最新椭球面上几种曲率半径

(完整版)中南大学《大地测量学基础》考试复习要点

1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。 2大地测量学的基本内容 (1)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。研究月球及太阳系行星的形状及重力场。 (2)建立和维持国家和全球的天文大地水平控制网、工程控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。 (3)研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关大地测量计算。 (4)研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 3大地测量学的基本体系：几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学 （1)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。 (2)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。 (3)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。 4现代大地测量的特征： ⑴研究范围大（全球：如地球两极、海洋） ⑵从静态到动态，从地球内部结构到动力过程。 ⑶观测精度越高，相对精度达到10-8~10-9，绝对精度可到达毫米。 ⑷测量与数据处理周期短，但数据处理越来越复杂。 5大地测量学的发展简史：地球圆球阶段地球椭球阶段大地水准面阶段现代大地测量新阶段 6大地测量的展望 (1)全球卫星定位系统(GPS)，激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI),惯性测量统(INS)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术 (2)用卫星测量、激光测卫及甚长基线干涉测量等空间大地测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地测量控制网，是确定地球基本参数及其重力场，建立大地基准参考框架，监测地壳形变，保证空间技术及战略武器发展的地面基准等科技任务的基本技术方案。(3)精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标.

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。积累对不同高度和不同倾角的卫星的长期（数年）观测资料，可以综合解算地球的几何参数和物理参数，以及地面跟踪站相对于地球质心的几何位置。 2、大地测量学的任务 ·确定地球形状及其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（包括地壳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。 ·研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。 ·建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要。 ·研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。 ·研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算。 ·研究大规模、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，测量数据库建立及应用等。

大地测量学知识点整理

第一章 大地测量学定义 广义：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。 狭义：大地测量学是测量和描绘地球表面的科学。包含测定地球形状与大小，测定地面点几何位置，确定地球重力场，以及在地球上进行必须顾及地球曲率的那些测量工作。 大地测量学最基本的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等行星体的空间信息。 P1 P4 P6(了解几个阶段、了解展望) 大地测量学的地位和作用： 1、大地测量学在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用 2、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独具风貌的特殊作用 3、大地测量是发展空间技术和国防建设的重要保障 4、大地测量在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要 5、大地测量学是测绘学科的各分支学科（其中包括大地测量、工程测量、海洋测量、矿山测量、航空摄影测量与遥感、地图学与地理信息系统等）的基础科学 现代大地测量学三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学、空间大地测量学 第二章 开普勒三大行星运动定律： 1、行星轨道是一个椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上 2、行星运动中，与太阳连线哎单位时间内扫过的面积相等 3、行星绕轨道运动周期的平方与轨道长半轴的立方之比为常数 地轴方向相对于空间的变化（岁差和章动）（可出简答题） 地轴相对于地球本体内部结构的相对位置变化（极移） 历元：对于卫星系统或天文学，某一事件相应的时刻。 对于时间的描述，可采用一维的时间坐标轴，有时间原点、度量单位（尺度）两大要素，原点可根据需要进行指定，度量单位采用时刻和时间间隔两种形式。 任何一个周期运动，如果满足如下三项要求，就可以作为计量时间的方法： 1、运动是连续的 2、运动的周期具有足够的稳定性 3、运动是可观测的 多种时间系统 以地球自转运动为基础：恒星时和世界时 以地球公转运动为基础：历书时→太阳系质心力学时、地球质心力学时 以物质内部原子运动特征为基础：原子时 协调世界时（P23） 大地基准：建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向（椭球旋转轴平行于地球的旋转

大地测量习题教学内容

大地测量习题

第一章绪论 1.大地测量学的定义是什么? 答：大地测量学是关于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。2．大地测量学的地位和作用有哪些？答：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；在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用；是发展空间技术和国防建设的重要保障；在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。 3．大地测量学的基本体系和内容是什么？答：大地测量学的基本体系由三个基本分支构成：几何大地测量学、物理大地测量学及空间大地测量学。基本内容为： 1.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(包括地壳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； 2.研究月球及太阳系行星的形状及重力场； 3.建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网、工程控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要； 4.研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等； 5.研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算； 6.研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 4.大地测量学的发展经历了哪几个阶段？答：大地测量学的发展经历了四个阶段：地球圆球阶段、地球椭球阶段、大地水准面阶段和现代大地测量新时期。 5. 地球椭球阶段取得的主要标志性成果有哪些？答：有：长度单位的建立；最小二乘法的提出；椭球大地测量学的形成，解决了椭球数学性质，椭球面上测量计算，以及将椭球面投影到平面的正形投影方法；弧度测量大规模展开；推算了不同的地球椭球参数。 6.物理大地测量标志性成就有哪些？答：有：克莱罗定理的提出；重力位函数的提出；地壳均衡学说的提出；重力测量有了进展，设计和生产了用于绝对重力测量的可倒摆以及用于相对重力测量的便携式摆仪。极大地推动了重力测量的发展。 7.大地测量的展望主要体现在哪几个方面？答：主要体现在：（1）全球卫星定位系统(GPS)，激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI), 惯性测量统(INS)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术；（ 2）用卫星测量、激光测卫及甚长基线干涉测量等空间大地测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地测量控制网，是确定地球基本参数及其重力场，建立大地基准参考框架，监测地壳形变，保证空间技术及战略武器发展的地面基准等科技任务的基本技术方案；（ 3）精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标。 第二章坐标系统与时间系统1．何谓椭球局部定位和地心定位？答：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。局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。 2．椭球定向的两个条件是什么？答：椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件:①椭球短轴平行于地球自转轴；②大地起始子午面平行于天文起始子午面。这两个平行条件是人为规定的，其目的在于简化大地坐标、大地方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算。 3．建立地球参心坐标系，需要进行哪几项工作？需满足哪些条件？答：建立地球参心坐标系，需进行如下几个方面的工作：①选择或求定椭球的几何参数(长半径a和扁率α)

椭球面上的常用坐标系及其相互关系

§6.2 椭球面上的常用坐标系及其相互关系 6.2.1大地坐标系 P 点的子午面NPS 与起始子午面NGS 所构成的二面角 L ， 叫做P 点的大地经度，由起始子午面起算，向东为正，叫东经（0°～180°），向西为负，叫西经（0o ～180°）。 P 点的法线Pn 与赤道面的夹角B ， 叫做P 点的大地纬度。由赤道面起算，向北为正，叫北纬（0°～90°）；向南为负，叫南纬(0°～90°)。 大地坐标系是用大地经度L 、大地纬度B 和大地高H 表示地面点位的。过地面点P 的子午面与起始子午面间的夹角叫P 点的大地经度。由起始子午面起算，向东为正，叫东经（0°~180°），向西为负，叫西经（0°~-180°）。过P 点的椭球法线与赤道面的夹角叫P 点的大地纬度。由赤道面起算，向北为正，叫北纬（0°~90°），向南为负，叫南纬（0°~-90°）。从地面点P 沿椭球法线到椭球面的距离叫大地高。大地坐标坐标系中，P 点的位置用L ,B 表示。如果点不在椭球面上，表示点的位置除L ,B 外，还要附加另一参数——大地高H ，它同正常高正常H 及正高正H 有如下关系 ?? ???+=+=)() (大地水准面差距高程异常正正常N H H H H ζ 6.2.2空间直角坐标系 以椭球体中心O 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 ，在该坐标系中，P 点的位置用Z Y X ,,表示。 地球空间直角坐标系的坐标原点位于地球质心（地心坐标系）或参考椭球中心（参心坐标系），z 轴指向地球北极，x 轴指向起始子午面与地球赤道的交点，y 轴垂直于XOZ 面并构成右手坐标系。 6.2.3子午面直角坐标系 设P 点的大地经度为L ，在过P 点的子午面上，以子午圈椭圆中心为原点，建立y x ,平面直角坐标系。在该坐标系中，P 点的位置用L ,y x ,表示。

大地测量学复习资料

1.垂线同总地球椭球(或参考椭球)法线构成的角度称为绝对(或相对)垂线偏差 2.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 3.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。 4.以格林尼治平子夜为零时起算的平太阳时称为世界时 5.原子时是一种以原子谐振信号周期为标准 6.归算：就是把地面观测元素加入某些改正，使之成为椭球面上相应元素。 7.把以垂线为依据的地面观测的水平方向值归算到以法线为依据的方向值而加的改正定义为垂线偏差改正 7.大地线椭球上两点间的最短程曲线。 8.设椭球面上P点的大地经度L，在此子午面上以椭圆中心O为原点建立地心纬度坐标系; 以椭球长半径a为半径作辅助圆，延长Ｐ２Ｐ与辅助圆相交Ｐ１点，则OP１与x轴夹角称为P点的归化纬度u。 9.仪器加常数改正因测距仪、反光镜的安置中心与测距中心不一致而产生的距离改正，称仪器加常数改正,包括测距仪加常数和反光镜加常数。 10.因测距仪的基准频率等因素产生的尺度参数成为乘常数。 11.基本分划与辅助分划相差一个常数301.55cm，称为基辅差，又称尺常数 12．控制网可靠性：控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差的影响13.M是椭球面上一点，MN是过M的子午线，S为连接MP的大地线长，A为大地线在M点的方位角。以M为极点；MN为极轴；P点极坐标为（S, A) ?一点定位,如果选择大地原点：则大地原点的坐标为： ?多点定位,采用广义弧度测量方程 1954年北京坐标系可以认为是前苏联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。相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。 1954年北京坐标系的缺限: ①椭球参数有较大误差。 ②参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的倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。 ③几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。我国在处理重力数据时采用赫尔默特1900～1909年正常重力公式，与这个公式相应的赫尔默特扁球不是旋转椭球，它与克拉索夫斯基椭球是不一致的，这给实际工作带来了麻烦。 ④定向不明确。 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 及其他星体的一门学科。（研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科）。现代定义精确测定地面点的空间位置，研究如何确定地球形状、大小和地球外部重力场的精细结构及重力场随时间的变化，探索地球动力学的一门科学。 2.大地测量学的基本体系：1、应用大地测量学，2、椭球大地测量学、3、大地天文测 量学，4、大地重力测量学，5、测量平差。 3.大地测量学的基本内容：1、建立统一的大地测量坐标系，2、建立和维持国家和全球 大地控制网，3、研究为获得高精度测量成果的仪器和方法，4、研究数据处理的理论的方法。 4.岁差: 地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向的长期性运动.章动：地球瞬时自转轴

第四部分 控制测量练习(7。椭球面计算)

第七章 椭球面上的测量计算 1．试写出椭球的基本元素及其基本关系式。 2．在控制测量的椭球解算中，常引用下列符号：t 、η、W 、V ，试问它们之间函数关系的一个基本共同特点是什么？ 3．我国解放后主要采用哪两种参考椭球?其主要参数是什么? 4．绘图并说明表示椭球面上点位的三种常用坐标系统。 5．在报纸上经常看到X X 号轮船在东经XXX 度，北纬X X 度遇险一类的报导，试问这是指的什么坐标系，为什么? 6．写出参考椭球体的五个基本元素及相互间的关系。 7．什么叫子午圈？什么叫平行圈？ 8．参考椭球体扁率的变化，椭球体的形状发生怎样的变形？ 9．简要说明并图示地面某一点的大地高、正常高以及大地水准面差距的几何意义。 10．什么是大地测量的基本坐标系？有何优点？ 11．画图表示地心纬度坐标系和归化纬度坐标系，这两种坐标系在大地测量中有何意义？ 12．用公式表示空间直角坐标系和大地坐标系之间的关系。 13．何为大地纬度、归化纬度、地心纬度？三者间有何关系？ 14．简要叙述M 、N 、R 三种曲率半径之间的关系。 15．大地坐标系和天文坐标系各以什么作基准面和基准线？ 16．试推证卯酉圈、子午圈曲率半径的计算公式。 17．B ≠00的平行圈是否有可能是法截线？为什么？ 18．卯酉圈曲率半径N 与子午圈曲率半径M 何时有最大值？何时有最小值？ 19，为什么说任意方向法截线曲率半径A R 随A 的变化是以900为周期的？这一结论对椭球问题的解算有什么意义？ 20．什么是法线？什么是法截面？它们对椭球解算有什么意义？ 21．当椭球元素确定之后，椭球面上任意方向法截线曲率半径的计算值取决于哪两个变量？为什么？ 22．已知欧拉公式： A N A M R A 22sin 1cos 11+= 试由椭球基本元素及公式出发，用两种方法导出计算任意方向法截线曲率半径A R 的公式和平均曲率半径R 的公式。 23．研究平均曲率半径R 对椭球解算有何意义？在我国中纬度地区R 与A R 的最大差异是多少？试将它对距离化算（用R 代替A R ）的影响作一定量分析。 24．在推导计算子午线弧长公式时，为什么要从赤道起算？若欲求纬度B 1和B 2间的子午线弧长(21B B ≠≠00)，如何计算？

几种主要的椭球公式

§6.3 几种主要的椭球公式 过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面的法线，包含这条法线的平面叫做法截面，法截面同椭球面交线叫法截线（或法截弧）。包含椭球面一点的法线，可作无数多个法截面，相应有无数多个法截线。椭球面上的法截线曲率半径不同于球面上的法截线曲率半径都等于圆球的半径，而是不同方向的法截弧的曲率半径都不相同。 6.3.1子午圈曲率半径 子午椭圆的一部分上取一微分弧长ds DK =， 相应地有坐标增量dx ，点n 是微分弧dS 的曲率中 心，于是线段Dn 及Kn 便是子午圈曲率半径M 。 任意平面曲线的曲率半径的定义公式为： dB dS M = 子午圈曲率半径公式为： 32)1(W e a M -= 3V c M = 或 2 V N M = M 与纬度B 有关．它随B 的增大而增大，变化规律如下表所示： 6.3.2卯酉圈曲率半径 过椭球面上一点的法线，可作无限个法截 面，其中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称为卯酉圈。在图中 E PE '即为过P 点的卯酉圈。卯酉圈的曲率半径 用N 表示。 为了推导N 的表达计算式，过P 点作以O ' 为中心的平行圈PHK 的切线PT ，该切线位于垂 直于子午面的平行圈平面内。因卯酉圈也垂直于 子午面，故PT 也是卯酉圈在P 点处的切线。即 PT 垂直于Pn 。 所以PT 是平行圈PHK 及卯酉圈E PE '在P 点处的公切线。 卯酉圈曲率半径可用下列两式表示：

W a N = V c N = 6.3.3 任意法截弧的曲率半径 子午法截弧是南北方向，其方位角为0°或180°。卯 酉法截弧是东西方向，其方位角为90°或270°。现在来讨 论方位角为A 的任意法截弧的曲率半径A R 的计算公式。 任意方向A 的法截弧的曲率半径的计算公式如下： A B e N A N R A 22222cos cos 1cos 1'+=+=η （7-87） 6.3.4 平均曲率半径 在实际际工程应用中，根据测量工作的精度要求，在一定范围内，把椭球面当成具有适当半径的球面。取过地面某点的所有方向A R 的平均值来作为这个球体的半径是合适的。这个球面的半径——平均曲率半径R ： MN R = 或 )1(2222e W a V N V c W b R -==== 因此，椭球面上任意一点的平均曲率半径R 等于该点子午圈曲率半径M 和卯酉圈曲率半径N 的几何平均值。 6.3.5 子午线弧长计算公式 子午椭圆的一半，它的端点与极点相重合；而赤道又把子午线分成对称的两部分。 如图所示，取子午线上某微分弧dx P P ='，令P 点纬度为B ， P '点纬度为dB B +，P 点的子午圈曲率半径为M ，于是有： MdB dx = 从赤道开始到任意纬度B 的平行圈之间的弧长可由下列积分求 出： ?=B MdB X 0 式中M 可用下式表达： B a B a B a B a a M 8cos 6cos 4cos 2cos 86420+-+-=

(整理)地球椭球的基本几何参数及相互关系

§7.1地球椭球的基本几何参数及相互关系 7.1.1地球椭球的基本几何参数 地球椭球 参考椭球 具有一定的几何参数、定位及定向的用以代表某一地区大地水准面的地球椭球叫做参考椭球。地面上一切观测元素都应归算到参考椭球面上，并在该面上进行计算，它是大地测量计算的基准面，同时又是研究地球形状和地图投影的参考面。 有关元素 O 为椭球中心； NS 为旋转轴； a 为长半轴； b 为短半轴； 子午圈（或径圈或子午椭圆）； 平行圈（或纬圈）； 赤道。 旋转椭球的形状和大小是由子午椭圆的五个基本几何参数（元素）来决定的，即： 椭圆的长半轴： a 椭圆的短半轴： b 椭圆的扁率： α=-a b a (7-1)

椭圆的第一偏心率： a b a e 22-= (7-2) 椭圆的第二偏心率： b b a e 22 -=' (7-3) 其中：a 、b 称为长度元素； 扁率α反映了椭球体的扁平程度，如α=0时，椭球变为球体；α=1时，则为平面。 e 和e /是子午椭圆的焦点离开中心的距离与椭圆半径之比，它们也反映了椭球体的扁平程度，偏心率越大，椭球愈扁。 五个参数中，若知道其中的两个参数就可决定椭球的形状和大小，但其中至少应已知一个长度元素（如a 或b ），人们习惯于用a 和α表示椭球的形状和大小，便于级数展开。引入下列符号： b a c 2 = tgB t = B e 222cos '=η (7-4) 式中B 为大地纬度，c 为极曲率半径（极点处的子午线曲率半径）， 两个常用的辅助函数，W 第一基本纬度函数，V 第二基本纬度函数， B e V B e W 2222cos 1sin 1'+=-= (7-5) 传统大地测量利用天文大地测量和重力测量资料推求地球椭球的几何参数，自1738年（法国）布格推算出第一个椭球参数以来，200多年间各国大地测量工作者根据某一国或某一地区的资料，求出了数目繁多，数值

大地测量学复习资料

1.垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹 角定义为该点的垂线偏差。 2.参考椭球：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，叫参考椭球。 3.大地线：椭球面上两点间的最短程曲线叫做大地线。 4.力高：水准面在纬度45度处的正常高。 5.大地主题解算：已知某些大地元素推求另一些大地元素的计算工作叫大地主 题解算。 6.大地主题正算：已知P１点的大地坐标(L１，Ｂ１），Ｐ１至P２的大地线长 S及其大地方位角，计算P２点的大地坐标(L２，Ｂ２）和大地线S在P２点的反方位角Ａ２１，这类问题叫做大地主题正算。 7.大地基准：是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向 8.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）。 9.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科学。 10.理论闭合差：由水准面不平行而引起的水准环线闭合差，称为理论闭合 差。 11.地心坐标系：地心坐标系是在大地体内建立的O-XYZ坐标系。原点O 设在大地体的质量中心，用相互垂直的X，Y，Z三个轴来表示，X轴与首子

午面与赤道面的交线重合，向东为正。Z轴与地球旋转轴重合，向北为正。Y 轴与XOZ平面垂直构成右手系。 12.高斯投影正、反算公式进行换带计算的步骤。 这种方法的实质是把椭球面上的大地坐标作为过度坐标。首先把某投影带内 利用高斯投影反算公式换算成椭球面上的大地坐有关点的平面坐标（x，y） 1 +l，然后再由大地坐标(B,l)，利用投影正算公式标（B，l），进而得到L=L 在计算时，要根据第2带的中央子午线换算成相邻带的平面坐标（x，y） 2 来计算经差l，亦即此时l=L-L 0。 13.高斯投影应满足哪三个条件？ （1）正形投影：投影长度比在一个点上与方向无关； （2）中央子午线投影后为一直线，且是投影点的对称轴； （3）中央子午线投影后长度不变。 14.建立国家平面大地控制网的方法？ 答：基本方法： 1）、常规大地测量法：（1）三角测量法（2）导线测量法（3）三边测量及边角同测法； 2）、天文测量法； 3）、利用现代定位新技术：（1）GPS测量 （2）甚长基线干涉测量系统(VLBI) （3）惯性测量系统(INS)。 15.试写出我国常用的参心和地心坐标系。 16.水准面的不平行性对水准测量的影响？ ⑴为水准面不平行性，如果沿水准面观测高差不等于零（应该等于零），要加改

控制测量学将地面观测值归算至椭球面

将地面观测值归算至椭球面 6.4.1 概述 参考椭球面是测量计算的基准面。在野外的各种测量都是在地面上进行，观测的基准线不是各点相应的椭球面的法线，而是各点的垂线，各点的垂线与法线存在着垂线偏差。因此不能直接在地面上处理观测成果，而应将地面观测元素（包括方向和距离等）归算至椭球面。在归算中有两条基本要求：（1）以椭球面的法线为基准；（2）将地面观测元素化为椭球面上大地线的相应元素。 6.4.2 将地面观测的水平方向归算至椭球面 1．垂线偏差改正u δ 地面上所有水平方向的观测都是以垂线为根据的，而在椭球面上则要求以该点的法线为依据。把以垂线为依据的地面观测的水平方向值归算到以法线为依据的方向值而应加的改正定义为垂线偏差改正，以u δ表示。 如图所示，以测站A 为中心作出单位半径的辅助球，u 是垂线偏差，它在子午圈和卯酉圈上的分量分别以ηξ,表示，M 是地面观测目标m 在球面上的投影。 垂线偏差改正的计算公式是： 1cot )cos sin (Z A A m m u ηξδ''-''-='' 1tan )cos sin (αηξm m A A ''-''-= 式中：ηξ,为测站点上的垂线偏差在子午圈及卯酉圈上的分量，它们可在测区的垂线偏差分量图中内插取得；m A 为测站点至照准点的大地方位角；1Z 为照准点的天顶距；1α为照准点的垂直角。 垂线偏差改正的数值主要与测站点的垂线偏差和观测方向的天顶距（或垂直角）有关。 2.标高差改正h δ 标高差改正又称由照准点高度而引起的改正。不在同一子午面或同一平行圈上的两点的法线是不共面的。当进行水平方向观测时，如果照准点高出椭球面某一高度，则照准面就不能通过照准点的法线同椭球面的交点，

大地测量学知识点

● 大地坐标系：采用大地经度L 、大地纬度B 和大地高H 来描述地面上一点的 ● ● 大地测量学：在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球及其他行星体 的一门学科。 ● 开普勒三定律：行星运动的轨迹是椭圆；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。 ● 岁差：由于日、月等天体的影响，有类似于旋转陀螺在重力场中的进动，地 球的旋转轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转，是地轴方向相对于空间的长周期运动，旋转周期为26000年。 ● 章动：月球运行的轨道与月的之间距离是不断变化的，使得月球引力产生的 大小和方向不断变化，从而导致北天极在天球上绕黄极旋转的轨道不是平滑的小圆，而是类似圆的波浪曲线运动。 ● 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。 ● 大地经度Ｌ：为大地起始子午面与该点所在的子午面所构成的二面角，由起 始子午面起算，向东为正，称东经（0°～180°），向西为负，称西经（0°～180°）。 ● 大地纬度：大地纬度Ｂ是过该点作椭球面的法线与赤道面的夹角，由赤道面 起算，向北为正，称北纬（0°～90°），向南为负，称南纬（0°～90°）。 ● 大地水准面：平均海水面按处处与重力方向垂直的特性向大陆、岛屿内延伸 而形成的闭合曲面，是完全静止的海水面所形成的重力等位面。 ● 总（平均）地球椭球：与地球的物理性质、大地体的几何大小相同的旋转椭 球体。 ● 参考椭球：大地水准面形状不规则，而最佳拟合于区域性大地水准面的旋转 椭球面叫做~。 ● 正常椭球：大地水准面的规则形状（一般指旋转椭球面）。 ● 椭球定位：指确定该椭球中心的位置，分为：局部定位和地心定位。 ● 椭球定向：指确定椭球旋转轴的方向。 ● 一点定位： ● 多点定位： ● 大地测量参考框架：固定在地面上的控制网坐标参考架，高程参考架，重力 参考架。 ● 1954年北京坐标系：是我国广泛采用的大地测量坐标系。该坐标系源自于原 苏联采用过的1942年普尔科沃坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球。 ● 1980年国家大地坐标系(亦称1980西安坐标系) ：是1978年我国决定建立 新的国家大地坐标系统，对全国天文大地网施行整体平差。采用国际大地测量协会1975年推荐的参考椭球。 ● 新1954年北京坐标系（BJ54新）：是由1980年国家大地坐标系（GDZ80） 转换得来。 ● BJ54新是在GDZ80的基础上改变GDZ80相对应的75国际椭球的几何参数为 克拉索夫斯基椭球参数，并将坐标原点（椭球中心）平移，使坐标轴保持平,,,K K K K K K K K L B A H H λ?α====正∑∑==min)min(22新新或ζN

大地测量习题

第一章绪论 1.大地测量学的定义是什么答：大地测量学是关于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。 2．大地测量学的地位和作用有哪些答：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；在防灾，减灾，救灾及环境监测、评价与保护中发挥着独具风貌的特殊作用；是发展空间技术和国防建设的重要保障；在当代地球科学研究中的地位显得越来越重要。 3．大地测量学的基本体系和内容是什么答：大地测量学的基本体系由三个基本分支构成：几何大地测量学、物理大地测量学及空间大地测量学。基本内容为： 1.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(包括地壳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； 2.研究月球及太阳系行星的形状及重力场； 3.建立和维持具有高科技水平的国家和全球的天文大地水平控制网、工程控制网和精密水准网以及海洋大地控制网，以满足国民经济和国防建设的需要； 4.研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等； 5.研究地球表面向椭球面或平面的投影数学变换及有关的大地测量计算； 6.研究大规模、高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数据处理的理论和方法，测量数据库建立及应用等。 4.大地测量学的发展经历了哪几个阶段答：大地测量学的发展经历了四个阶段：地球圆球阶段、地球椭球阶段、大地水准面阶段和现代大地测量新时期。 5. 地球椭球阶段取得的主要标志性成果有哪些答：有：长度单位的建立；最小二乘法的提出；椭球大地测量学的形成，解决了椭球数学性质，椭球面上测量计算，以及将椭球面投影到平面的正形投影方法；弧度测量大规模展开；推算了不同的地球椭球参数。 6.物理大地测量标志性成就有哪些答：有：克莱罗定理的提出；重力位函数的提出；地壳均衡学说的提出；重力测量有了进展，设计和生产了用于绝对重力测量的可倒摆以及用于相对重力测量的便携式摆仪。极大地推动了重力测量的发展。 7.大地测量的展望主要体现在哪几个方面答：主要体现在：（1）全球卫星定位系统(GPS)，激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI), 惯性测量统(INS)是主导本学科发展的主要的空间大地测量技术；（ 2）用卫星测量、激光测卫及甚长基线干涉测量等空间大地测量技术建立大规模、高精度、多用途的空间大地测量控制网，是确定地球基本参数及其重力场，建立大地基准参考框架，监测地壳形变，保证空间技术及战略武器发展的地面基准等科技任务的基本技术方案；（ 3）精化地球重力场模型是大地测量学的重要发展目标。 第二章坐标系统与时间系统1．何谓椭球局部定位和地心定位答：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。局部定位要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致或最为接近。 2．椭球定向的两个条件是什么答：椭球定向是指确定椭球旋转轴的方向，不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件:①椭球短轴平行于地球自转轴；②大地起始子午面平行于天文起始子午面。这两个平行条件是人为规定的，其目的在于简化大地坐标、大地方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算。 3．建立地球参心坐标系，需要进行哪几项工作需满足哪些条件答：建立地球参心坐标系，需进行如下几个方面的工作：①选择或求定椭球

(第7章)椭球面上的基本计算

第七章 椭球面上的基本计算 §1 地球椭球的基本知识 一、地球形状的概念 地球的自然表面——不规则；不能在上面进行计算； 大地水准面——平均海水面延伸得到的封闭曲面，最接近大地自然表面； ∵大地水准面具有性质：大地水准面上任一点处的垂线（重力方向）与该点处切面正交； 又：重力是离心力与地心引力的合力（离心力与地心引力之比约1：300），而大地水准面上各点处引力不等，造成各点处垂线方向各异。 ∴各点处切面组成的曲面——大地水准面亦不规则，有微小起伏，是一个具有物理性质的曲面。 实践和理论均可证明：1）在各水准面（与大地水准面的不平行性不很明显）上测得的水平角，因归化到大地水准面上改正极微小，完全可以看成大地水准面上的角值；2）各高程面上测得之边长也可化算到大地水准面上；3）地面点的高程亦从大地水准面起算。 结论：大地水准面是测量外业的基准面；但它是物理曲面而非数学曲面，所以不能作为测量计算的基准面。 大地体——大地水准面包围的形体； 地球椭球——代表地球形体的旋转椭球体；椭球面上处处法线与该点的切面正交，是一个具有数学性质的曲面； 总地球椭球——与大地体最接近的地球椭球。应满足： ①其中心应与地球质心重合； ②旋转轴应与地轴重合，赤道应与地球赤道重合； ③体积应与大地体体积相等； ④总椭球面与大地水准面之间的高差平方和最小。 参考椭球——与某一局部大地水准面密切配合的椭球。 二、椭球的几何元素与参数 1.椭球的元素 长半径：a 短半径：b 2.椭球的参数 扁率： α＝(a －b)/a 第一偏心率： a b a e /22-= 第二偏心率： b b a e /22-=' 式中：22b a -——椭圆的焦距，即椭圆的焦点到椭圆中心的距离

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 2 2- =第二偏心率 b b a e 2 2- =' 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）。 19、平面子午线收敛角：直角坐标纵轴及横轴分别与子午线和平行圈投影间的夹角。 20、方向改化：将大地线的投影曲线改化成其弦线所加的改正。 21、长度比：椭球面上某点的一微分元素与其投影面上的相应微分元素的比值。 22、参心坐标系：依据参考椭球所建立的坐标系（以参心为原点）。 23、地心坐标系：依据总参考椭球所建立的坐标系（以质心为原点）。 24、站心坐标系：以测站为原点，测站上的法线（垂线）为Z轴（指向天顶为正），子午线方向为x轴（向北为正），y轴与x,z轴垂直构成左手系。 25、垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上法线向量n之间的 夹角定义为该点的垂线偏差。 26、大地水准面差距：大地水准面与椭球面在某点上的高差；当大地水准面 超过椭球面时N>0,当大地水准面低于椭球面时N<0。 27、正高：地面点沿实际重力线到大地水准面的距离。

地球椭球的基本几何参数及相互关系

地球椭球的基本几何参数及相互关系

§7.1地球椭球的基本几何参数及相互关系 7.1.1地球椭球的基本几何参数 地球椭球 参考椭球 具有一定的几何参数、定位及定向的用以代表某一地区大地水准面的地球椭球叫做参考椭球。地面上一切观测元素都应归算到参考椭球面上，并在该面上进行计算，它是大地测量计算的基准面，同时又是研究地球形状和地图投影的参考面。 有关元素 O 为椭球中心； NS 为旋转轴； a 为长半轴； b 为短半轴； 子午圈（或径圈或子午椭圆）； 平行圈（或纬圈）； 赤道。 旋转椭球的形状和大小是由子午椭圆的五个基本几何参数（元素）来决定的，即： 椭圆的长半轴： a 椭圆的短半轴： b 椭圆的扁率： α=-a b a (7-1)

椭圆的第一偏心率： a b a e 22-= (7-2) 椭圆的第二偏心率： b b a e 22 -=' (7-3) 其中：a 、b 称为长度元素； 扁率α反映了椭球体的扁平程度，如α=0时，椭球变为球体；α=1时，则为平面。 e 和e /是子午椭圆的焦点离开中心的距离与椭圆半径之比，它们也反映了椭球体的扁平程度，偏心率越大，椭球愈扁。 五个参数中，若知道其中的两个参数就可决定椭球的形状和大小，但其中至少应已知一个长度元素（如a 或b ），人们习惯于用a 和α表示椭球的形状和大小，便于级数展开。引入下列符号： b a c 2 = tgB t = B e 222cos '=η (7-4) 式中B 为大地纬度，c 为极曲率半径（极点处的子午线曲率半径）， 两个常用的辅助函数，W 第一基本纬度函数，V 第二基本纬度函数， B e V B e W 2222cos 1sin 1'+=-= (7-5) 传统大地测量利用天文大地测量和重力测量资料推求地球椭球的几何参数，自1738年（法国）布格推算出第一个椭球参数以来，200多年间各国大地测量工作者根据某一国或某一地区的资料，求出了数目繁多，数值各异的椭球参数。由于卫星大地测量的发展，使推求总地球椭球体参数