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)

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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(guó)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(guó)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)代人地測(cè)屋學(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

2、以及外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的人地測(cè)量坐標(biāo)系，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(guó)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(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)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)的人地測(cè)量計(jì)算 6. 研究人規(guī)模高精度和多類別的地面網(wǎng)、空河網(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(kù)建立及應(yīng)用等 人地測(cè)量學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史 1. 地球圓球階段 2. 地球橢球階段 3. 大地水準(zhǔn)面階段

3、4. 現(xiàn)代人地測(cè)屋新時(shí)期 大地測(cè)量的展望 1. GNSS,SLR,VLBI是主導(dǎo)本學(xué)科發(fā)展的主要的空間人地測(cè)量技術(shù) 2. 空間犬地網(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)模型是人地測(cè)量學(xué)的主要發(fā)展目標(biāo) 4. 新一代國(guó)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(zhǎng)半軸立方之比為常數(shù)。 歲差 由于口月等天體影響，地球的旋轉(zhuǎn)軸在空間I制繞黃極發(fā)生緩慢旋轉(zhuǎn)，是地軸方向相對(duì)于 空間的長(zhǎng)周期運(yùn)動(dòng)。 章動(dòng)

4、 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9.2T。 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(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO 國(guó)際上五個(gè)ILS站以1900-1905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)量包括哪兩人元素 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)的周期貝有足夠的穩(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

5、置 時(shí)所采用的單位長(zhǎng)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)包扌舌坐標(biāo)系統(tǒng)、高程/深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng)。 人地測(cè)量參考框架有坐標(biāo)（參考）框架、高程（參考）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)周口視運(yùn)動(dòng)確定的時(shí)間，真恒星時(shí)等于

6、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。 恒星口 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) 真太陽周口視運(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，艷-M3原子基態(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)人地水準(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I韋I內(nèi)與人地體最 密合的地球橢球。 什么是慣

7、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； 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？

8、 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，兩考關(guān)系如何？ 協(xié)議地球坐標(biāo)系：采用協(xié)議地極方向、國(guó)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。[xyz]cts=M[xyz]t,其中[xyz]cts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？ 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)。 [xyz]cts=MENP[xyz]cis 什么是大地原點(diǎn)，有何作用？什么是起算數(shù)據(jù)？ 人地原點(diǎn)也稱人地基準(zhǔn)點(diǎn)

9、或人地起算點(diǎn)，是國(guó)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)也稱人地測(cè)量起算數(shù)據(jù)，包括人地經(jīng)度，人地緯度，人地方位角。 什么是IERS、ITRS、ITRF? IERS的建立包含哪些大地測(cè)量技術(shù)? IERS：國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)； ITRS：國(guó)際地球參考系統(tǒng)； ITRF：國(guó)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(zhǎng)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)心為中心，以無窮人為半徑的假想球體。 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

10、赤道面與天球赤道 通過地球質(zhì)心與天軸垂直的平面；與天球相交的人圓。 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；它與天球相交的人圓。 時(shí)圈 通過天球的平面與天球相交的半個(gè)人圓。 黃道 地球公轉(zhuǎn)軌道面與天球相交的人圓 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(zhǎng)期研究提供及時(shí)準(zhǔn)確的ERP； 第三章 重力是如何定義的，與物理學(xué)的重力有何區(qū)別

11、？ 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)

12、的高差沿不同測(cè)量路線測(cè)得的結(jié)果不一致。 為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I垂直時(shí)dW=O, W為常數(shù)，當(dāng)

13、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)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。 可求出大地水準(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、人地高之間的關(guān)系及它們的定義。 正高：地面點(diǎn)沿鉛垂線到人地水準(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； 人地高：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

14、偏差與大地坐標(biāo)、天文坐標(biāo)之間應(yīng)滿足什么關(guān)系？ （垂線偏差在子午圈上的分量） L=X-nsec0 （n為垂線偏差在卯酉圈上的分量） 什么是高程基準(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(zhǎng)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)1952-1979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、卯西圈中哪些屬于法

15、截線?。繛槭裁矗? 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。 卯西圈半徑N與B有關(guān)，隨B的増人而增大。 B=0°時(shí)，卯西圈變?yōu)槌嗟溃?=赤道半徑a； 0R>M,只有在極點(diǎn)上相等，等于c。 單位緯度差的子午線弧長(zhǎng)隨緯度的升高緩慢増長(zhǎng)；單位經(jīng)度差的平行圈弧長(zhǎng)隨緯度升高急劇 縮短：r子午線弧長(zhǎng)約110km 大地線定義 橢球面上兩

16、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±方） 第五章 建立國(guó)家平面大地控制網(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(guó)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. 犬地控制網(wǎng)應(yīng)有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求。 國(guó)家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則 1. 從高到低，逐級(jí)控制。 2.

17、 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(guó)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(guó)家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)。 三、四等水準(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

18、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(guó)西北、西南和東北邊境等有較人重力異常的地區(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(guó)家人地原點(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?yàn)榫芩疁?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

19、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)量的塑遠(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

20、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(zhǎng)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(zhǎng)筆直，并且尺身不易發(fā)生長(zhǎng)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)受氣象條件影響很人。 1. 氣彖改正 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