控制測量技術(shù)KONGZHICELIANGJISHUHENANGEOLOGYMINERALCOLLEGEHENANGEOLOGYMINERALCOLLEGE1.控制測量任務(wù)與作用主要內(nèi)容ZHUYAONEIRONG-01-控制測量定義-02-控制測量任務(wù)與作用-03-控制測量的主要內(nèi)容

在一定的區(qū)域內(nèi)，按測量任務(wù)所要求的精度，測定一系列地面標(biāo)志點（控制點）的水平位置和高程，建立起控制網(wǎng)，這種測量工作稱為控制測量。1.1定義-01-控制測量定義精確測定的地面標(biāo)志點，稱為控制點。1.2控制點-01-控制測量定義通過及角度、距離或高差的測量，將控制點組成一定的幾何圖形。連接起來。1.3控制網(wǎng)的定義-01-控制測量定義按照工作內(nèi)容：控制網(wǎng)分為平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)。平面控制網(wǎng)高程控制網(wǎng)1.4控制網(wǎng)的分類-01-控制測量定義控制區(qū)域或范圍：包括大地控制測量和工程控制測量。國家大地控制測量工程控制測量1.4控制網(wǎng)的分類-01-控制測量定義大地控制測量:在全國廣大的區(qū)域內(nèi)，按照國家統(tǒng)一頒發(fā)的法式、規(guī)范進行的控制測量國家大地控制網(wǎng)：由大地控制測量建立起來的控制網(wǎng)。工程控制網(wǎng)：為某項工程建設(shè)或施測局部大比例尺地形圖需要，在較小的區(qū)域范圍，在大地控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上獨立建立的控制網(wǎng)。狹義的控制測量即指工程控制測量1.5大地控制測量與工程控制網(wǎng)-01-控制測量定義1.為地形測圖和大型工程測量提供基本控制第一控制測圖誤差，保證地形圖的精度第二使各測區(qū)的測圖工作同時開展，并保證所測各圖幅可以互相拼接。2.1控制測量任務(wù)-02-控制測量任務(wù)與作用2.為研究地球形狀、大小和其他科學(xué)問題提供資料研究地球的形狀、大小，就是要確定旋轉(zhuǎn)橢球的長半徑a、短半徑b和扁率e。要確定a、e,必須綜合利用大地測量、天文測量和重力測量的資料才能實現(xiàn)。大地測量為確定地球的a、e提供資料，而a、e又反過來作為大地測量成果計算的必要數(shù)據(jù)。2.1控制測量任務(wù)-02-控制測量任務(wù)與作用3.為空間科學(xué)技術(shù)和軍事需要提供保障大地測量可以提供精確的點位坐標(biāo)、點間距離與方位、地球重力場資料或確定基本控制點相對于地球質(zhì)量中心的空間坐標(biāo)，以便為人造天體、遠(yuǎn)程武器的發(fā)射及其軌道的確定提供必要的資料。2.1控制測量任務(wù)-02-控制測量任務(wù)與作用1.建立用于測繪大比例尺地形圖的測圖控制網(wǎng)工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計階段，需要測繪人員提供大比例尺地形圖，規(guī)劃設(shè)計人員在大比例尺地形圖上進行規(guī)劃設(shè)計。為此需要先建立工程所涉及區(qū)域的工程控制網(wǎng)，以保證大比例尺地形圖的測圖需要。2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用2.建立服務(wù)于施工放樣的施工控制網(wǎng)在工程建筑施工時，工程人員要將圖紙上設(shè)計的建筑物位置放樣到實地上。放樣過程中，儀器所在安置的方向、距離都是依據(jù)控制網(wǎng)計算出來的，因此在施工放樣之前，需要建立必要精度的施工控制網(wǎng)。2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用3.建立服務(wù)于變形監(jiān)測的變形控制網(wǎng)大型工程在建成后，由于各種應(yīng)力的變化可能引起地層基礎(chǔ)和建筑物本身的變形。這種變形量過大，將會影響工程建筑的使用，甚至危害建筑物和人民生命財產(chǎn)的安全。因此，大型工程竣工后需要布設(shè)變形控制網(wǎng)，用以長期監(jiān)測工程建筑物及其地基地層的形變。另外地表沉降、地質(zhì)斷層的位移都要布設(shè)變形控制網(wǎng)進行監(jiān)測。2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用從控制測量的工作性質(zhì)來說從控制測量的服務(wù)對象來說2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用從控制測量的工作性質(zhì)來說控制網(wǎng)是進行各項測量工作的基礎(chǔ)，控制網(wǎng)的建立是為完成具體測量任務(wù)而進行的前期準(zhǔn)備工作?？刂凭W(wǎng)具有控制全局的作用?？刂凭W(wǎng)具有限制測量誤差的傳遞和積累的作用。2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用從控制測量的服務(wù)對象來說在國民經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中，發(fā)揮著基礎(chǔ)性的重要保證作用?？刂茰y量在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊作用?？刂茰y量在發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)中，在豐富和發(fā)展當(dāng)代地球科學(xué)的有關(guān)研究中，以及在發(fā)展測繪工程事業(yè)中，它的地位和作用顯得越來越重要。2.2工程控制測量任務(wù)與作用-02-控制測量任務(wù)與作用從完成工程項目的角度來說從科學(xué)研究的角度來說-03-控制測量的主要內(nèi)容3.1從完成工程項目的角度來說-03-控制測量的主要內(nèi)容123控制網(wǎng)的施測控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計控制網(wǎng)的使用與維護研究建立和維持高科技水平的工程和國家水平控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)的原理和方法，以滿足國民經(jīng)濟和國防建設(shè)以及地學(xué)科學(xué)研究的需要。研究獲得高精度測量成果的精密儀器和科學(xué)的使用方法。研究地球表面測量成果向橢球及平面的數(shù)學(xué)投影變換及有關(guān)問題的測量計算。研究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)學(xué)處理的理論和方法、控制測量數(shù)據(jù)庫的建立及應(yīng)用等。3.2從科學(xué)研究的角度來說-03-控制測量的主要內(nèi)容HENANGEOLOGYMINERALCOLLEGE2.地球形狀與大地水準(zhǔn)面主要內(nèi)容ZHUYAONEIRONG-01-地球基本形狀-02-大地水準(zhǔn)面-03-總地球橢球-02-參考橢球地球形狀：我們研究地球的形狀主要是指地球外殼的自然形狀、陸地及海洋（底）的表面形狀。由于地球自然表面的復(fù)雜性，為準(zhǔn)確研究它的形狀，就必須把地球表面劃分為若干個區(qū)域，每個區(qū)域內(nèi)仔細(xì)地研究地球表面點的空間位置，最后綜合起來。

1.1地球的幾何性質(zhì)-01-地球基本形狀地球形狀：不規(guī)則地球外殼的自然形狀、

陸地及海洋（底）的表面形狀。地球形狀的表示：

大地體

旋轉(zhuǎn)橢球體

三軸橢球體1.2地球基本形狀-01-地球基本形狀關(guān)于地球形狀的另外一種表述就是所謂略顯“梨形”，這是利用對人造地球衛(wèi)星軌道攝動的觀測資料的分析，反求解出地球的形狀。1.2地球基本形狀-01-地球基本形狀

地球上任意一點同時受到離心力和地心引力的作用。這兩個力的合力稱為重力。重力方向=鉛垂線方向-02-大地水準(zhǔn)面定義：靜止?fàn)顟B(tài)的水面例如：平靜的湖泊特點：與重力方向垂直

與鉛垂線方向垂直

任何高度的點都有一個水準(zhǔn)面（水準(zhǔn)面有無數(shù)個）2.1水準(zhǔn)面-02-大地水準(zhǔn)面->大地水準(zhǔn)面

平均海水面向陸地延伸包圍整個地球的曲面。->大地體大地水準(zhǔn)面包圍的形體

測量外業(yè)的基準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面

測量外業(yè)的基準(zhǔn)線：鉛垂線2.2大地水準(zhǔn)面-02-大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面的特點：優(yōu)點：適合作為測量的外業(yè)基準(zhǔn)面缺點：有起伏的不規(guī)則的曲面，無法用數(shù)學(xué)公式精確表示控制測量的目的：精確確定控制點的地球表面的位置地球的形狀（在數(shù)學(xué)上）：旋轉(zhuǎn)橢球--長短半徑2.2大地水準(zhǔn)面-02-大地水準(zhǔn)面確定橢球的形狀和大小確定橢球與大地水準(zhǔn)面的位置關(guān)系目的：完成外業(yè)測量成果到橢球面的計算工作3.1橢球定位-03-總地球橢球與參考橢球參考橢球定義：旋轉(zhuǎn)橢球的形狀和大小與大地體相近

旋轉(zhuǎn)橢球與大地體相對位置確定特點：測量計算的基準(zhǔn)面

參考有無數(shù)個（根據(jù)各國的地面測量成果選擇）缺點：屬于區(qū)域性的、不利于國際間的合作3.2參考橢球-03-總地球橢球與參考橢球全球范圍與整個大地體接近的參考橢球。衛(wèi)星大地測量出現(xiàn)后，可以通過衛(wèi)星得到全球各種測量資料，同時顧及地球的幾何和物理參數(shù)，推算出與大地體吻合最好的地球橢球。3.3總地球橢球-03-總地球橢球與參考橢球總地球橢球的確定，必須以全球范圍的大地測量和重力測量資料為依據(jù)。由于地球上海洋面積約占地球總面積的71%，因而過去只根據(jù)占少數(shù)的陸地測量成果推算總地球橢球是不可能的。根據(jù)人造衛(wèi)星和陸地大地測量的成果求出一些總地球橢球的近似數(shù)據(jù)可供使用。3.3總地球橢球-03-總地球橢球與參考橢球HENANGEOLOGYMINERALCOLLEGE3.高程基準(zhǔn)和高程系統(tǒng)主要內(nèi)容ZHUYAONEIRONG-01-高程基準(zhǔn)-02-高程系統(tǒng)★利用青島驗潮站1950～1956年驗潮資料確定黃海平均海面作為高程基準(zhǔn)面（零起算面），水準(zhǔn)原點設(shè)在青島市觀象山，測定其高程為72.289m，從而建立了1956年黃海高程基準(zhǔn)。它是中國第一個全國統(tǒng)一的國家高程基準(zhǔn)?！镏袊鴸|南部地區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)由55個閉合環(huán)組成，共35000km左右，從青島國家水準(zhǔn)原點的高程起算，通過平差計算求得這一地區(qū)精密水準(zhǔn)路線上各點屬于1956年黃海高程基準(zhǔn)的高程。接著又以東南地區(qū)精密水準(zhǔn)網(wǎng)點的高程為起算點進行了東北部地區(qū)、西北地區(qū)、青藏地區(qū)的一、二、三、四等水準(zhǔn)平差。到20世紀(jì)60年代中期，我國大陸水準(zhǔn)點高程基準(zhǔn)實現(xiàn)了同一，均采用1956年黃海高程基準(zhǔn)。1.11956年黃海高程系-01-高程基準(zhǔn)★由于1956年黃海高程系所采用的驗潮數(shù)據(jù)時間較短（1950～1956年），因此采用青島驗潮站1952～1979年的驗潮資料，用中數(shù)法確定新的黃海平均海水面?！?985國家高程基準(zhǔn)仍采用青島國家水準(zhǔn)原點為全國統(tǒng)一高程起算點，水準(zhǔn)原點網(wǎng)經(jīng)觀測和平差，求得高程為72.2604m。1.21985國家高程基準(zhǔn)-01-高程基準(zhǔn)在全國統(tǒng)一的高程基準(zhǔn)建立之前，我國各地為本地區(qū)工程建設(shè)的需要，在不同的歷史時期還采用過其它多種局部的高程系統(tǒng)。影響較大的有吳淞高程基準(zhǔn)和珠江高程基準(zhǔn)。上海吳淞口驗潮站1871-1900年實測的最低潮位所確定的海面基準(zhǔn)點基準(zhǔn)面高程基準(zhǔn)吳淞高程基準(zhǔn)珠江高程基準(zhǔn)張華浜基點(5.1054m)→佘山基點(46.0647m)→鎮(zhèn)江308’標(biāo)(9.391m)

廣州粵海關(guān)前珠江邊設(shè)水尺驗潮，取中等潮位面粵海關(guān)基點→測繪學(xué)堂基點，5.000m1.21985國家高程基準(zhǔn)-01-高程基準(zhǔn)基準(zhǔn)面在“平均海面”下約1.23m，以1965-1983年維多利亞港的驗潮數(shù)據(jù)確定。正高。采用基隆港潮位站1957-1991年間的平均海水面為基準(zhǔn)面。稱為TWVD2001(2001臺灣垂直基準(zhǔn))。渤海高程香港高程基準(zhǔn)臺灣高程基準(zhǔn)基準(zhǔn)面高程基準(zhǔn)廢黃河零點高程坎門零點高程安慶高程系波羅的海高程大連零點高程廣州高程基準(zhǔn)大沽零點高程1.3局部高程系統(tǒng)-01-高程基準(zhǔn)由阿姆斯特丹驗潮站平均海水面的位系數(shù)定義歐洲垂直參考框架2000高程基準(zhǔn)美洲統(tǒng)一高程參考系新西蘭大地基準(zhǔn)2000(NEGD2000)基準(zhǔn)面所采用高程系統(tǒng)正常高正常高與大地高大地高似大地水準(zhǔn)面和GRS80參考橢球面原有12個互不關(guān)連的水準(zhǔn)網(wǎng)，各自對應(yīng)不同的驗潮站。1999年8月建立，基準(zhǔn)面GRS80參考橢球面1.4其它國家高程基準(zhǔn)-01-高程基準(zhǔn)建立統(tǒng)一的國家高程控制網(wǎng)，首先要選擇高程系統(tǒng)和建立水準(zhǔn)原點。選擇高程系統(tǒng)，就要確定表示地面點高程的統(tǒng)一基準(zhǔn)面。不同的高程基準(zhǔn)面，有不同的高程系統(tǒng)。比較重要的高程系統(tǒng)有大地高系統(tǒng)、正高系統(tǒng)和正常高系統(tǒng)。-02-高程系統(tǒng)

定義：參考橢球面為高程基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。地面點沿法線方向到參考橢球面的垂直距離，稱為大地高H。2.1大地高系統(tǒng)-01-高程基準(zhǔn)

特點：由于地球內(nèi)部物質(zhì)的不均勻性，無法直接測定，所以嚴(yán)格地講，正高是不能精確測定，在陸地上無法精確描述出大地水準(zhǔn)面的形狀。大地水準(zhǔn)面差距（N）：在GPS測量必須考慮2.2正高系統(tǒng)-01-高程基準(zhǔn)為由地面點沿垂線至似大地水準(zhǔn)面之間的平均重力值：水準(zhǔn)測量規(guī)范規(guī)定，我國采用正常高系統(tǒng)

γ為橢球面上的正常重力：2.3正常高系統(tǒng)-01-高程基準(zhǔn)正高高程無法精確求定，為了使用方便，建立正常高系統(tǒng),HENANGEOLOGYMINERALCOLLEGE4.坐標(biāo)系統(tǒng)主要內(nèi)容ZHUYAONEIRONG-01-坐標(biāo)系分類-02-參心坐標(biāo)系-03-地心坐標(biāo)系了解自身所處環(huán)境的需要與同伴交流的需要描述我們所處的位置精確描述我們所處位置需要規(guī)范描述我們所處位置需要建立坐標(biāo)系統(tǒng)為什么需要坐標(biāo)系統(tǒng)地固坐標(biāo)系空固坐標(biāo)系與地球相固連與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)地球運轉(zhuǎn)形式1.1坐標(biāo)系統(tǒng)分類-01-坐標(biāo)系統(tǒng)分類地固坐標(biāo)系空固坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系據(jù)坐標(biāo)系原點位置的不同據(jù)表示形式的不同大地坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系與地球相固連與地球自轉(zhuǎn)無關(guān)地球運轉(zhuǎn)形式1.1坐標(biāo)系統(tǒng)分類-01-坐標(biāo)系統(tǒng)分類參心坐標(biāo)系參心空間直角坐標(biāo)系參心大地坐標(biāo)系1980西安大地坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系（原）地球表面與各種橢球之間的關(guān)系1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系參心大地坐標(biāo)系的建立確定大地原點定向定位確定橢球的形狀和大小

總地球橢球參考橢球1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系1.1.11954北京坐標(biāo)系克拉索夫斯基橢球橢球中心參心國際標(biāo)準(zhǔn)1954北京坐標(biāo)系原點指向尺度Z軸X軸Y軸1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系克拉索夫斯基橢球橢球參數(shù)不精確無物理特性參數(shù)橢球定向不明確大地點坐標(biāo)是分區(qū)平差獲得1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系1.1.11954北京坐標(biāo)系1980西安大地坐標(biāo)系全國天文大地網(wǎng)施行整體平差I(lǐng)AG1975橢球橢球形狀與大小1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系1.1.11980西安大地坐標(biāo)系橢球定位短半軸起始子午面橢球面1980西安大地坐標(biāo)系IAG1975橢球1.1參心坐標(biāo)系-02-參心坐標(biāo)系1.2.11980西安大地坐標(biāo)系通常所說的地心坐標(biāo)系都是指地心空間大地平直角坐標(biāo)系，簡稱地心直角坐標(biāo)系，它是衛(wèi)星大地測量中的一種常用坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)系

地心大地坐標(biāo)系地心空間大地直角坐標(biāo)系地心空間大地平直角坐標(biāo)系地心空間大地瞬時直角坐標(biāo)系

1.3地心坐標(biāo)系-03-地心坐標(biāo)系(1)建立地心坐標(biāo)系的意義和方法

在上述這3方面，地心坐標(biāo)系就表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。因此，建立并不斷精化地心直角坐標(biāo)系統(tǒng)，對于發(fā)展空間技術(shù)和解決衛(wèi)星大地測量等問題具有特殊意義。參心坐標(biāo)系的缺點（1）不適合建立全球統(tǒng)一坐標(biāo)系的要求（2）不便于研究全球重力場（3）水平控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)分離，破壞了空間點三維坐標(biāo)的完整性1.3地心坐標(biāo)系-03-地心坐標(biāo)系（2）方法最理想的方法重力方法衛(wèi)星大地測量方法空間大地測量的方法

方法1.3地心坐標(biāo)系-03-地心坐標(biāo)系坐標(biāo)原點Z軸X軸Y軸P點坐標(biāo)(X,Y,Z)NSP格林尼治天文臺XZYOXYZ1.3.1地心坐標(biāo)系的表述形式E-03-地心坐標(biāo)系1.3地心坐標(biāo)系NSMP格林尼治天文臺

大地經(jīng)度(L)

大地緯度(B)

大地高(H)LBH過地面點的子午面與起始子午面之間的夾角過地面點的法線與赤道面之間的夾角地面點沿法線至參考橢球面的距離G（L，B，H）（X，Y，Z）P點坐標(biāo)（L