大地水准面的确定与应用
准噶尔盆地中西部油区精化似大地水准面建立与实施
第 ４期
程引录等 ： 准噶尔盆地中西部油区精化似大地水准面建立与实施
２７ ２
地 中部油 气主 产 区 ， ３３３× ０ ｋ 约 ．１ １ ｍ 。 ２ 二类 地 区 ） ±０ ２～±０ ３ ｍ精 度 ， 括陆 梁油 田 、 子街 与 玛河 ． ． 包 夏
流域 、 三 台及火 彩油 区 ， ２ ３ ３×１ ｋ 北 约 ．１ ０ ｍ。
Ｋ ｙｗ ｒｓ Ｇ ｏｄ Ｑ ａｉ ｅｉ；ｅｇｔ ｎ ｍ ｌ；ｌｓ ｒ ｇｍ ｔｏ ； ｈｒ ａ ｈｒ ｏ ｉ ａａｙｉ ｅ ｏ ｄ ： ｅｉ； ｕ ｓ—ｇｏｄ ｈｉ ｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｅｈｄ ｓ ｅｉ ｌ ａｍ ｎｃ ｎｌｓ ｈａ ｙ ｕｅｎ ｐ ｃ ｓ
０ 引 言
作 为 确定 参 考 椭 球 形 状 、 小 和 定 位 的 一 个 约 束 大 面， 大地 水 准 面 是与 平 均海 平 面 最 接 近 的 一个 重 力 等 位 面 ， 表征 了地 球 的 基 本 几 何 和 物 理 特 性 ， 义 了正 常 它 定 高 高 程 系统 的基 准 面 … 。高 精 度 、 分辨 率 局 部 或 区域 高
［［ｃＲ ］ 篓 ｃ ］］ｍ［ ＝＋ 萋 蒌＋
３ ３ 重力大地水准面的计算 ．
以 ２ × 网空间 重力异 常作 为输 入数据 ， 区域最 ２格 以 适合 的地 球重 场模 型 （ Ｍ ９ ） 为参 考 重力 场模 型 ， ＷＤ 作 ４ 采 用第 二 类 Ｈ ｌｅ 凝 集 法 计 算 似 大 地 水 准 面 。 第 二 类 ｅ ｒ ｍ ｔ Ｈ ｌｅ 凝集 法 可有效 地估 计调 整大 地水 准面外 部 质量 以 ｅ ｒ ｍ ｔ 及凝 集 层 的地 形 引力 和 地形 位 的 影 响 。将 移 去 的质 量 压 缩 到大 地水准 面 上 成 一 薄层 （ 集 层 ） 由此 得 到 大 地 水 凝 ， 准 面上 的 Ｈ ｌｅ 重 力异 常 ， 为地 面点重 力 值加 地 形 ｅ ｒ ｍ ｔ 其值 引力 的直接影 响（ 形改 正 ） 地 。凝 集重 力 改正 以及 空 间改 正 ， 减 去对应 椭球 面上 的正 常重 力 值 ， Ｓ ｋｓ积分 求 再 按 ｔｅ ｏ
第9章 大地水准面精化及应用
主要内容
9.1
大地水准面高程系统
9.2
大地水准面精化
9.3
GNSS水准测量
9.4
GNSS高程异常拟合
9.5
高程异常拟合建模实例
第9章 大地水准面精化及应用
GNSS测量可同时确定地面点的三维坐标，但其确定的 高程是相对于一个选定的参考椭球，即所谓的大地高，而 非实际应用中广泛采用的正常高。通过获得相应点上的大 地水准面差距或高程异常，进行高程转换，就可将大地高 转化为正常高。GNSS技术结合高精度、高分辨率大地水 准面模型，可以取代传统的水准测量方法测定正高或正常 高，实现三维定位功能。通过不断精化大地水准面，可逐 步提高GNSS水准测量的精度。
Hr，因此须建立大地高与正常高的转换关系，并采用一定的
方法将H84转换为Hr。
Hr= H84 – ζ
或 ζ= H84 – Hr
GPS高程测量流程图
9.3 GNSS水准测量
GPS高程测量的意义
精确求定GPS点的正常高 求定高精度的似大地水准面
实际上，高精度的高程异常值很难获得，而GPS单点 定位误差又较大，一般测区内缺少高精度的GPS基准 点，GPS网平差后，很难得到高精度的大地高H84，所 以很难应用上式精确地计算各GPS点的正常高。
曲面拟合法
平面拟合法 多项式曲面拟合法 多面函数拟合法 非参数回归曲面拟合法 移动曲面法
根据测区中已知点的平面坐标x、y（或 大地坐标B、L）和 值，用数值拟合 法，拟合出测区似大地水准面，再内插 出待求点的 ，从而求出待求点的正
常高
9.4 GNSS高程异常拟合
多项式拟合法
1.一般模型： f (x, y)
一般来说，消除系统误差后的重力大地水准面与GPS水准 之间仍存在残差，这些残差包含了部分有用信息，可利用 Shepard曲面拟合法、加权平均法及最小二乘配置等对这些剩 余残差进行格网拟合，并将拟合结果与消除系统误差之后的 重力大地水准面叠加，得到大地水准面的最终数值结果。
地球椭球面相对大地水准面的高度
地球椭球面相对大地水准面的高度<开始>1. 介绍在我们平时的生活中，我们可能很少关注地球的形状和高度。
但实际上，地球是一个椭球面，而地球的水准面是一个重要的概念。
在本文中，我们将深入探讨地球椭球面相对大地水准面的高度，并对这一主题进行全面的评估和讨论。
2. 地球的椭球面让我们简要介绍地球的椭球面。
地球并不是一个完全规则的球体，而是一个椭球面。
这意味着地球的赤道半径和极半径并不相同，赤道半径略大于极半径。
通过这一特征，我们可以理解地球的形状并为之后的讨论做准备。
3. 大地水准面接下来，让我们来了解一下大地水准面。
大地水准面是地球引力场的水平面，这意味着在大地水准面上物体的重力是垂直向下的。
大地水准面是测量和描述地球表面形状和高度的基准面，对于地球科学和地图制图都具有重要意义。
4. 地球椭球面相对大地水准面的高度现在，让我们来深入探讨地球椭球面相对大地水准面的高度。
地球椭球面相对大地水准面的高度被称为地球高程，通常用来描述地表上点的高低。
地球高程的计算是通过将地球椭球面和大地水准面进行比较来进行的。
5. 地球高程的计算要计算地球高程，我们需要通过测量或其他方法获得该点相对于地球椭球面的高度，并用这个高度减去大地水准面的高度就可以得到地球高程。
这一计算方法可以帮助我们了解地表的地势和地形，对于地理信息系统、地图绘制和工程测量都具有重要意义。
6. 地球高程在生活中的应用地球高程的概念不仅仅是地球科学和地图制图领域的概念，它在我们日常生活中也有着广泛的应用。
比如在规划城市建设、农业生产和资源勘探中，地球高程都是一个重要的参考指标。
7. 总结与回顾通过本文的讨论，我们对地球椭球面相对大地水准面的高度有了更深入的理解。
我们了解了地球的椭球面和大地水准面，以及如何计算地球高程，并探讨了地球高程在生活中的应用。
通过这些讨论，我们可以更全面、深刻和灵活地理解地球的形状和高度。
8. 个人观点和理解在我看来，地球椭球面相对大地水准面的高度是一个非常重要的概念。
测绘技术中的大地水准面测量原理与方法
测绘技术中的大地水准面测量原理与方法近年来，随着城市建设的日益发展和对精准测绘数据的需求不断增长，大地水准面测量成为测绘技术的重要组成部分。
本文将介绍大地水准面测量的原理与方法，并探讨其在测绘领域的应用。
一、大地水准面测量的原理大地水准面是指地球表面上任意两点之间连结得到的曲面。
大地水准面测量的原理基于重力和地球的形状。
根据物理学的原理，重力的作用会使水平面成为大地水准面，即重力的方向垂直于大地表面。
大地水准面测量主要涉及测量高程的变化，即在不同地点测量的高度差。
为了实现高精度的测量，需要考虑以下因素：1. 地球的椭球形状：由于地球并非完全规则的球体，其形状更接近一个椭球体。
因此，在测量过程中需要考虑地球的形状对测量结果的影响。
2. 引力效应：引力是测量高程差的关键因素。
根据牛顿定律，两个物体之间的引力与它们的质量和距离有关。
在实际测量中，需要考虑重力的变化对测量结果的影响。
二、大地水准面测量的方法大地水准面测量主要通过测量高度差的变化来实现。
以下是几种常用的测量方法：1. 高程差测量：采用测量仪器，如水准仪或全站仪，在不同地点进行高度测量，并计算两点之间的高度差。
此方法适用于小范围的测量，精度相对较低。
2. 高程差传递：为了实现更大范围的测量，常使用高程差传递的方法。
这种方法通过测量高度差的变化，将一个已知的基准点的高程传递给其他点。
具体操作是在基准点测量高度，并在其他点进行比较测量。
3. 大地水准网：大地水准网是一种用于实现大范围高程测量的方法。
它由一系列基准点和插值点组成，通过在基准点上测量高程，并使用插值技术计算其他点的高度。
这种方法适用于全球或国家范围内的高程测量。
三、大地水准面测量在测绘领域的应用大地水准面测量在测绘领域具有广泛的应用，下面列举几个主要应用场景：1. 地形图制作：地形图是测绘领域中常见的产品之一。
通过测量不同地点的高度差，可以制作出地理区域的高程图，以展示地形的起伏变化。
不同高程系统之间的关系和转换
不同高程系统之间的关系和转换概述：不同高程系统是指在地球表面上测量和表示高程的不同方法和标准。
由于地球是一个不规则的椭球体，不同的高程系统会采用不同的基准和测量方法。
本文将介绍几种常见的高程系统，包括大地水准面、椭球面高程、正高程和大地水准面与椭球面的转换关系。
一、大地水准面（Mean Sea Level）大地水准面是指地球上所有点的平均海平面。
它是一个理想的参考面，用于测量和比较不同地点的高程。
在大地水准面上，海平面的高程被定义为0。
大地水准面可以通过水准测量和重力测量等方法来确定和维护。
二、椭球面高程（Ellipsoidal Height）椭球面高程是指相对于一个参考椭球体的高程。
参考椭球体是一个近似于地球形状的椭球体，可以通过测量和计算得到。
椭球面高程的基准点通常是一个参考椭球体上的某个点，称为基准点。
椭球面高程与大地水准面的高程之间存在一定的差异，这个差异被称为大地水准面偏差。
三、正高程（Orthometric Height）正高程是指相对于大地水准面的高程。
它是通过测量从地面到大地水准面的垂直距离来确定的。
正高程可以通过水准测量和重力测量等方法来测量和计算。
在测量正高程时，需要考虑地球表面的地形起伏和重力变化等因素。
四、大地水准面与椭球面的转换关系由于大地水准面和椭球面是两种不同的高程系统，它们之间存在一定的转换关系。
常见的转换方法有以下几种：1. 大地水准面高程到椭球面高程的转换：大地水准面高程可以通过加上大地水准面偏差来转换为椭球面高程。
大地水准面偏差可以通过水准测量和重力测量等方法来确定。
2. 椭球面高程到大地水准面高程的转换：椭球面高程可以通过减去大地水准面偏差来转换为大地水准面高程。
3. 正高程到椭球面高程的转换：正高程可以通过加上大地水准面偏差来转换为椭球面高程。
4. 椭球面高程到正高程的转换：椭球面高程可以通过减去大地水准面偏差来转换为正高程。
需要注意的是，大地水准面和椭球面的转换关系是基于特定的基准点和参考椭球体来确定的，不同的基准点和参考椭球体会导致不同的转换结果。
水准测量的应用
水准点和水准路线
• 水准路线 • 闭合水准路线 • 从已知高程的水准点BM1出发，沿各待定高程的水准点1、2、3、4进行水准测量，最后又回到原出发点 BM1的环形路线，称为闭合水准 路线。
BM0
fh h测
水准点和水准路线
• 水准路线 • 支水准路线 • 从已知高程的水准点BM0出发，沿待定高程的水准点1，2进行水准测量，这种既不闭合又不附合的水准 路线，称为支水准路线。支水准路线要进行往返测量，以资检核。
视准轴
物镜
对光透镜
中丝
上丝 竖丝
下丝
十字丝分划板
目镜
水准仪
• 水准器 • 是用以指示视线水平或竖轴是否竖直的装置。 • 水准器又分为圆水准器和管水准器。
长水准管
长水准管轴
圆水准器
圆水准器轴
水准仪
• 水准器 • 圆水准器 • 用以粗平仪器。 • 过零点的球面法线L′L′，称为圆水准器轴。 • 圆水准器轴L′L′平行于仪器竖轴VV。 • 气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值，称为圆 水准器的分划值。8`/2mm
fh容 40 L 适用于平原区
fh容 12
n 适用于山区
式中，fh容——高差闭合差限差，单位：mm； L——水准路线长度，单位：km ；
n——测站数 。
水准测量的内业计算
• 下图是一附合水准路线等外水准测量示意图，A、B为已知高程的水准点，HA＝6.543m，HB＝9.578m，1、2、 3为待定高程的水准点。
• 加设的这些立尺点并不需要测定其高程，它们只起传递高程的作用，故称之为转点，用 TP（Turning Point ）表 示。
• 转点上需放置尺垫。
水准测量的外业
• 已知水准点BMA的高程 HA＝19.153m，现欲测定B点的高程HB，由于A、B两点相距较远，需分段设站进行测量， 具体施测步骤如下。
地球大地水准面的确定与测量方法
地球大地水准面的确定与测量方法地球大地水准面是指与地球中心相切的一个参考面，可用于测量地球表面的高程。
它是实际海洋水平面的理论推算，将地球大陆与海洋归平，可作为地球上任意一点高程的基准。
本文将探讨地球大地水准面的确定与测量方法，其中包括了重力法、水准仪法和卫星测高法等。
1. 重力法重力法是一种测定地球大地水准面的经典方法。
它基于地球引力的原理，通过测量重力加速度的变化来最终推算出地球表面高程。
利用重力测量仪器，可以在不同地点测量到地球中心的引力，进而计算出大地水准面的形状。
重力法的优点是适用于各种地形，可以通过采集大量重力数据得到更准确的结果。
然而，重力法的测量过程复杂，需要专业的仪器和方法，且精度较其他方法相对较低。
2. 水准仪法水准仪法是一种利用光学原理来确定地球大地水准面的方法。
这种方法需要在测量过程中使用水准仪来测量两个点之间的相对高差。
通过多次测量不同点之间的高程差异，并结合已知高程的控制点，最终可以计算出地球大地水准面的形状。
水准仪法的优点是测量精度较高，适用于不同地形条件下的测量。
然而，水准仪法的测量距离有限，需要频繁设置测站，而且在不同地点之间的相对高差需要较长时间的测量。
3. 卫星测高法卫星测高法是一种基于卫星遥感技术来确定地球大地水准面的方法。
通过卫星搭载的测高仪器，可以测量地球表面的高程变化，并最终推算出大地水准面的形状。
卫星测高法的优点是可以获取大范围的高程数据，并且测量速度较快。
此外，卫星测高法还能够进行大范围的地形地貌监测，为地质灾害预警提供重要数据。
然而，由于卫星轨道的限制，测量精度可能受到一定的影响。
此外，卫星测高法的设备和数据处理较为复杂，需要专业的技术支持。
4. 其他测量方法除了重力法、水准仪法和卫星测高法之外，还有其他一些测量方法可以用于地球大地水准面的确定。
例如，激光测距技术可以通过测量反射光束的时间来测量地表高程。
声纳测深技术可以在水体中测量水深，进而推算地表的相对高程。
测绘基本理论
测定碎部点的位置分两步进行：先进行控制测量，再进行碎部测 量。这种“先控制后碎部、从整体到局部”的方法是测量工作应遵循 的原则。
测量工作应遵循的另一个原则就是“步步有检核”。 无论是控制测量、碎部测量还是施工放样，其实质都是确定地面 点的位置，也就是测定三个元素棗水平角β、水平距离l和高差h。所以 说，高程测量、距离测量和水平角测量是测量的基本工作，观测、计 算和绘图是测量工作的基本技能。
地面点位置的表示方法
(二) 平面坐标之平面直角坐标
大地水准面虽是曲面，但当测量区域较小(如 在半径小于10km的范围内)时，可以将其当做 平面来看待。在这种情况下，地面点的位置可 用平面直角坐标表示。右图为测量工作中采用 的坐标系。规定南北方向为纵轴，记为x轴，x 轴向北为正，向南为负；以东西方向为横轴， 记为y轴，y轴向东为正，向西为负。测量坐标 系的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限为顺时针方向编号。 测量坐标系与数学坐标系的规定是不同的，其 目的是为了便于定向，可以不改变数学公式而 直接将其应用于测量计算中。和Y地面某点P的 平面位置可用XＰ和YＰ表示。
通过地轴和地球上任意一点P的平面与地球表面的 交线称为P点的真子午线或经线。通过英国格林尼 治天文台的子午线，称为首子午线。垂直于地轴的 各平面与地球表面的交线，称为纬线。
过地心且与地轴垂直的平面称为赤道面，赤道 面与地球表面的交线称为赤道。 经度从首子午线起 算，向东为东经(0°-180°)，向西为西经(0°180°)，经度通常用符号λ表示；纬度从赤道起算， 向北为北纬(0°-90°)，向南为南纬(0°-90°)，纬 度通常用符号φ表示。
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大地水准面的确定与应用
引言：
大地水准面在测绘学中扮演着重要的角色，它是确定海拔高度的基准面，也是地球表面的参考面。
本文将探讨大地水准面的确定方法以及其在测绘、工程建设、地理信息系统等领域中的应用。
一、大地水准面的定义与特性
大地水准面是指位于地球表面，具有统一等效重力势能的平面。
由于地球的形状不规则，大地水准面并不是一个完全平坦的面，而是受到地球引力场的影响产生微弱的起伏。
二、大地水准面的确定方法
1. 大地水准面的基准
大地水准面需要以某一点作为起算点，这就是基准点。
基准点可以选取为海平面，也可以选取为大地水准面的某一点。
海平面作为大地水准面的基准点，是因为海洋的水平面在全球范围内是相对稳定的，同时海洋分布范围广，从而确保了大地水准面的全球统一性。
2. 实地测量方法
大地水准面的确定需要通过实地测量来获取数据。
传统的大地水准测量方法包括采用水准仪进行测量，通过多个测点的共同测量来推算出大地水准面的形状。
近年来，借助先进的导航技术和卫星定位系统，如全球导航卫星系统（GNSS）和激光测距仪等，大地水准测量的精度和效率大大提高。
三、大地水准面在测绘中的应用
1. 海拔高度测量
大地水准面的主要作用是确定位置的海拔高度。
通过对地面上的点进行大地水
准测量，可以计算出该点相对于大地水准面的高度。
这对于地图绘制、工程建设等领域具有重要的意义。
2. 地形测量与制图
大地水准面可以作为参考面，用于测量地表的地形特征。
利用大地水准平面的
高度和地表的坐标信息，可以制作出真实准确的地形图，为地理科学研究提供重要的依据。
四、大地水准面在工程建设中的应用
1. 基础工程建设
工程建设中的基础设施项目，如公路、铁路、隧道、桥梁等，都需要准确掌握
地面的高度信息。
基于大地水准面的海拔高度测量方法，可以为工程建设提供高度控制，确保工程的稳定和准确性。
2. 水利工程规划
大地水准面的高度信息在水利工程的规划和设计中起着重要的作用。
通过对水
平面和高程的同时测量，可以确保水利工程的设计符合地理和工程要求，为水资源的合理利用提供支持。
五、大地水准面在地理信息系统中的应用
地理信息系统（GIS）是一种集成空间数据和属性数据的计算机工具，可以进
行地理数据的收集、存储、处理和分析。
其中，大地水准面作为地球表面的参考面，为GIS提供了一个统一的高程坐标系。
通过与其他空间数据进行整合，可以实现
多领域数据的综合分析和应用。
结论：
大地水准面是测绘学中重要的概念，通过实地测量和基准点的确定，可以准确地反映地球表面的高程信息。
在测绘、工程建设以及地理信息系统等领域中，大地水准面的应用广泛，为相关领域的发展和应用提供了重要的支持。
随着技术的不断发展，大地水准测量的精度和效率将进一步提高，为更多领域的应用提供更加准确的高程数据。