1、大地测量概论1、大地测量的任务主要任务是建立国家或者大范围的精密控制测量网，内容包括三角测量、导线测量、水准测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量以及各种大地测量数据处理等。它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，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，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。2、现代大地测量 的特点1）长距离、大范围；2 ）高精度； 3）实时、快速；4）四维；5）地心；6）学科融合。3、大地测量的作用大地测量师组织、管理、融合和分析地球海量时空信息的一个数理基础，也是描述、构建和认知地球，进
2、而解决地球科学问题的一个时空平台。各种测绘只有在大地测量基准的基础上，才能获得统一、协调、法定的平面坐标和高程系统，才能获得正确的点位和海拔高以及点之间的空间关系和尺度。4、大地测量系统与参考框架大地测量系统规定了大地测量的起算基准、尺度标准以及实现方式（包括理论、模型和方法）。大地测量参考框架时通过大地测量手段，由固定在地面上的点所构成的大地网（点）或其他实体（静止或者运动的物体）按相应于大地测量系统的规定模式构建的，是对大地测量系统的具体实现。大地测量系统是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。大地测量系统包括：坐标系统、高程系统、深度基准和重力系统。对应的大地参考框架有
3、：坐标参考框架、高程参考框架和重力参考框架。5、大地测量坐标系统合大地 测量常数大地测量坐标系统是非惯性坐标系统，根据原点位置不同，可以分为地心坐标系统和参心坐标系统，从表现形式可以分为空间直角坐标系统和大地坐标系统；空间直角坐标一般用（X,Y,Z）表示，大地坐标一般用（经度 ，纬度 ，大地高 H）表示。注：大地高是指空间点沿椭球面法线方向至椭球面的距离。大地常数是指地球椭球几何和物理参数，它分为基本常识和导出常数。6、参心坐标框架参心坐标框架是一种区域性、二维静态的地球坐标框架，是由天文大地网实现和维持的。20 世纪，世界上绝大部分国家或者地区都采用天文大地网来实现和维持各自的参心坐标框架。
4、我国在 20 世纪 5080 年代完成了全国天文大地网，分别定义了 1954 北京坐标系统和 1980 西安坐标系统。7、地心坐标框架国家地面参考框架（ITRF）是国际地面参考系统（ITRS）的具体实现。它以甚长基线干涉测量（VLBI）、卫星激光测距（SLR ）、激光测月（LLR ）、GPS 和卫星多普勒定轨定位（DORIS ）等空间大地测量技术构成全球观测网点，经数据处理，得到 ITRF 点（地面观测点）站坐标和速度场等。目前，ITRF 已成为国际公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。2000 国家大地控制网是定义在 ITRS2000 地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。8、高程基准高程
5、基准定义了陆地上高程测量的起算点，区域性的高程基准可以用验潮站的长期平均海面来确定，通常定义该平均海平面的高程为零。1954 年，我国确定用青岛验潮站计算的黄海平均海水面作为高程基准面，并在青岛市观象山修建了国家水准原点。1956 年计算出我国水准原点高程为 72.289m，我国现行的 1985年国家高程基准为 72.2604m。9、高程系统我国高程系统采用正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。10、高程框架高程框架是高程系统的实现。高程框架分四个等级：国家一、二、三、四等水准控制网。另外一种高程框架形式是通过（似）大地水准面精化来实现的。11、重力系统和重力框架重力测量就是测定空间一点的
6、重力加速度。重力参考系统则是指采样的椭球常数及其相应的正常重力场。重力测量框架是由分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基线。12、深度基准深度基准面的选择与海区潮汐情况相关，常采用当地的潮汐调和常数来计算，由于各地潮汐性质不同，计算方法不同，一些国家和地区的深度基准面也不同。我国 1956 年以前采用最低低潮面、大潮平均低潮面和实测最低潮面等为深度基准，1957 年起采样理论深度基准为深度基准面。13、时间系统与时间系统框架空间和时间一起构成四维大地测量。时间系统规定了时间测量的参考标准，包括时刻参考标准、时间间隔的尺度标准。时间系统框架
7、是某一区域或者全球范围内，通过守时、授时和时间频率测量技术，实现和维持统一的时间系统。14、常用的时间系统1）世界时（UT）2 ）原子时（AT）3 ）力学时（DT ）4）协调时（UTC ）5）GPS 时（GPST）。15、时间系统框架时间系统框架是对时间系统的实现，包括以下几方面的内容：1）采用的时间频率基准；2）守时系统；3）授时系统 4）覆盖范围。传统大地控制网1、传统大地控制网的建设传统大地测量技术建立平面大地控制网就是通过测角、侧边推算大地控制网点的坐标的，具体的方法有：三角测量法、导线测量法、三边测量法和边角同测法。我国建立天文大地网主要采用三角测量法，在西藏等困难地区采用导线测量法
8、。2、三角网布设的原则1）分级布网、逐级控制；2 ）具有足够的精度； 3）具有足够的密度；4 ）要有统一的规格。3、全国天文大地网整体平差全国天文大地网整体平差于 1978 年至 1984 年期间完成，1984 年 6 月通过技术鉴定。建立的我国自己的1980 国家大地坐标系，并为精化地心坐标提供了条件。全国天文大地网整体平差技术原则如下：1）地球椭球参数 IAG-75 椭球；2）坐标系统，1980 国家大地坐标系和地心坐标系；3）椭球定位于坐标轴指向，1980 国家大地坐标系的椭球短轴应平行于由地球质心指向 1968.0 地极原点（JYD ）的方向，首子午面应平行于格林尼治平均天文台的子午面
9、，椭球定位参数以我国范围内高程异常值平均和最小为条件求定。4、经纬仪种类经纬仪一般分为光学经纬仪、电子经纬仪及全站型电子测速仪。5、光学经纬仪检验作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准光学经纬仪（JJG414-2003）的有关规定执行。6、电子经纬仪或者全站仪检验作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准全站型电子测速仪（JJG100-2003）的有关规定执行。7、光电测距仪光电测距仪按测程分类，分为短程（小于 3KM）、中程（3KM 至 15KM）、长程（15KM 至 60KM）。光电测距仪检定：作业前由具有仪器检验资质的机构按照行业标准光电测距仪（JJG703-2003）的有关规定执行
10、。8、水平角观测的主要误差影响使用经纬仪在野外进行观测时，其观测误差主要来源于：1）观测人员引起的误差；2）外界观测条件引起的误差，如大气条件、太阳方位、地形、地物等；3）仪器精度引起的误差。9、水平角观测方法1）方向观测法；2 ）分组方向观测法； 3）全组合测角法三角测量观测与外业验算1、观测程序1）准备：安装仪器、确定仪器整置中心、测定测站点和照准点归心元素、设置测伞、整置仪器、选择零方向、编制观测度盘表等。2）观测，具体要求见国家三角测量和精密导线测量规范。3）观测完成，离开本点之前，应对成果进行详细的检查、整理和计算，埋封好标石。2、三角测量外业验算1）检查外业资料，包括观测手簿、观测
11、记簿、归心投影用纸等。2）编制已知数据表和绘制三角锁网图。3）三角形近似球面边长计算和球面角超计算。4）归心改正计算，并将观测方向值化至标石中心。5）分组的测站平差。6）三角形闭合差和测角中误差的计算。7）近似坐标和曲率改正计算。8）极条件闭合差计算，基线条件闭合差计算，方位角条件闭合差计算等。三角高程测量1、垂直角观测方法垂直角观测方法有两种：中丝法和三丝法，这两种方法本质上是一样的，在实际作业中可以灵活选用。1）中丝法：以望远镜十字丝的水平中丝为准，照准目标测定垂直角。2）三丝法：以望远镜三根水平丝为准，依次照准同一目标来测定垂直角。当测站上均有若干个观测方向时，应将所有方向分成若干组，每
12、组包括 24 个方向。每组一测回的观测方法是：盘左时，依次照准改组中所有方向，并分别读取垂直度盘读数；在盘右时，依相反的次序照准该组中所有方向，读取垂直度盘读数。根据规定，各等级三角点上每一方向按中丝法观测时应测四测回，三丝法观测时应测两测回。2、高差计算公式1）单向观测高差计算实用公式在 A 点观测 B 点的高程为：h12 = S0tan12 + CS02 + i1 a2式中：S 0：A、B 两点间的水平距离C：垂直折光差与地球弯曲差综合影响的系数，又称球气差系数；12：A 点观测 B 点的垂直角；i1：A 点仪器高；a2：B 点觇标高。2）用斜距 d 计算高差的单向公式h12 = dsin
13、12 +（ (1-K）/2R)d 2cos212 +（1-H 2/R）+ i1 a2式中：H 2：照准点的大地高；d：A、B 点之间的倾斜距离；K：折光系数12：A 点观测 B 点的垂直角；i1：A 点仪器高；a2：B 点觇标高。注册测绘师导线测量1、导线测量的布设导线是布设国家水平大地控制网的方法之一，导线测量分一、二、三、四等，其布设原则与三角测量类似。一、二、三、四等导线测角、测边的精度要求，应使导线推算的各元素精度与相应等级三角锁网推算精度大体一致。一、二等导线一般沿主要交通干线布设，纵横交叉构成较大的导线环，几个导线环连接成导线网。三、四等导线是在一、二等导线网（或者三角锁网）的基础
14、上进一步加密，应布设为符合导线。表 国家导线布设规格等级 导线长度 /km 导线节长度/km导线边长度/km导线节边数 转折角测角中误差/边长测定相对中误差一 10002000 100150 1030 7 0.7 1:25 万二 5001000 100150 1030 7 1.0 1:20 万三 符合导线200 720 20 1.8 1:15 万四 符合导线150 415 20 2.5 1:10 万2、导线边方位角中误差3、导线测量作业及概算导线测量的外业和三角测量基本相同，包括选点、造标、埋石、边长测量、水平角观测、高程观测和野外验算等工作。1）选点、造标和埋石2）边长测量3）水平角观测4）
15、垂直角观测5）导线测量概算GPS 控制网等级及其用途按照国家标准全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T13814-2009 ），GPS 测量按其精度分为A、B、C、D、E 五级。其中：1）A 级 GPS 网由卫星定位连续运行基站构成，用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳变形测量和卫星精密定轨测量。2）B 级 GPS 测量主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或者城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳变形测量和各种精密工程测量等。3）C 级 GPS 测量用于建立三等大地控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网等。4）D 级 GPS 测量用于建立四等大地控制
16、网。5）E 级 GPS 测量用于测图、施工等控制测量。2、精度要求3、卫星定位连续运行基准站网的布设1）布设原则CORS 依据管理形式、任务要求和应用范围，划分为国家基准站网、区域基准站网和专业应用站网。（1 ）国家基准站网国家基准站网的布设应顾及社会发展、经济建设和自然条件因素。在即将实施的国家大地基准基础设施建设项目中，我国将在全国范围内建设 360 个地基稳定、分布均匀的连续运行基准站（其中：新建 150 个、改造 60 个、直接利用已有的站 150 个）。（2）区域基准站网区域基准站网是指在省、市地区建立的连续运行基准站网，主要构成高精度、连续运行的区域坐标基准框架，为省、市区域提供不
17、同精度的位置服务和相关信息服务。区域基准站网的布设按实时定位精度而选择基准站间的距离，当采用网络 RTK 技术满足厘米级实时定位，其区域基准站布设间距不应超过 80KM。（3）专业应用站网专业应用站网是由专业部门或者机构根据专业需求建立的基准网站，用于开展专业信息服务。它的布设间距主要根据专业需求，当满足实时定位分米级要求，则基准站布设间距一般在 100150KM 之间。2）基准站设计与选址基准站设计时应根据基准站网布设原则，在图上标出设计基准站站址，同时标明基准站及其周围地区的主要地质构造、地震活动，与设计有关的地震台、人卫站，以及可以利用的 GPS、大地测量网站点。设计完成后应进行实地踏勘
18、选址。选址小组应由熟悉 GPS、水准测量 的工程师和地质工程师共同组成。基准是投资大并且需要长期稳定使用的基础设施，应该选择地质结构稳定、安全僻静、交通便利，并利用测量标志长期保存和观测的地方。同时基站周围需要有稳定、安全可靠的电源，用于接入公用和专业通讯网络。站点应距离易产生多路径效应的地物不小于 200M，应有 10 度以上地平高度角的卫星通视条件，距离电磁干扰区的距离不小于 200M，同时要避开易产生振动的地带。站址选定后，应设立一个标注有站名、站号、标石类型的点位标记，拍摄点位的远景、近景照片各一张，并填绘基准站点之记。3）基础设施建设基础设施的建设主要是依据基准站建筑整体设计及专项防
19、护设计（如防风、防雷）完成观测墩、观测室的建造，以及电力线、通讯线等管线敷设。观测墩一般为钢筋混凝土结构，依据站址地质环境，观测墩可建为基岩观测墩或者土层观测墩。专业应用网站，根据情况也可建造屋顶观测墩。观测室面积不宜过小，设计时应考虑防水、排水、防风、防雷等因素。电力和信号管线应分别布设，预埋两种管道，并进行动物防护处理，观测室内的温度和相对湿度应满足仪器设备正常运行的要求。4）设备配置与安装基站设备主要由全球卫星导航系统接收机、天线、气象设备、不间断电源、通信设备、雷电防护设备、计算机和集成柜等组成。部分 GPS 基准站配置原子钟、卫星通信设备及空调等设备。各种设备的要求应该符合有关规范和
20、 CORS 系统设计的要求。5）数据中心数据中心以计算机及网络技术为基础，用于数据存储、处理分析和产品服务。建设时应考虑：安全性、可靠性、保密性和可恢复性。数据中心主要由基准站网管理系统，数据处理分析系统和产品服务系统组成。其产品可以分为位置服务、时间服务、气象服务、源数据服务等类型。6）数据通信网络基准站网应在专用网络上构建数据通信网络，应采用 TCP/IP 作为数据通信协议。连接基准站的通信链路可以采用数据专线、无线扩频等通信方式，连接数据中心的通信链路可采用数据专线、卫星通信等通信方式。国家基准站网的基准数据应每日定时传输，区域基准站网和专业应用站网需要提供实时服务时，应该具备数据实时传
21、输能力。1、GPS 网技术设计GPS B、C 、D、E 级网主要是建立国家二、三、四等大地控制网，以及测图控制点。由于点位多，布设工作量大，布设前应进行设计，以获取最优的布设方案。在技术设计前应该根据任务的需要，收集测区范围内已有的卫星定位连续运行基准站、各种大地点位资料、各种图件、地质资料，以及测区总体建设规划和近期发展方面的资料。技术设计时应对上述资料分析研究，必要时进行实地勘察，然后进行图上设计。图上设计主要依据任务中规定的 GPS 网布设的目的、等级、边长、观测精度等要求，综合考虑已有的资料、测区地形、地质和交通状况，以及作业效率等情况，按照优化设计原则在设计图上标出新设计的 GPS
22、点的点位、点名、点号和级别，还应标出相关的各类测量站点、水准路线及主要的交通路线、水系和居民地等。制定出 GPS 联测方案，以及与已有的GPS 连续运行基准站，国家三角网点、水准点联测方案。设计后应上交野外踏勘技术总结和测量任务书与专业设计书。2、GPS 网点选址与埋石1）GPS 网选点基本原则GPS B 级点必须选在一等水准路线结点或者一等与二等水准路线结点处，并建在基岩上，如果原有水准点附近 3KM 处无基岩，可选在土层上。GPS C 级点作为水准路线的结点时应选建在基岩上，如结点处无基岩或不利于今后水准联测，可选在土层上。点位应均匀布设，所选点位应该满足 GPS 观测和水准联测条件。点位
23、占地应该得到土地使用者或者管理者的同意。2）选点的基本要求选点人员应由熟悉 GPS、水准测量的测绘工程师和地质工程师组成。选点前应该充分了解测区的地理、地质、水文、气象、交通、通信和水电等信息。实地勘察点位时，点位确定后用手持 GPS 接收机测定大地坐标，同时考察卫星通视环境与电磁干扰环境，确定可用标石类型，记录点之记的相关内容，树立标志牌，拍摄照片。点位应该选择在稳定的基岩、岩石、土层、建筑物顶部等能够长期保存及满足观测、扩展、使用条件的地点，并做好选点标记。选点时应该避开环境变化大、地质环境不稳定的地区，远离反射功率强大的无线电发射源、微波信道、高压线等，距离不小于 200 米。选点时应该
24、避开多路径影响，点位周围应保证高度角 15 度以上无遮挡。绘制水准联测示意图，完成后提交选点图、点之记信息、实地选点情况说明、对埋石工作的建议。3）GPS 点建造B 级点：基岩 GPS、水准共用标石；C 级点：基岩 GPS、水准共用标石，或者土层GPS、水准共用标石；E 级：基岩 GPS、水准共用标石，或者土层 GPS、水准共用标石，或者楼顶 GPS、水准共用标石。3、GPS 接收机检验作业所使用的 GPS 接收机及天线都必须送国家计量部门认可的仪器检定单位检定，检定合格后在有效期内使用。在某些特殊情况下或者在使用过程中发现仪器有异常情况，可以依照行业标准全球定位系统（GPS）测量型接收机检定
25、规程 （CH/T8016）所述方法进行检验。4、GPS 观测实施GPS 土层点埋石结束后，一般地区应该经过一个雨季，冻土深度大于 0.8M 的地区还应该过一个冻、解期，岩层上埋设的标石应经过一个月，方可进行观测。1）技术要求：最少观测 4 颗星，采样间隔 30 秒；静态观测模式，观测卫星截止高度角 10 度，坐标和时间系统为 WGS84 和 UTC；B 级点连续观测 3 个时间段，每个时间段不少于 23小时；C 级点连续观测不少于 2 个时间段，每个时间段不少于 4 小时；D 级点连续观测不少于 1.6 个时间段，每个时间段不少于 1 小时；E 级点连续观测不少于 1.6 个时间段，每个时间段
26、不少于 40 分钟。2）各等级大地控制网观测均要求采用双频大地型 GPS 接收机。3）观测方案：（1）基于 GPS 连续运行站的观测模式；（2）同步环边连接 GPS 静态相对定位观测模式：同步观测仪器台数不少于 5 台，同步环边数不大于 6 条，环长应不大于1500KM。4）作业要求架设天线时要严格整平、对中，天线定向线应指向磁北，定向误差不大于5 度；检查仪器、天线及电源的连接情况，确认无误后方可开机观测；开机后输入测站编号、天线高等测站信息；在每个时间段的观测前后各量测一次天线高，读数精确至 1MM；观测手簿必须在观测现场填写，严禁事后补记和涂改编造数据；观测员应该定时检查接收机的各种信息
27、，并在手簿中记录需填写的信息，有特殊情况时应在备注栏中注明；观测员要认真、细心操作仪器，防止人或者牲畜碰动仪器、天线和遮挡卫星信号；雷雨季节观测时，仪器、天线要注意防雷击，雷雨过境时应关闭接收机并卸下天线。5）数据下载与存储观测时段结束后，应及时将观测数据下载；每天的原始数据使用一个子目录，每天的 RINEX 数据使用另一个子目录；原始数据域 RINEX 数据必须在微机硬盘中保存到上交的数据检查验收完成后，并在不同的介质上备份。6）外业数据检查与技术总结数据质量检查应该采用专门的软件进行，检查内容包括：观测卫星总数，数据可利用率，L1 、L2 频率的多路径效应影响 MP1、MP2 应小于 0.
28、5m，GPS 接收机时钟的稳定性不低于 10-8 等。技术总结编写执行 CH/T1001-2005，应该包括的内容：任务的来源、任务内容、完成情况、测区概况、作业依据、采用的基准及已有资料利用情况、作业组织实施、仪器检验、质量控制、技术问题的处理、存在的问题和建议，体积成果内容等。GPS RTK 测量1、临时基站 RTK 测量1) GPS RTK 测量 过程GPS RTK 测量过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。1）基准站的观测点位的选择和系统设置（1）GPS RTK 定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量好坏、无线电的信号
29、传播质量好坏对定位结果的影响很大。实际野外工作时，流动站作业点是由测量任务决定的，因此基准站的选择就显得尤为重要了。（2）基准站的设置包括：建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率的选择、GPS RTK 工作方式的选择、基准站坐标输入、基准站工作启动等。2）流动站 GPS 的设置流动站 GPS 的设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动电台频率的选择、有关坐标的输入、GPS RTK 工作方式的选择、流动站 RTK 工作启动、使用 RTK 流动站测量地形点等。3）中继站电台的设立中继电台只是转发信号，只要中继电台能够接收基准站电台信号，同时能够将其发送给流动站使用，可以按需安排随时任意安排位置。2、网络 RTK 测量实时网络 RTK 服务，是利用基准站的载波相位观测数据与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度，由于通过差分消去了绝大部分的误差，因而可以达到厘米级定位精度。网络 RTK 不需要架设基准站，并传统的 RTK 测量效率提高 30%左右。网络 RTK 根据解算模式可以分为：1）单基站 RTK 技术CORS 站网由若干给 CORS 站组成，GPS 差分信号可从各个 CORS 站发出，也可
