武汉大学大地测量学复习.doc

武汉大学大地测量学武汉大学大地测量学 1、垂线偏差、垂线偏差同一测站点上铅垂线与椭球面法线之间的夹角 u，即是垂线偏差 垂线偏差u 通常用南北方 垂线偏差 向分量 ζ 和东西方向分量 η 表示 垂线同平均地球椭球（或参考椭球）法线之间的夹角称为绝对垂线偏差（或相对垂 线偏差） ，统称天文大地垂线偏差 天文大地垂线偏差，实际重力场中的重力向量 g 同正常重力场中的正常 天文大地垂线偏差 重力向量 γ 之间的夹角称重力垂线偏差 重力垂线偏差 重力垂线偏差2、法截面、法截线、大地线、法截面、法截线、大地线包含椭球面上一点的法线的平面叫法截面 法截面 它是法截面与椭球面的交截线，也叫法截线 法截线 法截 （geodesic） 是指地球椭球面上连接两点的最短程曲线 在球面上， 大圆弧(球 大地线 面上的法截线)是对应的大地线但在地球椭球体面上，除两点均位于大地子午线或纬 线上外，大地线均位于它两个端点的正反法截线之间3、总（平均）地球椭球与参考椭球、总（平均）地球椭球与参考椭球大地体：大地水准面所包围的形体 大地体 总地球椭球： 总地球椭球：顾及地球的几何和物理参数，在全球范围内与大地体最佳吻合的地球 椭球。

参考椭球：具有确定椭球参数，经过局部定位和定向，与某国（或地区）大地水准 参考椭球 面最佳拟合的地球椭球与某国（或地区）大地水准面最佳拟合的旋转椭球面叫参考椭 球面4、大地水准面、似大地水准面、大地水准面、似大地水准面瞬时、静止的平均海水面延伸到大陆内部，处处与铅垂线相垂直的连续封闭曲面称 为大地水准面 （或：把完全静止的海水面所形成的重力等位面，专称它为大地水准面） 大地水准面 大地水准面 似大地水准面：与大地水准面很接近的基准面 似大地水准面5.水准面上各点的重力加速度 g 随纬度和物质分布不同而变化（即水准面不同点上的重力值是不同的） 使高差 h 不等，因而两水准面不相平行6、正常重力位、正常重力位是一个函数简单，不涉及地球形状和密度，便可直接计算得到地球重力位近似值的 辅助重力位与此相关的力就叫做正常重力7、正常椭球、水准椭球、地球大地基准常数、正常椭球、水准椭球、地球大地基准常数正常椭球： 正常椭球：正常椭球面所包围的形体，是大地水准面的规则形状可有多个水准椭球：水准椭球面所包围的形体，是大地水准面的规则形状仅有一个 准椭球： 地球大地基准常数：地球正常(水准)椭球的基本参数，即 a, J 2 , fM , ω 地球大地基准常数8.大地基准、高程基准、重力基准大地基准、高程基准、重力基准大地基准是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中各点大地坐标的基本依 大地基准 据，它包括一组大地测量参数和一组起算数据，其中，大地测量参数主要包括作为建立 大地坐标系依据的地球椭球的四个常数，即地球椭球赤道半径啊，地心引力常数 GM， 带球谐系数 J2(由此导出椭球扁率 f)和地球自转角度 w，以及用以确定大地坐标系统和 大地控制网长度基准的真空光速 c； 而一组起算数据是指国家大地控制网起算点(成为大 地原点)的大地经度、大地纬度、大地高程和至相邻点方向的大地方位角。

高程基准是推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据，它包括一个水准 高程基准 基面和一个永久性水准原点 重力基准是指绝对重力值已知的重力点，作为相对重力测量(两点间重力差的重力测 重力基准 量)的起始点9.协调世界时、恒星时与世界时协调世界时、恒星时与世界时协调世界时： 协调世界时：协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上与平太阳时之差小于 0.9 秒的时间计量系统 恒星时： 恒星时：以春分点作为基本参考点，由春分点周日视确定的时间称为恒星时春分 点连续两次经过同一子午圈上中天的时间间隔为一个恒星日，分为 24 个恒星时 世界时：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在你太阳时 世界时： 平太阳连续两次经过同一子午圈的时间间隔称为一个平太阳日， 以格林尼治子夜起算的 平太阳时称为世界时10、三差改正、三差改正将水平方向归算至椭球面上，包括垂线偏差改正、标高差改正及截面差改正，习惯 上称此三项改正为三差改正11、球面角超、球面角超球面多边形的内角和与相应平面上的内角和与（n-2）×180°的差值（或答为球面三 角形和 180°也可）12、底点纬度、垂足纬度、底点纬度、垂足纬度在 y =0 时，把 x 直接作为中央子午线弧长对应的大地纬度 B，叫底点纬度 底点纬度。

底点纬度 过高斯平面上有一点Ｐ，作垂线和中央子午线的交点，该点的纬度即为垂足纬度 垂足纬度 垂足纬度13、子午线收敛角、子午线收敛角高斯投影面上任意点子午线的投影线的切线方向与该点坐标的正北方向的夹角14、水准标尺零点差、水准标尺基辅差水准标尺零点差：一对水准标尺的零点误差之差 水准标尺零点差 水准标尺基辅差： 水准标尺基辅差：精密水准标尺同一视线高度处的基本分划与辅助分划之差15、大地主题反算、大地主题反算已知椭球面上两点的大地经纬度求解两点间的大地线长度与正反方位角16. 常规大地测量方法的局限性(1)、测站间需保持通视：a）需花费大量人力物力修建觇标，b）边长受限制：c） 为了保持通视，在山区不得不把控制点布设在个山头上工作难度大、效率低d）在 工程项目中往往需要布设许多中间过渡点才能将坐标传递到目的点加重工作量 (2)、无法同时精确确定点的三维坐标: a）增加了工作量,b）水准点一般沿道路、河 流等高差起伏不大的地带布设，无精确的平面坐标；而平面控制点在山区时，位于山头 上，起高程使用三角高程测量求得，无准确的高程坐标 (3)、观测受气候条件影响：雨天、黑夜、大雾、大风、能见度低时不宜测量。

(4)、难以避免某些系统误差的影响 (5)、难以建立地心坐标系:占全球总面积 70%的海岸为布设大地控制网，占全球总 面积 30%的陆地无法进行大地联测，只能区域测量，建立区域参考椭球与区域大地水准 面吻合无法建立全球参考椭球17.空间大地测量技术产生的必要性空间大地测量技术产生的必要性(1)要求提供精确的地心坐标 (2)要求提供全球统一的坐标 (3)为了研究全球性的地质构造运动、建立和维持全球的参考框架、不同坐标系间的 联测等，都要求在长距离上进行高精度定位的技术 (4) 要求出现一种全天候、更快速精确、简便的定位技术18.空间大地测量学定义空间大地测量学定义利用：– 自然天体，– 或人造天体 精确确定： – 地球的形状及其随时间的变化； – 地球外部重力场其随时间的变化； – 地轴方向和地球自转速度，及其随时间变化；等状况的一整套理论和方法空间大地测量技术的优点：(1) 测站间无需保持通视(2) 数学模型简单，能同时确 定点的三维坐标(3)易于实现全天候观测(4)长距离、高精度定位19.大地原点的作用大地原点的作用1）为参考椭球的定位和定向提供参数； 2）为天文大地网在椭球面上的计算提供起算数据； 3）为计算大地水准面差距提供起算数据；4）作为大地坐标系的一种标志。

20. 1954 年北京坐标系存在的缺点年北京坐标系存在的缺点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；短轴指向不是 CIO，也不是我国的地极原点 JYD1968.0 ；起始大 地子午面也不是国际时间局所定义的格林尼治平均天文台子午面 5）未顾及椭球的物理参数；采取的是局部平差 6）名不符实21. 1980 年国家大地坐标系的特点：年国家大地坐标系的特点：① 采用 1975 年国际大地测量与地球物理联合会 (IUGG) 第 16 届大会上推荐的 4 个椭球基本参数 地球椭球长半径 a=6 378 140 m ， 地心引力常数 GM=3.986 005×1014m3/s2, 地球重力场二阶带球谐系数 J2 =1.082 63×10-8, 地球自转角速度 ω=7.292 115×10-5 rad/s 。

 ② 参心大地坐标系是在 1954 年北京坐标系基础上建立起来的 ③ 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位 ④ 定向明确椭球短轴平行于地球质心指向地极原点 的方向 ⑤ 大地原点地处我国中部，位于西安市以北 60 km 处的泾阳县永乐镇，简称西安 原点 ⑥ 大地高程基准采用 1956 年黄海高程系平差后提供的大地点成果属于 1980 年西安坐标系，它和原 1954 年北京坐标系的 成果是不同的这个差异除了由于它们各属不同椭球与不同的椭球定位、定向外，还因 为前者是经过整体平差，而后者只是作了局部平差 1980 年国家坐标系面临的问题 1） 、GPS 的精度高 1-2 个数量级； 2） 、卫星定位是三维的，大地坐标是二维的； 1980 年国家坐标系存在的问题 1） 、椭球的长半径和 WGS-84 椭球相差 3m，可能引起长度误差 5×10-7 2） 、椭球定位不是地心坐标； 3） 、椭球指向为 JYD，与国际上通常采用的 BIH（国际时间局）不同 三维、地心、高精度、动态和实用的大地坐标框架 准备建立一个 三维、地心、高精度、动态和实用的大地坐标框架22.地心地固空间直角坐标系、地心地固大地坐标系地心地固空间直角坐标系、地心地固大地坐标系地心地固空间直角坐标系： 地心地固空间直角坐标系：原点 O 与地球质心重合，Z 轴指向地球北极，X 轴指向 格林尼治平均子午面与地球赤道的交点，Y 轴垂直于 XOZ 平面构成右手坐标系。

地心地固大地坐标系：地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全 地心地固大地坐标系： 球范围内最佳符合，椭球的短轴与地球自转轴重合(过地球质心并指向北极)23.国际地球参考系统国际地球参考系统 ITRS、、ITRFITRS 一种协议地球参考系统，它的定义为： ITRS ① 原点为地心，并且是指包括海洋和大气在内的整个地球的质心； ② 长度单位为米(m)，并且是在广义相对论框架下的定义； ③ Z 轴从地心指向 BIH1984.0 定义的协议地球极(CTP)； ④ X 轴从地心指向格林尼治平均子午面与 CTP 赤道的交点； ⑤ Y 轴与 XOZ 平面垂直而构成右手坐标系； ⑥ 时间演变基准是使用满足无整体旋转 NNR 条件的板块运动模型， 来描述地球各 块体随时间的变化 ITRF 是 ITRS 的具体实现， 是通过 IERS 分布于全球的跟踪站的坐标和速度场来维 持并提供用户使用的24. 精密测角的误差来源及影响精密测角的误差来源及影响1、外界条件的影响 大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响 水平折光的影响照准目标的相位差 温度变化对视准轴的影响 外界条件对觇标内架稳定性的影响 2.仪器误差的影响 水平度盘位移的影响 照准部旋转不正确的影响 照准部水平微动螺旋作用不正确的影响 垂直微动螺旋作用不正确的影响 3.照准和读数误差的影响25.精密测角的一般原则精密测角的一般原则① 观测应在目标成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减 小旁折光的影响。

 ② 观测前应认真调好焦距，消除视差在一测回的观测过程中不得重新调焦，以 免引起视准轴的变动 ③ 各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上，以消 除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响 ④ 在上、下半测回之间倒转望远镜，以消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差 等影响，同时可以由盘左、盘右读数之差求得两倍视准误差 2 c ，借以检核观测质量 ⑤ 上、下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目。