案例分析中大讲义.docx

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案例分析中大讲义

第1章大地测量

§1.1GNSS连续运行基准站

知识点一、基准站网组成

（1）连续运行基准站：

由GNSS设备、气象设备、通信设备、电源设备、计算机等设备及观测墩、观测室、工作室等基础设施构成。

（2）数据中心：

由计算机、网络设备、专业软件系统以及机房等构成，具备数据管理、数据处理分析、产品服务等功能，用于汇集、存储、处理、分析和分发基准站数据，形成产品和开展服务。

（3）数据通信网络：

用于实现基准站与数据中心、数据中心与用户间数据交换，完成数据传输、数据产品分发等任务。

知识点二、基准站网分类与布设原则

分国家基准站网、区域基准站网和专业应用站网三类。

国家基准站网：

国家地理空间信息的重要基础设施，主要用于维持和更新国家地心坐标参考框架，开展全国范围内高精度定位、导航、工程建设、地震监测、气象预报等国民经济建设、国防建设和科学研究服务。

区域基准站网：

省、市、自治区等区域地理空间信息的重要基础设施，用于维持和更新区域地心坐标参考框架，开展区域内位置服务和相关信息服务。

区域地心坐标参考框架应与国家地心坐标参考框架保持一致。

专业应用站网：

由专业部门或机构根据专业需求建立的基准站网，用于开展专业信息服务。

专业应用站网基准站宜与国家地心坐标参考框架建立联系布设原则

国家基准站网：

覆盖我国领土及领海，全国范围内均匀分布站间距100～200km，满足国家地心坐标参考框架建设和维持的需要，并兼顾社会发展、经济建设、自然条件和定位服务需求等因素。

国家基准站网在每个省、自治区内应至少有3个分布均匀、观测墩建造埋设于基岩上的基准站，直辖市内至少由1～2个观测墩埋设于基岩上的基准站。

区域基准站网：

满足区域地心坐标参考框架建设的需要，均匀覆盖省、自治区、直辖市等行政辖区，并兼顾地方经济发展现状、自然条件和定位服务需求等因素。

区域基准站网的布设应顾及相邻区域基准站网的站点分布，实现有效覆盖。

（3）专业应用站网。

专业应用站网的布设应根据专业服务目标进行设计，按照专业需求确定基准站分布。

知识点三、基准站建设

基准站选址地质环境依托保障提交报告

1.基准站选址5项要求

基准站观测环境应符合以下要求：

（1）距易产生多路径效应的地物的距离应大于200m。

（2）卫星通视条件：

10°以上地平高度角的；（3）距微波站和微波通道、无线电发射台、高压线穿越地带等电磁干扰区距离应大于200m。

（4）避开采矿区、铁路、公路等易产生振动的地带。

（5）应顾及未来的规划和建设，选择周围环境变化较小的区域进行建设。

（6）应进行连续24h以上的实地环境测试，对于国家基准站和区域基准站，数据可用率应大于85%，多路径影响应小于0.5m。

2.地质环境

地质环境应符合以下要求：

（1）国家基准站：

稳定地质构造条件的块体上，避开地质构造不稳定地区（如断裂带、易发生滑坡与沉陷等局部变形地区）和易受水淹或地下水位变化较大的地区。

；2）区域基准站网基准站：

按国家基准站网要求或根据需要建立在稳定地质构造条件的块体上或结构稳定的屋顶上。

（3）专业应用站网的基准站依据专业需求选择建站环境。

3.依托保障

（1）便于接入公共或专用通信网络。

（2）具有稳定、安全可靠的电源。

（3）交通便利、便于人员往来和车辆运输。

（4）具有良好的土建施工条件。

（5）具有建设用地及基本基础设施保障。

（6）具有良好的安全保障环境，便于人员维护和站点的长期保存。

4.提交报告提交报告内容

（1）勘选报告。

（2）站点照片。

（3）土地使用意向书或其他用地文件。

（4）地质勘察证明或建筑物结构证明。

（5）选址点之记。

（6）实地测试数据和结果分析。

（7）收集的其他资料（所属行政区划、自然地理、地震地质概况、交通、通信、物质、水电、治安等情况）.

知识点四、数据中心

数据中心主要由数据管理系统、数据处理分析系统和产品服务系统三部分组成。

建设时应考虑的主要内容包括四个方面：

可靠性、安全性、准确性、规范化。

1.数据管理系统

监控基准站设备的工作状况源数据汇集、整理、质量检查、存储和备份成果数据规范化管理源数据：

原始观测数据、广播星历、气象观测数据等成果数据：

基准站坐标、速度、大气参数、坐标框架转换参数、精密星历等。

数据管理系统一般要求：

①具备规范化及自动化管理能力；②监控及自动报警能力；③双机冗余备份能力；④高效可靠的数据存储能力。

2.数据处理分析系统

基准站源数据进行处理和分析，产生成果数据。

数据处理内容：

源数据、站信息、星历、地球动力学参数等数据准备，完成格式转换、粗差探测、周跳修复等预处理，进行基线解算和网平差等工作。

数据分析内容：

基准站坐标时间序列分析、速度场分析、数据质量分析等。

专业应用站网根据专业需求进行数据处理分析。

数据处理分析系统一般要求：

坐标系星历模型

（1）坐标系：

2000国家大地坐标系。

（2）星历：

使用精密星历（3）数据处理模型：

采用国际地球自转服务局（IERS）或其他相关标准。

3.产品服务系统

产品可分为基本产品和专业产品。

产品服务：

位置服务、时间服务、气象服务、地球动力学服务、源数据服务等内容。

产品内容：

基准站网类型基本产品专业产品

国家基准站网：

多采样率的GNSS原始数据、基准站信息、站坐标及精度、站速度、气象数据等基准站坐标时间序列、事后及预报精密星历，精密卫星钟差、电离层及对流层模型信息等区域基准站网多采样率的GNSS原始数据、基准站信息、站坐标及精度等实时载波相位和伪距差分数据、气象数据等专业应用站网多采样率的GNSS原始数据根据专业特性提供的数据产品

知识点五、基准站网测试

（1）测试基准站数据采集、数据完好性。

（2）数据传输的稳定性（3）测试数据中心对基准站的监控能力（4）测试实时定位的覆盖范围和有效作业时间。

（5）产品服务内容和精度指标：

坐标框架、实时定位、快速定位、事后定位、卫星轨道、源数据服务等内容以及相应的精度测试。

（6）测试其他内容.

知识点六、基准站网维护

（1）保障全年每天连续24h正常运行，安装报警系统

（2）定期进行设备检测，必要时进行设备更新。

（3）定期与国际GNSS服务（IGS）提供的IGS站进行联测解算，维持坐标框架更新。

（4）对埋设的水准标志相关技术要求进行定期测定。

（5）对埋设的重力标石与国家重力基本网进行定期联测。

§1.2GNSS大地控制网

知识点一、建立大地控制网的方法

1.常规大地测量

常规大地测量方法包括三角测量法、导线测量法、三边测量法及边角同测法等。

三角测量法。

控制网构成三角形网状，观测方向需通视三角网的观测量是网中的全部（或大部分）方向值。

导线测量法、三边测量法及边角同测法。

2.导航卫星定位技术

GNSS用于大地测量控制网的建立，通常采用静态观测模式，《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》《全球定位系统（GPS）测量规范》

（1）.一等大地控制网

组成：

卫星定位连续运行基准站，

作用：

国家大地基准的骨干和主要支撑，以实现和维持我国三维、动态地心坐标系统，保证大地控制网点位三维地心坐标的精度和现势性。

知识点二、建立大地控制网的基本原则

精度指标：

地心坐标分量年平均中误差不超过0.5mm，相对精度不低于1×10-8，坐标年变化率中误差水平方向应不超过2mm，垂直方向应不超过3mm。

点位布设：

均匀分布，覆盖我国国土。

国家一等水准路线附近国家一等水准网的结点处。

（1）.二等大地控制网

布测目的：

实现对国家一、二等水准网的大尺度稳定性监测；结合精密水准测量、重力测量等技术，精化我国似大地水准面；为三、四等大地控制网和地方大地控制网的建立提供起始数据。

精度指标：

相邻点间基线水平分量的中误差不应超过5mm，垂直分量的中误差不应超过10mm；各控制点的相对精度应不低于1×10-7，点间平均距离不超过50km。

点位布设：

均匀布设，综合考虑应用服务和对国家一、二等水准网的大尺度稳定性监测等因素。

复测周期为5年，每次复测执行时间应不超过2年。

3.三等大地控制网

布测目的：

建立和维持省级（或区域）大地控制网，满足国家基本比例尺测图的基本需求。

结合水准测量、重力测量技术，精化省级（或区域）似大地水准面。

精度指标：

相邻点间基线水平分量的中误差不应超过10mm，垂直分量的中误差不应超过20mm；相对精度应不低于1×10-6，其点间平均距离不应超过20km。

点位布设：

与省级基础测绘服务、现有技术状况、应用水平及似大地水准面精化等目标相一致，尽可能布设在三、四等水准路线上。

4.四等大地控制网

四等大地控制网是三等大地控制网的加密。

四等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差不应超过20mm，垂直分量的中误差不应超过40mm；各控制点的相对精度应不低于1×10-5，其点间平均距离不应超过5km。

知识点三、大地控制网的布设

1.技术设计

一般步骤如下：

收集资料；实地踏勘；图上设计；编写技术设计书

2.实地选点：

依据《全球定位系统（GPS）测量规范》便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°。

远离大功率无线电发射源（电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不应小于50m。

附近不应有强烈反射卫星信号的物件（大型建筑物等）交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测。

地面基础稳定，易于标石的长期保存。

充分利用符合要求的已有控制点。

选站时应尽可能使测站附近的局部环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。

3.建造觇标或观测墩：

觇标或观测墩建造应符合相关规范和技术规定的要求。

4.标石埋设：

：

埋石工作结束后，要到所在地的乡（镇）人民政府办理控制点托管手续。

5.外业观测主要工作：

仪器的选取和检验；制订观测计划；观测作业；数据检验

外业观测结束应上交专业技术设计、原始观测手簿、观测数据、观测网图、数据检核结果及观测工作技术总结。

6.数据处理：

：

外业数据质量检核；平差方案的制订；起算数据的分析和确定；平差处理；精度评定；数据处理成果整理；技术总结编写

1.3高程控制网

知识点一、建立高程控制网的方法

1.方法：

为水准测量、三角高程测量。

2.等级：

依次分为一、二、三、四等。

3.光电测距三角高程测量可代替四等水准测量。

4.经纬仪三角高程测量主要用于山区的图根高程控制和山区以及位于高建筑物上平面控制点高程的测定。

知识点二、建立高程控制网的基本原则

水准测量按照精度分为一、二、三、四等。

高程控制网主要采用水准测量方式布设，按逐级控制原则，分为一、二、三、四等水准网。

水准点的点间距离为4～8km

国家一等水准网

1.作用：

国家高程控制网的骨干，主要目的是实现国家高程基准的高精度传递。

布设应充分顾及地质构造背景，选择最适当的路线。

2.网形：

水准路线应闭合成环形，构成网状；环的长不超过2000km

3.精度：

用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应不超0.45mm用环闭合差计算的每千米全中误差应不超过1.0mm。

4.复测周期：

15年复测一次，每次复测执行时间不超过5年。

国家二等水准网

作用：

是国家一等水准网的加密，在国家一等水准网内布设成附合路线或环形。

环线的周长不大于750km

点位布设：

充分顾及地质构造背景，选择最适当的路线

精度要求：

用往返测量不符值计算每千米偶然中误差不超过1.0mm，用环闭合差计算的每千米全中误差应不超过2.0mm

复测周期：

根据需要复测，复测周期最长不超过20年。

。

三、四等水准网

作用：

国家一、二等水准网的进一步加密。

三等水准路线一般应构成环形或闭合于高等级水准路线。

四等水准路线应闭合于高等级水准路线间或形成支线。

精度：

用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应分别不超过3.0mm和5.0mm，用环闭合差计算的每千米全中误差应分别不超过6.0mm和10.0mm。

布测：

三、四水准网应根据需要进行布测、复测或更新

知识点三、高程控制网的布设

高程控制网的布设可分为

技术设计书编制；选点埋石；观测；数据处理；质量保证；技术依据；提交成果等过程。

技术设计书编制

选点埋石：

坚实稳固与安全僻静之处，点位应便于寻找、长期保存和引测。

要对埋石过程中各个环节拍摄照片。

水准点标石可根据需求选择不同类型的标石，各等级水准标石要经过一定的稳定期后方可进行水准测量。

水准点埋石结束后应提交测量标志委托保管书、水准点之记及路线图、标石建造关键工序照片或数据文件及埋石工作技术总结。

外业观测数据处理：

水准网的起算数据采用国家第二期一等水准网复测成果，正常重力采用IAG75椭球相应公式。

水准网数据处理以观测高差为元素，二等按测站数定权，三等按距离定权。

二等观测高差中按照规范要求加入水准标尺长度误差改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正、日月引力改正。

知识点三、高程控制网的布设三等观测高差中加入水准标尺长度误差改正和正常水准面不平行改正。

使用技术部门认可的平差软件和改正量计算软件进行数据处理。

按照编写设计总结的要求编制总结。

技术依据：

GB12897—2006《国家一、二等水准测量规范》。

GB12898—2009《国家三、四等水准测量规范》。

《数字水准仪检校及一、二等水准测量规程》（试行）。

CH/T8019—2009《数字水准仪检定规程》。

关注：

四等、二等水准测量，外业观测计算规定

§1.4区域似大地水准面精化

知识点一、似大地水准面精度与分辨率

0.区域参考基准1.精度表示1.目的、分级、分辨率2.各级应用目标3.各级似大地水准面精度与分辨率要求区域参考基准

大地坐标系：

2000国家大地坐标系；高程基准：

1985国家高程基准；重力基准：

2000国家重力基本网

1.精度：

由格网平均高程异常相对于本区域内各高程异常控制点的高程异常平均中误差表示。

2.分辨率：

以一定分辨率的格网平均高程异常来表示，主要目的：

用于不同比例尺地形图的高程点测定，分为三类：

按照用途不同，划分为：

国家似大地水准面、省级似大地水准面和城市似大地水准面。

3.国家似大地水准面、省级似大地水准面和城市似大地水准面分别以满足1：

5万、1∶1万和1：

500基本比例尺地形图测制为基本应用目标，其分辨率和精度的确定以不超过图根高程控制点的高程中误差（基本等高距的1/10）为最低精度

4各级似大地水准面的精度和分辨率应不低于下表规定

等级

似大地水准面精度/m

似大地水准面分辨率

平地、丘陵地

山地、高山地

国家

±0.3

±0.6

15'×15'

省级

±0.1

±0.3

5'×5'

城市

±0.05

2.5'×2.5'

知识点二、似大地水准面精化基础数据要求

似大地水准面精化基础数据要求

1.格网平均重力异常的分辨率和精度2.数字高程模型的分辨率和精度3.高程异常控制点测量精度

1.格网平均重力异常的分辨率和精度采用的格网平均重力异常分辨率应不低于下表规定。

级别

平均重力异常分辨率

平地、丘陵地

山地、高山地

国家

5'×5'

15'×15'

省级

2.5'×2.5'

5'×5'

城市

2.5'×2.5'

格网平均重力异常的精度以格网平均重力异常的代表误差表示，格网平均重力异常的代表误差计算公式为

式中，

为格网平均重力异常代表误差，单位为10-5m/s2；

为平均重力异常格网分辨率，单位为角分；

为平均重力异常代表误差系数。

2.数字高程模型的分辨率和精度

级别

国家

省级

城市

数字高程模型分辨率

30'×30'

3'×3'

3'×3'

3.高程异常控制点测量精度

（1）用于精化国家似大地水准面的高程异常控制点，其坐标和高程精度应不低于B级GPS网点和国家二等水准网点的精度。

（2）省级：

不低于C级GPS网点和三等水准网点的精度（3）城市：

不低于C级GPS网点和三等水准网点的精度。

知识点三、高程异常控制点的布设

1.技术设计准备2.点位布设原则3.外业观测

1.技术设计准备

（1）根据需要，收集测区范围已有的大地测量成果和资料。

（2）搜集测区范围内有关的地形图、交通图等资料；必要时，还应搜集有关的地震、地质资料等。

（3）技术设计前，应对上述资料进行分析研究，并进行实地勘察，然后进行图上设计。

知识点三、高程异常控制点的布设

2.点位布设原则

（1）应均匀分布于似大地水准面精化区域。

（2）应具有代表性，点位分布应顾及平原、丘陵和山地等不同的地形类别区域，点位在不同地形类别中均应占有一定的比例；在可能的情况下，对丘陵和山地等地形变化剧烈地区应适当加大高程异常控制点分布密度。

（3）大地控制网点和水准网点的利用不低于《区域似大地水准面精化基本技术规定》中规定精度的大地控制网点和水准网点。

（4）相邻高程异常控制点最大间距不宜大于

式中，d为相邻高程异常控制网点最大间距，单位为km；m为似大地水准面的精度，单位为cm；c为平均重力异常代表误差系数；λ为平均重力异常格网分辨率，单位为角分

（5）新埋设的高程异常控制点：

天线墩上埋设满足GPS和水准测量的标志。

（6）利用已有大地控制点和水准点，应检查该点的稳定性、可靠性和完好性。

（7）选点与埋石工作结束后应上交选点工作总结、高程异常控制点选点图、点之记、选点搜集的各种资料等。

3.外业观测

（1）符合GB/T18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》的相关规定。

（2）高程异常控制点的正常高程应以国家一等或二等水准点作为起算点。

（3）高程异常控制点水准测量GB/T12898—2009《国家三、四等水准测量规范》的相关规定。

知识点四、数据处理

1.高程异常控制点数据处理

GPS数据处理；高程数据处理；高程异常计算

（1）高程异常控制点GPS测量数据处理按照GB/T18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》的要求执行。

（2）高程异常控制点水准测量数据处理按照GB/T12898—2009《国家三、四等水准测量规范》的要求执行。

（3）高程异常控制点的高程异常按下式计算

式中，

为高程异常；H为大地高，由GPS测量方法获得；h为正常高，由水准测量方法获得。

2.似大地水准面计算流程

1.检验点布设原则

（1）检验点的点位应分布均匀，在平原、丘陵和山区等不同的地形类别以及有效区域边缘地区均应布设检验点，采用未参加似大地水准面计算的实测高程异常点作为检验点。

（2）城市似大地水准面相邻检验点的间距不宜超过30km，检验点总数不应少于20个。

（3）检验点与用于区域似大地水准面精化的高程异常控制点间的距离应不小于似大地准面格网间距。

（4）检验点应满足GPS观测与水准联测条件。

（5）在利用旧点作为检验点时，应检查旧点的稳定性、可靠性和完好性是否满足GPS观测与水准观测。

2.检验点观测

（1）检验点的测量精度应不低于区域似大地水准面精化时高程异常控制点的测量精度。

（2）检验点的外业观测与区域似大地水准面精化时高程异常控制点的测量要求一致。

3.检验点数据处理

（1）GPS数据处理按照GB/T18314—2009《全球定位系统（GPS）测量规范》

（2）水准数据处理按照GB/T12897—2006《国家一、二等水准测量规范》GB/T12898—2009《国家三、四等水准测量规范》

（3）计算检验点的实测高程异常

（4）利用检验点的大地坐标和拟合后似大地水准面模型计算各检验点的高程异常

4.似大地水准面精度评定：

由似大地水准面模型计算的各检验点高程异常与其实测高程异常不符值计算的中误差，作为似大地水准面精度。

§1.5坐标转换

知识点一、坐标系及分类

1.参心坐标系：

参心坐标系是各个国家为了研究局部地球表面的形状，在使地面测量数据归算至椭球的各项改正数最小的原则下，选择与局部区域的大地水准面最为密合的椭球作为参考椭球建立的坐标系。

“参心”是指参考椭球的中心。

通常用两种表现形式：

参心大地坐标系和参心空间直角坐标系。

（1）1954北京坐标系，

（2）1980西安坐标系。

2.地心坐标系：

地心坐标系是以地球质心（包括海洋和大气的整个地球的质量中心）为原点的坐标系，其椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密合。

“地心”是指地球质心。

通常用两种表现形式：

地心空间直角坐标系与地心大地坐标系。

1984世界大地坐标系（WGS-84）2000国家大地坐标系（CGCS2000）

1.同一坐标系下不同坐标形式的转换2.不同坐标系的转换3.坐标转换实施步骤4.采用平面四参数转换模型的步骤5.采用布尔莎七参数转换模型的步骤

知识点二、坐标转换

1.同一坐标系下不同坐标形式的转换坐标变换-空间直角坐标（X，Y，Z）与大地坐标（大地纬度B，大地经度L，大地高H）的相互转换、-高斯平面直角坐标（x，y）与大地坐标（大地纬度B，大地经度L）的相互转换两种类型。

这里注意：

中央子午线投影面大地高

2.不同坐标系的转换基准转换转换模型：

两种七参数三维空间转换；四参数平面转换；

3.坐标系转换原理：

同名点计算转换参数，回代计算；转换方法：

整体转换法、分区转换法

（1）坐标系转换原理及方法

（2）重合点资料的获取、整理与分析。

（3）重合点选取原则：

依据外业技术总结、点之记与坐标差比较等方法选取足够的高等级、高精度、分布均匀的点作为坐标转换的重合点；二维转换模式至少选取2个以上的重合点，三维转换模式至少选取3个以上的重合点，重合点的分布要覆盖整个转换区域且尽量分布均匀。

（4）坐标转换模型。

：

：

二维转换模式；三维转换模式。

二维坐标转换模式：

适合于小区域转换。

三维坐标转换模型：

适合任何区域坐标转换，且需要两坐标系的三维坐标成果（空间直角坐标X、Y、Z或大地大地纬度B、大地经度L、大地高H）。

目前使用最广的是布尔莎（Bursa）七参数转换模型与平面四参数转换模型两种。

平面四参数转换模型：

数值稳定可靠，适合于较小区域的坐标转换。

布尔莎七参数转换模型：

为三维模型，在空间直角坐标系中，两坐标系之间存在严密的转换模型，不存在模型误差和投影变形误差，适合于任何区域的坐标转换。

（5）坐标转换精度估计。

依据计算坐标转换参数的重合点的残差中误差评估坐标转换精度。

一般的，若残差大于2倍残差中误差，则认为是粗差予以剔除，然后重新计算坐标转换参数，直到满足一定的精度要求为止。

3.坐标转换实施步骤

（1）收集、整理转换区域内重合点成果（三维坐标）。

（2）分析、选取用于计算坐标转换参数的重合点。

（3）确定坐标转换参数计算方法与坐标转换模型。

（4）两坐标系下重合点坐标形式的转换。

（6）分析重合点坐标转换残差，根据转换残差剔除粗差点。

（7）坐标转换残差满足精度要求（合格）时，计算最终的坐标转换参数并估计坐标转换参数精度。

（8）根据计算的转换参数，按下列步骤转换待转换点的目标坐标系坐标。

4.采用平面四参数转换模型的步骤

（1）将转换点的原坐标系坐标换算为计算转换参数时所在投影带（中央子午线）的高斯平面坐标

。

（2）根据4个转换参数：

2个平移参数

（单位为m）和1个旋转参数

（单位为rad）及1个尺度参数

（无单位），计算目标坐标系下转换参数所在投影带的高斯平面坐标

；即

（3）将目标坐标系下转换参数所在投影带的高斯平面坐标换算为所需投影带的坐标形式。

5.采用布尔莎七参数转换模型的步骤

（1）将转换点的原坐标系坐标换算为空间直角坐标。

（2）根据7个