注册测绘师培训大地测量课件

1 国家注册测绘师考试国家注册测绘师考试培训教程培训教程第一篇第一篇大大地地测测量量 武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院武汉大学测绘学院1 国家注册测绘师考试 武汉大学测绘学12前前言言注册测绘师资格考试大纲注册测绘师资格考试大纲：是注册测绘师资格考试的国家标准是注册测绘师资格考试的国家标准是考试命题的依据是考试命题的依据是应试人员的必备指南是应试人员的必备指南其内容和范围体现了注册测绘师运用所学专业知识，其内容和范围体现了注册测绘师运用所学专业知识，完成测绘工作的基本能力完成测绘工作的基本能力考试科目分为三个科目：考试科目分为三个科目：测绘管理与法律法规测绘管理与法律法规 测绘综合能力测绘综合能力 测绘案例分析测绘案例分析2前 言注册测绘师资格考试大纲：23【第一科目：第一科目：测绘管理与法律法规考试目的测绘管理与法律法规考试目的】考察测绘专业技术人员在测绘项目的管理中，考察测绘专业技术人员在测绘项目的管理中，运用法律法规、技术规范、技术标准运用法律法规、技术规范、技术标准解决实际解决实际问题问题的能力。的能力。3【第一科目：测绘管理与法律法规考试目的】考察测34【第二科目：第二科目：测绘综合能力测绘综合能力考试目的考试目的】考察测绘专业技术人员考察测绘专业技术人员运用运用测绘专业技术理测绘专业技术理论，论，分析、判断和解决分析、判断和解决测绘项目实施过程中专测绘项目实施过程中专业技术问题的能力，以及业技术问题的能力，以及处理处理测绘专业之间综测绘专业之间综合性问题的能力。合性问题的能力。前前 言言4【第二科目：测绘综合能力考试目的】考察测绘专业45【第三科目：测绘案例分析第三科目：测绘案例分析考试目的考试目的】考察测绘专业技术人员考察测绘专业技术人员运用运用测绘管理与测绘管理与法律法规法律法规、测绘综合能力测绘综合能力科目在实务应科目在实务应用时体现的用时体现的综合分析能力及实际执业能力综合分析能力及实际执业能力。前前言言5 【第三科目：测绘案例分析考试目的】考察561.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星计满足要求的卫星定位连续运行参考站网、卫星定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控定位控制网、边角控制网、高程控制网和重力控制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地制网等空间框架基准，并应充分考虑到对似大地水准面精化工作的要求。水准面精化工作的要求。【要点要点】：大地测量控制网的等级、分类、观测技术（大地测量控制网的等级、分类、观测技术（GPS,GPS,全全站仪，水准仪）站仪，水准仪）,技术方案设计。重点是：技术方案设计。重点是：卫星定卫星定位控制网、高程控制网、似大地水准面精化位控制网、高程控制网、似大地水准面精化【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】前前 言言全球定位系统测量规范 GB/T 18314-200961.根据国家、区域和工程测量的不同需求，优化设计满足要求的67全球定位系统测量规范 GB/T 18314-20097全球定位系统测量规范 GB/T 18314-200978全球定位系统测量规范 GB/T 18314-20098全球定位系统测量规范 GB/T 18314-2009892.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择满足设计要求的点等情况，选择满足设计要求的点(站站)址，并建造适址，并建造适合该区域的测量标志。合该区域的测量标志。【要点要点】：选点选点：根据不同测量方法与手段，掌握选点准备、：根据不同测量方法与手段，掌握选点准备、选点基本要求以及选点作业过程。选点基本要求以及选点作业过程。【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】前前 言言92.根据不同作业区域的地质、环境、地物以及气象等情况，选择910101011【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】3.根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足根据控制网的布设情况，编写实施方案，选择满足设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，设计要求的仪器设备，进行相应的仪器设备检验，并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测并依据设计的作业方法进行外业观测。对外业观测数据进行检核，获得合格的观测成果。数据进行检核，获得合格的观测成果。【要点要点】：1 1）项目）项目实施方案实施方案；2 2）外业）外业观测计划观测计划（时间安排、仪器安排、人员安排）；（时间安排、仪器安排、人员安排）；3 3）掌握）掌握“点连接点连接”、“边连接边连接”、“同步环同步环”、“异步环异步环”等概念。等概念。前前言言11【大地测量考试基本要求解读】前 言11124.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，可靠的数据处理软件对外业观测数据进行处理，处理结果应符合设计的要求。处理结果应符合设计的要求。【要点要点】：1 1）掌握不同观测方法的数据处理软件；）掌握不同观测方法的数据处理软件；2 2）掌握导线网、）掌握导线网、水准网水准网、GPSGPS网平差原理和方法；网平差原理和方法；3 3）限差规定限差规定【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】前前 言言124.根据观测方法和工程项目的要求，选择经过验证、可靠的数1213【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】5.根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似根据卫星定位控制网的特点，依据工程需要进行似大地水准面大地水准面(或高程异常模型或高程异常模型)的精化工作，完成卫的精化工作，完成卫星定位三维控制网的建设。星定位三维控制网的建设。【要点要点】：1 1）熟悉似大地水准面精化的意义与目的；）熟悉似大地水准面精化的意义与目的；2 2）熟悉）熟悉似大地水准面精化的实施步骤和实现方法似大地水准面精化的实施步骤和实现方法；3 3）熟悉似大地水准面精化所用的资料。）熟悉似大地水准面精化所用的资料。前前言言13【大地测量考试基本要求解读】前 言1314【大地测量考试基本要求解读大地测量考试基本要求解读】6.根据作业区域的根据作业区域的坐标系统坐标系统情况，进行坐标系之间的情况，进行坐标系之间的分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关分析，确定不同等级、不同年代控制网间的相互关系。系。【要点要点】：1 1）熟练掌握测量坐标系的定义（）熟练掌握测量坐标系的定义（空间直角坐标空间直角坐标、大、大地坐标、站心坐标、地坐标、站心坐标、高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标、城市独立、城市独立坐标以及施工坐标）；坐标以及施工坐标）；2 2）熟练掌握）熟练掌握19541954年北京坐标系、年北京坐标系、19801980西安坐标系、西安坐标系、CGCS2000CGCS2000坐标系的相关内容；坐标系的相关内容；3 3）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（）熟练掌握不同坐标系之间转换的实现方法（空间空间三维坐标转换、二维平面坐标转换三维坐标转换、二维平面坐标转换）。）。前前 言言14【大地测量考试基本要求解读】6.根据作业区域的坐标系统1415【大地测量考试基本要求关键点大地测量考试基本要求关键点】1大地测量控制网技术设计大地测量控制网技术设计2选点、埋石选点、埋石3实施方案，外业观测实施方案，外业观测4数据处理数据处理5似大地水准面精化似大地水准面精化6坐标系及其转换坐标系及其转换前前言言15【大地测量考试基本要求关键点】前 言1516第一部分第一部分绪绪论论16第一部分 1617指在一定的时间与空间参考系中，测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量和描绘地球形状及其重力场并监测其变化，研究定位技术和方法，为人类活动提化，研究定位技术和方法，为人类活动提供关于地球的空间信息的一门学科。供关于地球的空间信息的一门学科。大地测量学的定义大地测量学的定义绪绪 论论17 指在一定的时间与空间参考系中，测量和描绘地球形1718绪绪论论主要任务主要任务建立国家大地控制网建立国家大地控制网(一等、二等、三等、四等大地控一等、二等、三等、四等大地控制网制网)主要作用主要作用（1）为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度）为大规模地形图测制及各种工程测量提供高精度的平面控制和高程控制；的平面控制和高程控制；（2）为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、）为空间科学技术和军事用途提供精确的点位坐标、距离、方位及地球重力资料；距离、方位及地球重力资料；（3）为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等）为研究地球形状和大小、地壳形变及地震预报等科学问题提供资料。科学问题提供资料。18绪 论 主要任务1819测量技术测量技术三角测量三角测量天文测量天文测量导线测量导线测量重力测量重力测量惯性测量惯性测量 水准测量水准测量卫星大地测量（卫星大地测量（GPS,VLBI)绪绪论论19测量技术绪 论1920 第二部分第二部分大地测量系统与参考框架大地测量系统与参考框架20 第二部分2021坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架大地测量系统与参考框架的描述大地测量系统与参考框架的描述大地测量系统：大地测量系统：规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式（理论、模型与方法）。实现方式（理论、模型与方法）。大地测量参考框架：大地测量参考框架：通过大地测量手段，按大地测量系统规定的通过大地测量手段，按大地测量系统规定的模式，构建的固定在地面上的点所构成的大地网，模式，构建的固定在地面上的点所构成的大地网，是大地测量系统的具体实现。是大地测量系统的具体实现。大地测量系统是大地测量系统是总体总体概念，大地测量参考框概念，大地测量参考框架是大地测量系统的架是大地测量系统的具体应用具体应用形式。形式。21坐标系统与参考框架大地测量系统与参考框架的描述2122大地测量系统：大地测量系统：坐标系统坐标系统高程系统高程系统重力参考系统重力参考系统大地测量参考框架：大地测量参考框架：坐标参考框架坐标参考框架高程参考框架高程参考框架重力参考框架重力参考框架坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架22大地测量系统：大地测量参考框架：坐标系统与参考框架2223定义：定义：原点：位于参考椭球体中心原点：位于参考椭球体中心Z轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行轴：椭球的旋转轴，与地球的自转轴平行X轴：指向大地子午面与赤道面的交点轴：指向大地子午面与赤道面的交点Y轴：与轴：与X和和Z轴正交，构成右手坐标系。轴正交，构成右手坐标系。1 1）参心坐标系统）参心坐标系统2.1 2.1 坐标系统与坐标参考框架坐标系统与坐标参考框架1 1 坐标系统坐标系统坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架23 定义：1）参心坐标系统2.1 坐标系统与坐标参考框2324参心坐标系的建立：参心坐标系的建立：建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作：建立地球参心坐标系，需如下几个方面的工作：选择或求定椭球的几何参数选择或求定椭球的几何参数(半径半径a和扁率和扁率)确定椭球中心的位置确定椭球中心的位置(椭球定位椭球定位)确定椭球短轴的指向确定椭球短轴的指向(椭球定向椭球定向)建立大地原点建立大地原点坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架24参心坐标系的建立：坐标系统与参考框架2425 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数和大地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志地原点上的起算数据的确立是一个参心大地坐标系建成的标志.v大地原点和大地起算数据大地原点和大地起算数据坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架25 大地原点也叫大地基准点或大地起算点，参考椭球参数25261954年北京坐标系年北京坐标系1954年北京坐标系可认为是前苏联年北京坐标系可认为是前苏联1942年坐标系的延伸。年坐标系的延伸。它的原点不在北京，而在前苏联的它的原点不在北京，而在前苏联的普尔科沃普尔科沃。相应的椭球。相应的椭球称为称为克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球。1954年北京坐标系的缺限年北京坐标系的缺限:l椭球参数有较大误差。椭球参数有较大误差。l参考椭球面与我国大地水准面存在着自西向东明显的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倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达系统性倾斜，在东部地区大地水准面差距最大达+68m。l几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。l定向不明确定向不明确 。坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架261954年北京坐标系坐标系统与参考框架262719801980西安坐标系西安坐标系l采用采用1975年国际大地测量与地球物理联合会年国际大地测量与地球物理联合会IUGG第第16届大会届大会上推荐的上推荐的4个椭球基本参数：个椭球基本参数：长半径长半径 a=6378140ma=6378140m 地心引力常数地心引力常数 GM=3.986 0051014 mGM=3.986 0051014 m3 3/s/s2 2 重力场二阶带球谐系数重力场二阶带球谐系数J2=1.082 6310J2=1.082 6310-8-8 自转角速度自转角速度 =7.292 11510=7.292 11510-5-5 rad/s rad/sl 在在19541954年北京坐标系基础上建立起来的。年北京坐标系基础上建立起来的。l 椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合，是多点定位。l定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点定向明确。椭球短轴平行于地球质心指向地极原点的方向的方向l 大大地地原原点点地地处处我我国国中中部部，位位于于西西安安市市以以北北60km处处的的泾泾阳阳县县永永 乐镇乐镇，简称，简称西安原点西安原点。l 大地高程基准采用大地高程基准采用1956年黄海高程系年黄海高程系。坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架27 1980西安坐标系 采用1975年国际大地测量与地球2728地心坐标系统满足以下四个条件：地心坐标系统满足以下四个条件：原点位于整个地球质心（包括海洋和大气）。原点位于整个地球质心（包括海洋和大气）。尺度是相对论意义下某一局部地球框架内的尺度。尺度是相对论意义下某一局部地球框架内的尺度。定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，称为地球的定向参数称为地球的定向参数EOP。定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。定向随时间的演变满足地壳无整体的约束条件。通俗化的定义：通俗化的定义：原点位于地球质心原点位于地球质心Z轴与轴与X轴的定向某一历元的轴的定向某一历元的EOP参数确定参数确定Y轴与轴与X、Z轴正交，构成空间右手坐标系轴正交，构成空间右手坐标系2 2）地心坐标系统）地心坐标系统坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架28 地心坐标系统满足以下四个条件：2）地心坐标系统坐标28291）参心坐标参考框架）参心坐标参考框架传统测量坐标框架是由传统测量坐标框架是由天文大地网天文大地网来实现的，一来实现的，一般定义在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的般定义在参心坐标系中，是一种区域、二维、静态的地球参考框架。地球参考框架。20世纪世纪5080年代，我国建立了：年代，我国建立了：1954北京参心坐标参考框架；北京参心坐标参考框架；1980西安参心坐标参考框架。西安参心坐标参考框架。2.2.坐标参考框架坐标参考框架坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架29 1）参心坐标参考框架2.坐标参考框架坐标系统与29302）地心坐标参考框架）地心坐标参考框架（1)1)国际地球参考框架国际地球参考框架ITRFITRF ITRF ITRF是是ITRS ITRS 的具体实现的具体实现,是由是由IERSIERS中心局中心局IERS CBIERS CB利利用用VLBIVLBI、LLRLLR、SLRSLR、GPSGPS和和DORISDORIS等空间大地测量技等空间大地测量技术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度术的观测数据分析得到的一组全球站坐标和速度 自自19881988年起，年起，IERSIERS已经发布已经发布ITRF88ITRF88、ITRF89ITRF89、ITRF90ITRF90、ITRF91ITRF91、ITRF92ITRF92、ITRF93ITRF93、ITRF94ITRF94、ITRF96ITRF96、ITRF97ITRF97、ITRF2000ITRF2000、ITRF2019ITRF2019等全球参考框架。等全球参考框架。坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架302）地心坐标参考框架（1)国际地球参考框架ITRF I3031 ITRF是通过框架的定向、原点、尺度和框架时是通过框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。间演变基准的明确定义来实现的。目前目前ITRF是全球公认的应用最广泛、精度最高是全球公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。的地心坐标框架。坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架31 坐标系统与参考框架313213243213243233（2)WGS842)WGS84世界大地坐标系世界大地坐标系vWGS84的全称是的全称是WorldGeodeticSystem1984，即，即世界大地坐标系世界大地坐标系-1984，它是一个地心地固坐标系，它是一个地心地固坐标系统，是统，是GPS使用的坐标系。使用的坐标系。vWGS84坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于坐标系的几何意义是：坐标系的原点位于地球质心，地球质心，z轴指向轴指向BIH1984.0定义的协议地球极定义的协议地球极(CTP)方向，方向，x轴指向轴指向BIH1984.0的零度子午面和的零度子午面和CTP赤道的交点，赤道的交点，y轴通过右手规则确定。轴通过右手规则确定。坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架33（2)WGS84世界大地坐标系WGS84的全称是Wor3334v WGS84WGS84分别在分别在19941994、20192019、20192019年进年进行更新，得到行更新，得到WGS84(G730)WGS84(G730)、WGS84(G873)WGS84(G873)、WGS84(G1150)WGS84(G1150)更新后的更新后的WGS84(G1150)WGS84(G1150)的站坐标与的站坐标与ITRF2000ITRF2000框架的站坐标差异为几个框架的站坐标差异为几个厘米。厘米。34 WGS84分别在1994、2019、2019年进行更新3435v国务院批准自国务院批准自2019年年7月月1日启用我国的地心坐日启用我国的地心坐标系标系2000国家大地坐标系，英文名称为国家大地坐标系，英文名称为ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，英文，英文缩写为缩写为CGCS2000。v用用810年的时间，完成现行国家大地坐标系向年的时间，完成现行国家大地坐标系向2000国家大地坐标系的过渡和转换国家大地坐标系的过渡和转换。（3 3）CGCS2000CGCS2000坐标系坐标系坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架ITRF97(2000.0)35国务院批准自2019年7月1日启用我国的地心坐标系203536v我国于我国于2019年完成年完成“2000国家国家GPS控制网控制网”计算。该计算。该网包含网包含:国家测绘局布设的高精度国家测绘局布设的高精度GPSA、B级网；级网；总参测绘局布设的总参测绘局布设的GPS一、二级网；一、二级网；国家地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测国家地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网络的基准网、基本网绘局共建的中国地壳运动观测网络的基准网、基本网和区域网。和区域网。2000国家国家GPS网共有网共有28个连续运行参考站，个连续运行参考站，2500多个多个GPS网点组成，将数据统一归算到网点组成，将数据统一归算到ITRF97(2000.0)，是我国新一代的是我国新一代的地心坐标参考框架地心坐标参考框架.坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架36我国于2019年完成“2000国家GPS控制网”计算。该3637 参考框架和历元的统一参考框架和历元的统一 2000网的参考框架网的参考框架ITRF97参考历元为参考历元为 2000.0 长半轴长半轴a=6378137.0 m 地球含大气层引力常数地球含大气层引力常数GM=3986004.418 108m3s-2 地球的动力形状因子地球的动力形状因子J2=1.082629832258 地球自转角速度地球自转角速度=7292115.0 10-11rad s-1 参考椭球参考椭球4 4个基本常数个基本常数坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架37 参考框架和历元的统一 2000网的参考框架IT3738地壳运动观测网络基准网38地壳运动观测网络基准网3839GPSGPS大地控制网概况大地控制网概况我国先后建成四个较大规模的我国先后建成四个较大规模的我国先后建成四个较大规模的我国先后建成四个较大规模的GPSGPSGPSGPS大地网大地网大地网大地网一、二一、二一、二一、二级级网网网网A A、B B级级网网网网形形形形变监测变监测网网网网地壳运地壳运地壳运地壳运动观测动观测网网网网络络框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历历元：元：元：元：2019.02019.02019.02019.0精度精度精度精度约为约为：3*103*103*103*10-8-8-8-8框架：框架：框架：框架：ITRF93 ITRF93 ITRF93 ITRF93 历历元：元：元：元：2019.3652019.3652019.3652019.365精度精度精度精度约为约为：10101010-7-7-7-7框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历历元：元：元：元：2019.5822019.5822019.5822019.582精度精度精度精度约为约为：10101010-8-8-8-8框架：框架：框架：框架：ITRF96ITRF96ITRF96ITRF96历历元：元：元：元：2019.6802019.6802019.6802019.680精度精度精度精度优优于于于于2mm2mm2mm2mm39GPS大地控制网概况我国先后建成四个较大规模的GPS大地39402000中国GPS大地网402000中国GPS大地网4041几种常用的参考椭球参数几种常用的参考椭球参数 坐坐标系系统椭球名称球名称年代年代长半半轴a(m)a(m)扁率分母扁率分母 5454北京系北京系克拉索夫斯基克拉索夫斯基 1940194063782456378245298.3298.38080西安系西安系IAG-75IAG-751979197963781406378140298.257298.257WGS-84WGS-84系系WGS-84WGS-841984198463781376378137298.257223563298.257223563CGCS2000CGCS2000WRS80WRS802019201963781376378137298.257222101298.257222101坐标系统与参考框架坐标系统与参考框架41几种常用的参考椭球参数 坐标系统椭球名称年代长半轴a(m41422.2高程系统与高程框架高程系统与高程框架高程基准高程基准n区域性高程基准可以由验潮站的长期平均海水面来确定，通常定区域性高程基准可以由验潮站的长期平均海水面来确定，通常定义该平均海水面的高程为零。平均海水面通常作为义该平均海水面的高程为零。平均海水面通常作为高程基准面高程基准面n在地面上预先设置一固定点（组），利用精密水准测量联测固定在地面上预先设置一固定点（组），利用精密水准测量联测固定点与该平均海水面的高差，从而确定该固定点（组点与该平均海水面的高差，从而确定该固定点（组)的海拔高程。的海拔高程。该固定点称为该固定点称为水准原点水准原点。水准原点的高程就是区域性水准测量的。水准原点的高程就是区域性水准测量的起算点。起算点。国家高程基准：国家高程基准：黄海平均海水面黄海平均海水面1987年以前年以前,“1956年黄海高程系年黄海高程系”水准原点高程为水准原点高程为72.289m1988年年1月月1日起日起,“1985国家高程基准国家高程基准”水准原点的高程为水准原点的高程为72.260.高程系统与高程框架高程系统与高程框架422.2 高程系统与高程框架国家高程基准：黄海平均海水4243在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统。大地高系统大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H H表示。同一个表示。同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。点，在不同的基准下，具有不同的大地高。正高系统正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离。正常高系统正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。高程系统高程系统国家高程系统国家高程系统:正常高高程系统正常高高程系统 高程系统与高程框架高程系统与高程框架43在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统43442.3重力参考系统与重力测量框架重力参考系统与重力测量框架重力基准和参考系统 重力基准是标定一个国家或地区重力值的标准。重力基准是标定一个国家或地区重力值的标准。20世纪世纪70年代以前我国采用波茨坦重力基准，重力参年代以前我国采用波茨坦重力基准，重力参考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。考系统采用克拉索夫斯基椭球常数。80年我国重力年我国重力基准采用经国际比对的高精度相对重力仪自行测定，基准采用经国际比对的高精度相对重力仪自行测定，参考系统是参考系统是IAG-75椭球常数。椭球常数。21世纪初，我国采用世纪初，我国采用高精度绝对和相对重力仪测定我国新的重力基准，高精度绝对和相对重力仪测定我国新的重力基准，目前重力基准的参考系统采用目前重力基准的参考系统采用GRS80椭球常数。椭球常数。重力系统与重力框架重力系统与重力框架442.3 重力参考系统与重力测量框架重力基准和参考系统4445重力测量参考框架重力测量参考框架 由分布在我国各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力由分布在我国各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力网，以及用做相对重力尺度标准的若干重力长短基线构成。网，以及用做相对重力尺度标准的若干重力长短基线构成。重力测量参考框架的现状重力测量参考框架的现状名称：名称：2000国家重力基本网（简称国家重力基本网（简称2000网）网）建成年代：建成年代：2019年至年至2019年年网的组成：网的组成：包括包括21个重力基准点和个重力基准点和126个重力基本点和基本点引个重力基本点和基本点引点点112个，长基线网个，长基线网1个，重力仪格值标定场个，重力仪格值标定场8处。处。作用：作用：确定我国重力加速度数值的参考框架，新的重力测量基确定我国重力加速度数值的参考框架，新的重力测量基准准重力系统与重力框架重力系统与重力框架45 重力测量参考框架重力系统与重力框架4546第三部分第三部分测量坐标系及其坐标转换测量坐标系及其坐标转换测量坐标系测量坐标系46第三部分测量坐标系4647（1）按坐标原点的不同分类：按坐标原点的不同分类：地心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系）地心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系）参心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系参心坐标系统（空间直角坐标系、大地坐标系 ）站心坐标系统（站心直角坐标系站心坐标系统（站心直角坐标系 、站心极坐标系、站心极坐标系 ）平面坐标系统（高斯平面坐标系、施工平面坐标系平面坐标系统（高斯平面坐标系、施工平面坐标系）3.1测量常用坐标系测量常用坐标系测量坐标系测量坐标系1）测量常用坐标系分类）测量常用坐标系分类47（1）按坐标原点的不同分类：3.1 测量常用坐标系测量坐4748（2）按坐标的维数不同分类：按坐标的维数不同分类：二维坐标：二维坐标：54北京坐标北京坐标80西安大地坐标西安大地坐标城市独立坐标城市独立坐标系系施工平面坐标系施工平面坐标系三维坐标：三维坐标：地心坐标（地心坐标（ITRF、CGCS2000)站心坐标站心坐标测量坐标系测量坐标系48（2）按坐标的维数不同分类：测量坐标系4849空间直角坐标系空间直角坐标系坐标系原点位于参考椭球的中心坐标系原点位于参考椭球的中心,Z,Z轴指向参考椭球的北极轴指向参考椭球的北极,X,X轴指轴指向起始子午面与赤道的交点向起始子午面与赤道的交点,Y,Y轴位于赤道面上轴位于赤道面上,且按右手系与且按右手系与X X轴呈轴呈9090 夹角夹角.某点在空间中坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上某点在空间中坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示的投影来表示.测量坐标系测量坐标系2）测量常用坐标系）测量常用坐标系49空间直角坐标系测量坐标系2）测量常用坐标系4950空间大地坐标系空间大地坐标系采用大地经度（采用大地经度（L L）、大地纬度（）、大地纬度（B B）和大地）和大地高（高（H H）来描述空间位置的。纬度是空间的）来描述空间位置的。纬度是空间的点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经点与参考椭球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高面与参考椭球的起始子午面的夹角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球是空间点沿参考椭球的法线方向到参考椭球面的距离。面的距离。测量坐标系测量坐标系50空间大地坐标系测量坐标系5051站心坐标系站心坐标系以测站为原点，测站上的法线以测站为原点，测站上的法线(垂线垂线)为为Z Z轴方向的坐轴方向的坐标系就称为法线标系就称为法线(或垂线或垂线)站心坐标系。站心坐标系。测量坐标系测量坐标系51 站心坐标系测量坐标系5152高斯高斯平面直角坐标系平面直角坐标系 平面直角坐标系是利用平面直角坐标系是利用投影变换投影变换，将空间坐标，将空间坐标（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换（空间直角坐标或空间大地坐标）通过某种数学变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换映射到平面上，这种变换又称为投影变换。投影变换的方法有很多，如的方法有很多，如UTMUTM投影、投影、LambertLambert投影等，在我国投影等，在我国采用的是采用的是高斯高斯-克吕格投影克吕格投影，也称为，也称为高斯投影高斯投影。高斯平面直角坐标系：高斯平面直角坐标系：原点：中央子午线和赤道的交点；原点：中央子午线和赤道的交点；X X轴：中央子午线的投影；轴：中央子午线的投影；Y Y轴：赤道的投影。轴：赤道的投影。测量坐标系测量坐标系52高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系：测量坐标系5253高斯投影必须满足以下以下条件：高斯投影必须满足以下以下条件：(1)中央子午线投影后为直线中央子午线投影后为直线,且为投影点的对且为投影点的对称轴；称轴；(2)中央子午线投影后长度不变；中央子午线投影后长度不变；(3)投影具有正形性质投影具有正形性质(长度比与方位角无关长度比与方位角无关)。测量坐标系测量坐标系53高斯投影必须满足以下以下条件：测量坐标系5354想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线(此子午线称为中央子午线或轴子午线此子午线称为中央子午线或轴子午线)相切，椭圆柱的中心轴通过相切，椭圆柱的中心轴通过椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差椭球体中心，然后用一定投影方法，将中央子午线两侧各一定经差范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面范围内的地区投影到椭圆柱面上，再将此柱面展开即成为投影面。n高斯投影的描述高斯投影的描述测量坐标系测量坐标系54想象有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面，并与某一条子午线54556带带:自自0子午线起每隔经差子午线起每隔经差6自西向东分带，依次编号自西向东分带，依次编号1，2，3，60。我国。我国6带中央子午线的经度，由带中央子午线的经度，由73起每隔起每隔6而至而至135，共计，共计11带，带号用带，带号用n表示，中央子午线的经度用表示，中央子午线的经度用表示。表示。带号及中央子午线经度的关系：带号及中央子午线经度的关系：3带带:自东经自东经1.5子午线起，每隔子午线起，每隔3设立一个投影带，设立一个投影带，依次编号为依次编号为1，2，3，120带；中央子午线经度依次为带；中央子午线经度依次为3,6,9,360。我国规定按经差我国规定按经差66和和33进行投影分带进行投影分带测量坐标系测量坐标系55 6带:自0子午线起每隔经差6自西向东分带5556.5带或任意带带或任意带:工程测量控制网也可采用工程测量控制网也可采用.5带或任意带，带或任意带，但为了测量成果的通用，需同国家但为了测量成果的通用，需同国家6或或3带相联系。带相联系。n=L/3(四舍五入四舍五入)3带号及中央子午线经度的关系：带号及中央子午线经度的关系：l国家统一坐标国家统一坐标在我国在我国x坐标都是正的，坐标都是正的，y坐标的最大值坐标的最大值(在赤道上在赤道上)约为约为330km。为为了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上了避免出现负的横坐标，规定在横坐标上加上500000m。此外还此外还应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为应在坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标国家统一坐标。例如：例如：Y=19123456.789m该点位在该点位在19带内，横坐标的真值：首先去掉带号，再减去带内，横坐标的真值：首先去掉带号，再减去500000m，最后得最后得y=-376543.211(m)。测量坐标系测量坐标系56 .5带或任意带:工程测量控制网也可采用.5657n建立原则要求边长投影变形满足：建立原则要求边长投影变形满足：高程归化改正高程归化改正将地面上观测的长度元素归算到参考椭球面将地面上观测的长度元素归算到参考椭球面上而产生的改正。上而产生的改正。高斯投影改正高斯投影改正将参考椭球面上的长度经高斯投影归算到高将参考椭球面上的长度经高斯投影归算到高斯平面上而产生的改正，斯平面上而产生的改正，城市独立坐标系城市独立坐标系测量坐标系测量坐标系57建立原则要求边长投影变形满足：城市独立坐标系测量坐标系5758n 确定坐标系的原则确定坐标系的原则 a)a)按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系；按面积大小来确定是否采用高斯平面坐标系；b)b)按长度变形值来决定是否采用国家按长度变形值来决定是否采用国家3 3度带高斯平面直角坐标系；度带高斯平面直角坐标系；如果不考虑边长的归化改正，仅考虑边长的投影改正，城市控如果不考虑边长的归化改正，仅考虑边长的投影改正，城市控制网要求长度变形小于制网要求长度变形小于1/400001/40000，相当于离中央子午线小于，相当于离中央子午线小于45km45km。否则，就不能采用否则，就不能采用33带坐标带坐标。总变形：总变形：测量坐标系测量坐标系58 确定坐标系的原则总变形：测量坐标系5859总变形总变形3）同时改变）同时改变和和1）改变）改变：任意带坐标系，确定中央子午线位置任意带坐标系，确定中央子午线位置2）改变）改变：抵偿坐标系，确定高程抵偿面的高程。抵偿坐标系，确定高程抵偿面的高程。：确定高程抵偿面的高程与中央子午线。：确定高程抵偿面的高程与中央子午线。n 减小投影变形的方法减小投影变形的方法n 确定平面坐标系的三大要素确定平面坐标系的三大要素 投影面的高程；投影面的高程；中央子午线的经度；中央子午线的经度；起始点坐标和起始方位角。起始点坐标和起始方位角。测量坐标系测量坐标系59总变形3）同时改变和1）改变：任意带坐标系，确定中央子午5960坐标系换算坐标系换算平面坐标系统间的相互转换实际上是一种二维转换。一般而言，平面坐标系统间的相互转换实际上是一种二维转换。一般而言，两平面坐标系统间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个两平面坐标系统间包含四个原始转换因子，即两个平移因子、一个旋转因子和一个尺度因子。旋转因子和一个尺度因子。先旋转、再平移、最后统一尺度先旋转、再平移、最后统一尺度3.2 3.2 坐标系换算坐标系换算（1 1）二维平面直角坐标变换）二维平面直角坐标变换1 1）二维坐标变换）二维坐标变换60坐标系换算平面坐标系统间的相互转换实际上是一种二维转换。6061 先旋转、再统一尺度、最后平移先旋转、再统一尺度、最后平移 先平移、再旋转、最后变换尺度先平移、再旋转、最后变换尺度坐标系换算坐标系换算61 先旋转、再统一尺度、最后平移 先平移、再旋转、最6162 （2）大地坐标（）大地坐标（B B，L L）计算高斯平面直角坐标（）计算高斯平面直角坐标（x x，y y）坐标系换算坐标系换算（高斯投影正算）（高斯投影正算）62 （2）大地坐标（B，L）计算高斯平面直角坐标（x，y6263 （3 3）高斯平面直角坐标）高斯平面直角坐标（x，y）计算大地坐标）计算大地坐标（B B，L L）坐标系换算坐标系换算（高斯投影反算）（高斯投影反算）63 （3）高斯平面直角坐标（x，y）计算大地坐标（B，L6364不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转转换方法有很多，其中，最为常用的有布尔沙模型，又称为七参数转换法换法(3(3个平移参数、个平移参数、3 3个旋转参数和个旋转参数和1 1个尺度参数个尺度参数 )。（1）三维空间直角坐标的相互转换）三维空间直角坐标的相互转换 2）三维坐标的相互转换）三维坐标的相互转换 坐标系换算坐标系换算64不同坐标系统的转换本质上是不同基准间的转换，不同基准间的6465(2）空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换）空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换 nBLHXYZ 坐标系换算坐标系换算65(2）空间大地坐标与空间直角坐标的相互转换 BLH6566nXYZ BLH坐标系换算坐标系换算66XYZ BLH坐标系换算6667(3(3）ITRFITRF参考框架及其相互转换参考框架及其相互转换 自自19881988年起，年起，IERSIERS已经发布了已经发布了ITRF88ITRF88、ITRF89ITRF89、ITRF90ITRF90、ITRF91ITRF91、ITRF92ITRF92、ITRF93ITRF93、ITRF94ITRF94、ITRF96ITRF96、ITRF97 ITRF97、ITRF2000ITRF2000、ITRF2019等全球坐标参考框架。等全球坐标参考框架。一个地球参考框架的定义，是通过对框架的定向、原点、尺度和一个地球参考框架的定义，是通过对框架的定向、原点、尺度和框架时间演变基准的明确定义来实现的。框架时间演变基准的明确定义来实现的。坐标系换算坐标系换算67(3）ITRF参考框架及其相互转换 自1988年起，IE67