大地测量学课件 大地控制网数据处理
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大地测量学基础 PPT课件
我国统一的国家大地控制网的布设开始于20世 纪50年代初，60年代末基本完成，先后共布设一 等三角锁401条，一等三角点6 182个，构成121个 一等锁环，锁系长达7.3万km。一等导线点312个， 构成10个导线环，总长约1万km。1982年完成了 全国天文大地网的整体平差工作。网中包括一等三 角锁系，二等三角网，部分三等网，总共约有5万 个大地控制点，30万个观测量的天文大地网。平差 结果表明：网中离大地点最远点的点位中误差为 ±0.9m，一等观测方向中误差为±0.46″。
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（4）优缺点 三角测量的优点是：图形简单，结构强，几何
条件多，便于检核，网的精度较高。 三角测量的缺点是：在平原地区或隐蔽地区易
受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用； 推算而得的边长精度不均匀，距起始边越远边 长精度越低。
（5）适用：山区
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2. 导线测量法
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5. 中国地壳运动观测网络
中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘 局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，主要是 服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。该 网络是以GPS为主，辅以SLR和VLBI以及重力测量 的观测网络，它由三个层次的网络组成，即25站连 续运行的基准网、56站定期复测的基本网和1 000 站复测频率低的区域网。
5）GPS定位精度应因地制宜
注重点位的适用性和站址的科学性
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四、国家水平控制网的布设方案
（一）、常规大地测量方法布设国家三角网 1. 国家一等三角锁的布网方案
一等锁是国家大地控制网的骨干，沿经纬线方向纵
横交叉布满全国。 一等锁在纵横交叉处设置起算边，起算边两端点应
精确测定天文经纬度和天文方位角。 一等锁两起算边之间的锁段长度一般为200km左右，
大地测量学课件大地控制网数据处理 (一)
大地测量学课件大地控制网数据处理 (一)大地测量学是研究地球形状、地球重力场、大地水平和垂直方向上的形变以及相关领域的基础科学。
大地控制网是大地测量学中最为重要的一环，是大地信息和地理信息基础设施的重要组成部分。
本文主要介绍大地测量学课件中的大地控制网数据处理。
一、大地控制网的概念大地控制网是指通过大地测量方法满足一定精度要求而在大范围内布设的，有一定地位和作用的地面控制网。
它是大地测量的重要基础，提供了测量参照系，为各类测量提供准确的参考。
二、大地控制网数据处理的流程大地控制网数据处理包括数据检核、数据编辑、数据平差和精度分析。
下面分别介绍这四个步骤：1. 数据检核：首先对野外测量获得的初始观测数据进行检核，如检查仪器、观测环境、观测时间等，确保数据的有效性和可靠性。
2. 数据编辑：对数据检核通过的数据进行编辑，其中主要包括数据筛选、数据平滑等处理。
数据筛选指针对某些不符合要求的数据进行删除；数据平滑主要是通过对重复观测数据的平均值或加权平均值来消除数据中的随机误差。
3. 数据平差：数据平差是大地控制网数据处理的核心步骤，通过对经纬高三个方向的观测数据进行最小二乘平差或精确平差，确定控制网各个点的位置和坐标精度，同时也确定大地测量学中的基准面和基准点。
4. 精度分析：最后对数据平差得到的结果进行精度分析，即对各点坐标的观测精度和计算精度进行比较，确定大地控制网的精度范围。
三、大地控制网数据处理的应用大地控制网数据处理的应用范围非常广泛，包括测量、地理信息、导航、地震预警等。
大地控制网数据处理的结果非常重要，不仅用于地图编制和测图工作，还可以作为各种空间信息系统的基础数据，如地理信息系统、全球定位系统等。
四、注意事项大地控制网数据处理虽然是一个有序的流程，但是其中有很多技术和熟练度的要求。
在具体操作中需要特别注意以下几点：1. 数据采样和处理应该在标准的天气和环境下进行。
2. 数据校核和方差分析工作应遵循国际、行业、行政规章制度和工作规范。
《大地测量学基础》课件
1
地球自转是指地球围绕自己的轴线旋转的运动， 其周期为24小时，即一天。
2
地球参考系是大地测量的基准，包括国际地球参 考系（ITRS）和世界时（UTC）等。
3
地球自转对大地测量具有重要的意义，因为地球 自转会导致天文经度变化，从而影响大地测量结 果。
大地水准面和地球椭球
大地水准面是指与平均海水面重合且与地球表面大致相吻合的虚拟静止水准面。
合成孔径雷达干涉测量技术
01
合成孔径雷达干涉测量技术是一种利用雷达信号干涉原理获取 地球表面形变的测量技术。
02
该技术在地壳形变监测、地震预报、冰川运动监测等领域具有
广泛的应用前景。
合成孔径雷达干涉测量技术具有全天候、全天时、高精度等优
03
点，但也存在数据处理复杂、对信号源要求高等挑战。
人工智能和大数据在大地测量中的应用
为地球第一偏心率。
地球重力场
地球重力场是由地球质量分布不均匀 引起的引力场，其特点是随地理位置 和时间变化。
地球重力场的研究方法包括大地测量 、卫星轨道测量和地球物理等方法。
地球重力场对大地测量具有重要的意 义，因为大地水准面是大地测量中重 要的参考面，而大地水准面的变化与 地球重力场密切相关。
地球自转和地球参考系
三角测量和导线测量
三角测量
利用三角形原理进行距离和角度的测 量，主要用于建立大地控制网和精密 测量。
导线测量
通过布设导线，逐段测量导线的长度 、角度等参数，以确定点的平面位置 。
GPS定位技术
GPS定位原理
利用卫星信号接收机接收多颗卫星信号，通过测距交会原理确定接收机所在位置。
GPS在大地测量中的应用
海洋大地测量的方法
大地测量数据处理
Xˆ j Yˆj Zˆ j
Xˆ i Yˆi Zˆi
X
ij
Yij
Zij
vXij vYij vZij
基线向量观测方程为：
XYˆˆiijj
Zˆij
221.87
100.91
33.46
0
0
0
0 p 0
0
0
0
0
0
0
0
100.91 116.84 78.74
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
33.46 78.74 109.75
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 222.21 56.87 46.08 0 0 0 0 0 0 0 0 0
大地测量学基础
大地测量数据处理的数学模型
一、地面平面控制网平差数学模型
1、三角网 测角网、测边网、边角网 2、导线网 边角网 三维导线网
导线网的三维间接平差
在导线测量中可以将水平角、斜距、高度角放在一 起考虑，进行三维导线平差。
1）.三维导线测量原理 三维导线就是带有三角高程
测量的导线测量。
0
0
Dg
33
D1、 D2、┅、 Dg为各基线向量观测值的协方差块阵。
由基线向量协方差阵可以得到权阵（也是块对角阵）：
P
(D
/
2 0
)1
式中：单位权方差的先验值可任意选定。
大地测量学基础12控制
04 大地控制测量技术与方法
传统大地控制测量技术
三角测量法
01
利用三角函数计算两点间的水平距离和高差，建立大
地控制网。
导线测量法
02 通过布设一系列导线点，逐一测量相邻点间的距离和
角度，确定点的平面位置。
全球定位系统（GPS）相对定位法
03
利用多台接收机同时接收卫星信号，通过差分计算确
定接收机间的相对位置关系。
大地测量学的未来发展方向
智能化数据处理
利用人工智能和大数据分析技术， 实现大地测量数据的智能化处理 和分析，提高数据处理效率和精
度。
全球变化监测
加强全球气候变化和环境变化的 监测，提高大地测量数据的质量 和精度，为全球变化研究提供更
加准确的数据支持。
跨界融合发展
加强大地测量学与其他学科的交 叉融合，如地理信息系统、地球 物理学等，拓展大地测量学的应
据。
城市规划
控制测量可以为城市规划提供准确 的地理信息，帮助规划者更好地了 解城市的地形、地貌和空间布局。
交通建设
在道路、桥梁、隧道等交通设施建 设中，控制测量可以确保工程建设 的精度和质量，提高交通设施的安 全性和可靠性。
02 大地测量学基础知识
大地测量学定义
总结词
大地测量学是一门研究地球及其重力场的科学，旨在确定地球表面点的位置、地球重力场以及地球动态变化。
大地控制网优化设计的方法
数学模型建立
01
根据实际需求和控制网精度要求，建立数学模型，确定控制网
的结构和参数。
算法选择
02
根据数学模型和控制网精度要求，选择合适的算法进行优化设
计。
优化结果评价
03
对优化结果进行评价和分析，确定其可行性和可靠性。
大地控制测量学课件——水平控制网的技术设计
地理科学系
2.1.2 建立国家水平大地控制网的基本原则
1.分级布网、逐级控制 2.应有足够的精度 3.应有足够的密度 4.应有统一的规格
地理科学系
2.1.2 建立国家水平大地控制网的基本原则
1.分级布网、逐级控制
我国领土辽阔，地形复杂，不可能用最高精度和 较大密度的控制网一次布满全国。为了适时地保障 国家经济建设和国防建设用图的需要，根据主次缓 急而采用分级布网、逐级控制的原则是十分必要的。 即先以精度高而稀疏的一等三角锁尽可能沿经纬线 方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大 地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布设 二、三、四等控制网。
➢ 起算坐标
➢ 当测区内有国家三角网（或其他单位施测的三角网）时，则由已 有的三角网传递坐标。
➢ 若测区附近无三角网成果可利用，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，作为起算坐 标。
➢ 保密工程或小测区也可采用假设坐标系统。
地理科学系
2.1.1 建立国家水平大地控制网的方法
导线网与三角网相比，主要优点在于：
➢网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通 视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。 ➢导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。 ➢网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。
导线网的缺点主要是： 导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发 现观测值中的粗差，因而可靠性不高。
导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。
地理科学系
2.1.1 建立国家水平大地控制网的方法
3. 边角网和三边网 边角网是指测角又测边的以三角形为基本图 形的网。如果只测边而不测角即为三边网。
2.1.2 建立国家水平大地控制网的基本原则
1.分级布网、逐级控制 2.应有足够的精度 3.应有足够的密度 4.应有统一的规格
地理科学系
2.1.2 建立国家水平大地控制网的基本原则
1.分级布网、逐级控制
我国领土辽阔，地形复杂，不可能用最高精度和 较大密度的控制网一次布满全国。为了适时地保障 国家经济建设和国防建设用图的需要，根据主次缓 急而采用分级布网、逐级控制的原则是十分必要的。 即先以精度高而稀疏的一等三角锁尽可能沿经纬线 方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大 地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布设 二、三、四等控制网。
➢ 起算坐标
➢ 当测区内有国家三角网（或其他单位施测的三角网）时，则由已 有的三角网传递坐标。
➢ 若测区附近无三角网成果可利用，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，作为起算坐 标。
➢ 保密工程或小测区也可采用假设坐标系统。
地理科学系
2.1.1 建立国家水平大地控制网的方法
导线网与三角网相比，主要优点在于：
➢网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通 视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。 ➢导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。 ➢网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。
导线网的缺点主要是： 导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发 现观测值中的粗差，因而可靠性不高。
导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。
地理科学系
2.1.1 建立国家水平大地控制网的方法
3. 边角网和三边网 边角网是指测角又测边的以三角形为基本图 形的网。如果只测边而不测角即为三边网。
大地控制测量学课件——绪论
地理科学系
1.3 控制测量的基准面和基准线 ❖ 1.3.6、垂线偏差
重力向量和相应椭球面上的法线向量之间的夹角u，即是垂线偏差。 重力向量同正常重力向量之间的夹角，称为重力垂线偏差。 通过垂线偏差可以把天文坐标 同大地坐标联系起来，从而实 现两种坐标的相互转换。
地理科学系
习题
1．野外测量的基准面、基准线各是什么?测量计算 的基准面、基准线各是什么?为什么野外作业和内业 计算要采取不同的基准面? 2．名词解释 （1）大地水准面 （2）大地体 （3）总地球椭球 （4）参考椭球 （5）大地水准面差距 （6）垂线偏差
地基准常数是：
a, J 2 , fM ,
U0
fM (1 q )
a
32
3 A2 q
2 fM 2
q 2a3
fM
A2 fMJ 2
3K 2a 2
地理科学系
1.3 控制测量的基准面和基准线
1.3.1、水准面 ❖我们把重力位相等的面称为重力等位面，这也就 是我们通常所说的水准面. ❖在水准面上，所有点的重力均与水准面正交。于 是水准面又可定义为所有点都与铅垂线正交的面。 ❖每个水准面都对应着惟一的位能Ｗ＝Ｃ＝常数， 在这个面上移动单位质量不做功，水准面是均衡面。
地理科学系
1.2 地球重力场的基本知识
❖正常重力位是一个函数简单、不涉及地球形状 和密度便可直接计算得到的地球重力位的近似值 的辅助重力位。 ❖当知道了地球正常重力位，又想法求出它同地 球重力位的差异(又称扰动位)，便可据此求出大 地水准面与这已知形状的差异，最后解决确定地 球重力位和地球形状的问题。
V f M r
a dV dr
❖ 地球总体的位函数：
V dV f • dm
大地测量学基础[1].(1)(控制)ppt
![大地测量学基础[1].(1)(控制)ppt](https://img.taocdn.com/s3/m/98164e6458fafab069dc0217.png)
南京工业大学土木学院
12
南京工业大学土木学院 6
大地体是一个不规则的形体 ： （1）F离 ：F引=1：300 而地球自转的离心力 和地心的引力的合力称为重力，所以地心的引 力决定重力； （2）由于大地水准面是静止的海水面，所以 必须和重力线（铅垂线）正交； （3）地球内部物质密度分布不均匀必导致重 力线（铅垂线）分布不均匀，那么与铅垂线正 交的大地水准面就是一个不规则的形体，所以 说大地体是一个不规则的形体 。
1.垂线偏差：从地面上的某点向大地水准面 引一垂线和过该点向椭球作一法线之间的 夹角。（分相对和绝对） 2.大地水准面差距：大地水准面超出或低与 椭球面的高度。（也分相对和绝对）
南京工业大学土木学院
10
§1.3 控制网的布设形式 1.3.1 水平控制网的布设形式 1.三角网； 2.三边网；3.边角网； 4.导 线网；5.GPS网。 1.3.2 高程控制网的布设形式 §1.4 控制测量新技术的发展概况 1.4.1 精密测角仪器的发展概况 Kern公司的E2电子经纬仪,方向观测的标 称精度为: 0.3 ~ 0.6
南京工业大学土木学院 7
1.2.2 参考椭球与总地球椭球 总地球椭球：与大地体最接近的地球椭球 称为总地球椭球，简称总椭 球，它具有以下几个几 何条件： （1）中心与地球的质心重合； （2）旋转轴与地轴重合； （3）体积应与大地体的体积相等（大地水准 面与总 椭球面之间的高差平方和为最 小）；
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8
（4）总质量应与地球的总质量相等； （5）旋转角速度应与地球的旋转角速度相 等。 参考椭球：与本国家或本地区大地水准 面密切配合的椭球面成为参考椭球 苏.克拉索夫斯基椭球： a=6378245m；b=6356863m α=1/298.3
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§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（三）地面观测值归算到椭球面上的计算 2、观测边长归算到椭球面的改正
地面实际观测边长一般需要加气象改正、仪器常数改正、倾斜改 正、归心改正，计算得到测站、镜站两个控制点之间的水平观测边 长d，水平边长还要化算到椭球面上相应的大地线长度S，其计算公 式为：
式 弧曲中率Hm半为径S测。站ad、点(1e和、H镜RBAmm站)分点 别2的4d为平R3 椭A2均球大长地半高R轴，A 、R第A1为一a归偏e2化心1s边i率ne长2、2B方测m向站法点截和
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（二）观测成果归算到标石中心的计算
1、水平方向观测值归算到标石中心的计算
导线外业观测中，有时仪器中心偏离测站点标石
中心，叫做测站偏心。而被观测目标如果偏离照准
点标石中心，则称为照准点偏心。为了把水平方向
观测值归算到标石中心，必须将观测方向值加上测
站点归心改正和照准点归心改正（详见本书附录4）。
剔除精度较差的基线；计算并检核同步环闭合 差；计算并检核复测基线；计算并检核异步环闭 合差。
第八章 大地控制网数据处理
• 第一节 大地控制网概算 • 第二节 控制网平差原理 • 第三节 平面控制网平差 • 第四节 高程控制网平差 • 第五节 GPS基线向量网平差 • 第六节 控制网精度与可靠性估算
d
(d
'
ei
cosi
ek
cosk
)2
(ei
s in i
ek
s in k
)
2
（8-3）
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（三）地面观测值归算到椭球面上的计算 1、观测方向值归算到椭球面的改正
水平方向观测值归算到椭球面上须在测站平差 和归心改正后的方向值中加入三差改正： 垂线偏差改正、标高差改正和由法截弧方向化为 大地线方向的截面差改正。由于这三项改正在边 长小于10公里时，影响值小于0.1″，因此在短边 导线概算时一般不加三项改正。直接将地面方向 观测值作为椭球面方向观测值。
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（五）概算步骤 1、角度归心改正 2、高差计算 3、边长斜距改平距、归心改正和化算至高斯平面 的改正 4、计算导线方位角条件和环形条件闭合差 5、计算导线测角中误差 6、计算导线测距中误差 7、计算导线相对闭合差
§8.1.1 导线测量概算
（六）导线概算实例 P232~234页
应用大地测量学
第八章 大地控制网 数据处理
中国矿业大学环境与测绘学院
第八章 大地控制网数据处理
• 外业——观测：水平方向、变长、GPS 基线向量、水准高差、天文方位角
• 内业——计算：概算、平差
第八章 大地控制网数据处理
• 第一节 大地控制网概算（导线概算、GPS网概算） • 第二节 控制网平差原理（条件平差、间接平差） • 第三节 平面控制网平差（以导线网为例） • 第四节 高程控制网平差（以水准网为例） • 第五节 GPS基线向量网平差（基线解算、无约束平
概算的主要目的：
系统地检查外业观测成果质量，把好质量关；
将地面上观测成果化算到高斯平面上，按控制 网几何条件进行检核，为平差计算做好数据准备 工作。
§8.1 大地控制网概算
§8.1.1 导线测量概算 §8.1.2 GPS控制网概算
应用大地测量学
§8.1 大地控制网概算
§8.1.1 导线测量概算 §8.1.2 GPS控制网概算
应用大地测量学
§8.1 大地控制网概算
§8.1.1 导线测量概算 §8.1.2 GPS控制网概算
应用大地测量学
§8.1.2 GPS控制网概算
应用大地测量学
（一）数据预处理及其基线解算 数据传输—将观测记录数据传输至计算机，形
成观测值文件、卫星星历文件、测站文件；基线 解算—一般采用双差观测值用软件解算两点间的坐 标差（基线向量）。 （二）观测结果的外业检核
应用大地测量学
§8.1.1 导线测量概算
导线测量概算工作包括： ——外业测量观测数据的检查 ——将观测值化算到标石中心 ——将观测值化算到椭球面
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（一）外业成果资料的检查 1、观测手簿 2、观测记薄 3、归心投影用纸 4、仪器检验资料 5、已知数据表和控制网略图的编制
§8.2 控制网平差原理
测站点归心改正：
Ci"
ey
sin(M1 y
Sik
)"
（8-1）
照准点归心改正：
rk"
eT
sin(M 2 T
Sik
)"
（8-2）
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（二）观测成果归算到标石中心的计算 2、边长观测值归算到标石中心的计算
边长测量如果存在偏心（测距仪偏心或反射镜偏 心），要进行边长归心改正，将观测边长归算到标 石中心。
镜站点的平均纬度。
§8.1.1 导线测量概算
应用大地测量学
（四）椭球面上的观测值归算到高斯平面上的计 算
为了在平面上进行平差，还必须将椭球上观 测值化算到高斯投影平面上，这项工作包括方向 改化、距离改化和大地方位角化算为坐标方位角 等三项内容。 1。方向改正：（8-6）式，（6-62），（6-64） 式 2。距离改正：（8-7）式，（6-67）式 3。大地方位角化算为坐标方位角：（8-8）式
差、约束平差） • 第六节 控制网精度与可靠性估算（精度估算、可
靠性预计）
第八章 大地控制网数据处理
• 第一节 大地控制网概算 • 第二节 控制网平差原理 • 第三节 平面控制网平差 • 第四节 高程控制网平差 • 第五节 GPS基线向量网平差 • 第六节 控制网精度与可靠性估算
应用大地测量学
§8.1 大地控制网概算 第一节概算
§ 8.2 控制网平差原理
应用大地测量学
§8.2.1 条件平差的基本原理与方法 §8.2.2 间接平差的基本原理与方法 §8.2.3 控制网平差前的准备工作
§8.2 控制网平差原理
应用大地测量学
控制网多余观测目的：（1）检核和评定观测 质量；（2）提高待定参数的精度和可靠性。
控制网平差目的：根据最小二乘原理，（1） 消除网中各种几何矛盾，求出观测值的平差值； （2）求出各待定元素的最或然值；（3）评定精 度。