2017年注册测绘师考试知识点整理：测绘综合能力--大地测量

测绘综合能力--大地测量　

第1节1.1 大地测量概论

知识点一、大地测量的任务和特点[熟悉]:

大地测量的任务和特点

　　(一)任务

　　大地测量是为建立和维持测绘基准与测绘系统而进行的确定位置、地球形状、重力场及其随时间和空间变化的测绘活动。其任务是建立与维持大地基准、高程基准、深度基准和重力基准;确定与精化似大地水准面和地球重力场模型。

　　(二)特点

　　①高精度;②长距离、大范围;③实时、快速;④“四维”：能提供在合理复测周期内有时间序列的、高于10-7相对精度的大地测量数据;⑤地心;⑥学科融合

　　知识点二、大地测量系统与参考框架[熟悉]:

大地测量系统与参考框架

　　大地测量系统(规定了大地测量的起算基准、尺度标准及其实现方式，包括理论、模型和方法)是总体概念，大地测量参考框架是大地测量系统的具体应用形式。

　　大地测量系统包括坐标系统、高程系统、深度基准和重力参考系统。与大地测量系统相对应大地参考框架有坐标(参考)框架、高程(参考)框架和重力测量(参考)框架三种。

　　(一)大地测量坐标系统和大地测量坐标框架

　　1. 参心坐标框架

　　以参考椭球的几何中心为基准的大地坐标系，通常分为：参心空间直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和参心大地坐标系(以b，l，h为其坐标元素)。80西安坐标系和54北京坐标系，都是参心坐标系

　　2. 地心坐标框架

　　以地球质心为原点的大地坐标系，通常分为地心直角坐标系(以x，y，z为其坐标元素)和地心大地坐标系(以b，l，h为其坐标元素)。 2000国家大地坐标系、wgs-84坐标系、glonass是采用pz-90坐标，都是属于地心坐标系

　　(二)高程系统和高程框架

　　1. 高程基准

　　高程基准定义了陆地上高程测量的起算点。1985国家高程基准是我国现采用的高程基准，青岛水准原点高程为72.2604m。

　　2. 高程系统

　　高程系统是相对于不同性质的起算面(如大地水准面、似大地水准面、椭球面等)所定义的高程体系。

　　1)正高系统。以大地水准面为高程基准面，地面上任一点的正高是指该点沿重力线方向至大地水准面的距离。

　　2)正常高系统。正常高的起算面是似大地水准面。地面一点沿该点的正常重力线到似大地水准面的距离就是该点的正常高。我国高程系统采用正常高系统。

　　3)大地高程。以椭球面为基准面，是由地面点沿其法线到椭球面的距离。

　　3. 高程框架

　　我国水准高程框架由国家二期一等水准网，以及国家二期一等水准复测的高精度水准控制网实现，以青岛水准原点为起算基准，以正常高系统为水准高差传递方式。

　　高程框架分为四个等级，分别称为国家一、二、三、四等水准控制网。

　　(三)深度基准

　　深度基准是计算水体深度的起算面，深度基准与国家高程基准之间通过验潮站的水准联测建立联系。我国从1957年起采用理论深度基准面为深度基准。

　　(四)重力系统和重力测量框架

　　重力测量测定的是空间一点的重力加速度。重力系统是指采用的椭球常数及其相应的正常重力场。重力测量框架是由分布在各地的若干绝对重力点和相对重力点构成的重力控制网，以及用作相对重力尺度标准的若干条长短基线。

　　2000国家重力基本网是由21个重力基准点和126个基本重力点组成的重力基准网。

　　(五)时间系统与时间系统框架

　　1.常用的时间系统

　　(1)世界时(ut)：以地球自转周期为基准，在1960年以前一直作为国际时间基准;

　　(2)原子时(at)：以位于海平面(大地水准面，等位面)的铯原子内部两个超精细结构能级跃迁辐射的电磁波周期为基准，从1958年1月1日世界的零时开始启用;

　　(3)力学时(dt)：在天文学中，天体的星历是根据天体动力学理论的运动方程而编算的，其中所采用的独立变量是时间参数t，这个数学变量t，便被定义为力学时;

　　(4)世界协调时(utc)：它并不是一种独立的时间，而是时间服务工作钟把原子时的秒长和ut的时刻结合起来的一种时间;

　　(5)gps时(gpst)：由gps星载原子钟和地面监控站原子钟组成的一种原子时基准，与国际原子时保持有19s的常数差，并在gps标准历元1980年1月6日零时与utc保持一致。

　　2. 时间系统框架

　　时间系统框架是对时间系统的实现，描述一个时间系统框架通常需要涉及四个方面的内容：①采用的时间频率基准;②守时系统;③授时系统;④覆盖范围。

　　知识点三、 常用坐标系及其转换[熟悉]:

常用坐标系及其转换

　　(一)常用坐标系

　　1. 大地坐标系

　　用大地经度l、大地纬度b和大地高h表示地面点位置。参心坐标系和地心坐标系中都有大地坐标系。

　　2. 空间直角坐标系

　　以地心或参考椭球中心为直角坐标系的原点，椭球旋转轴为z轴，x轴位于起始子午面与赤道的交线上，赤道面上与x轴正交的方向为y轴，指向符合右手规则，便构成了空间直角坐标系。

　　3. 高斯直角坐标系

　　采用横切椭圆柱投影(高斯一克吕格投影)方法建立的平面直角坐标系统，称为高斯一克吕格直角坐标系，简称为高斯直角坐标系。高斯直角坐标系以中央子午线为纵轴，以赤道投影为横轴构成。

　　4. 站心坐标系

　　以测站为原点的坐标系称为站心坐标系。根据坐标表示方法，可以将站心坐标系分为站心直角坐标系和站心极坐标系。

　　知识点四、高程系统[掌握]:

1985国家高程基准是我国现采用的高程基准，青岛水准原点高程为72. 260 4 m。

　　水准原点网由主点-----原点、参考点、附点共6个点组成

　　我国高程系统采用正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。由地面点沿垂线向下至似大地水准面之间的距离，就是该点的正常高，即该点的高程。

　　正高：沿重力(垂)到大地水准面的距离

　　大地高：沿法线到椭球面的距离

　　N为大地水准面差距， 为高程异常

　　测量外业作业大基准面、基准线(大地水准面，铅垂线);内业作业的基准面、基准线(参考椭球面，法线)

　　知识点五、深度基准[掌握]:

有的采用理论深度基准面，有的采用平均低潮面、最低低潮面、大潮平均低潮面等。

　　我国1956年以前主要采用了最低低潮面、大潮平均低潮面和实测最低潮面等为深度基准。从1957年起采用理论深度基准面为深度基准。该面是按苏联弗拉基米尔计算的当地理论最低低潮面。

　　知识点六、地心坐标系[熟悉]:

国际地面参考框架(ITRF)是国际地面参考系统(ITRS)的具体实现。它以甚长基线干涉测量(VLBI)、卫星激光测距(SLR)、激光测月(LLR)、G(P)S和卫星多普勒定轨定位(DORIS)等空间大地测量技术构成全球观测网点，经数据处理，得到ITRF点(地面观测点)站坐标和速度场等。2000国家大地控制网是定义在ITF'S 2000地心坐标系统中的区域性地心坐标框架。区域性地心坐标框架一般由三级构成。第一级为连续运行站构成的动态地心坐标框架，它是区域性地心坐标框架的主控制;第二级是与连续运行站定期联测的大地控制点构成的准动态地心坐标框架;第三级是加密大地控制点.(ITRF)已成为国际公认的应用最广泛、精度最高的地心坐标框架。

　　知识点七、地心坐标系应满足四个条件[掌握]:

1、原点位于整个地球(包括海洋和大气)的质心;

　　2、尺度是广义相对论意义下某一局部地球框架内的尺度;

　　3、定向为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线，称为地球定向参数(EO(P));

　　4、定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件。

　　知识点八、高斯直角坐标系高斯投影3条件、投影坐标系的分带规则、坐标系的加常数[掌握]:

高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长度不变，其余的子午线均为凹向中央子午线的曲线，其长度大于投影前的长度，离中央子午线愈远长度变形愈长，为了将长度变化限制在测图精度允许的范围内，通常采用6°分带法，即从首子午线起每隔经度差6°为一带，将旋转椭球体面由西向东等分为60带。

　　高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长度不变，其余的子午线均为凹向中央子午线的曲线，其长度大于投影前的长度。

　　中央子午线投影后为直线;

　　中央子午线投影后长度不变;

　　投影具有正形投影性质，即正形投影条件;

　　投影坐标Y=带号+(500Km+自然坐标)

　　带号=[经度/6]+1;

　　知识点九、坐标系转换[熟悉]:

不同坐标系的三维转换模型很多，常用的有布尔沙模型(B模型)和莫洛坚斯基模型(M模型)。(七参数法)

　　理论上，布尔沙模型与莫洛坚斯基模型的转换结果是等价的。但在应用中有差别，布尔沙模型在全球或较大范围的基准转换时较为常用，在局部网的转换中采用莫洛坚斯基模型比较有利。

第2节 1.2 传统大地控制网

知识点一、传统大地控制网的布设[熟悉]:

传统大地控制网的布设

　　(一)传统大地控制网的建设

　　采用传统大地测量技术建立平面大地控制网是通过测角、测边推算大地控制网点的坐标。其方法有：三角测量法、导线测量法、三边测量法和边角同测法。

　　(二)国家三角网布设的原则

　　1)分级布网、逐级控制

　　先以高精度的稀疏的一等三角锁网，纵横交叉地布满全国，形成统一坐标系统骨干网。然后，按不同地区、不同特点的实际需要，再分别布设二、三、四等三角网。

　　2)具有足够的精度

　　3)具有足够的密度　　

4)要有统一的规格

　　知识点二、水平角观测[熟悉]:

水平角观测

　　(一)主要误差

　　人为误差、外界条件对观测精度的影响、仪器误差对测角精度的影响三个方面。

　　(二)水平角观测方法

　　一般采用方向观测法、分组方向观测法和全组合测角法(每次只测两个方向间的夹角)三种方法。 方向观测法一般广泛用于三、四等三角观测，或在地面点、低觇标点和方向较少的二等三角观测; 当观测方向多于六个时，考虑采用分组方向观测法; 在一等三角观测，或在高标上的二等三角观测采用全组合测角法。

　　知识点三、光学经纬仪和全站仪及其检验[熟悉]:

光学经纬仪和全站仪及其检验

　　(一)光学经纬仪

        1. 光学经纬仪分级

　　光学经纬仪按标称一测回水平方向标准偏差分为dj07、dj1、dj2、dj6、dj30。

　　2. 光学经纬仪检验

　　光学经纬仪，在作业前应通过有相应仪器检验资质的仪器检测机构进行检验，经检定完全符合规定和要求的经纬仪，发给检定证书;不符合要求的经纬仪，发给检定结果通知书，并注明其不合格项目。

　　(二)全站仪　

　　知识点四、三角高程测量[熟悉]:

三角高程测量

　　三角高程测量是通过两点间的距离和垂直角(或天顶距)，利用三角公式推求其高差，确定待定点高程的技术和方法。在传统大地测量中，三角高程测量是测定各等级大地点高程的基本方法。

　　(一)垂直角观测方法

　　垂直角观测方法有中丝法、三丝法两种。各等级三角点上每一方向按中丝法观测时应测四测回，三丝法观测时应测二测回。

　　中丝法：以望远镜十字丝的水平中丝为准，照准目标测定垂直角。

　　三丝法：以望远镜三根水平丝为准，依次照准同一目标来测定垂直角。

　　(二)高差计算公式

　　用水平距离和垂直角计算;

　　用倾斜距离和垂直角计算。　　

知识点五、导线测量[熟悉]:

导线测量

　　(一)导线布设

　　导线布设的原则同三角网布设原则。

　　一、二等导线一般沿主要交通干线布设，纵横交叉构成较大的导线环，几个导线环连接成导线网。三、四等导线是在一、二等导线网的基础上进一步加密，应布设为附合导线。

　　(二)导线边方位角中误差

　　一等导线布设成两端有方位角控制的自由导线;二等以下都布设成附合导线;某些特种控制导线也有采用一端有起始方位角的自由导线。　　

　　1. 一端有已知方位角的自由导线

　　一端有已知方位角的自由导线最弱边方位角中误差计算公式为

　　式中，mt0为已知方位角t0的中误差;mβ为折角观测中误差;n是导线中折角的个数(或边数)。

　　2. 两端有已知方位角的自由导线

　　两端有已知方位角的自由导线最弱边方位角中误差计算公式为

　　(三)导线测量作业及概算

　　导线测量的外业包括选点、造标、埋石、边长测量、水平角观测、高程测量和野外验算等工作。

　　知识点六、三角网布设原则[掌握]:

1、分级布网、逐级控制

　　国家三角网分为一、二、三、四等，G(P)S网分为A、B、C、D、 E五级。

　　2、具有足够的精度

　　各等级三角网观测精度要求

　　3、具有足够的密度

　　4、要有统一的规格

　　国家三角测量规范GB/T 17942-2000

　　全球定位系统测量规范GB/T 18314-2009

　　知识点七、光电测距仪[熟悉]:

分类：脉冲式和相位式

　　光电测距仪的主要误差：加常数、乘常数;

第3节1.3 GNSS连续运行基准站网

知识点一、基准站网组成[掌握]:

知识点 基准站网组成

由若干连续运行基准站(以下简称“基准站”)及数据中心、数据通信网络组成的，提供数据、定位、定时及其他服务的系统。

   　知识点二、分类与布设原则[熟悉]:

知识点 分类与布设原则

　　1. 国家基准站网

　　是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。

　　国家基准站网应覆盖我国领土及领海，全国范围内均匀分布、站间距100—200km。

　　2. 区域基准站网

　　是省级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。均匀覆盖省级行政辖区，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。　

　　3.专业应用站网

　　专业应用网是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[熟悉]:

知识点 基准站建设

　　(一)技术设计

　　进行建筑、结构、电气(防雷)、室外工程等内容的施工设计，以及基准站设备集成、供电系统、数据传输等内容的设计。

　　(二)选址

　　1. 观测环境

　　(1)距易产生多路径效应的地物(如高大建筑、树木、水体、海滩和易积水地带等)的距离应大于200m;

　　(2)应有10度以上地平高度角的卫星通视条件;

　　(3)距微波站、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、公路等易产生震动的地带;

　　(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24小时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

　　(1)国家基准站应建立在稳定地质构造条件的块体上，避开地质构造不稳定地区和易受水淹或地下水位变化较大的地区;

　　(2)区域基准站网的基准站按国家基准站网要求或依据需求建立在稳定地质构造的块体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)便于接人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. 提交成果

　　勘选报告;站点照片;土地使用意向书或其他用地文件;地质勘查证明或建筑物结构证明;选址点之记;实地测试数据和结果分析;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)。

　　(三)基建

　　主要包括：观测墩、观测室、工作室的建设以及防雷、电气、通信、室外工程等辅助工程的建设。

　　(四)设备组成

　　基准站设备主要由gnss接收机、gnss天线、气象设备、不间断电源、通信设备、雷电防护设备、计算机和机柜等组成。

　　知识点四、数据通信网络[熟悉]:

知识点 数据通信网络

　　数据通信网络一般利用现有通信网络资源，实现基准站到数据中心、数据中心到用户，实时或事后数据交换。

　　知识点六、数据中心[熟悉]:

知识点 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、产品服务系统等业务系统组成。

第4节1.4 卫星大地控制网

知识点一、gnss控制网等级[掌握]:

知识点 gnss控制网等级

　　1. 控制网等级及其用途

　　gnss采用全球导航卫星无线电导航技术确定时间和目标空间位置的系统，主要包括全球定位系统(gps)、格洛纳斯导航卫星系统(glonass)、伽利略卫星导航系统(galileo)、北斗卫星导航系统(beidou)等。

　　gps测量按其精度分为a、b、c、d、e五级：

　　● a级gps网，由卫星定位连续运行基准站构成，用于建立国家一等大地控制网，进行全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和卫星精密定轨测量;

　　● b级gps测量主要用于建立国家二等大地控制网，建立地方或城市坐标基准框架、区域性的地球动力学研究、地壳形变测量和各种精密工程测量等;

　　● c级gps测量用于建立三等大地控制网，以及区域、城市及工程测量的基本控制网等;

　　● d级gps测量用于建立四等大地控制网;

　　● e级gps测量用于测图、施工等控制测量。

　　2. 精度要求　　

　　知识点二、gnss测量数据处理[熟悉]:

知识点 gnss测量数据处理

　　(一)外业数据质量检核

　　1. 数据剔除率

　　同一时段内观测值的数据剔除率，不应超过10%。

　　2. 复测基线长度差　

　　c、d级网基线处理和b级网外业预处理后，任意两个重复观测基线长度之差ds应满足上式，式中，σ为相应级别规定的基线中误差，计算时边长按实际平均边长计算。

　　3. 同步观测环闭合差

　　对三边同步环闭合差值进行检验，闭合差应小于下列数值，

　　式中，σ为相应级别规定的基线中误差，计算时边长按实际平均边长计算。　　

　　4. 独立环闭合差及附合路线坐标闭合差

　　c、d级网及b级网外业基线预处理的结果，其独立环闭合差及附合路线坐标闭合差应满足下列公式　　

　　基线测量中误差;

　　(二)gps网基线精处理结果质量检核

　　精处理后基线分量及边长的重复性;

　　各时间段的较差;

　　独立环闭合差或附合路线的坐标闭合差。

　　(三)gps网平差

　　gps网平差按先后顺序分为提取基线向量、三维无约束平差、约束平差和联合平差、质量分析与控制四步。

　　1. 基线向量提取

　　提取基线向量时需要遵循以下原则：

　　(1)必须选取相对独立的基线;

　　(2)所选取的基线应构成闭合的几何图形;

　　(3)选取质量好的基线向量;

　　(4)选取能构成边数较少的异步环的基线向量;

　　(5)选取边长较短的基线向量。

　　2. 三维无约束平差

　　无约束平差主要达到以下两个目的：

　　(1) 根据无约束平差结果，判别在所构成的gps网中是否有粗差基线;

　　(2)调整各基线向量观测值的权，使得它们相互匹配。

　　3. 约束平差和联合平差

　　约束平差和联合平差的具体步骤是：

　　(1)指定进行平差的基准和坐标系统;

　　(2)指定起算数据;

　　(3)检验约束条件的质量;

　　(4)进行平差解算。

　　4. 质量分析与控制

　　采用下面的指标进行gps网质量的评定：

　　(1)基线向量改正数;

　　(2)相邻点的中误差和相对中误差。

　　知识点三、gnss网布设[熟悉]:

知识点 gnss网布设

　　(一)技术设计

　　同连续运行基准站网技术设计

　　(二)选址与埋石

　　1. gps网选点基本原则

　　gpsb级点必须选在一等水准路线结点或一等与二等水准路线结点处，并建在基岩上，如原有水准结点附近3km处无基岩，可选在土层上;

　　gpsc级点作为水准路线的结点时应选建在基岩上，如结点处无基岩或不利于今后水准联测，可选在土层上;

　　点位应均匀布设，所选点位应满足gps观测和水准联测条件;

　　点位所占用的土地，应得到土地使用者或管理者的同意。

       2. gps点建造

　　(三)gps接收机检验

　　作业所用的gps接收机及天线都必须送国家计量部门认可的仪器检定单位检定，检定合格后在有效期限内使用。在某些特殊情况或在使用过程中如发现仪器有异常情况，可依照行业标准ch8016-1995《全球定位系统(gps)测量型接收机检定规程》所述方法进行检验。

　　(四)gps观测实施

　　gps土层点埋石结束后，一般地区应经过一个雨季，冻土深度大于0.8m的地区还应经过一个冻、解期，岩层上埋设的标石应经一个月，方可进行观测。

　　1. 基本技术要求

　　1)最少观测卫星数4颗; 2)采样间隔30s; 3)观测模式：静态观测; 4)观测卫星截止高度角10度; 5)坐标和时间系统：wgs-84，世界协调时(utc); 6)观测时段及时长：b级点连续观测3个时段，每个时段长度大于等于23h;c级点观测大于等于2个时段，每个时段长度大于等于4h;d级点观测大于等于1.6个时段，每个时段长度大于等于1h;e级点观测大于等于1.6个时段，每个时段长度大于等于40min。

　　2. 观测方案

　　1)基于gps连续运行站的观测模式;

　　2)同步环边连接gps静态相对定位观测模式：同步观测仪器台数大于等于5台，异步环边数小于等于6条，环长应小于等于1500km。

　　3. 作业要求

　　略。

　　4. 数据下载与存储

　　略。

　　(五)外业数据检查与技术总结

　　1. 数据质量检查

　　包括：1) 观测卫星总数;

　　2) 数据可利用率(≥80%);

　　3) l1、l2频率的多路径效应影响mp1、mp2应小于0.5m;

　　4) gnss接收机钟的日频稳定性不低于10-8等。

　　2. 技术总结

　　外业技术总结编写执行ch/t1001-2005《测绘技术总结编写规定》，应包括：任务来源、任务内容、完成情况、测区概况、作业依据、采用基准及已有资料利用情况、作业组织实施、仪器检验、质量控制、技术问题的处理、存在问题和建议、提交成果内容等。

　　知识点四、G(P)S观测技术要求(控制网)[掌握]:

1、基本技术要求

　　(1)最少观测卫星数4颗;

　　(2)采样间隔30s;

　　(3)观测模式：静态观测;

　　(4)观测卫星截止高度角10。;

　　(5)坐标和时间系统：WGS-84，UTC;

　　(6)观测时段及时长：B级点连续观测3个时段，每个时段长度大于等于23 h;C级点观测大于等于2个时段，每个时段长度大于等于4h;D级点观测大于等于1.6个时段，每个时段长度大于等于th;E级点观测大于等于1.6个时段，每个时段长度大于等于40 min。

　　2、观测设备

　　各等级大地控制网观测均应采用双频大地型G(P)S接收机。

　　3、观测方案

　　G(P)S观测可以采用以下两种方案：

　　(1)基于G(P)S连续运行站的观测模式;

　　(2)同步环边连接G(P)S静态相对定位观测模式：同步观测仪器台数大于等于5台，异步环边数小于等于6条，环长应小于等于1500 km。

第5节1.5 高程控制网

知识点一、水准网的布设原则及其精度(P30)[掌握]:知识点 水准网的布设

　　(一)水准网的布设原则及其精度

　　水准网的布设原则是由高级到低级，从整体到局部，逐级控制，逐级加密。

　　一等水准路线是国家高程控制网的骨干，同时也是研究地壳和地面垂直移动及有关科学研究的主要依据，应沿地质构造稳定、路面坡度平缓的交通路线布设，应闭合成环，并构成网状。一等水准环线的周长：东部地区应不大于1600km，西部地区应不大于2000km，山区和困难地区可酌情放宽。

　　二等水准路线是国家高程控制的全面基础，应在一等水准环内布设，尽量沿省、县级公路布设，如有特殊需要可跨铁路、公路及河流布设。二等水准环线周长：在平原和丘陵地区应不大于750km，山区和困难地区可酌情放宽。

　　三、四等水准网是在一、二等水准网的基础上进一步加密，根据需要在高等级水准网内布设成附合路线、环线或结点网，直接提供地形测图和各种工程建设的高程控制点。

　　单独的三等附合路线，长度应不超过150km;环线周长应不超过200km;同级网中结点间距离应不超过70km;山地等特殊困难地区可适当放宽，但不宜大于上述各指标的1.5倍。

　　单独的四等附合路线，长度应不超过80km;环线周长应不超过100km;同级网结点间距离应不超过30km;山地等特殊困难地区可适当放宽，但不宜大于上述各指标的1.5倍。

       各等级每千米水准测量的偶然中误差和全中误差

　　(二)水准路线的选择和水准标石的埋设

　　水准标石分为基岩、基本和普通三种。基岩水准标石宜埋设在一等水准路线结点处，每隔400km左右一座;在大城市、国家重大工程和地质灾害多发区应予增设;每省(直辖市、自治区)不少于4座。基本水准标石设在一、二等水准路线上及其结点处，大、中城市两侧;县城及乡、镇政府所在地，宜埋设在坚固岩层中，其点距应每隔40km左右，经济发达地区20～30km，荒漠地区60km左右一座。普通水准标石每隔4～8km，经济发达地区2～4km，荒漠地区10km左右一座。

　　知识点二、水准仪和水准尺检验[掌握]:

知识点 水准仪和水准标尺检验

　　(一)水准仪器的选用　　

　　(二)水准仪和水准标尺的检验

　　作业期间，自动安平光学水准仪每天检校一次i角，气泡式水准仪每天上、下午各检校一次i角，作业开始后的7个工作日内，若i角较为稳定，以后每隔15天检校一次。数字水准仪，整个作业期间应每天开测前进行i角测定。

　　知识点三、水准网平差[熟悉]:

       知识点 水准网平差

　　水准网平差最常用的方法是间接平差和条件平差，它们是利用最小二乘法的原理，观测值权与观测值改正数平方乘积之总和为最小，即[pvv]为最小的条件下，求出观测值的改正数和平差值，并对观测值、平差值及其函数进行精度评定。

　　1. 水准测量观测值权的确定

　　水准测量的观测值是高差，高差观测值的权可按两种方法定权，一般平原地区按水准路线长度定权，丘陵和山区按测段测站数定权。

　　2. 间接平差法

　　水准网间接平差是根据高差和高程关系建立高差观测值和高程未知数的函数关系，按照最小二乘原理求出高差观测值、高程未知数的平差值，并进行精度评定。

　　3. 条件平差法

　　水准网条件平差是利用水准网中高差观测值应满足的几何关系，在最小二乘准则下求出高差观测值的平差值和待定点高程，并进行精度评定。

　　知识点四、水准测量作业方法及误差来源[熟悉]:

        知识点 水准测量作业方法及误差来源

　　(一)水准观测的程序和基本要求

　　(二)水准测量主要限差

　　包括：测站视线长度、前后视距差、视线高度、数字水准仪重复测量次数、往返高差不符值、环闭合差和检测高差的限差等。

　　(三)水准测量误差来源

　　(1)仪器误差：主要有视准轴与水准器轴不平行的误差、水准标尺每米真长误差和两根水准标尺零点差;

　　(2)外界因素引起的误差：主要有温度变化对i角的影响、大气垂直折光影响、仪器脚架和尺台(桩)升降的影响等;

　　(3)观测误差：主要包括作业员整平误差、照准误差和读数误差。使用数字水准仪进行水准测量，其观测误差主要是作业员对准标尺的调焦误差。

　　知识点五、水准测量外业计算[熟悉]:

知识点 水准测量外业计算

　　1. 观测数据的检查

　　2. 外业高差和概略高程表的编算

　　3. 每千米水准测量的偶然中误差计算

　　每千米水准测量的偶然中误差m△按下式计算：　

　　式中，△为测段往返高差不符值，单位为mm;r为测段长度，单位为km;n为测段数。4. 每千米水准测量的全中误差计算　　

　　各项改正后的水准环闭合差，单位为mm;f为水准环线周长，单位为km;n为水准环数

　　知识点六、水准测量的基本要求[掌握]:

(1) 观测前30分钟，应将仪器置于露天阴影下，使仪器与外界气温趋于一致;设站时，应用测伞遮蔽阳光;迁站时，应罩以仪器罩。使用数字水准仪前，还应进行预热，预热不少于20次单次测量。

　　(2) 对气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整零点位置。对于自动安平水准仪的圆水准器，应严格置平。

　　(3) 在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。

　　(4) 除路线转弯处，每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置，应接近一条直线。

　　(5) 不应为了增加标尺读数，而把尺桩(台)安置在壕坑中。

　　(6) 转动仪器的倾斜螺旋和测微鼓时，其最后旋转方向，均应为旋进。

　　(7) 每一测段的往测与返测，其测站数均为偶数。由往测转向返测时，两支标尺应互换位置，并应重新整置仪器。

　　(8) 在高差很大的地区，应选用长度稳定的、标尺名义米长度偏差和分划偶然误差较小的水准标尺作业。

　　对于数字水准仪，应避免望远镜直接对准太阳;尽量避免视线被遮挡，遮挡不要超过标尺在望远镜中截长的20%;仪器只能在厂方规定的温度范围内工作;确信震动源造成的震动消失后，才能启动测量键。

第6节1.6 重力控制网

知识点一、重力测量仪器及检验[熟悉]:

知识点 重力测量仪器及检验

　　1. fg5型绝对重力仪检查和调整

　　fg5型绝对重力仪属于现代激光落体可移动式绝对重力仪，标称精度优于2×10-8ms-2。

　　2. 拉科斯特型相对重力仪检验和调整

　　“拉科斯特型”(简称lcr型)相对重力仪，用于测定基本重力点和一等重力点。该仪器是金属弹簧重力仪，标称精度为土20×10-8ms-2。

　　3. 石英弹簧重力仪检验和调整

　　石英弹簧重力仪是可用于测定二等重力点及加密重力点的相对重力仪。重力联测作业前及作业期间至少每隔一个月，应对重力仪进行一次检验和调整。

　　知识点二、重力测量[熟悉]:

       知识点 重力测量

　　重力测量是测定重力加速度的测量技术和方法，绝对重力测量是利用绝重力仪测定地面点的绝对重力加速度的重力值，相对重力测量是利用摆仪或相对重力仪测定两点间重力加速度的差值。

　　1. 绝对重力测量

　　绝对重力测量应使用标称精度优于2×10-8sms-2的绝对重力仪。

　　2. 基本重力点联测

　　(1)国家基本重力点(含引点)联测应采用对称观测，即：abc…c—b-a;

　　(2)观测过程中仪器停放超过2小时，则在停放点应重复观测，以消除静态零漂;

　　(3)每条测线一般在24小时内闭合，特殊情况可以放宽到48小时;

　　(4)每条测线计算一个联测结果。

　　3. 一等重力联测

　　(1)一等重力点联测路线应组成闭合环或附合在两基本点间，其测段数一般不超过5段，特殊情况下可以按辐射状布测一个一等点; (2)联测时应采用对称观测，即：a-b-c---c-b-a，观测过程中仪器停放超过2小时，则在停放点应重复观测，以消除静态零漂;(3)每条测线一般在24小时内闭合，特殊情况可以放宽到48小时; (4)一等重力点(含引点)段差联测中误差不得劣于25×10-8ms-2。

　　4. 二等重力联测

　　(1)联测组成的闭合路线或附合路线中的二等重力点数不得超过4个，在支测路线中允许支测2个二等重力点;(2)一般情况下，二等联测应尽量采用三程循环法，即：a-b-a，b-a-b作为两条测线计算; (3)每条测线一般在36小时内闭合，困难地区可以放宽到48小时; (4)二等重力点段差联测中误差不得劣于250×10-8ms-2。

　　5. 加密重力点联测

　　加密重力测量的起算点为各等级重力控制点，重力测线应形成闭合或附合路线，其闭合时间一般不应超过60小时，困难地区可以放宽到84小时。

　　6. 平面坐标和高程测定

　　(1)各类重力点均必须测定坐标和高程，重力点的平面坐标、高程测定中误差不应超过1.0m;

　　(2)重力点平面坐标采用国家大地坐标系，高程采用国家高程基准;

　　(3)各等级重力点平面坐标可采用卫星定位系统和常规方法测定;

　　(4)各等级的高程可以采用常规方法或卫星定位结果与似大地水准面模型相结合的方法测定。

　　知识点三、重力观测的数据计算[熟悉]:

       知识点 重力观测的数据计算

　　1. 绝对重力测量数据计算

　　包括以下内容：

　　(1)墩面或离墩面1.3m高度处重力值计算;

　　(2)每组观测重力值的平均值计算及精度估算;

　　(3)总平均值计算及精度估算;

　　(4)重力梯度计算。

　　2. 相对重力测量数据计算

　　包括以下内容：

　　(1)初步观测值的计算。

　　(2)零漂改正后的观测值计算。知识点5 重力观测的数据计算

　　1. 绝对重力测量数据计算

　　包括以下内容：

　　(1)墩面或离墩面1.3m高度处重力值计算;

　　(2)每组观测重力值的平均值计算及精度估算;

　　(3)总平均值计算及精度估算;

　　(4)重力梯度计算。

　　2. 相对重力测量数据计算

　　包括以下内容：

　　(1)初步观测值的计算。

　　(2)零漂改正后的观测值计算。

　　知识点四、重力测量设计[熟悉]:

知识点 重力测量设计

　　1. 重力控制测量等级

　　分为三级：国家重力基本网、国家重力一等网、国家二等重力点。此外，还有国家级重力仪标定基线。

　　(1)国家重力基本网

　　是由重力基准点和基本点以及引点组成。

　　重力基准点经多台、多次的高精度绝对重力仪测定， 基本点以及引点由多台高精度的相对重力仪测定，并与基准点联测。

　　(2)国家重力一等网

　　由一等重力点组成。

　　一等重力点由多台高精度的相对重力仪测定，并与国家重力基准点或国家重力基本点联测。

　　(3)国家二等重力点

　　主要是为加密重力测量而设定的重力控制点，其点位可由一台高精度的相对重力仪测定，并与国家重力基本点或一等重力点联测。

　　(4)国家级重力仪标定基线

　　主要是为标定施测所用的相对重力仪的格值，分为长基线和短基线两种，供标定重力仪使用。

　　2. 重力控制测量设计原则

　　按逐级控制原则布设。

　　(1) 重力基本网的设计原则。应有一定的点位密度，有效地覆盖国土范围，以满足控制一等重力点相对联测的精度要求和国民经济及国防建设的需要。基本重力控制点应在全国构成多边形网，其点距应在500km左右

　　(2)一、二等重力点的布设。应满足各部门进行区域重力测量的需要，在全国范围内分布，点间距应在300km左右，由基本重力点开始联测，可布设成附合形式或闭合形式。

　　(3)长基线。应基本控制全国范围内重力差，大致沿南北方向布设，两端点重力值之差应大于2000×10-5ms-2，每个基线点应为基准点; 短基线按区域布设，两端站重力值之差应大于150×10-5ms-2。段差相对误差应小于5×10-3。短基线至少一个端点与国家重力控制点联测。

　　(4)重力控制点的坐标系统和高程系统。坐标系统采用2000国家大地坐标系;高程系统采用1985国家高程基准。

　　3. 加密重力测量的主要任务及服务对象

　　(1)在全国建立5’×5’的国家基本格网的数字化平均重力异常模型;

　　(2)为精化大地水准面，采用天文、重力、gps水准测量方法确定全国范围的高程异常值;

　　(3)为内插大地点的天文大地垂线偏差而进行的局部加密重力测量;

　　(4)为国家一、二等水准测量正常高系统改正而进行的局部加密重力测量。

　　知识点五、重力控制网选点与埋石[熟悉]:

知识点 重力控制网选点与埋石

　　1. 重力基准点选点与埋石

　　(1)重力基准点应位于稳固的非风化基岩上;

　　(2)远离工厂、矿区、铁路、公路等各种震源，避开高压线和变电设备等强磁电场;

　　(3)附近地区不会产生较大的质量迁移;不宜在大河、大湖和水库附近，地面沉降漏斗、冰川及地下水位变化剧烈的地区建点;

　　(4)基准点应建立永久性牢固的观测室，其面积不应小于3m×5m，天花板离仪器观测墩面不小于2m，观测室内应保持干燥，具有稳定的电源;

　　(5)仪器观测墩标石的尺寸为1.2m×1.2m×1.0m，标石用混凝土现场灌制，标石周围与地面应留宽为0.1m的隔震槽，填以泡沫塑料，标石距墙壁不得小于0.5m，两个观测墩之间相距应大于0.8m。

　　2. 重力基本点及引点的选点与埋石

　　(1)基本重力点及引点一般选在机场附近，应远离飞机跑道及繁忙的交通要道，避开人工震源、高压线路及强磁设备; (2)点位应位于地基坚实稳定、安全僻静和便于长期保存的地点; (3)点位便于重力联测及点位坐标、高程的测定; (4)观测墩标石的尺寸为1.0m×1.0m×1.0m，标石用混凝土现场灌制，墩面应平整光滑，标志镶嵌在标石面的中央; (5)标石应标定正北方向。

　　3. 一等重力点选点与埋石

　　(1)一等重力点一般选在机场、公路附近，应避开人工震源、高压线路及强磁设备; (2)点位应位于地基坚实稳定、安全僻静和便于长期保存的地点; (3)点位便于重力联测及点位坐标、高程的测定; (4)一等重力点与基本重力点及引点的仪器观测墩标石尺寸相同; (5)标石应标定正北方向。

　　知识点六、重力控制等级[熟悉]:

国家重力控制测量分为三级：国家重力基本网，国家一等重力网，国家二等重力点。此外还有国家级重力仪标定基线。

　　重力基本网是重力控制网中最高级控制，它由重力基准点和基本点以及引点组成。重力基准点经多台、多次的高精度绝对重力仪测定。基本点以及引点由多台高精度的相对重力仪测定，并与国家重力基准点联测。

　　知识点七、重力控制测量设计原则[掌握]:

重力基本网的设计原则：应有一定的点位密度，有效地覆盖国土范围，以满足控制一等重力点相对联测的精度要求和国民经济及国防建设的需要。基本重力控制点应在全国构成多边形网，其点距应在500 km左右。一、二等可布设成闭合、附合等形式，点间距约300km;长基线两端均须为基准点，短基线至少一端须与国家点联测。

　　知识点八、加密重力测量设计原则[掌握]:

1、在全国建立5'×5'的国家基本格网的数字化平均重力异常模型;

　　2、为精化大地水准面，采用天文、重力、G(P)S水准测量方法确定全国范围的高程异常值;

　　3、为内插大地点求出天文大地垂线偏差;

　　4、为国家一、二等水准测量正常高系统改正。

第7节1.7 似大地水准面精化

       知识点一、概述[熟悉]:

知识点 概述

　　1.大地水准面

　　设想一个与静止的平均海水面重合并延伸到大陆内部的包围整个地球的封闭的重力位水准面。大地水准面也称为重力等位面，它既是一个几何面，又是一个物理面。

　　2. 正高

　　地面一点沿该点的重力线到大地水准面的距离。

　　3. 似大地水准面

　　似大地水准面是正常高的起算面。

　　4. 正常高

　　地面一点沿正常重力线到似大地水准面的距离。

　　5. 大地高：从地面点沿法线到所采用的参考椭球面的距离。它的起算面是所采用的参考椭球面。

　　6. 大地水准面差距：参考椭球面与大地水准面的距离称为大地水准面差距。

　　7. 高程异常：椭球面与似大地水准面的垂直距离称为高程异常。　

　　精确求定大地水准面差距n.则是对大地水准面的精化;精确求定高程异常，则是对似大地水准面的精化。我国采用的是正常高系统，正常高的起算面是似大地水准面。因此，我国主要是对似大地水准面的精化。

　　确定似大地水准面的方法可归纳为：几何法(如天文水准、卫星测高及gps水准等)、重力学法及几何与重力联合法(或称组合法)。

　　知识点二、似大地水准面精化设计[掌握]:

知识点 似大地水准面精化设计

　　1. 设计原则

　　(1) 与建设现代化的国家测绘基准相结合;

　　(2) 全面规划和建设地方基础测绘控制网;

　　(3) 充分利用已有数据;

　　(4) 与全国似大地水准面精化目标一致。

　　2. gps水准点边长的确定

　　区域似大地水准面精化后要达到gps技术代替低等级水准测量目的，满足大比例尺测图，其精度指标应为：城市±5.0cm，平原、丘陵±8.0cm，山区土15.0cm，其分辨率应为2.5’×2.5’。

　　3. gps水准点大地高测定精度

　　区域似大地水准面精化的误差源主要来自以下四个方面：①gps测定大地高的误差;②水准测量误差;③重力测量误差;④数字高程模型(dem)的误差。

　　在未考虑水准观测起算误差的情况下，如设gps测定的大地高误差为mg，水准测定的高程误差为ms，则gps水准点计算的高程异常中误差为：　　

　　上式表明：在不顾及重力似大地水准面的确定误差的理想情况下，区域似大地水准面精化的精度主要取决于gps测定大地高的精度。

　　知识点三、似大地水准面精化计算[熟悉]:

知识点 似大地水准面精化计算　　

　　知识点四、区域重力似大地水准面的拟合计算[掌握]:

1、由重力似大地水准面格网内插GPS水准点上的重力似大地水准面高程异常ξgra并求解与GPS水准点上的实测似大地水准面高程异常ξG(P)S的差值，组成不符值序列;

　　2、由不符值序列和相应GPS水准点的球面坐标组成多项式拟合“观测方程”，其中未知参数为多项式系数;

　　3、按最小二乘原理求解拟合多项式系数;

　　4、由拟合多项式系数和格网中心点坐标，对重力似大地水准面进行拟合纠正，即可求得适配于该区域的GPS水准网的最终似大地水准面。

　　知识点五、GPS水准点大地高测定精度[掌握]:

区域似大地水准面精化精度主要取决于GPS测定大地高的精度。如果城市似大地水准面精化达到±5.0 cm，则布设的GPS水准点测定的大地高精度应在±3.0 cm左右。区域似大地水准面精化误差源主要来自四方面：

　　(1) GPS测定大地高的误差;

　　(2)水准测量误差：GPS C级网点联测三等水准，每千米测量的偶然中误差为±30mm;

　　(3)重力测量误差：对15个省、直辖市区域加密重力资料分析，重力值的精度大部分优于0.5 mGal;

　　(4)地形数据DEM的误差：DEM格网间距在500 m时，对大地水准面的影响最大为0. 006 m。

第8节1.8 大地测量数据库

       知识点一、概述[熟悉]:

       知识点 概述

　　大地测量数据库是大地测量数据及实现其输入、编辑、浏览、查询、统计、分析、表达、输出、更新等管理、维护与分发功能的软件和支撑环境的总称。

　　知识点二、数据管理系统[熟悉]:

       知识点  管理系统

　　管理系统主要功能包括：数据输入、数据输出、查询统计、数据维护、安全管理等功能。

　　知识点三、支撑环境[熟悉]: 

支撑环境

　　包括服务器设备、存储备份设备、外围设备、网络环境。

　　知识点四、组成、分级与结构[熟悉]:

知识点 组成、分级与结构

　　大地测量数据库由大地测量数据、管理系统和支撑环境三部分组成。其中，大地测量数据是大地测量数据库的核心，管理系统和支撑环境是数据存储、管理、运行维护的软硬件及网络条件。

　　大地测量数据按类型分为大地控制网数据、高程控制网数据、重力控制网数据和深度基准数据等。

　　知识点五、大地测量数据[熟悉]:

知识点 大地测量数据

　　(一)数据内容

　　1.参考基准数据

　　包括大地基准、高程基准、重力基准和深度基准等数据。

　　2.空间定位数据

　　(1)观测数据：主要包括仪器检验资料、外业观测数据。

　　(2)成果数据：主要包括三维坐标成果、gps点之记(属性)、gps测量基线成果、天线高信息、参考框架转换参数、gps网概要信息。

　　(3)文档资料：主要是指在各阶段形成的各种技术文档资料。

　　3.高程测量数据

　　主要包括水准测量观测数据、成果数据和文档资料，也包含验潮与潮汐分析数据和高程深度基准转换数据。

　　4.重力测量数据

　　主要包括重力测量的观测数据、成果数据和文档资料。分为重力控制测量数据和加密重力测量数据，其中重力控制测量数据包括基准点、基本点、一等点及相应等级引点和二等重力测量数据。

　　5.深度基准数据

　　深度基准是在沿岸海域的理论最低潮位数据，深度基准与高程基准之间通过验潮站的水准联测数据，是海图及各种水深资料的深度起算面。

　　6.元数据

　　元数据是大地测量数据内容、质量、状况和其他特征的描述性数据。

　　(二)数据组织原则

　　1.观测数据组织

　　观测数据一般按控制网、数据内容进行分类组织，以数据文件为基本单元进行存储。

　　2.成果数据组织

　　成果数据按成果类型进行分类，按控制网进行组织，以点为基本单元存储。以点为基础按照网、线建立控制点之间的逻辑关系。

　　同一类成果的不同内容之间应建立逻辑关系，如控制点成果与点之记之间应通过点的唯一标志建立逻辑关系。

　　3.文档资料组织

　　按控制网、文档技术类型进行分类组织，以文件为基本单元存储。应通过控制网、控制点等作为关键字建立观测数据、成果数据、文档之间的逻辑关系。

　　大地控制网、高程控制网和重力控制网之间存在重合点时，应以控制点为关键字建立重合点之间的逻辑关系。对于同一控制点具有多期成果时，应建立多期成果之间的逻辑关系。

　　(三)数据库设计

　　包括数据分析与建模、概念模型设计、逻辑模型设计、物理模型设计。

　　(四)数据检查入库

　　包括数据的正确性检查、数据完整性检查、逻辑关系的正确性检查三项。

　　知识点六、网络RTK测量[掌握]:

实时网络RTK服务，是利用基准站的载波相位观测数据，与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度。由于通过差分消去了绝大部分的误差，因而可以达到厘米级定位精度。

　　1、单基站RTK技术

　　CORS站网由若干个CORS站组成，GPS差分信号可从各个CORS站发出，也可从数据中心发出。在这种网络RTK模式下，每个基准站服务于一定作用半径的GPS用户，对于一般的RTK应用，服务半径可以达到30 km。GPS差分数据播发的数据链，可以用无线电台，也可用公用无线通信网，如移动GSM/GPRS或联通CDMAIX。

　　2、虚拟基站技术(VRS)

　　VRS技术是现有网络RTK技术的代表。采用VRS技术，基准站网子系统必须包含三个以上的连续运行基准站，数据中心通过组合所有基准站的数据，确定整个CORS覆盖区域的电离层误差、对流层误差、轨道误差模型等。流动站作业时，首先通过GPRS或CDMA无线通信网络向数据中心发出服务请求，并将流动站的概略位置回传给数据中心，数据中心利用与流动位置最接近的三个基准站的观测数据及误差模型，生成一个对应于流动站概略位置的虚拟基准站(VRS)，然后将这个虚拟基准站的改正数信息发送给流动站，流动站再结合自身的观测数据实时解算出其所在位置的精确坐标。

　　3、主副站技术(MAC)

　　主副站技术，首先选取一个基准站作为主站，并将主站所有的改正数及坐标信息传送给流动站，而网络中其他基准站只是将其相对于主站的改正数变化及坐标差信息传送给流动站，从而减少了传送的数据量。

　　VRS技术和MAC技术服务半径可以达到40 km左右。

　　知识点七、数据库构成[掌握]:

大地测量数据库由大地测量数据、管理系统和支撑环境三部分组成。其中，大地测量数据是大地测量数据库的核心，按类型分为大地控制网数据、高程控制网数据、重力控制网数据和深度基准数据等;管理系统和支撑环境是数据存储、管理、运行维护的软硬件及网络条件。

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