大地测量仪器学2PPT课件
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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》2 大地测量基础知识
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
一、天球坐标系
用途：描述人造卫星的位臵采用天球坐标系是方便的。也 可以描述天空中的恒星的坐标。
Z
表示方式：球面坐标（r，α，δ） 或者直角坐标（X,Y,Z） 二者具有唯一的坐标转换关系。
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
2 2 2
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
四、高斯平面直角坐标系
建立过程：如下图
高斯正形投影又称横轴 等角切椭圆柱投影
大地测量学基础
第二节 常用大地测量坐标系统
四、高斯平面直角坐标系
高斯投影的特点： 1.椭球面上角度投影到平面上后保持不变 2.中央子午线投影后为X轴, 在X轴上投影后长度不变 3.赤道投影线为Y轴 4.中央子午线与赤道交点投影后为坐标原点 5.距中央子午线越远, 投影变形越大, 为减少变形应 分带投影
二、大地水准面
特点：地表起伏不平、地壳内部物质密度分布不均匀， 使得重力方向产生不规则变化。由于大地水准面处处与铅 垂线正交，所以大地水准面是一个无法用数学公式表示的 不规则曲面。故大地水准面不能作为大地测量计算的基准 面。
大地测量学基础
第一节 大地测量的基准面和基准线
三、参考椭球面
把形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位臵确 定的旋转椭球称为参考椭球。参考椭球面是测量计算的基 准面，椭球面法线则是测量计算的基准线。
大地测量学基础
第二章 大地测量 基础知识
山东科技大学地科学院测绘系
大地测量学基础
第一节 大地测量的基准面和基准线
本节重点研究以下四个表面
地球自然表面
大地测量基础知识74页PPT
大地测量基础知识
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
现代大地控制测量-课件-480页
We shall call the previously defined mathematical surface of the Earth, of which the ocean surface is a part, geoidal surface of the Earth or the geoid.
大地测量学的任务
经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网， 精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。
地学研究中的任务： 1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的
三维大地网，长期监测网点随时间的变化； 2. 监测和分析各种地球动力学现象； 3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时
A
M
线切线T；R为过M点的 平行圈切线，显然R垂直 于M点的子午面，因此R垂 直于MP´。所以， MP´垂直
O Q
P
于椭球面在M点的切平面，因此
它是椭球面的法线。
Frenet标架：曲线上任意一点处的三个相互正交的单位 向量构成是三维直角坐标系。
一般取切向、主法向和与该两个方向正交的第三个方向
2.2.2 旋转椭球面的参数表示及数学性质（续3）
a
X
第二偏心率：
e'
a2 b2 b2
E b
2.2.1 地球椭球的几何、物理元素（续1）
几个关系式：
e2 2 2
e2 e2 1 e2
a b 1 e'2
1 e2 1 e2 1 e2 e2 1 e2
b a 1 e2
1954年北京坐标系，克拉索夫斯基椭球元素： a 6378245m 1 298.3
drt
dt
dr2 t
dt2
tc
大地测量学的任务
经济建设中的任务： 统一全国坐标框架，建立国家和精密城市控制网， 精确测定控制点的坐标，为经济建设服务。
地学研究中的任务： 1. 建立与维持高精度的坐标框架和区域性与全球的
三维大地网，长期监测网点随时间的变化； 2. 监测和分析各种地球动力学现象； 3. 测定地球形状和外部重力场的精细结构及其随时
A
M
线切线T；R为过M点的 平行圈切线，显然R垂直 于M点的子午面，因此R垂 直于MP´。所以， MP´垂直
O Q
P
于椭球面在M点的切平面，因此
它是椭球面的法线。
Frenet标架：曲线上任意一点处的三个相互正交的单位 向量构成是三维直角坐标系。
一般取切向、主法向和与该两个方向正交的第三个方向
2.2.2 旋转椭球面的参数表示及数学性质（续3）
a
X
第二偏心率：
e'
a2 b2 b2
E b
2.2.1 地球椭球的几何、物理元素（续1）
几个关系式：
e2 2 2
e2 e2 1 e2
a b 1 e'2
1 e2 1 e2 1 e2 e2 1 e2
b a 1 e2
1954年北京坐标系，克拉索夫斯基椭球元素： a 6378245m 1 298.3
drt
dt
dr2 t
dt2
tc
大地测量学基础ppt课件
测绘学院《大地测量学基础》课件
28 28
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
测绘学院《大地测量学基础》课件
29 29
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。
12 12
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
测绘学院《大地测量学基础》课件
13 13
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。
测绘学院《大地测量学基础》课件
27 27
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。
11 11
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”。
水准仪经纬仪、全站仪GPS测量使用基本理论与方法PPT课件
特性：气泡始终向高处移动。
3、基座 作用：把仪器固定在三脚架上，下部脚螺旋 用于整平仪器
10
11
（二）水准尺 主要有单面尺、双面尺和塔尺。
1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划 的尖端）注有阿拉伯数字。 2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm， 另一把为4787mm。
（三）尺垫
放在转点上，以防水准尺下沉。
12
三、水准仪的使用 操作程序：粗平—瞄准—精平—读数
（一）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。
1．方法：
对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2 方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。
13
图形：粗平的操作方法示意图
3
3
3
1
2
a
1
2
b
1
2
c
2．规律：
气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。
14
（二） 瞄准
的差值来配置度盘。
测回法小结:
盘A 左 顺 时 左 右 针 B 倒 边 盘 镜 B 右 逆 时 右 左 针 A边
39
二、方向观测法
1．适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。 2．步骤：（有四个观测方向）
（1）上半测回
选择一明显目标A作为起始方
B
C
向（零方向），用盘左瞄准A，
43
三、竖直角的计算公式
顺时针注记 α左=90°-L α右=R-270° 故一测回竖直角
α=（α左+α右） /2
44
2、逆时针注记
故有:α左= L -90°
α右=270°- R
一测回竖直角: α=（α左+α右）/2
45
四、经纬仪放样方法
3、基座 作用：把仪器固定在三脚架上，下部脚螺旋 用于整平仪器
10
11
（二）水准尺 主要有单面尺、双面尺和塔尺。
1、尺面分划为1cm，每10cm处（E字形刻划 的尖端）注有阿拉伯数字。 2、双面尺的红面尺底刻划：一把为4687mm， 另一把为4787mm。
（三）尺垫
放在转点上，以防水准尺下沉。
12
三、水准仪的使用 操作程序：粗平—瞄准—精平—读数
（一）粗平 调节脚螺旋，使圆水准气泡居中。
1．方法：
对向转动脚螺旋1、2——使气泡移至1、2 方向中间——转动脚螺旋3，使气泡居中。
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图形：粗平的操作方法示意图
3
3
3
1
2
a
1
2
b
1
2
c
2．规律：
气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致。
14
（二） 瞄准
的差值来配置度盘。
测回法小结:
盘A 左 顺 时 左 右 针 B 倒 边 盘 镜 B 右 逆 时 右 左 针 A边
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二、方向观测法
1．适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。 2．步骤：（有四个观测方向）
（1）上半测回
选择一明显目标A作为起始方
B
C
向（零方向），用盘左瞄准A，
43
三、竖直角的计算公式
顺时针注记 α左=90°-L α右=R-270° 故一测回竖直角
α=（α左+α右） /2
44
2、逆时针注记
故有:α左= L -90°
α右=270°- R
一测回竖直角: α=（α左+α右）/2
45
四、经纬仪放样方法
大地测量学基础ppt课件
处处与重力方向相切的曲线称为力线。力线与所有水准 面都正交，彼此不平行是空间曲线。
3
二、大地水准面
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，由它包围的形体称为大地体，可近似地把它看成是地 球的形状。
我国曾规定采用青岛验潮站求得的1956年黄海平均海水面 作为我国统一高程基准面，1988年改用“1985国家高程基准” 作为高程起算的统一基准。
Z轴：与地球平均自转轴相 重合，亦即指向某一时刻的平 均北极点。
X轴：指向平均自转轴与平 均格林尼治天文台所决定的子 午面与赤道面的交点。
16
五、天文坐标系
1）天文坐标系是以铅垂线为依 据建立起来的。
2）一点的坐标用天文经度 及
天文纬度 表示。
3）所谓天文纬度是P点的铅垂线 与地球赤道面形成的锐角，
A、B两点平均高度(可用近似值代替)
(g
m o
)m
H AB
是ＡＢ路线上的正常重力
42
3.3 高程系统概论
3.3.４ 国家高程基准 一、高程基准面
1956年黄海高程系统：1957年确定青岛验潮站为我国 基本验潮站，该站1950年至1956年7年间的潮汐资料推求 的平均海水面作为我国的高程基准面。
正常重力并不顾及地球内部质量和密度分布的不规 则，而仅仅与纬度有关，其计算公式为：r＝r0－ 0.3086H
(r0:平均椭球面上的重力值）
6
四、 正常椭球和水准椭球 总地球椭球和参考椭球
正常椭球的定位和定向：
其中心和地球质心重合 其短轴与地轴重合 起始子午面与起始天文子午面重合
39
3
二、大地水准面
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，由它包围的形体称为大地体，可近似地把它看成是地 球的形状。
我国曾规定采用青岛验潮站求得的1956年黄海平均海水面 作为我国统一高程基准面，1988年改用“1985国家高程基准” 作为高程起算的统一基准。
Z轴：与地球平均自转轴相 重合，亦即指向某一时刻的平 均北极点。
X轴：指向平均自转轴与平 均格林尼治天文台所决定的子 午面与赤道面的交点。
16
五、天文坐标系
1）天文坐标系是以铅垂线为依 据建立起来的。
2）一点的坐标用天文经度 及
天文纬度 表示。
3）所谓天文纬度是P点的铅垂线 与地球赤道面形成的锐角，
A、B两点平均高度(可用近似值代替)
(g
m o
)m
H AB
是ＡＢ路线上的正常重力
42
3.3 高程系统概论
3.3.４ 国家高程基准 一、高程基准面
1956年黄海高程系统：1957年确定青岛验潮站为我国 基本验潮站，该站1950年至1956年7年间的潮汐资料推求 的平均海水面作为我国的高程基准面。
正常重力并不顾及地球内部质量和密度分布的不规 则，而仅仅与纬度有关，其计算公式为：r＝r0－ 0.3086H
(r0:平均椭球面上的重力值）
6
四、 正常椭球和水准椭球 总地球椭球和参考椭球
正常椭球的定位和定向：
其中心和地球质心重合 其短轴与地轴重合 起始子午面与起始天文子午面重合
39
1大地测量学的定义和作用.ppt
12
• 物理大地测量在这阶段的进展：
1.大地测量边值问题理论的提出： 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重
力位分为正常重力位和扰动位两部分，实际的重力分 为正常重力和重力异常两部分，在某些假定条件下进 行简化，通过重力异常的积分，提出了以大地水准面 为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 后来，荷兰学者维宁·曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据 斯托克司公式推出了以大地水准面为参考面的垂线偏 差公式。 2.提出了新的椭球参数：
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。
6
§3大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史 ❖ 第一阶段：地球圆球阶段
量法; • 行星运动定律：1619年德国的开普勒(J.Kepler)发表了行
星运动三大定律； • 重力测量：1673年荷兰的惠更斯(C.Huygens)提出用摆进
行重力测量的原理； • 英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征：1）是两极
扁平的旋转椭球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由 赤道向两极与sin２φ(φ——地理纬度)成比例地增加。
从远古至17世纪，人们用天文方法得到地面上同一子 午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧 长，从而推得地球半径（弧度测量 ）
❖ 第二阶段：地球椭球阶段
从17世纪至19世纪下半叶，在这将近200年期间，人 们把地球作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。
7
• 大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器； • 大地测量方法：1615年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角测
• 物理大地测量在这阶段的进展：
1.大地测量边值问题理论的提出： 英国学者斯托克司(G.G.Stokes)把真正的地球重
力位分为正常重力位和扰动位两部分，实际的重力分 为正常重力和重力异常两部分，在某些假定条件下进 行简化，通过重力异常的积分，提出了以大地水准面 为边界面的扰动位计算公式和大地水准面起伏公式。 后来，荷兰学者维宁·曼尼兹(F.A.Vening Meinesz)根据 斯托克司公式推出了以大地水准面为参考面的垂线偏 差公式。 2.提出了新的椭球参数：
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。
6
§3大地测量学发展简史及展望 3.1大地测量学的发展简史 ❖ 第一阶段：地球圆球阶段
量法; • 行星运动定律：1619年德国的开普勒(J.Kepler)发表了行
星运动三大定律； • 重力测量：1673年荷兰的惠更斯(C.Huygens)提出用摆进
行重力测量的原理； • 英国物理学家牛顿(L.Newton)提出地球特征：1）是两极
扁平的旋转椭球，其扁率等于1/230；2）重力加速度由 赤道向两极与sin２φ(φ——地理纬度)成比例地增加。
从远古至17世纪，人们用天文方法得到地面上同一子 午线上两点的纬度差，用大地法得到对应的子午圈弧 长，从而推得地球半径（弧度测量 ）
❖ 第二阶段：地球椭球阶段
从17世纪至19世纪下半叶，在这将近200年期间，人 们把地球作为圆球的认识推进到向两极略扁的椭球。
7
• 大地测量仪器：望远镜，游标尺，十字丝，测微器； • 大地测量方法：1615年荷兰斯涅耳(W.Snell)首创三角测
大地：工程测量学(共42张PPT)
第十二页，共四十二页。
★掌握(zhǎngwò)测量学的基本概念，基本理论 ★熟练操作常用的测量仪器 ★掌握又快又准确地测、算、绘的技术
★熟练读图和用图
第十三页，共四十二页。
一、地球(dìqiú)形状
地球既围绕太阳(tàiyáng)旋转又绕 自己的轴自转，地球上的物体将 受到地球、太阳(tàiyáng)、月亮引力、 离心力等多种力的作用，而其中 主要是受到离心力和地球质心吸 引力的作用，这两个力的合力称为
第三页，共四十二页。
： 技术 发展 (jìshù)
测量(cèliáng)技术 地面人工测量 摄影测量
数字(shùzì)自动化测量
测量成果 纸质地形图 数字地图
地理信息系统
利用光学仪器
航摄仪进行空中摄影获取像片
利用全站仪
数字测量
GPS
第四页，共四十二页。
◎大地测量学 ◎航空摄影测量与遥感
◎工程 测量学 (gōngchéng) ◎地图制图学 ◎海洋测量学 ◎普通测量学
大
球
地
自
水
然
准
表Hale Waihona Puke 面面第十七页，共四十二页。
1. 要求：①总质量=地球质量，中心与质心重合， 短轴与旋转轴重合。
②旋转角速度与地球自转(zìzhuàn)速度相等。
③表面与大地水准面拟合最好。
大地水准面
b a
第十八页，共四十二页。
旋转椭球面
大地水准面与 椭球面高差 最大差为±200m
2.我国采用(cǎiyòng)的参考椭球体几何参数
p
R
第三十九页，共四十二页。
§1.5 用水平面代替(dàitì)水准面的限度
1. 对距离(jùlí)的影响
★掌握(zhǎngwò)测量学的基本概念，基本理论 ★熟练操作常用的测量仪器 ★掌握又快又准确地测、算、绘的技术
★熟练读图和用图
第十三页，共四十二页。
一、地球(dìqiú)形状
地球既围绕太阳(tàiyáng)旋转又绕 自己的轴自转，地球上的物体将 受到地球、太阳(tàiyáng)、月亮引力、 离心力等多种力的作用，而其中 主要是受到离心力和地球质心吸 引力的作用，这两个力的合力称为
第三页，共四十二页。
： 技术 发展 (jìshù)
测量(cèliáng)技术 地面人工测量 摄影测量
数字(shùzì)自动化测量
测量成果 纸质地形图 数字地图
地理信息系统
利用光学仪器
航摄仪进行空中摄影获取像片
利用全站仪
数字测量
GPS
第四页，共四十二页。
◎大地测量学 ◎航空摄影测量与遥感
◎工程 测量学 (gōngchéng) ◎地图制图学 ◎海洋测量学 ◎普通测量学
大
球
地
自
水
然
准
表Hale Waihona Puke 面面第十七页，共四十二页。
1. 要求：①总质量=地球质量，中心与质心重合， 短轴与旋转轴重合。
②旋转角速度与地球自转(zìzhuàn)速度相等。
③表面与大地水准面拟合最好。
大地水准面
b a
第十八页，共四十二页。
旋转椭球面
大地水准面与 椭球面高差 最大差为±200m
2.我国采用(cǎiyòng)的参考椭球体几何参数
p
R
第三十九页，共四十二页。
§1.5 用水平面代替(dàitì)水准面的限度
1. 对距离(jùlí)的影响