數(shù)據(jù)采集技術(shù)

第一講緒論、大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)本課程概況－教材情況主講教材《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》，呂志平輔助教材《橢球大地計(jì)算》，朱華統(tǒng)《控制測量學(xué)》，張建軍《電子速測技術(shù)》，段定乾網(wǎng)絡(luò)課程《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》網(wǎng)絡(luò)課程信息版19:8070/資源版http://mta.chxy.mtn本課程的地位：“是理解和掌握大地測量學(xué)與測量工程、攝影測量學(xué)與遙感工程、地圖制圖學(xué)與地理信息工程等專業(yè)知識的基礎(chǔ)”。講課內(nèi)容（共21次課，42學(xué)時(shí)）緒論、大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)、大地控制網(wǎng)的建立（2次,第一、二、三章）大地水準(zhǔn)面與高程系統(tǒng)（2次，第四章）參考橢球面與大地坐標(biāo)系（8次，第五章）高斯投影與高斯平面直角坐標(biāo)系（5次，第六章）大地坐標(biāo)系的建立（4次，第七章）本課程概況－學(xué)習(xí)時(shí)間安排本課程學(xué)習(xí)時(shí)間共60學(xué)時(shí)講課：42學(xué)時(shí)實(shí)習(xí)：4次，共8學(xué)時(shí)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換白賽爾大地問題解算（正算）白賽爾大地問題解算（反算）高斯正、反算本課程概況－成績評定作業(yè)、提問5分上機(jī)實(shí)習(xí)5分卷面考核90分對大家的要求勤于思，勤于習(xí)，勤于問全身心地投入，真正成為學(xué)習(xí)的主體課前預(yù)習(xí)，課后通讀教材，當(dāng)天課程當(dāng)天消化思考題每個(gè)人都要思考作業(yè)、計(jì)算實(shí)習(xí)要獨(dú)立完成，杜絕抄襲本課程概況－教員自我介紹教研室：一系大地測量教研室辦公室：辦公樓五樓36070機(jī)房：大地樓一樓36072電話mail：geo.jetlee@126.com本次課主要內(nèi)容一、大地測量學(xué)的定義和作用二、大地測量學(xué)的學(xué)科體系三、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢四、大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)高程測量角度測量距離測量什么是測量？你印象中的大地測量是什么？一、大地測量學(xué)的定義和作用位置是一類重要的信息位置怎么描述？我在鄭州我在測繪學(xué)院我在圖書館我在二樓中文閱覽室我在中文閱覽室進(jìn)門的座位上位置的描述形式有哪些？用文字用圖形（示意圖、地圖）用數(shù)字（坐標(biāo)）DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測量學(xué)的定義和作用坐標(biāo)系怎么確定？原點(diǎn)放在哪里坐標(biāo)軸怎么定向必然涉及怎么認(rèn)識我們的地球這一問題地球形狀、大小重力場結(jié)論：大地測量學(xué)的這兩項(xiàng)任務(wù)密切相關(guān)DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測量學(xué)的定義和作用測量：又稱度量（measure或survey），用儀器測定地形、物體位置或溫度、速度、功能等物理量。大地測量(geodesy)：是“測定和描繪地球表面的科學(xué)”其主要任務(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)于地球的空間信息。技術(shù)任務(wù)：精確確定地面點(diǎn)位及其變化?？茖W(xué)任務(wù)：研究地球重力場、地球形狀和地球動力現(xiàn)象。

在大多數(shù)情況下，二者并沒有質(zhì)上的區(qū)別。而從現(xiàn)在的觀點(diǎn)來看，在測繪領(lǐng)域，“測量”講的是實(shí)際確定位置，“大地測量”則是指測量的理論基礎(chǔ)。DefinitionandFunctionofGeodesy測繪在國民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)和社會發(fā)展中，發(fā)揮著基礎(chǔ)先行的重要保證作用，而大地測量技術(shù)是一切測繪科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。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)揮著獨(dú)具風(fēng)貌的特殊作用。是發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)的重要保障。在當(dāng)代地球科學(xué)研究中的地位更加重要。DefinitionandFunctionofGeodesy一、大地測量學(xué)的定義和作用作用地形圖測繪工程建設(shè)交通運(yùn)輸?shù)厍蚩茖W(xué)研究資源開發(fā)環(huán)境監(jiān)測與保護(hù)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)空間技術(shù)國防建設(shè)一、大地測量學(xué)的定義和作用DefinitionandFunctionofGeodesy1）在建立坐標(biāo)參考框架方面的應(yīng)用GPS一二級網(wǎng)，GPSA、B級網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)工程網(wǎng)及其它空間大地測量成果與天文大地網(wǎng)聯(lián)合平差，建立了BGS2000。是我國新一代測繪基準(zhǔn)，即數(shù)字地圖生產(chǎn)、導(dǎo)彈發(fā)射、衛(wèi)星測控、國際工程等統(tǒng)一的參考框架。OXYZBGS20002）在經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面的應(yīng)用大壩變形監(jiān)測點(diǎn)基準(zhǔn)站3）在空間技術(shù)方面的應(yīng)用軍事工程應(yīng)用4）在軍事工程方面的應(yīng)用5）在新型武器測繪保障方面的應(yīng)用二、大地測量學(xué)的學(xué)科體系普通測量學(xué)大地測量學(xué)測量學(xué)研究范圍是不大的地球表面，把地球表面認(rèn)為是平面且不損害測量精度，計(jì)算時(shí)認(rèn)為在該范圍內(nèi)的鉛垂線彼此是平行的。研究全球或相當(dāng)大范圍內(nèi)的地球，鉛垂線被認(rèn)為彼此不平行，同時(shí)需顧及地球的形狀及重力場。FrameofSubject物理學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)數(shù)學(xué)城市管理制圖學(xué)工程管理學(xué)邊界劃分學(xué)地理學(xué)行星學(xué)水文學(xué)天文學(xué)地球動力學(xué)勘探學(xué)環(huán)境管理學(xué)生態(tài)學(xué)空間科學(xué)海洋學(xué)大氣科學(xué)地球物理學(xué)大地測量學(xué)與大地測量學(xué)有關(guān)的學(xué)科交叉融合示意圖地球空間的范圍理論大地測量學(xué)大地控制測量學(xué)海洋大地測量學(xué)工程大地測量學(xué)

時(shí)空屬性幾何大地測量學(xué)物理大地測量學(xué)動力大地測量學(xué)整體大地測量學(xué)技術(shù)手段地面大地測量學(xué)空間大地測量學(xué)慣性大地測量學(xué)

FrameofSubject二、大地測量學(xué)的學(xué)科體系三、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成就，導(dǎo)致大地測量學(xué)經(jīng)歷了跨時(shí)代的革命性轉(zhuǎn)變，突破了傳統(tǒng)經(jīng)典大地測量學(xué)的時(shí)空局限，進(jìn)入了以空間大地測量為主的現(xiàn)代大地測量學(xué)的發(fā)展新階段。

BriefHistoryandTrendofDevelopment萌芽階段

學(xué)科的形成

弧度測量的發(fā)展

幾何大地測量學(xué)的發(fā)展

物理大地測量學(xué)的發(fā)展

衛(wèi)星大地測量學(xué)的發(fā)展

動力大地測量學(xué)的發(fā)展

發(fā)展簡史三、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢BriefHistoryandTrendofDevelopment三、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢1、大地測量學(xué)發(fā)展簡史第一階段——地球圓球階段第二階段——地球橢球階段第三階段——大地水準(zhǔn)面階段第四階段——現(xiàn)代大地測量新時(shí)期2、大地測量學(xué)發(fā)展展望BriefHistoryandTrendofDevelopmentMiletus時(shí)代（BC625～547）非球狀地球形狀球狀EACONThales的地球概念歐洲地中海亞洲WESTEASTAnximander的地球概念Thales：希臘小亞細(xì)亞殖民地米雷特斯游歷埃及等國據(jù)說在埃及時(shí)計(jì)算過金字塔的高度BC585年準(zhǔn)確預(yù)測過日食的時(shí)間Anximander：無限定者世界只是無數(shù)個(gè)生生滅滅的世界中的一個(gè)1)第一階段——地球圓球階段從遠(yuǎn)古至17世紀(jì)末，人們逐漸把地球認(rèn)為是圓球。公元前3世紀(jì)，亞歷山大學(xué)者埃拉托色尼首次用子午圈弧長測量法來估算地球半徑，分為兩種測量：一是屬于天文部分：子午圈弧長兩端點(diǎn)的緯度差；一是屬于大地部分：兩端點(diǎn)間的子午圈弧長。到15～16世紀(jì)文藝復(fù)興浪潮席卷歐洲時(shí)，以哥白尼、伽里略及牛頓等為代表的一批科學(xué)家擺脫宗教枷鎖后，才在自然科學(xué)方面獲得一系列的驚人發(fā)明和創(chuàng)造，促進(jìn)了大地測量學(xué)的萌芽和形成。

埃拉托色尼是著名亞歷山大博物館中的一名有名望的圖書管理員，他被稱為大地測量學(xué)的真正創(chuàng)始人，他精心地測量了亞歷山大城和阿斯旺城之間的緯度，由此得出了地球的大?。ㄇ疤岬厍?yàn)榍蛐危私Y(jié)果接近現(xiàn)代的結(jié)果.2)第二階段——地球橢球階段17世紀(jì)末至19世紀(jì)下半葉，人們把地球的認(rèn)識推進(jìn)到向兩極略扁的橢球。17世紀(jì)初，荷蘭人斯涅耳(W．Snell)首創(chuàng)三角測量法。此后，望遠(yuǎn)鏡，游標(biāo)尺，十字絲，測微器等相繼出現(xiàn)。天文學(xué)和物理學(xué)在地球形狀、重力場及其空間位置等方面也都提出了嶄新的觀念。荷蘭的哥白尼1543年創(chuàng)立了日心說，確定了地球在太陽系中的空間位置；德國的開普勒1619年發(fā)表了行星運(yùn)動遵循的三大定律；意大利的伽里略1590年根據(jù)自由落體原理進(jìn)行了第一次重力測量；荷蘭的惠更斯1673年提出用擺進(jìn)行重力測量的原理，并推導(dǎo)了數(shù)學(xué)擺公式。牛頓于1687年根據(jù)他建立的萬有引力定律，經(jīng)論證認(rèn)為：①在引力定律下，并繞一軸旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)流體物質(zhì)的均衡形狀，是兩極扁平的旋轉(zhuǎn)橢球；②重力加速度由赤道向兩極與(地理緯度)成比例地增加?；莞挂餐茖?dǎo)了地球的扁率。把地球質(zhì)量集中在球心，扁率等于赤道處離心力與引力之比的一半。

人類進(jìn)入了認(rèn)識地球?yàn)樾D(zhuǎn)橢球的新階段，幾何大地測量學(xué)得到形成和發(fā)展，物理大地測量學(xué)開始奠定基礎(chǔ)。2)第二階段——地球橢球階段（續(xù)）第二階段取得的成績1)長度單位的建立;2)最小二乘法的提出;3)橢球大地測量學(xué)的形成，解決了橢球數(shù)學(xué)性質(zhì)，橢球面上測量計(jì)算，以及將橢球面投影到平面的正形投影方法。4)弧度測量大規(guī)模展開;5)推算了不同的地球橢球參數(shù)。2)第二階段——地球橢球階段存在的問題：外業(yè)測量的基準(zhǔn)線是鉛垂線，方向是物理的重力方向；而橢球面計(jì)算基準(zhǔn)線則是法線，方向則是幾何的垂直方向。重力方向相對法線方向有偏差，即所謂垂線偏差。地球表面每點(diǎn)的重力及其方向都不相同。地球表面是極其復(fù)雜的自然地面，不能用簡單數(shù)學(xué)關(guān)系式來表達(dá)，只能用控制點(diǎn)坐標(biāo)來逐點(diǎn)描繪。

由于海水面占全球表面大部分，且比較規(guī)則，在某種假設(shè)下，可認(rèn)為海水面是重力等位面，并把它延伸到大陸下，得到一個(gè)遍及全球的等位面。

德國的李斯廷(J.B.Listing)1872年，把它命名為大地水準(zhǔn)面。 人類認(rèn)識地球形狀又產(chǎn)生了一次飛躍——即將橢球面推進(jìn)到大地水準(zhǔn)面的新階段。3)第三階段——大地水準(zhǔn)面階段19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)40年代，對橢球的認(rèn)識發(fā)展到是大地水準(zhǔn)面包圍的大地體。

★幾何大地測量學(xué)的進(jìn)展：（1）天文大地網(wǎng)的布設(shè)有了重大發(fā)展；（2）因瓦基線尺出現(xiàn)，帶平行玻璃板測微器的水準(zhǔn)儀及因瓦水準(zhǔn)尺使用，將天文大地測量同重力測量相結(jié)合，代替天文水準(zhǔn)等方面有較大進(jìn)步。

(1)大地測量邊值問題理論的提出克萊羅是以橢球面為邊界解決邊值問題的。英國的斯托克司提出了以大地水準(zhǔn)面為邊界面的擾動位計(jì)算公式和大地水準(zhǔn)面起伏公式。荷蘭學(xué)者維寧·曼尼茲推出了以大地水準(zhǔn)面為參考面的垂線偏差公式。俄國學(xué)者莫洛金斯基直接利用地面上的重力觀測值求定地球形狀和外部重力場。

物理大地測量理論研究和實(shí)踐取得重大進(jìn)展(2)提出了新的橢球參數(shù)主要特點(diǎn)是用重力測量資料推求橢球扁率。赫爾默特橢球參數(shù)：海福特橢球參數(shù)：克拉索夫斯基橢球參數(shù)：

物理大地測量理論研究和實(shí)踐取得重大進(jìn)展4)第四階段—現(xiàn)代大地測量新時(shí)期4.1.距離測量的發(fā)展：1948年瑞典人貝爾斯特蘭德研制成功世界上第一臺光電測距儀；60年代出現(xiàn)了激光測距儀；1956年南非人沃德利研制成功世界第一臺微波測距儀；70年代德國首先研制成功測距、測角相結(jié)合的電子速測儀?！飳?dǎo)線測量及測邊網(wǎng)、邊角網(wǎng)測量成為可能

4)第四階段—現(xiàn)代大地測量新時(shí)期4.2.空間技術(shù)的發(fā)展：20世紀(jì)70年代衛(wèi)星多普勒技術(shù)；海洋衛(wèi)星雷達(dá)測高；激光衛(wèi)星測距(SLR)等得到應(yīng)用。全球?qū)Ш脚c衛(wèi)星定位（GNSS）技術(shù)的發(fā)展80年代，美國全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)得到全面發(fā)展，并投入使用；俄羅斯也有相應(yīng)的定位系統(tǒng)—GLONASS利用空間探測器、衛(wèi)星或空間飛行器，形成了月球和行星大地測量學(xué)。

4)第四階段—現(xiàn)代大地測量新時(shí)期4.3.控制網(wǎng)優(yōu)化和測量平差理論的發(fā)展20世紀(jì)60年代，荷蘭學(xué)者巴爾達(dá)重新研究并提出了大地控制網(wǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)問題，明確提出評價(jià)大地網(wǎng)質(zhì)量的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)：精度、可靠性和經(jīng)費(fèi)。在精度標(biāo)準(zhǔn)中，提出準(zhǔn)則矩陣的概念。在70年代，德國學(xué)者格拉法倫德等提出了人們公認(rèn)的控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的四類分法，系統(tǒng)地引進(jìn)了數(shù)學(xué)規(guī)劃的解法，并引進(jìn)了準(zhǔn)則矩陣的建立等問題。最小二乘配置法綜合了平差，濾波和推估，形成了廣義的最小二乘法平差理論。

4)第四階段—現(xiàn)代大地測量新時(shí)期革命性轉(zhuǎn)變，主要體現(xiàn)在：從分離式一維和二維大地測量發(fā)展到三維和包括時(shí)間變量的四維大地測量；從測定靜態(tài)剛性地球假設(shè)下的地球表面幾何和重力場元素發(fā)展到監(jiān)測研究非剛性（彈性、流變性）地球的動態(tài)變化；局部參考坐標(biāo)系中的地區(qū)性（相對）大地測量發(fā)展到統(tǒng)一地心坐標(biāo)系中的全球性（決定）大地測量；測量精度提高了2～3個(gè)量級。上述轉(zhuǎn)變與三項(xiàng)高新技術(shù)有關(guān)：衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星和航空重力技術(shù)衛(wèi)星測高技術(shù)以空間大地測量為主要標(biāo)志的代大地測量學(xué)已經(jīng)形成

向地球科學(xué)基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域深入發(fā)展

空間大地測量主導(dǎo)著學(xué)科未來的發(fā)展

衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)擴(kuò)展了大地測量學(xué)科的應(yīng)用面

地球重力場研究將致力于發(fā)展衛(wèi)星和航空重力探測技術(shù)恢復(fù)高分辨率地球重力場

發(fā)展趨勢三、大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢BriefHistoryandTrendofDevelopment注：大地測量除了測地之外，還可測其它天體的形狀和重力場。maincontents第二章大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)為完成大地測量學(xué)的學(xué)科任務(wù)，需要在廣大范圍內(nèi)開展大地測量數(shù)據(jù)采集活動。2.1角度測量2.2距離測量2.3高程測量2.4天文測量2.5GPS測量2.6重力測量2.7人造衛(wèi)星激光測距-SLR2.8甚長基線干涉測量-VLBI地面水平點(diǎn)位如何標(biāo)志？中心標(biāo)石是水平控制點(diǎn)位的永久性標(biāo)志。野外觀測是以標(biāo)石的標(biāo)志中心為準(zhǔn)，最后算得點(diǎn)的平面坐標(biāo)，就是標(biāo)志中心的位置。如果標(biāo)石被破壞或發(fā)生位移，測量成果就失去作用，點(diǎn)的坐標(biāo)就毫無意義。一、二等三角點(diǎn)中心標(biāo)石埋設(shè)圖Supplement補(bǔ)充知識照準(zhǔn)標(biāo)志是什么？大地覘標(biāo)是三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn)的地面標(biāo)志。覘標(biāo)頂端裝有圓筒，以供照準(zhǔn)。根據(jù)其所用材料又分為鋼尋常標(biāo)、木質(zhì)尋常標(biāo)和混凝土尋常標(biāo)等。需要升高儀器的三角點(diǎn)或?qū)Ь€點(diǎn)就要建造高標(biāo)，高標(biāo)由內(nèi)架和外架組成。鋼尋常標(biāo)Supplement補(bǔ)充知識照準(zhǔn)標(biāo)志是什么？圓筒中心、基板中心、標(biāo)石中心基本位于同一鉛垂線上，以標(biāo)石中心為準(zhǔn)，最大偏離不應(yīng)超過0.1米。高標(biāo)Supplement補(bǔ)充知識地面高程點(diǎn)位如何標(biāo)志？水準(zhǔn)標(biāo)石是高程控制點(diǎn)位的永久性標(biāo)志。野外觀測是以標(biāo)石的標(biāo)志中心為準(zhǔn)，最后算得點(diǎn)的高程，就是標(biāo)志中心的位置。如果標(biāo)石被破壞或發(fā)生位移，測量成果就失去作用，點(diǎn)的高程就毫無意義?；舅疁?zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)圖Supplement補(bǔ)充知識野外觀測的基準(zhǔn)線是什么？測量是在地球重力場中進(jìn)行的。地球上任一點(diǎn)都會受到地球引力和慣性離心力的作用，它們的合力稱為重力，重力的方向線稱為鉛垂線，簡稱垂線。鉛垂線是野外觀測的基準(zhǔn)線。重力方向線G—鉛垂線Supplement補(bǔ)充知識野外測量的基準(zhǔn)面是什么？液體的靜止表面稱為水準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面是物理表面，同一水準(zhǔn)面上的重力位相等。因此，水準(zhǔn)面也叫重力等位面，水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂線都同這個(gè)面正交。水準(zhǔn)面是野外觀測的基準(zhǔn)面。水準(zhǔn)面鉛垂線水準(zhǔn)面和鉛垂線的關(guān)系Supplement