PAGE《大地測量學基礎》教學大綱一、課程基本信息課程編碼課程性質必修課程名稱中文大地測量學基礎英文FundamentalsofGeodesy開課學期第5學期授課語言中文教學時數50學分授課對象授課單位大地測量教研室預修課程預修《現代測量學》，與《誤差理論與測量平差基礎》課程同時或之后開設二、教學任務1.課程的性質與地位《大地測量學基礎》是測繪學科本科各專業(yè)的一門專業(yè)基礎必修課，對學員建立測繪基準（包括：大地基準、高程基準、重力基準）和測繪系統(tǒng)（包括：大地坐標系統(tǒng)、平面坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、地心坐標系統(tǒng)和重力測量系統(tǒng)）等測繪學科的基本概念，了解大地測量數據采集技術和大地控制網的建立技術，掌握大地測量學的基本理論、技術和方法，培養(yǎng)學員良好的業(yè)務作風，為進一步學習其他專業(yè)課打下堅實基礎具有不可替代的重要作用和意義。2.課程基本理念本課程的教學應堅持以人為本、以學為主、注重創(chuàng)新意識和綜合素質培養(yǎng)的指導思想，堅持將知識學習、能力訓練和綜合素質培養(yǎng)融為一體，將大地測量學理論學習與測繪實踐緊密結合，強調學員在學習中發(fā)現問題、分析問題、解決問題的能力，注重對學員科學探索精神、創(chuàng)新意識和團隊精神的培養(yǎng)。3.課程設計思路本課程以測繪基準和測繪系統(tǒng)為主線，以各專業(yè)后續(xù)專業(yè)課程的需要和工程實際應用為主導，按照循序漸進的思路，從大地測量數據采集技術入手，逐步引入各類測繪成果處理過程中所必須依據的各種基準和系統(tǒng)，并安排相應的計算實習，鞏固和加深學員對所學理論的理解。大學專業(yè)基礎課程與適當介紹學術熱點、學術前沿之間似乎存在一定的矛盾，但恰好可以成為激勵學生熱情并融科學性、趣味性于一爐的畫龍點睛之處。因此，本課程在重視基礎內容的經典性和完整性的同時，也酌情安排一些關于學科新進展的窗口，以利于開拓學生的視野和思路，并作為測量工程后續(xù)專業(yè)課程的接口。三、教學目的通過本課程的學習，要求學員理解大地測量學的基本概念，測繪基準和測繪系統(tǒng)的基本理論。對大地測量控制網的構成及規(guī)格有一個概念性的了解，理解大地控制網的作用、布設方案和建網方法。初步掌握地球重力場理論，明確各類高程系統(tǒng)的概念。熟悉地球橢球的有關數學性質，掌握地面觀測元素歸算到橢球面的計算方法。掌握高斯投影的基本原理和計算方法。理解大地坐標系的建立方法和我國的各種大地坐標系。熟悉主要常用公式的推導并學會使用這些公式。四、教學內容結構、單元教學目標與任務第一單元大地測量技術概論1.授課內容大地測量學的任務、作用、分類和發(fā)展簡史；大地測量數據采集技術，包括：角度測量、距離測量、高程測量、天文測量、GPS測量、重力測量、人造衛(wèi)星激光測距、甚長基線干涉測量；大地控制網的建立，包括：三維控制網的建立、水平控制網的建立、高程控制網的建立、重力網的建立。2.學習要求理解大地測量學的任務和作用，了解大地測量學的學科分類，了解大地測量各類野外觀測儀器，理解角度、距離、天文經緯度和方位角、偽距、相位差、重力、時間延遲等觀測量的定義。對三維控制網、水平控制網、高程控制網和重力網的構成有一個概念性的了解，理解大地網的布設方案和建網方法，對我國大地網的精度僅作一般性的了解。通過本單元的學習，建立對大地測量技術概況的總體認識，逐步體驗與歸納測繪科學分析問題與解決問題的思路和方式，培養(yǎng)對測繪科學的學習興趣。3.教學要求本單元共安排4學時，采用課堂講授的方法實施教學。針對本單元主要是讓學生了解整個大地測量技術概況和技術內容多的特點，在教學過程中要把握內容的宏觀性，清楚闡述基本概念。充分利用儀器照片和電子模片，力求將技術概念形象化、具體化，以加深學員對基本概念的理解。引導學員建立大地測量技術的整體概念和思維方式，激發(fā)學員對測繪專業(yè)和本課程的學習興趣，培養(yǎng)學員對所學理論和方法靈活運用的能力。根據對基本概念的理解程度和基本方法的了解程度進行考核和評價。4.課內實踐教學安排本單元無課內實踐第二單元大地水準面與高程系統(tǒng)1.授課內容地球重力場理論；各類高程系統(tǒng)；不同高程系統(tǒng)間的關系。2.學習要求理解重力位、地球重力場模型、大地水準面、正常橢球、擾動位等基本概念；掌握大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)、正常高系統(tǒng)、力高系統(tǒng)、重力位數系統(tǒng)的定義及其數學表達式，明確水準閉合環(huán)理論閉合差的產生原因。了解不同高程系統(tǒng)間相互轉換的關系。通過本單元的學習，達到初步掌握地球重力場理論，理解高程基準和高程系統(tǒng)的目的。3.教學要求本單元共安排4學時，采用課堂講授的方法實施教學。本單元講授是從地球重力場理論入手的，而該部分內容理論性強，是本課程的難點之一。針對該特點，要從學員已有物理學知識出發(fā)，講透位函數概念，以此展開本單元內容的講授。高程系統(tǒng)講授時，要與水準測量實踐相結合，使學員能從實用出發(fā)理解各高程系統(tǒng)的意義。根據對基本概念的理解程度進行考核和評價。4.課內實踐教學安排本單元無課內實踐第三單元參考橢球面與大地坐標系1.授課內容參考橢球；大地坐標系與大地空間直角坐標系的關系；法截線與大地線；地面邊角觀測元素歸算至橢球面；大地坐標系與大地極坐標系的關系。2.學習要求理解參考橢球、赫爾默特投影、畢茲特投影、大地坐標系、法截線曲率半徑、平均曲率半徑、子午線弧長、相對法截線、大地線、大地極坐標系、歸化緯度等概念；學會以下公式的推導：大地坐標和大地空間直角坐標的互換公式、大地線微分方程、平行圈弧長公式、歸化緯度與大地緯度的關系式；理解以下公式的推導思路：法線自橢球面至短軸和自橢球面至赤道的長度公式、卯酉圈曲率半徑公式、子午圈曲率半徑公式、平均曲率半徑公式、子午線弧長公式、大地線克萊勞方程、按勒讓德定理解算橢球面三角形的公式、垂線偏差改正公式、標高差改正公式、觀測天頂距歸算公式、斜距歸算公式、垂線偏差公式、拉普拉斯方程、貝塞爾大地問題正反解公式；掌握以下公式的實用計算：大地坐標和大地空間直角坐標的互換、三差改正計算、斜距歸算、貝塞爾大地問題正反解。通過本單元的學習，理解橢球的數學性質，掌握以橢球面為基準的大地坐標計算、大地極坐標計算、大地元素歸算等問題，并具備編程計算的能力。3.教學要求本單元共安排22學時，其中理論教學16學時，計算實習6學時。采用課堂講授為主的方法實施教學。針對本單元主要解決橢球面數學解算問題的特點，講授時應先補充球面三角學的基本知識。本單元數學推導較多，公式形式較復雜，講授時應重點講清思路，使學員能從實用出發(fā)理解各公式的意義。要注意培養(yǎng)學員的作圖表達概念和公式的分析能力。根據對概念和公式的理解程度進行考核和評價。4.課內實踐教學安排本單元安排計算實習6學時。內容包括：大地坐標和大地空間直角坐標的互換、貝塞爾大地問題正反解的編程計算。要求每人獨立進行編程計算，注重把理論內容與實際應用密切結合。第四單元高斯投影與高斯平面直角坐標系1.授課內容地圖投影；橢球面到平面的正形投影；高斯-克呂格投影；高斯平面坐標系與大地坐標系的關系；橢球面元素歸算至高斯平面。2.學習要求理解投影變形、長度比、等量緯度、分帶投影、鄰帶換算、坐標方位角、子午線收斂角、方向改正、距離改正等基本概念；學會方向改正近似公式、方向改正檢核公式、坐標方位角計算公式的推導；理解柯西-黎曼微分方程、高斯投影正反算公式、高斯投影鄰帶換算、長度比公式、距離改正公式、平面子午線收斂角公式的推導思路；掌握高斯投影正反算公式的實用計算。通過本單元的學習，掌握以平面為基準的大地測量元素的計算以及橢球面到平面的歸算問題。3.教學要求本單元共安排12學時，其中理論教學10學時，計算實習2學時。采用課堂講授為主的方法實施教學。本單元數學推導較多，公式形式較復雜，講授時應重點講清思路，使學員能從實用出發(fā)理解各公式的意義。應注意分析各公式結構的特點，并通過公式分析使學員對公式理解形象化、具體化。根據對概念和公式的理解程度進行考核和評價。4.課內實踐教學安排本單元安排計算實習2學時。內容包括：高斯投影正反解的編程計算。要求每人獨立進行編程計算，注重把理論內容與實際應用密切結合。第五單元大地坐標系的建立1.授課內容大地坐標系中的歐勒角；不同大地坐標系的轉換；橢球定位的經典方法；協(xié)議地球參考系；我國的大地坐標系。2.學習要求理解歐勒角、尺度比、大地起算數據、橢球定位、國際協(xié)議原點、協(xié)議地球參考系與協(xié)議地球參考框架等概念；學會布爾莎模型的推導；理解大地坐標微分公式的推導思路；明確橢球定位的條件和原理；理解地球參考系的建立原理；理解ITRF和WGS-84坐標系的定義和實現；明確我國1954年北京坐標系、1980年西安坐標系、新1954年北京坐標系、1978年地心坐標系、1988年地心坐標系、2000國家大地坐標系的概況。通過本單元的學習，掌握經典大地坐標系和現代大地坐標系的建立原理，明確國際上幾種大地坐標系和我國已有的大地坐標系。3.教學要求本單元共安排8學時，采用課堂講授的方法實施教學。本單元內容理論性強，是本課程的難點之一。講授時應重點講清概念和原理。根據對概念和原理的理解程度進行考核和評價。4.課內實踐教學安排本單元無課內實踐。五、考核評價1.考核方式考試2.組織方式筆試，閉卷3.成績評定百分制4.記分標準實習和平時作業(yè)占10％、課程考試占90％5.免試申請辦法無六、實施建議1.教材選編與使用教材內容應能反映測繪各專業(yè)課程所需的大地測量基礎性內容，包含大地測量技術概論、測繪基準和測繪系統(tǒng)理論兩部分內容。授課使用教材：《大地測量學基礎》（呂志平，喬書波編，測繪出版社，2010年3月出版）2.課程資源開發(fā)與利用充分利用已開發(fā)完成的《大地測量基礎網絡課程》實施課外教學，展示大地測量學有關模型、圖片，提供電子教案、教材，模擬考試，網上交流、回答問題等。3.教學保障條件本課程教學應在多媒體教室進行，計算實習課應保證每人有一臺計算機。七、附錄1.基本教材《大地測量學基礎》，呂志平、喬書波，測繪出版社，2010年2.參考書（1）《大地測量學基礎》孔祥元等，武漢大學出版社，2002（2）《橢球大地測量學》熊介，解放軍出版社，1989（3）《軍事測量工程》吳曉平等，解放軍出版社，20013.主要專業(yè)術語解釋（1）地球重力場模型：以球函數級數式表示的地球重力位。（2）正常高系統(tǒng)：以似大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。（3）平均曲率半徑：橢球面上一點所有方向法截線曲率半徑的平均值。（4