大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)-第二版 武漢大學(xué)出版社 復(fù)習(xí)

1、2015級(jí) 地信班 方游游第一章大地測(cè)量學(xué)定義在一定時(shí)間空間的參考系統(tǒng)中，測(cè)量和描繪地球以及其他行星體的一門學(xué)科。大地測(cè)量學(xué)作用1. 在國民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)先行性的重要保證作用。2. 在防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)以及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和保護(hù)中發(fā)揮著獨(dú)具風(fēng)貌的特殊作用3. 是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保證4. 在當(dāng)代地球科學(xué)研究中地位越來越重要5. 是測(cè)繪學(xué)科各分支學(xué)科的基礎(chǔ)科學(xué)現(xiàn)代大地測(cè)量學(xué)的特點(diǎn)1. 測(cè)量范圍大2. 從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，從表面深入到地球內(nèi)部構(gòu)造及動(dòng)力過程3. 觀測(cè)精度高4. 測(cè)量周期短大地測(cè)量學(xué)基本內(nèi)容1. 確定地球形狀以及外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測(cè)量坐標(biāo)系

2、，研究地球形變，測(cè)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(chǎng)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)為以及海洋大地控制網(wǎng)，以滿足國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)的需要4. 研究為獲得高精度測(cè)量成果的儀器和方法等5. 研究地球表面向托球迷或平面投影數(shù)學(xué)變換及有關(guān)的大地測(cè)量計(jì)算6. 研究大規(guī)模高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理的理論和方法，測(cè)量數(shù)據(jù)庫建立及應(yīng)用等大地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡史1. 地球圓球階段2. 地球橢球階段3. 大地水準(zhǔn)面階段4. 現(xiàn)代大地測(cè)量新時(shí)期大地測(cè)量的展望1. GNSS,SLR,VLBI是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要的空間大地

3、測(cè)量技術(shù)2. 空間大地網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)本學(xué)科科學(xué)技術(shù)任務(wù)的主要技術(shù)方案3. 精化地球重力場(chǎng)模型是大地測(cè)量學(xué)的主要發(fā)展目標(biāo)4. 新一代國家測(cè)繪基準(zhǔn)建設(shè)工程已經(jīng)啟動(dòng)第二章開普勒三大行星運(yùn)動(dòng)定律1. 行星軌道是一個(gè)橢圓，太陽位于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。2. 行星運(yùn)動(dòng)中，與太陽連線在單位時(shí)間內(nèi)掃過的面積相等3. 行星繞軌道運(yùn)動(dòng)周期的平方與軌道長半軸立方之比為常數(shù)。歲差由于日月等天體影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間圍繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，是地軸方向相對(duì)于空間的長周期運(yùn)動(dòng)。章動(dòng)地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎(chǔ)上疊加18.6年的短周期圓周運(yùn)動(dòng)，振幅為9.21。極移地軸相對(duì)于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置變化。國際協(xié)議原點(diǎn)CIO國際上五個(gè)ILS站

4、以19001905年的平均緯度所確定的平極作為基準(zhǔn)點(diǎn)。時(shí)間的計(jì)量包括哪兩大元素1. 時(shí)間原點(diǎn)。2. 度量單位。計(jì)量時(shí)間的方法滿足的條件（3點(diǎn)）1. 運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的；2. 運(yùn)動(dòng)的周期具有足夠的穩(wěn)定性；3. 運(yùn)動(dòng)是可觀測(cè)的。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)。什么是大地測(cè)量基準(zhǔn)？用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)、參考橢球在空間中的定位及定向、描述這些位置時(shí)所采用的單位長度的定義。包括：平面基準(zhǔn)、高程基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)等。什么是大地測(cè)量參考系統(tǒng)與參考框架，兩者有何關(guān)系？大地測(cè)量系統(tǒng)包括坐標(biāo)系統(tǒng)、高程/深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng)。大地測(cè)量參考框架有坐標(biāo)（參考）框架、高程（參考）

5、框架和重力測(cè)量（參考）框架三種。是大地測(cè)量參考系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。什么是橢球定位與定向？橢球定位指確定橢球中心的位置，分為局部定位和地心定位；橢球定向指確定橢球旋轉(zhuǎn)軸的方向。橢球定向一般要滿足哪些條件？（雙平行條件）1. 橢球短軸平行于地球自轉(zhuǎn)軸；2. 大地起始子午面平行于天文起始子午面。恒星時(shí)春分點(diǎn)周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，真恒星時(shí)等于真春分點(diǎn)的地方時(shí)角，平恒星時(shí)等于平春分點(diǎn)的地方時(shí)角。恒星日春分點(diǎn)連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天的時(shí)間間隔。真太陽時(shí)真太陽周日視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間（不均勻）。平太陽日平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時(shí)間間隔。世界時(shí)以格林尼治子夜起算的平太陽時(shí)。原子時(shí)在零磁場(chǎng)下，銫-113原子基

6、態(tài)兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間簽約輻射919631770周所持續(xù)的時(shí)間。什么是參考橢球？具有確定參數(shù)、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。什么是總地球橢球？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。什么是慣性坐標(biāo)系？在空間固定不動(dòng)或做勻速直線運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)系。P歲差旋轉(zhuǎn)矩陣M極移旋轉(zhuǎn)矩陣N章動(dòng)旋轉(zhuǎn)矩陣E地球自轉(zhuǎn)協(xié)議天球坐標(biāo)系、瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系、瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系的定義協(xié)議天球坐標(biāo)系：約定某一時(shí)刻t作為參考?xì)v元，把該時(shí)刻對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和章動(dòng)改正后的指向作為Z軸，以對(duì)應(yīng)的春分點(diǎn)作為X軸的指向點(diǎn)，XoZ的垂直方向作為Y軸尖利的直角坐標(biāo)系；

7、瞬時(shí)平天球坐標(biāo)系（與協(xié)議有歲差差異）：以此瞬時(shí)北天極和平春分點(diǎn)方向?yàn)閆軸和X軸方向瞬時(shí)真天球坐標(biāo)系（與協(xié)議有章動(dòng)、歲差差異；與平天球有章動(dòng)差異）：以瞬時(shí)北天極和真春分點(diǎn)為參考建立的天球坐標(biāo)系。什么是地心地固坐標(biāo)系？原點(diǎn)與地球質(zhì)心重合，固定在地球上與地球一起旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。如何定義協(xié)議地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)地球坐標(biāo)系，兩者關(guān)系如何？協(xié)議地球坐標(biāo)系：采用協(xié)議地極方向、國際通用的地固坐標(biāo)系；、瞬時(shí)地球坐標(biāo)系：采用瞬時(shí)地極方向的地球坐標(biāo)系；關(guān)系：兩者的差異是由于極移引起的。xyzcts=Mxyzt，其中xyzcts為采用協(xié)議地極方向的協(xié)議地球坐標(biāo)，M為極移旋轉(zhuǎn)矩陣。如何建立協(xié)議地球坐標(biāo)系與協(xié)議天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

8、？借助瞬時(shí)地球坐標(biāo)系與瞬時(shí)天球坐標(biāo)系的指向相同來實(shí)現(xiàn)。xyzcts=MENPxyzcis什么是大地原點(diǎn)，有何作用？什么是起算數(shù)據(jù)？大地原點(diǎn)也稱大地基準(zhǔn)點(diǎn)或大地起算點(diǎn)，是國家地理坐標(biāo)經(jīng)緯度的起算點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)。作用是建立坐標(biāo)系。起算數(shù)據(jù)也稱大地測(cè)量起算數(shù)據(jù)，包括大地經(jīng)度，大地緯度，大地方位角。什么是IERS、ITRS、ITRF？IERS的建立包含哪些大地測(cè)量技術(shù)？IERS：國際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)；ITRS：國際地球參考系統(tǒng)；ITRF：國際地球參考框架；包含VLBI、SLR、GPS、DORIS等空間大地測(cè)量技術(shù)。世界協(xié)調(diào)時(shí)以原子時(shí)秒長為計(jì)量單位、在時(shí)刻上與平太陽時(shí)只差小于0.9秒的時(shí)間系統(tǒng)。天球以地球質(zhì)心為

9、中心，以無窮大為半徑的假想球體。天軸與天極地球自轉(zhuǎn)軸延伸直線為天軸；天軸與天球的交點(diǎn)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；與天球相交的大圓。天球子午面與天球子午圈包含天軸并通過地球上任一點(diǎn)的平面；它與天球相交的大圓。時(shí)圈通過天球的平面與天球相交的半個(gè)大圓。黃道地球公轉(zhuǎn)軌道面與天球相交的大圓黃極通過天球中心，且垂直于黃道面的直線與天球的交點(diǎn)。子午線收斂角高斯投影面上任意點(diǎn)子午線的投影線的切線方向與該點(diǎn)坐標(biāo)的正北方向的夾角。IERS的主要任務(wù)1. 維持ICRS和ICRF；2. 維持ITRS和ITRF；3. 為當(dāng)前應(yīng)用和長期研究提供及時(shí)準(zhǔn)確的ERP；第三章重力是如何定義的，與物理

10、學(xué)的重力有何區(qū)別？重力：地球引力及由于質(zhì)點(diǎn)繞地球自轉(zhuǎn)周旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力，兩者的合力稱地球重力。區(qū)別在于物理學(xué)中重力的方向總是豎直向下指向地心重力的單位伽Gal，單位cms-2位是如何定義的？它與引力的關(guān)系是什么？位是一個(gè)有質(zhì)量的物體所產(chǎn)生的標(biāo)量場(chǎng)。引力位是單位質(zhì)點(diǎn)收到物質(zhì)M的引力作用產(chǎn)生的位能/單位之巔從無窮遠(yuǎn)移動(dòng)到該點(diǎn)引力所做的功。重力位有何性質(zhì)？是如何得到這些性質(zhì)的？1. 重力位對(duì)任意方向的余弦等于重力在該方向上的分力；2. 重力位函數(shù)不是調(diào)和函數(shù)；大地水準(zhǔn)面的定義完全靜止的海水面所形成的重力等位面。水準(zhǔn)面不平行給測(cè)量帶來的問題水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，兩固定點(diǎn)的高差沿不同測(cè)量路線測(cè)得的結(jié)果不一致。為

11、什么要引入正常地球討論正常地球重力位和正常引力位？目前一般是用什么形狀的正常地球？要精確計(jì)算出地球重力位，必須知道地球表面形狀及內(nèi)部物質(zhì)密度。前者是我們要研究的，后者極其不規(guī)則。引入正常地球后，真的地球重力位被分為正常重力位和擾動(dòng)位兩部分，實(shí)際重力也被分為正常重力和重力異常兩部分。目前采用水準(zhǔn)橢球。正常位水準(zhǔn)面與重力位水準(zhǔn)面可平行/相交/相切嗎？它們的定義是什么？可以，重力位是不規(guī)則曲面。正常水準(zhǔn)面之間可平行，重力位水準(zhǔn)面之間都不可以（否則重力位與位置無關(guān)，與定義矛盾）。重力位水準(zhǔn)面：當(dāng)g與l垂直時(shí)dW=0，W為常數(shù)，當(dāng)給出不同常數(shù)值得到的一簇曲面；正常位水準(zhǔn)面：由正常位水準(zhǔn)面公式給出不同常數(shù)

12、值得到的一簇曲面。什么是擾動(dòng)位，引入擾動(dòng)位有何意義？擾動(dòng)位是地球?qū)嶋H重力位與正常重力位的差值?？汕蟪龃蟮厮疁?zhǔn)面與已知形狀的差異，解決確定地球重力位和地球形狀的問題。產(chǎn)生擾動(dòng)位和重力異常的原因？正常橢球與實(shí)際地形有差異。繪圖說明正高、正常高、大地高之間的關(guān)系及它們的定義。正高：地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離；正常高：地面點(diǎn)沿鉛垂線到似大地水準(zhǔn)面的距離；大地高：地面點(diǎn)沿法線方向到參考橢球面的距離。什么是垂線偏差地面一點(diǎn)上重力向量g和相應(yīng)橢球面上的法線向量n之間的夾角。垂線偏差與大地坐標(biāo)、天文坐標(biāo)之間應(yīng)滿足什么關(guān)系？B=-（垂線偏差在子午圈上的分量）L=-sec（為垂線偏差在卯酉圈上的分量）什么是

13、高程基準(zhǔn)面？水準(zhǔn)原點(diǎn)？水準(zhǔn)點(diǎn)起算高程如何確定？高程基準(zhǔn)面是地面點(diǎn)高程的統(tǒng)一起算面，通常采用大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面。水準(zhǔn)原點(diǎn)是為了長期、牢固地表示出高程基準(zhǔn)面的位置，作為高程傳遞的起算點(diǎn)而建立的而穩(wěn)固的水準(zhǔn)起算點(diǎn)。根據(jù)19521979年19年驗(yàn)潮資料推求平均海平面作為高程基準(zhǔn)面。第四章什么是卯酉圈？過橢球面上一點(diǎn)的法線，其中一個(gè)與該點(diǎn)子午面相垂直的法截面同橢球面相截形成的閉合的圈。子午線、平行圈、赤道、卯酉圈中哪些屬于法截線??？為什么?平行圈僅當(dāng)它為赤道時(shí)屬于法截弧，其它都是法截弧。因?yàn)樗鼈兛梢钥醋鼋?jīng)過其上的點(diǎn)的法截面與橢球體的交線。卯酉圈半徑N與B有關(guān)，隨B的增大而增大。B=0°時(shí)

14、，卯酉圈變?yōu)槌嗟?，N=赤道半徑a；0<B<90時(shí)，N隨緯度增加而增加；B=90°時(shí)，卯酉圈變?yōu)樽游缛?，N=極點(diǎn)的曲率半徑c。；卯酉圈特點(diǎn)卯酉圈曲率半徑恰好等于法線介于橢球面和短軸之間的長度。平均曲率半徑R=根號(hào)MNN>R>M，只有在極點(diǎn)上相等，等于c。單位緯度差的子午線弧長隨緯度的升高緩慢增長；單位經(jīng)度差的平行圈弧長隨緯度升高急劇縮短；1°子午線弧長約110km大地線定義橢球面上兩點(diǎn)間的最短程曲線。當(dāng)兩點(diǎn)不在同一子午圈上，也不在同一平行圈上時(shí)，兩點(diǎn)間有兩條法截線存在。某點(diǎn)緯度越高，其法線與短軸的交點(diǎn)越低。（B在上方，BbA在AaB上方）第五章建立國家

15、平面大地控制網(wǎng)的方法有？目前主要采用？三角測(cè)量法、導(dǎo)線測(cè)量法、三邊測(cè)量及邊角同測(cè)法、天文測(cè)量法、GNSS測(cè)量、VLBI、INS等。主要采用三角測(cè)量法。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(jí)布設(shè)，逐級(jí)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。國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則1. 從高到低，逐級(jí)控制。2. 水準(zhǔn)點(diǎn)分布應(yīng)滿足一定的密度。3. 水準(zhǔn)測(cè)量達(dá)到足夠的精度。4. 一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測(cè)。各等級(jí)高程控制網(wǎng)作用一等水準(zhǔn)測(cè)量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，也為相關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)。二等水準(zhǔn)測(cè)量是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)。三、四等

16、水準(zhǔn)測(cè)量是直接為地形測(cè)圖和其他工程建設(shè)提供高程控制點(diǎn)。什么時(shí)候水準(zhǔn)測(cè)量需要加測(cè)重力？為什么要加測(cè)重力？高程大于4000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間隔平均高差為150m-250m的地區(qū)，一、二等水準(zhǔn)路線上的每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)加測(cè)重力。高差大于250m的測(cè)段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測(cè)重力；高程在1500m-4000m或水準(zhǔn)點(diǎn)平均高差為50-150m的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上重力點(diǎn)間平均距離應(yīng)小于11km；二等水準(zhǔn)路線上應(yīng)小于23km；在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上每個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測(cè)定重力；在由青島水準(zhǔn)原點(diǎn)至國家大地原點(diǎn)的一等水準(zhǔn)路線上，應(yīng)逐點(diǎn)測(cè)定重力；水準(zhǔn)點(diǎn)上重力測(cè)量，按加密重力點(diǎn)要求施測(cè)。因

17、為精密水準(zhǔn)測(cè)量成果需進(jìn)行重力異常改正，正常位水準(zhǔn)面與重力等壓面不一致會(huì)引起高程差。精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)的一般規(guī)定？有何作用？1. 儀器距前、后視水準(zhǔn)標(biāo)尺的距離應(yīng)盡量相等，其差應(yīng)小于規(guī)定的限值；作用：消除或削弱與距離有關(guān)的各種誤差對(duì)觀測(cè)高差的影響，如i角和垂直折光。2. 在兩相鄰測(cè)站上，應(yīng)按奇、偶數(shù)測(cè)站的觀測(cè)程序進(jìn)行觀測(cè)；（往測(cè)，奇數(shù)后前前后，偶數(shù)前后后前；返測(cè)，奇數(shù)前后后前，偶數(shù)后前前后）作用：消除或削弱與時(shí)間成比例均勻變化的誤差對(duì)觀測(cè)高差的影響，如i角變化和儀器的垂直位移。3. 每一測(cè)段的往返測(cè)測(cè)站數(shù)均應(yīng)為偶數(shù)，由往測(cè)轉(zhuǎn)返測(cè)時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)互換位置，重新整置儀器。作用：削弱兩水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)不等差等誤

18、差對(duì)觀測(cè)高差的影響。4. 一個(gè)測(cè)段的水準(zhǔn)測(cè)量路線的往測(cè)和返測(cè)應(yīng)在不同的氣象條件下進(jìn)行，如在上午和下午。精密水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺與普通水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺有何不同？水準(zhǔn)儀：1. 高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)。2. 堅(jiān)固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)。3. 高精度的測(cè)微器裝置。4. 高靈敏的管水準(zhǔn)器。5. 高性能的補(bǔ)償器裝置水準(zhǔn)尺：1. 溫度濕度變化時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。2. 水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃十分正確與精密，偶然誤差和系統(tǒng)誤差都很小。3. 在構(gòu)造上保持全長筆直，并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭變形。4. 附有圓水準(zhǔn)器裝置，作業(yè)時(shí)扶尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持垂直。5. 提高分劃的照準(zhǔn)精度，分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色相協(xié)調(diào)。電磁波測(cè)距的主要誤差來源？觀測(cè)距離需要加入哪些改正？電磁波在大氣中傳輸時(shí)受氣象條件影響很大。1 氣象改正2 儀器加常數(shù)改正和乘常數(shù)改正。3 波道曲率改正。4 歸心改正。5 周期誤差改正。精密測(cè)角的誤差來源及影響、采取措施1外界條件影響：（1）大氣密度的變化和大氣透明度對(duì)目標(biāo)成像質(zhì)量的影響；措施：選擇有利的觀測(cè)時(shí)間，（2）水平折光的影響；措施：選擇有利的觀測(cè)時(shí)間。（3）照準(zhǔn)目標(biāo)的相位差；措施：采用微相位照準(zhǔn)圓筒，上下午各觀測(cè)半數(shù)測(cè)回（4）溫度變化對(duì)視準(zhǔn)的影響；措施：采用按時(shí)間對(duì)稱排列的觀測(cè)程序觀測(cè)。上半測(cè)回順時(shí)針，下半測(cè)回逆時(shí)針。（5）外界條件對(duì)覘標(biāo)內(nèi)架穩(wěn)定