进行设计。加密重力测线附合或闭合时间一般不超过60小时，若测区控制点密度不够。可布设二等点，二等重力点相对于上层重力点中误差不大于0.3*10^-5m/s2。相对于起算点的联测中误差不得大于0.6*10-5m/s2，困难地区放宽到1.0*10-5m/s2.。

1，在全国建立5’*5’的国家基本网格的数字化平均重力异常模型

2，为精华大地水准面，采用天文，重力，gps水准测量确定全国范围的高程异常值。

3，为内插大地点求出天文大地垂线偏差

4，为国家一二等水准测量正常高系统改正。

1.6.4 选点埋石：

1 重力基准点：稳固的非风化基岩。远离震源，避开强磁电场，永久性观测室面积不

小于3*5m*m，天花板离仪器观测墩面不小于2m，保持干燥，稳定电源。观测墩石尺寸1.2*1.2*1，混凝土现场灌制与周围地面留0.1隔震槽填以泡沫，距墙壁不小于0.5m,观测墩之间应大于0.8m。

2 基本重力点及引点：选在机场附近，地基坚实稳定，安全僻静便于长期保存，远离

飞机跑道和公路，避开震源强磁，便于重力联测及坐标高程测定。观测墩石尺寸1*1*1，混凝土现场灌制，标石标定正北方向，墩面平整，标志镶嵌在中央。

3 一等重力点：机场与公路附近，同基本重力点。

4 短基线：至少由三个点组成，避免陡峭山崖，其他与基本点相同。

1.6.5 仪器：1 绝对重力仪fg5,标称2*10-8 ms-2 属于现代激光落体可移动式重力仪。

2 相对重力仪LCR（拉克斯特型）：基本重力点、一等重力点。20*10-8 ms-2 观测前通电

24小时，30分钟切断充电器换电池电源。电压不低于11.5v，静置的仪器必须晃动5分钟。

作业前或期间定期检验，每月一次或长距离搬运后：1光学位移灵敏度2正确读数线3横水准器4电子读数和检流计零位5电子灵敏度6光学位移线性度7电子读数线性度

3 二等重力点可用LCR或者石英弹簧重力仪：

检验：1面板位置2纵横水准器3亮线灵敏度4测量范围

4新出厂或者修理过的重力仪必须进行比例因子标定，用于作业的每两年标定一次。在国家长基线上进行，所选重力差覆盖工作区域读数范围，避免比例因子外推。每台仪器测量两个往返的独立结果，两基本点之间飞机联测较差40*10-8 ms，基准点和

同城的基本点之间汽车20*10-8 ms

1.6.6 相对重力仪性能试验：1 静态试验：在温度变化小无振动室内安置仪器，每半小时读

数，连续观测48小时，整个过程处于开摆状态，经固体潮改正，结合观测时间绘制静态零点漂移曲线，检查零漂线性度。

2 动态试验：动态试验应在段差不小于50×10-5ms-2、点数不少于10个的场地进行往返

对称观测，测回数不少于3个，每测回往返闭合时间不少于8小时。观测数据经固体潮及零漂改正后，计算各台仪器的段差观测值，计算各台仪器的动态观测精度m dy。

对于同一台仪器，如果每一测段的段差观测值的互差不大于m dy的2.5倍，可认为该仪器的零漂是线性的。

3 一致性试验，多台仪器一致性中误差小于2倍联测中误差。

1.6.7 重力观测：1绝对重力测量：每个测点不少于48组数据，每组下落不少于100次，合

格下落不少于80次，每组观测开始时间设置在整点或整30分，相邻组间隔0.5h，无效组超过8组或仪器停止工作4小时以上，前观测无效，必须重测；组成观测方程，解算落体初始位置观测重力值，进行固体潮，气压，极移，光速有限改正，进行观测高度改正后归化到墩面1.3m和墩面处，每个点总均值标准差5*10-8ms。四项检核：电子灵敏度、纵横水准泡、正确读数线、电子读数线性度。

2 基本重力点和一等重力联测：（一等重力联测测段数不超过5段，闭合或附和在两基本

点之间，可支一个点）采用对称观测，停放超过2小时重复观测以消除静态零漂，每条测线24小时内闭合，特殊48小时，每条测线计算一个联测成果。

3 二等重力点联测：闭合或附和的二等点不得超过4个，支点不超过2个。三程循环法，

36小时闭合，特殊48小时。一二等使用LCR重力仪，一等中误差不劣于25*10-8ms，二等不劣于250*10-8ms。

短基线仪器不少于6台，每台合格成果数不少于4个，总数不少于24个。

4 加密点联测：闭合时间不超过60小时，特殊84小时。

5 每个重力点必须测定平面坐标和高程，中误差不大于1m，加密点平面中误差相对于国

家大地控制点不大于100m，高程点1m，困难地区放宽到2m。

6 重力垂直梯度测定：第一次测时需测定垂直梯度和水平梯度。在墩面和离墩面1.3m处

测定，使用不少于两台相对重力仪，每台的合格成果不少于5组，段差平均值不少于3*10-8m/s2，按低高低或者高低高顺序为一个独立测线计算段差中误差。

7 观测：横水准器和磁北平行，开摆5分钟记录一组三个读数，互差不大于0.5格，超

限补读，仍超限重测，一组读数时间不少于3分钟，不超过8分钟。记录至整分，同向旋转读数轮。

1.6.8 重力测量数量计算：

1 绝对：1墩面或离墩面1.3高度处重力值计算；

2 每组观测重力值的平均值计算和精度

估算；3 总评均值计算机估算；4 重力梯度计算。

2 相对：1 初步观测值计算；2 零漂改正后的观测值计算

1.7 似大地水准面精化：

1.7.1 概述1 大地高=正常高+高程异常；大地高=正高+大地水准面差距。

2 方法：几何法，重力学法，组合法（几何和重力联合）。

1.7.2 设计：

1 原则：1 与国家基准结合：布设B级点，复测国家二等水准路线

2 全面建设地方基础网：布设一定密度，足够精度的C级网和二三等水准路线

3 充分利用已有数据：1:20万重力普查，1:5万DEM数据库（分辨率为25m）。

4 区域精化与全国似大地水准面精化目标一致。

2 区域似大地水准面精化精度指标：城市5cm，平原丘陵8cm，山区15cm，分辨率2.5

秒*2.5秒

3 误差来源：1 GPS测量误差；2 水准测量误差：C级网联测三等水准，每千米偶然中

误差3mm；3 重力测量误差：重力精度大部分优于0.5mG；4 DEM误差：格网间距500m时，影响为0.006m。

##4 精度：似大地水准面精度由格网平均高程异常相对于本区域各高程异常控制点的高程异常平均中误差表示。似大地水准面以一定分辨率的格网平均高程异常表示。分为国家似大地水准面（满足1:5万测图要求），省级似大地水准面（1：1万），城市似大地水准面（1:500）。分辨率和精度不超过图根控制点高程中误差（等高距1/10）。

国家高程异常坐标与高程精度不低于二等大地网和二等水准，省市相邻高程异常点与

高程异常控制点精度要求：用于精化国家，不低于B级GPS和二等水准点；省级和城市级，不低于C级GPS和三等水准点。

高程异常控制点布设原则：1，均匀分布于精化区域；2，具有代表性分布于不同地形类别，山地丘陵应适当加密；3，宜利用精度不低于《区域似大地水准面精化基本技术规定》规定精度的大地控制点和水准点；4，相邻高程异常控制点最大间距要符合要求。

5 检验：布设原则：1 点位均匀，不参与似大地水准面计算，不同地形类别边缘应布设；

2 城市似大地水准面相邻检验点间距不超过30km，总数不少于20个；省级似大地水

准面相邻检验点间距不超过100km，总数不少于50个；国家似大地水准面相邻检验点间距不超过300km，总数不少于200个；3 与高程异常控制点间距不小于格网间距；4 检验点应满足GPS观测与水准联测条件；5 利用旧点时，应进行检查是否满足要求。

6 精度评定：由似大地水准面精化模型计算的各检验点高程异常与实测高程异常不符值

计算的中误差作为似大地水准面精度。

7 流程：1 完成高程异常控制点GPS测量数据处理；2完成高程异常控制点水准测量数

据处理；3 计算高程异常控制点高程异常；4 收集重力资料与Dem资料，按格网平均重力异常计算要求处理数据；5 采用地形均衡重力归算等方法完成重力点的重力归算与格网平均重力异常计算；6 选择适当参考重力场模型，采用移去恢复技术完成重力似大地水准面计算；7 采用融合技术消除高程异常控制点与对应的重力似大地水准面

不符值，完成与国家高程系统一致的似大地水准面计算。

1.8 RTk：网络RTK：1 单基站，（半径30km）2 虚拟基站技术VRS，（40km）3 主副站技

术MAC（40km）。

1.9 大地数据库：1 国家省市三级

2 数据内容：1 参考基准，2 空间定位数据，

3 高程测量数据，

4 重力测量数据，

5 深度

基准，6 元数据。

3 数据组织原则：观测数据按控制网，数据内容进行分类组织，以数据文件为基本单元存

储；成果数据按成果类型进行分类，按控制网进行组织，以点为基本单元存储；文档资料据按控制网，文档技术类型进行组织，以文件为基本单元存储

4 数据类型：观测类，成果类，概要类，辅助类。

5 入库数据检查：数据正确性，完整性，逻辑关系正确性。