大地測量學基礎-第二版 武漢大學出版社 復習

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1、2015級地信班方游游 第一章 大地測量學定義 在一定時間空間的參考系統(tǒng)中，測量和描繪地球以及其他行星體的一門學科。 大地測量學作用 1. 在國民經(jīng)濟各項建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著基礎先行性的重要保證作用。 2. 在防災減災救災以及環(huán)境監(jiān)測、評價和保護中發(fā)揮著獨具風貌的特殊作用 3. 是發(fā)展空間技術和國防建設的重要保證 4. 在當代地球科學研究中地位越來越重要 5. 是測繪學科各分支學科的基礎科學 現(xiàn)代人地測屋學的特點 1. 測量范圍大 2. 從靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從表面深入到地球內(nèi)部構(gòu)造及動力過程 3. 觀測精度高 4. 測量周期短 大地測量學基本內(nèi)容 1. 確定地球形狀

2、以及外部重力場及其隨時間的變化，建立統(tǒng)一的人地測量坐標系，研 究地球形變，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)和精密水準為以 及海洋大地控制網(wǎng)，以滿足國民經(jīng)濟和國防建設的需要 4. 研究為獲得高精度測量成果的儀器和方法等 5. 研究地球表面向托球迷或平面投影數(shù)學變換及有關的人地測量計算 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, 測量數(shù)據(jù)庫建立及應用等 人地測量學發(fā)展簡史 1. 地球圓球階段 2. 地球橢球階段 3. 大地水準面階段

3、4. 現(xiàn)代人地測屋新時期 大地測量的展望 1. GNSS,SLR,VLBI是主導本學科發(fā)展的主要的空間人地測量技術 2. 空間犬地網(wǎng)是實現(xiàn)本學科科學技術任務的主要技術方案 3. 精化地球重力場模型是人地測量學的主要發(fā)展目標 4. 新一代國家測繪基準建設工程已經(jīng)啟動 第二章 開普勒三大行星運動定律 1. 行星軌道是一個橢圓，太陽位于橢圓的一個焦點上。 2. 行星運動中，與太陽連線在單位時間內(nèi)掃過的面積相等 3. 行星繞軌道運動周期的平方與軌道長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)，是地軸方向相對于 空間的長周期運動。 章動

4、 地球旋轉(zhuǎn)軸在歲差的基礎上疊加18.6年的短周期圓周運動，振幅為9.2T。 極移 地軸相對于地球本體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的相對位置變化。 國際協(xié)議原點CIO 國際上五個ILS站以1900-1905年的平均緯度所確定的平極作為基準點。 時間的計量包括哪兩人元素 1. 時間原點。 2. 度量單位。 計量時間的方法滿足的條件（3點） 1. 運動是連續(xù)的； 2. 運動的周期貝有足夠的穩(wěn)定性； 3. 運動是可觀測的。 春分點 當太陽在黃道上從天球南半球向北半球運行時，黃道與天球赤道的交點。 什么是大地測量基準？ 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 時所采用的單位長度的定義。包括：平面基準、高程基準、重力基準等。 什么是大地測量參考系統(tǒng)與參考框架，兩者有何關系？ 大地測量系統(tǒng)包扌舌坐標系統(tǒng)、高程/深度基準和重力參考系統(tǒng)。 人地測量參考框架有坐標（參考）框架、高程（參考）框架和重力測量（參考）框架三 種。是大地測量參考系統(tǒng)的具體實現(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 春分點周口視運動確定的時間，真恒星時等于

6、真春分點的地方時角，平恒星時等于平春 分點的地方時角。 恒星口 春分點連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈上中天的時間間隔。 真太陽時 真太陽周口視運動確定的時間（不均勻）。 平太陽日 平太陽連續(xù)兩次經(jīng)過同一子午圈的時間間隔。 世界時 以格林尼治子夜起算的平太陽時。 原子時 在零磁場下，艷-M3原子基態(tài)兩個超精細能級間簽約輻射919631770周所持續(xù)的時間。 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、性坐標系？ 在空間固定不動或做勻速直線運動的坐標系。 P歲差旋轉(zhuǎn)矩陣 M極移旋轉(zhuǎn)矩陣 N章動旋轉(zhuǎn)矩陣 E地球自轉(zhuǎn) 協(xié)議天球坐標系、瞬時平天球坐標系、瞬時真天球坐標系的定義 協(xié)議天球坐標系：約定某一時刻t作為參考歷元，把該時刻對應的瞬時自轉(zhuǎn)軸經(jīng)歲差和 章動改正后的指向作為Z軸，以對應的春分點作為X軸的指向點，XoZ的垂直方向作為Y軸 尖利的直角坐標系； 瞬時平天球坐標系（與協(xié)議有歲差差異）：以此瞬時北天極和平春分點方向為Z軸和X 軸方向…… 瞬時真天球坐標系（與協(xié)議有章動、歲差差異；與平天球有章動差異）：以瞬時北天極 和真春分點為參考建立的天球坐標系。 什么是地心地固坐標系？

8、 原點與地球質(zhì)心重合，固定在地球上與地球一起旋轉(zhuǎn)的坐標系。 如何定義協(xié)議地球坐標系與瞬時地球坐標系，兩考關系如何？ 協(xié)議地球坐標系：采用協(xié)議地極方向、國際通用的地固坐標系；、 瞬時地球坐標系：采用瞬時地極方向的地球坐標系； 關系：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，M為極移旋轉(zhuǎn)矩陣。 如何建立協(xié)議地球坐標系與協(xié)議天球坐標系的轉(zhuǎn)換？ 借助瞬時地球坐標系與瞬時天球坐標系的指向相同來實現(xiàn)。 [xyz]cts=MENP[xyz]cis 什么是大地原點，有何作用？什么是起算數(shù)據(jù)？ 人地原點也稱人地基準點

9、或人地起算點，是國家地理坐標經(jīng)緯度的起算點和基準點。 作用是建立坐標系。 起算數(shù)據(jù)也稱人地測量起算數(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量技術? IERS：國際地球自轉(zhuǎn)服務； 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等空間大地測量技術。 世界協(xié)調(diào)時 以原子時秒長為計量單位、在時刻上與平太陽時只差小于0.9秒的時間系統(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的平面；它與天球相交的人圓。 時圈 通過天球的平面與天球相交的半個人圓。 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。 子午線收斂角 高斯投影面上任意點子午線的投影線的切線方向與該點坐標的正北方向的夾角。 IERS的主要任務 1. 維持 ICRS 和 ICRF： 2. 維持 ITRS 和 ITRF； 3. 為當前應用和長期研究提供及時準確的ERP； 第三章 重力是如何定義的，與物理學的重力有何區(qū)別

11、？ 重力：地球引力及由于質(zhì)點繞地球自轉(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？它與引力的關系是什么？ 位是一個有質(zhì)量的物體所產(chǎn)生的標量場。 引力位是單位質(zhì)點收到物質(zhì)M的引力作用產(chǎn)生的位能/單位之巔從無窮遠移動到該點引 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)； 大地水準面的定義 完全靜止的海水面所形成的重力等位面。 水準面不平行給測量帶來的問題 水準測量時，兩固定點

12、的高差沿不同測量路線測得的結(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位兩部分， 實際重力也被分為正常重力和重力異常兩部分。 目前采用水準橢球。 正常位水準面與重力位水準面可平行/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。正常水準面之間可平行，重力位水準面之間都不可以（否 則重力位與位置無關，與定義矛盾）。 重力位水準面：當g與I垂直時dW=O, W為常數(shù)，當

13、給出不同常數(shù)值得到的一簇曲面： 正常位水準面：由正常位水準面公式給出不同常數(shù)值得到的一簇曲面。 什么是擾動位，引入擾動位有何意義？ 擾動位是地球?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)生擾動位和重力異常的原因？ 正常橢球與實際地形有差異。 繪圖說明正高、正常高、人地高之間的關系及它們的定義。 正高：地面點沿鉛垂線到人地水準面的距離： 正常高：地面點沿鉛垂線到似大地水準面的距離； 人地高：地面點沿法線方向到參考橢球面的距離。 什么是垂線偏差 地面一點上重力向量g和相應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、天文坐標之間應滿足什么關系？ （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） 什么是高程基準面？水準原點？水準點起算高程如何確定？ 高程基準面是地面點高程的統(tǒng)一起算面，通常采用大地水準面作為高程基準面。 水準原點是為了長期、牢固地表示出高程基準面的位置，作為高程傳遞的起算點而建立 的而穩(wěn)固的水準起算點。 根據(jù)1952-1979年19年驗潮資料推求平均海平面作為高程基準面。 第四章 什么是卯酉圈？ 過橢球面上一點的法線，其中一個與該點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?？ 平行圈僅當它為赤道時屬于法截弧，其它都是法截弧。 因為它們可以看做經(jīng)過其上的點的法截面與橢球體的交線。 卯西圈半徑N與B有關，隨B的増人而增大。 B=0°時，卯西圈變?yōu)槌嗟溃?=赤道半徑a； 0R>M,只有在極點上相等，等于c。 單位緯度差的子午線弧長隨緯度的升高緩慢増長；單位經(jīng)度差的平行圈弧長隨緯度升高急劇 縮短：r子午線弧長約110km 大地線定義 橢球面上兩

16、點間的最短程曲線。 當兩點不在同一子午圈上，也不在同一平行圈上時，兩點間有兩條法截線存在。 某點緯度越高，其法線與短軸的交點越低。（B在上方，BbA在AaB±方） 第五章 建立國家平面大地控制網(wǎng)的方法有？目前主要采用？ 三角測量法、導線測量法、三邊測量及邊角同測法、天文測量法、GNSS測量、VLBI、INS 等。主要采用三角測量法。 國家平面大地控制網(wǎng)的布設原則 1. 大地控制網(wǎng)應分級布設，逐級控制。 2. 大地控制網(wǎng)應有足夠的精度。 3. 大地控制網(wǎng)應有一定密度。 4. 犬地控制網(wǎng)應有統(tǒng)一的技術規(guī)格和要求。 國家高程控制網(wǎng)的布設原則 1. 從高到低，逐級控制。 2.

17、 水準點分布應滿足一定的密度。 3. 水準測量達到足夠的精度。 4. 一等水準網(wǎng)應定期復測。 各等級高程控制網(wǎng)作用 一等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，也為相關地球科學研究提供高程數(shù)據(jù)。 二等水準測量是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎。 三、四等水準測量是直接為地形測圖和其他工程建設提供高程控制點。 什么時候水準測量需要加測重力？為什么要加測重力？ 高程大于4000m或水準點間隔平均高差為150m-250m的地區(qū)，一、二等水準路線上的 每個水準點應加測重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應加測重力： 高程在1500m-4000m或水準點平均高差為50-150m的地區(qū)，一等

18、水準路線上重力點間 平均距離應小于11km；二等水準路線上應小于23km； 在我國西北、西南和東北邊境等有較人重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每個水準點均 應測定重力； 在由青島水準原點至國家人地原點的一等水準路線上，應逐點測定重力： 水準點上重力測量，按加密重力點要求施測。 因為精密水準測量成果需進行重力異常改正，正常位水準面與重力等壓面不一致會引起 高程差。 精密水準測量作業(yè)的一般規(guī)定？有何作用？ 1. 儀器距前、后視水準標尺的距離應盡量相等，其差應小于規(guī)定的限值；作用：消除 或削弱與距離有關的各種誤差對觀測高差的影響，如i角和垂直折光。 2. 在兩相鄰測站上，應按奇、偶數(shù)測站

19、的觀測程序進行觀測：（往測，奇數(shù)后前前后， 偶數(shù)前后后前：返測，奇數(shù)前后后前，偶數(shù)后前前后）作用：消除或削弱與時間成 比例均勻變化的誤差對觀測高差的影響，如i角變化和儀器的垂直位移。 3. 每一測段的往返測測站數(shù)均應為偶數(shù)，由往測轉(zhuǎn)返測時，水準標尺應互換位置，重 新整置儀器。作用：削弱兩水準標尺零點不等差等誤差對觀測高差的影響。 4. 一個測段的水準測量路線的往測和返測應在不同的氣象條件下進行，如在上午和下 午。 精密水準儀、水準尺與普通水準儀、水準尺有何不同？ 水準儀： 1. 高質(zhì)量的塑遠鏡光學系統(tǒng)。 2. 堅固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)。 3. 高精度的測微器裝置。 4. 高靈敏的管水

20、準器。 5. 高性能的補償器裝置 水準尺： 1. 溫度濕度變化時，水準標尺分劃間的長度必須保持穩(wěn)定，或僅有微小的變化。 2. 水準標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. 附有圓水準器裝置，作業(yè)時扶尺者借以使水準標尺保持垂直。 5. 提高分劃的照準精度，分劃的形式和顏色與水準標尺的顏色相協(xié)調(diào)。 電磁波測距的主要誤差來源？觀測距離需要加入哪些改正? 電磁波在大氣中傳輸時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。 精密測角的誤差來源及影響、采取措施