大地測量學(xué)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)要點(diǎn)

第一章 緒論

1. 大地測量學(xué)的定義

大地測量學(xué)是在一定的時(shí)間-空間參考系統(tǒng)中，測量和描繪地球及其他行星體的一門學(xué)科。它的基本任務(wù)是測量和描繪地球并監(jiān)測其變化，為人類活動提供關(guān)于地球等行星體的空間信息。

2. 大地測量學(xué)的作用（五個(gè)，簡述其中一個(gè)的具體作用）

① 大地測量學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)先行性的重要保證作用；

舉例：交通運(yùn)輸、資源開發(fā)、水利水電工程、工業(yè)企業(yè)建設(shè)、城市規(guī)劃等都需要地形圖作為規(guī)劃、設(shè)計(jì)和發(fā)展的依據(jù)，地形圖是一切經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃和發(fā)展必需的基礎(chǔ)性資料。而為測制地形圖首先要布設(shè)全國范圍內(nèi)及局域性的大地測量控制網(wǎng)。

② 大地測量學(xué)在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊作用；

舉例：我國及日本等國都在地震帶區(qū)域建立了密集的大地測量形變監(jiān)測系統(tǒng)，利用GPS和固定及流動的甚長基線干涉、激光測衛(wèi)站等現(xiàn)代大地測量手段進(jìn)行自動連續(xù)監(jiān)測。

③ 大地測量是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障；

舉例：戰(zhàn)爭區(qū)域的電子地圖、數(shù)字地圖、打擊目標(biāo)的精確三維坐標(biāo)及區(qū)域場景的數(shù)字影像地圖等都依賴于大地測量技術(shù)的直接或間接參與取得。

④ 大地測量在當(dāng)代地球科學(xué)研究中的地位顯得越來越重要；

⑤ 大地測量學(xué)是測繪學(xué)科的各分支學(xué)科的基礎(chǔ)科學(xué)；

3. 大地測量學(xué)的基本體系

現(xiàn)代大地測量學(xué)主要?dú)w納為以下三個(gè)基本分支：幾何（天文）大地測量學(xué)、物理大地測量學(xué)、空間大地測量學(xué)

4. 大地測量學(xué)的基本內(nèi)容

（1） 確定地球形狀及外部重力場及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)，研究地殼形變，測定極移以及海洋水面地形及其變化等；

（2） 研究月球及太陽系行星的形狀及重力場；

（3） 建立和維持具有高科技水平的國家和全球的天文大地水平控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)以及海洋大地控制網(wǎng)，滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的需要；

（4） 研究為獲得高精度測量成果的儀器和方法等；

（5） 研究地球表面向橢球面或平面的投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)的大地測量計(jì)算；

（6） 研究大規(guī)模、高精度和多類別的地形網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理理論和方法，測量數(shù)據(jù)庫建立和應(yīng)用等。

5. 克萊羅定理(大地測量學(xué)基礎(chǔ)P8和P73__3—123式)

內(nèi)容：假設(shè)地球是由許多密度不同的均勻物質(zhì)層圈組成的橢球體。這些橢球面都是水準(zhǔn)面，且各層密度都是由地心向外層按照克萊羅公式減少。

意義：首先它論證了正常重力的計(jì)算公式，只要知道點(diǎn)的位置（緯度），那么就可以按這個(gè)公式算出該點(diǎn)的正常重力 ，如果再用幾何大地測量方法和天文測量方法測量 和 就可以算出地球扁率 。

編輯

第二章 坐標(biāo)系統(tǒng)與時(shí)間系統(tǒng)

1. 歲差、章動、極移

歲差：由于日、月等天體的影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間繞黃極發(fā)生長周期的緩慢旋轉(zhuǎn)，形成一個(gè)倒圓錐體，這種運(yùn)動稱為歲差。歲差使春分點(diǎn)每年向西移動50.3″。

章動：月球繞地球旋轉(zhuǎn)的軌道（白道）對于黃道有5°的傾斜，這使得月球引力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的大小和方向不斷變化，從而導(dǎo)致地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加（18.6年的）短周期的圓周運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為章動。

極移：地球自轉(zhuǎn)軸相對于地球體自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位置變化，導(dǎo)致極點(diǎn)在地球表面上的位置隨時(shí)間而變化，這種現(xiàn)象稱為極移。

2. 時(shí)間系統(tǒng)

以地球自傳運(yùn)動為基礎(chǔ)建立了恒星時(shí)（ST）和世界時(shí)（UT）；以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動為基礎(chǔ)建立了歷書時(shí)（ET），并進(jìn)一步發(fā)展為太陽系質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDB)和地球質(zhì)心力學(xué)時(shí)(TDT)；以物質(zhì)內(nèi)部原子運(yùn)動特征為基礎(chǔ)建立了原子時(shí)（TAI）。

恒星時(shí)（ST）：以春分點(diǎn)作為基本參考點(diǎn)，由春分點(diǎn)周日視運(yùn)動確定的時(shí)間，稱為恒星時(shí)。

世界時(shí)（UT）：以真太陽作為基本參考點(diǎn)，由其周日視運(yùn)動確定的時(shí)間，稱為真太陽時(shí)；由于真太陽的視運(yùn)動速度是不均勻的，因而真太陽時(shí)不是均勻的時(shí)間尺度，為此引入虛擬的在赤道上均勻運(yùn)行的平太陽，其速度等于真太陽周年運(yùn)動的平均速度。以格林尼治子夜起算的平太陽時(shí)稱為世界時(shí)。

歷書時(shí)（ET）：由于地球自轉(zhuǎn)速度不均勻，導(dǎo)致用其測得的時(shí)間不均勻。1958年第10屆IAU決定，自1960年起開始以地球公轉(zhuǎn)運(yùn)動為基準(zhǔn)的歷書時(shí)來量度時(shí)間，用歷書時(shí)系統(tǒng)代替世界時(shí)。

原子時(shí)（AT）：在零磁場下，位于海平面的銫原子基態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級間躍遷輻射192631770周所持續(xù)的時(shí)間為原子時(shí)秒，規(guī)定為國際單位制中的時(shí)間單位。國際時(shí)間局比較、綜合世界各地原子鐘數(shù)據(jù)、最后確定的原子時(shí)，稱為國際原子時(shí)（TAI）。

協(xié)調(diào)世界時(shí)(UTC)：原子時(shí)與地球自轉(zhuǎn)沒有直接聯(lián)系，由于地球自轉(zhuǎn)速度長期變慢的趨勢，原子時(shí)與世界時(shí)的差異將逐漸變大，為保證時(shí)間與季節(jié)的協(xié)調(diào)一致，便于日常使用，建立以原子時(shí)秒長為計(jì)量單位、在時(shí)刻上與平太陽時(shí)之差小于0.9秒的時(shí)間系統(tǒng)，稱之為世界協(xié)調(diào)時(shí)(UTC)。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)時(shí)間（了解）：GPS的時(shí)間系統(tǒng)采用基于美國海軍觀測實(shí)驗(yàn)室USNO維持的原子時(shí)稱為GPST，規(guī)定1980年1月6日0時(shí)GPS與UTC相等。

3. 大地基準(zhǔn)

用以代表地球形體的旋轉(zhuǎn)橢球（橢球繞其短軸旋轉(zhuǎn)一周所生成的形體），建立大地基準(zhǔn)就是求定旋轉(zhuǎn)橢球的參數(shù)及其定向（橢球旋轉(zhuǎn)軸平行于地球的旋轉(zhuǎn)軸，橢球的起始子午面平行于地球的起始子午面）和定位（旋轉(zhuǎn)橢球的中心與地球中心的相對關(guān)系）。

4. 天球：以地球質(zhì)心為中心，以無窮大為半徑的假想球體稱為天球；天球上重要的點(diǎn)線面：

天軸與天極：地球自轉(zhuǎn)軸的延伸直線為天軸；天球與天軸的交點(diǎn)稱為天極；

天球赤道面與天球赤道：通過地球質(zhì)心與天軸垂直的平面，稱為天球赤道面，它與天球相交的大圓稱為天球赤道；

天球子午面與子午圈：包含天軸并通過地球上任一點(diǎn)的平面，稱為天球子午面；它與天球相交的大圓稱為天球子午圈；

時(shí)圈：通過天球平面與天球相交的半個(gè)大圓；

黃道：地球公轉(zhuǎn)的軌道面和天球相交的大圓，黃道面與赤道面的夾角稱為黃赤空角；

黃極：通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)；

春分點(diǎn)：當(dāng)太陽在黃道上從天球南半球向北半球運(yùn)行時(shí)，黃道與天球赤道的交點(diǎn)；

5. 大地測量參考系統(tǒng)

坐標(biāo)參考系統(tǒng)分為：天球坐標(biāo)系和地球坐標(biāo)系

天球坐標(biāo)系：用于研究天體和人造衛(wèi)星的定位與運(yùn)動。

地球坐標(biāo)系： 用于研究地球上物體的定位與運(yùn)動，是以旋轉(zhuǎn)橢球?yàn)閰⒄阵w建立的坐標(biāo)系統(tǒng)，分為大地坐標(biāo)系（大地經(jīng)度、大地緯度、大地高）和空間直角坐標(biāo)（X、Y、Z）系兩種形式；

高程參考系統(tǒng)：以大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正高 以似大地水準(zhǔn)面為參照面的高程系統(tǒng)稱為正常高；正常高及正高與大地高有如下關(guān)系：

?H=H正常+ζ ? ? ?H=H正高+N

6. 橢球定位和定向

橢球定位:是指確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部定位和地心定位。局部定位要求在一定范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求；地心定位要求在全球范圍內(nèi)橢球面與大地水準(zhǔn)面最佳的符合，同時(shí)要求橢球中心與地球質(zhì)心一致或最為接近。

橢球的定向：指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向，不論是局部定位還是地心定位，都應(yīng)滿足兩個(gè)平行條件即：橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；大地起始子午面平行于天文起始子午面。

橢球的類型:

參考橢球: 具有確定參數(shù)(長半徑 a和扁率α)，經(jīng)過局部定位和定向，同某一地區(qū)大地水準(zhǔn)面最佳擬合的地球橢球； ?

總地球橢球: 除了滿足地心定位和雙平行條件外，在確定橢球參數(shù)時(shí)能使它在全球范圍內(nèi)與大地體最密合的地球橢球；

7. 地固坐標(biāo)系（地球坐標(biāo)系）：

地固坐標(biāo)系也叫地球坐標(biāo)系，是固定在地球上和地球一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。地固坐標(biāo)系分為參心地固坐標(biāo)系和地心地固坐標(biāo)系：以參考橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系，與地球體固連在一起且與地球同步運(yùn)動，以參考橢球的中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,稱為參心地固坐標(biāo)系。

以總地球橢球?yàn)榛鶞?zhǔn)的坐標(biāo)系.與地球體固連在一起且與地球同步運(yùn)動，以地心為原點(diǎn)的坐標(biāo)系,又稱為地心地固坐標(biāo)系。

8. 新舊北京54坐標(biāo)系的關(guān)系

新舊北京54坐標(biāo)系均采用克拉索夫斯基橢球參數(shù)；

均為參心地固坐標(biāo)系；

兩者定位相近，但定向不同；

新北京54坐標(biāo)系是用于舊北京54坐標(biāo)系向西安80坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換而建立的過渡坐標(biāo)系。

9. 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)參數(shù)

對于既有旋轉(zhuǎn)、平移和縮放的兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)換算存在3個(gè)平移參數(shù)和3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)以及1個(gè)尺度變化參數(shù)，共計(jì)7個(gè)參數(shù)。

編輯切換為居中

編輯切換為居中

7. 衛(wèi)星水準(zhǔn)測量至少可以解決如下問題： （1）在全球范圍內(nèi)對世界大洋面的高度進(jìn)行統(tǒng)一系統(tǒng)內(nèi)的測量，從而全面的研究海洋地形并定期精化地球外部重力場參數(shù)；

（2）以厘米級的精度來確定衛(wèi)星水準(zhǔn)測量方程式中坐標(biāo)系原點(diǎn)對地球質(zhì)心的徑向分量；

（3）求出全球范圍內(nèi)最接近大地水準(zhǔn)面的水準(zhǔn)橢球參數(shù)；

（4）可以快捷的研究大地水準(zhǔn)面，亦即確定由于地球質(zhì)量在其體內(nèi)分布變化、海底地震等引起的大地水準(zhǔn)面曲率及高程的快速的變化；

（5）根據(jù)衛(wèi)星預(yù)報(bào)高度和其觀測高度相比較，用這些大量的統(tǒng)計(jì)資料就可以來評價(jià)和改進(jìn)衛(wèi)星預(yù)報(bào)的精度；

（6）利用衛(wèi)星水準(zhǔn)測量資料可以可靠地確定地球動力形狀參數(shù)及其由于地球質(zhì)量分布變化而引起的變化。

編輯切換為居中

3. 將地面觀測的水平方向歸算至橢球面

將地面觀測的水平方向歸算至橢球面的兩條基本要求：①以橢球面的法線為基準(zhǔn)；②將地面觀測元素化為橢球面上大地線的相應(yīng)元素。

將水平方向歸算至橢球面上，包括垂線偏差改正、標(biāo)高差改正及截面差改正，習(xí)慣上稱此三項(xiàng)改正為三差改正。

地面長度歸算：1.基線尺量距的歸算2.電磁波測距的歸算

4. 大地主題解算

已知P1點(diǎn)的大地坐標(biāo)（L1，B1），P1至P2的大地線長S及其大地方位角A12，計(jì)算P2點(diǎn)的大地坐標(biāo)（L2，B2）和大地線S在P2點(diǎn)的反方位角A21，這類問題叫大地主題正解；

已知P1和P2點(diǎn)的大地坐標(biāo)（L1，B1）(L2，B2)，計(jì)算P1到P2的大地線長S及其正反方位角A12和A21，這類問題叫大地主題反解。

編輯切換為居中

以白塞爾大地投影為基礎(chǔ)的大地主題解算步驟：（P131）

(1) 按橢球面上的已知值計(jì)算球面相應(yīng)值，即實(shí)現(xiàn)橢球面向球面的過渡；

(2) 在球面上解算大地問題；

(3) 按球面上得到的數(shù)值計(jì)算橢球面上的相應(yīng)數(shù)值，即實(shí)現(xiàn)從圓球向橢球的過渡。第五章 大地測量基本技術(shù)與方法

1. 國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè)原則

（1）大地控制網(wǎng)應(yīng)分級布設(shè)、逐級控制；

（2）大地控制網(wǎng)應(yīng)有足夠的精度；

（3）大地控制網(wǎng)應(yīng)有一定的密度；

（4）大地控制網(wǎng)應(yīng)有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求。

2. 國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則

（1）從高到低、逐級控制；

（2）水準(zhǔn)點(diǎn)分布應(yīng)滿足一定的密度；

（3）水準(zhǔn)測量達(dá)到足夠的精度；

（4）一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測。