大地测量学基础
大地测量学基础(第1章 绪论New)
发现活跃、综合性强：
范围：全球、深空 学科：地球物理、地质学、空间科学、天文学、大气科学、 海洋学； 手段：测绘仪器、计算机
测绘科学技术的基础 ：是测绘科学技术进步的标志
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第一章 绪 论
§1大地测量学的定义和基本内容 1.1大地测量学的定义
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。 经典大地测量：地球刚体不变、均匀旋转的球体或椭球体； 范围小。 现代大地测量：空间测绘技术(人造地球卫星、空间探测器)， 空间大地测量为特征，范围大。
3) 重力测量有了进展：1673年荷兰的惠更斯
(C.Huygens)提出用摆进行重力测量的原理；设计和生 产了用于绝对重力测量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。
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第三阶段：大地水准面阶段
从19世纪下半叶至20世纪40年代，人们将对椭球的认 识发展到是大地水准面包围的大地体。 几何大地测量学进展： 天文大地网的布设有了重大发展。全球三大天文大地 网的建立（1800－1900印度，一等三角网2万公里，平 均边长45公里；1911－1935美国一等7万公里；19241950苏联，7万多公里) 因瓦基线尺出现，平行玻璃板测微器的水准仪及因瓦 水准尺使用。
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物理大地测量标志性成就：
1) 克莱罗定理的提出：法国学者克莱罗(A.C.Clairaut) 假设地球是由许多密度不同的均匀物质层圈组成的椭 球体，这些椭球面都是重力等位面(即水准面)。该椭 球面上纬度φ 的一点的重力加速度按下式计算：
e (1 sin )
2
2 大地测量基础知识1
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
三、站心坐标系
站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点，z轴指向 站心地平直角坐标系：原点位于地面测站点， 位于地面测站点 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向）， ），x 测站点的椭球面法线方向（又称大地天顶方向），x轴是 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 原点的大地子午面和包含原点且和法线垂直的平面的交线， 指向北点方向， 轴构成左手坐标系 左手坐标系。 指向北点方向，y轴与x、z轴构成左手坐标系。 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 站心地平极坐标系：类似于球面坐标系和直角坐标系， 测站P至另一点（如卫星） 的距离为r 方位角为A 测站P至另一点（如卫星）S的距离为r、方位角为A、高度 角为h 构成站心地平极坐标系 站心地平极坐标系。 角为h，构成站心地平极坐标系。
X γ O α
P r δ
Y
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
二、地球坐标系
（一）天文坐标系 地面点在大地水准面上的位置用天文经度λ和天文纬 地面点在大地水准面上的位置用天文经度 大地水准面上的位置用天文经度λ 表示。若地面点不在大地水准面上， 度φ表示。若地面点不在大地水准面上，它沿铅垂线到大 地水准面的距离称为正高H 地水准面的距离称为正高H正。
大地测量学基础
第一节 大地测量的基准面和基准线
四、总地球椭球
从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 从全球着眼，必须寻求一个和整个大地体最为接近、 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 密合最好的椭球，这个椭球又称为总地球椭球或平均椭球。 总地球椭球满足以下条件 条件： 总地球椭球满足以下条件： 椭球质量等于地球质量，两者的旋转角速度相等。 1 、 椭球质量等于地球质量 ， 两者的旋转角速度相等 。 2、椭球体积与大地体体积相等，它的表面与大地水 椭球体积与大地体体积相等， 准面之间的差距平方和为最小。 准面之间的差距平方和为最小。 3、椭球中心与地心重合，椭球短轴与地球平自转轴 椭球中心与地心重合， 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。 重合，大地起始子午面与天文起始子午面平行。
(完整word版)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。
大地测量学基础知识
第一章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行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
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，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时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。
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。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
大地测量学基础
1.大地测量学的定义：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.大地测量学的作用：（1）为人类活动提供地球信息。
（2）在防灾减灾和救援活动中发挥日益增强的作用。
（3）在环境监测和保护等领域中发挥重要作用。
（4）探索地球物理现象的力学机制，获取表征地球运动和形变的参数。
（5）为空间技术和国防现代化建设提供重要保障。
3.在测量工作中，为了不使误差积累，必须遵循“从整体到局部”，“先控制后碎部”的原则。
4.布设原则：从高级到低级逐级加密。
国家水准网遵循“从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密”的原则布设为一、二、三、四等。
5.大地测量学的基本任务：建立控制网，确定控制点的位置。
6.大地测量学的基准面和基准线：椭球面、参考椭球面、水准面、大地水准面、高斯面、地球自然表面、(似)大地水准面、首子午面、赤道；(铅)垂线、法线地球自转轴。
7.我国的参考椭球：1954北京坐标系、1980西安坐标系，“1980年国家大地坐标系”（简称80系）（大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇）。
8.大地水准面的铅垂线与椭球面的法线必然不重合,两者之间的夹角u称为垂线偏差。
9.大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距，用N表示。
似大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为高程异常，用 表示。
大地高——地面点沿法线至椭球面的距离，正高——地面点沿实际重力(垂)线至大地水准面的距离，正常高——地面点沿实际重力(垂)线至似大地水准面的距离。
10.经纬仪仪器误差：⑴视准轴误差⑵度盘偏心误差⑶横轴(水平轴)倾斜误差⑷竖轴倾斜误差11.度盘偏心误差：度盘中心与照准部旋转中心不重合，即度盘中心与地面点不在同一铅垂线上。
误差特点：在度盘的不同位置对读数的影响不同。
减弱或消除办法：(1)不同测回间配置度盘，使读数均匀分布在度盘上；(2)采用度盘对径分划取平均值的办法；(3)盘左盘右取平均值的办法。
大地测量学基础知识
第一章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行星体的一门学科。
2.大地测量学的基本体系以三个基本分支为主所构成的基本体系。
几何大地测量学物理大地测量学空间大地测量学3.大地测量学的基本任务精确确定地面点位及其变化研究地球重力场、地球形状和地球动力现象4.大地测量学的基本内容1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时间系统，地球重力场等）；2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转换等）；3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制网。
形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
5.大地测量学的基本作用1、为地形测图与大型工程测量提供基本控制；2、为城建和矿山工程测量提供起始数据；3、为地球科学的研究提供信息；4、在防灾、减灾和救灾中的作用；5、发展空间技术和国防建设的重要保障。
第二章1.岁差章动极移由于日、月等天体的影响，类似于旋转陀螺，地球的旋转轴在空间围绕黄极发生ε=︒，旋转周期为26000缓慢旋转，形成一个倒圆锥体，其锥角等于黄赤交角23.5年，这种运动称为岁差。
月球绕地球旋转的轨道称为白道，由于白道对黄道有约5︒的倾斜，使得月球引力产生的大小和方向不断变化，从而导致地球旋转轴在岁差的基础上叠加18.6年的短周期运动，振幅为9.21''，这种现象称为章动。
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，这种现象称为极移。
2.恒星时太阳时原子时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。
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。
原子时是一种以原子谐振信号周期为标准，并对它进行连续计数的时标。
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测绘学院《大地测量学基础》课件
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自赤道量起的到所求点的子午线弧长
所求点的大地经度与该点所在带 的中央子午线的大地经度之差
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2、高斯投影坐标反算公式： x,y >B,l
满足以下三个条件： ①x坐标轴投影后为中央子午线是投影的对称轴； ② x坐标轴投影后长度不变； ③投影具有正形性质，即正形投影条件。
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1).高斯投影的原理:
高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差
分带，分别进行投影。
高斯投影平面
N
中央子午线
c
赤道
赤道
S
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2)、高斯投影必须满足：
(1)高斯投影为正形投影， 即等角投影；
(2)中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；
(3)中央子午线投影后长度 不变。
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6.3高斯投影坐标正反算公式(了解)
对于任何一种投影： ①坐标对应关系是最主要的； ②如果 是正形投影，除了满足正形投影的条件外，还有它本身的 特殊条件。
1、高斯投影坐标正算公式： B,l >x,y
高斯投影必须满足以下三个条件： ①中央子午线投影后为直线； ②中央子午线投影后长度不变； ③投影具有正形性质，即正形投影条件。
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2、高斯投影的基本概念
• 高斯投影是等角横切椭圆柱投影。 • 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，
1777 ~ 1855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger， 1857~1923)加以补充完善，故又称“高斯—克吕格投影”， 简称“高斯投影”。
《大地测量学基础》课件
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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
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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
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2020年10月28日星期三12时57分11秒
（一）天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、 时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动 2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
第二章 大地测量基础知识
§2-1 大地测量的基准面和基准线 一、水准面与大地水准面
1、水准面 我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就 是我们通常所说的水准面。水准面有无数个。 1）水准面具有复杂的形状。 2）水准面相互既不能相交也不能相切。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常 数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做 的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。
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天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
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4、但对于天文大地测量及大地点坐标的推算， 对于国家测图及区域绘图来说，往往采用其大小 及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。 这种最接近，表现在两个面最接近即同点的法线 和垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这 个椭球面上，我们把这样的椭球叫参考椭球。
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2.天球球面坐标系：原 点位于地球质心M，赤经 α 为过春分点的天球子 午面之间的夹角，赤纬 为原点M和天体S的连线 与天球赤道面之间的夹 角，向径长度r为原点M 至天体S之间的距离。
GPS坐标系统构成
参心坐标系
G 地球坐标系
P
地心坐标系
S 坐
天球空间直角坐标系
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二、地球椭球
1、正常椭球面是大地水准面的规则形状。因 此引入正常椭球后，真的地球重力位被分成正常 重力位和扰动位两部分，实际重力也被分成正常 重力和重力异常两部分。
2、但考虑到实际使用的方便和有规律性以便精确算 出正常重力场中的有关量，又顾及几何大地测量中采用 旋转椭球的实际情况，目前都采用水准椭球作为正常椭 球。因此，在一般情况下，这两个名词不加以区别，甚 至在有些文献中还把它们统称为等位椭球。
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天球基本概念（4）
天球子午圈
：包含天轴的
平面均称天球子 午面，天球子午 面与天球相交的 大圆称为天球子 午圈。
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天球球面坐标系与天球空间直角坐标系
1.天球空间直角坐标系： 原点位于地球质心M，Z 轴指向天球北极Pn，X轴 指向春分点γ ，Y轴与Z、 X轴构成右手坐标系。
大地水准面作为测量外业的基准面，而与其 相垂直的铅垂线则是外业的基准线。
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3 、似大地水准面
由于地球质量特别是外层质量分布的不均性，使得 大地水准面形状非常复杂。大地水准面的严密测定取决于 地球构造方面的学科知识，目前尚不能精确确定它。为此， 前苏联学者莫洛金斯基建议研究与大地水准面很接近的似 大地水准面。这个面不需要任何关于地壳结构方面的假设 便可严密确定。似大地水准面与大地水准面在海洋上完全 重合，而在大陆上也几乎重合，在山区只有2-4m的差异。 似大地水准面尽管不是水准面，但它可以严密地解决关于 研究与地球自然地理形状有关的问题。
4）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。
2、大地水准面
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由于海洋占全球面积的71％，故设想与平均 海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影 响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水 准面称为大地水准面，它是一个没有褶皱、无棱 角的连续封闭曲面。
因此，我们选择参考椭球面作为测量内业计 算的基准面，而与其相垂直的法线则是内业计算 的基准线。
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§2-2常用大地坐标系统
一、天球坐标系与地球坐标系 概述：
1．点的位置是用坐标来表示的，通过坐 标系统得以实现。
2．目前有两种不同的坐标系统：地球坐 标系和天球坐标系。
标 天球坐标系
系
天球球面坐标系
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天球基本概念（3）
春分点：天 黄极：过天 球赤道与黄 球中心垂直 道的交点称 于黄道面的 为春分点。 直线与天球
的交点称为 黄极，Пn 在北称为北 黄极，Пs 在南称为南
黄极。
岁差与章动：在外
力的作用下，地球的 自转轴在空间的指向 并不保持固定的方向 ，而是不断发生变化 。其中地轴的长期运 动称为岁差，而周期 运动称为章动。岁差 和章动引起天极和春 分点位置相对恒星的 变化。
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天球基本概念（2）
时圈：包含 地轴的平面 与天球相交 的大圆称为 时圈。显然， 时圈也是一 个子午圈。
黄道：地球绕 黄赤交角： 太阳公转的轨 天球赤道面 道平面称为黄 与黄道面的 道面，它与天 交角ε约为 球相交的大圆 23．5°， 称为黄道。它 称为黄赤交 就是当地球绕 角。 太阳公转时， 观测者所看到 的太阳在天球 上运动的轨迹。
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3、地球椭球可按几何大地测量来定义：总地 球椭球中心和地球质心重合，总的地球椭球的短 轴与地球地轴相重合，起始大地子午面和起始天 文子午面重合，同时还要求总地球椭球和大地体 最为密合，也就是说，在确定参数a、α时，要满 足全球范围的大地水准面差距N的平方和最小，即