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1、物探测量基础知识陈建国2014年7月提 纲一、物探测量知识 1、理论知识 2、常规测量 3、卫星定位测量二、现用测量标准物探测量理论知识一、椭球地球由于自转，使得地球上每一部分都在做圆周运动，在惯性离心力的作用下，低纬度地区受到的惯性离心力大，高纬度地区受到的惯性离心力小，赤道部分受到的惯性离心力则最大，远远大于两极。在地球的长期转动过程中，由于惯性离心力的差别，使得地球由两极向赤道逐渐膨胀，成为目前略扁的旋转椭球的形状。地球椭球：一个数学模型，用来代表地球的椭球。参考椭球：具有一定几何参数、定位及定向的用以代表某一地区大地水准面的地球椭球。参考椭球包括局部参考椭球和总参考椭球。总参考椭球是与
2、全球大地水准面拟合最好的，例如wgs84参考椭球。而局部参考椭球是与某一地区的局部大地水准面拟合最好的，例如克拉索夫斯基椭球。物探测量理论知识一、椭球地球椭球中常用的几何参数有以下6个:以上6个参数中只要给定一个长度参数和其它任意一个参数就可确定椭球的形状和大小。大地测量中常用长半径和扁率来表示地球椭球。扁率：椭球长半径与短半径之差与椭球长半径之比扁率：椭球长半径与短半径之差与椭球长半径之比物探测量理论知识一、椭球百余年来，测地学家以某个区域的天文、大地和重力测量的资料，根据弧度测量原理探求地球的形状和大小。由于时代不同、地域不同采用的测量技术手段不同，因此出现了不同的椭球参数。国内物探常用地
3、球椭球参数表椭球名称年代长半径扁率应用克拉索夫斯基Krasovsky194063782451：298.31954年北京坐标1975国际椭球International Ellipsoid 1975197563781401：298.2571980西安坐标2000国际椭球200063781371：298.2572221012000国家大地坐标CGCS20001980大地参考系(GRS 80)(Geodetic Reference System 80)198063781371：298.257223563GPS导航系统WGS84PZ-90(PE-90)(ParametryZemli1990)199063
4、781361：298.257839303GLONASS导航系统物探测量理论知识二、投影 大地测量成果是在参考椭球面上处理的，而普通测量成果（如地形图）是在平面图纸上表示的。因此，当要利用大地测量成果时，必须按照一定的数学法则，将椭球面上的点、线和图形，变换为可展面（如平面、圆柱面、圆锥面等）上的点、线和图形，也就是建立大地坐标（B，L）与投影平面直角坐标（x，y）的数学关系，这个过程称为地图投影。在地图投影过程中不可避免地会产生投影变形，包括长度变形、角度变形和面积变形等。但可以根据实际需要，采用适当的投影方式使某种变形为零，同时使其它变形小到可接受的程度。地图投影方式可依据投影的几何原理、变
5、形性质等进行如下分类：1、按投影几何原理分为圆柱投影与圆锥投影；2、按投影面切割关系分为切投影与割投影；3、按投影轴方位关系分为正轴投影、横轴投影和斜轴投影；4、按投影变形性质分为等角投影、等积投影和等距投影。物探测量理论知识二、投影 可展面示意图 按投影面圆柱圆锥平面物探测量理论知识二、投影 方式类型正轴横轴斜轴平面投影圆锥投影圆柱投影物探测量理论知识二、投影 国际上常用的投影有TM投影、高斯投影、UTM投影、Lambert割圆锥投影和Lambert切圆锥投影。高斯投影TM 投影Lambert投影物探测量理论知识二、投影高斯投影：这个投影是由德国数学家、物理学家、天文学家高斯于19世纪20年
6、代拟定，后经德国大地测量学家克吕格于1912年对投影公式加以补充，故称为高斯-克吕格投影，简称高斯投影。高斯-克吕格投影是一种等角横轴切椭圆柱投影。它是假设一个椭圆柱面与地球椭球体面横切于某一条经线上，按照等角条件将中央经线东、西各3或1.5经线范围内的经纬线投影到椭圆柱面上，然后将椭圆柱面展开成平面而成的。这种投影，将中央经线投影为直线，其长度没有变形，与球面实际长度相等，其余经线为向极点收敛的弧线，距中央经线愈远，变形愈大。赤道线投影后是直线，但有长度变形。除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。经线和纬线投影后仍然保持正交。所有长度变形的线段，其长度变形比均大于1.
7、随远离中央经线，面积变形也愈大。若采用分带投影的方法，可使投影边缘的变形不致过大。我国各种大、中比例尺地形图采用了不同的高斯-克吕格投影带。其中大于1:1万的地形图采用3带；1:2.5万至1:50万的地形图采用6带。物探测量理论知识二、投影高斯投影分带示意图高斯-克吕格投影物探测量理论知识二、投影高斯投影高斯投影分带分带所谓高斯投影分带，就是按一定经差沿子午线将地球椭球面划分成若干经差相等的瓜瓣形地带（投影带）。通常以6或3为经差将全球划分为60个六度投影带或120个三度投影带。6 6带中央子午线经度L0与带号N的关系：6带某点经度与中央子午线的关系为：3带的中央子午线的经度L0为L0=3n。
8、若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算：例：已知某点经度为12131，对于3带和6带该点所在的带号为：在6带内为第21带，在3带内为第41带。物探测量理论知识二、投影UTMUTM通用横轴通用横轴 UTM(Universal Transverse Mercator)投影是为了全球战争需要创建的，美国于1948年完成这种通用投影系统的计算。UTM投影是一种“等角横轴割圆柱投影”，椭圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条相割的经线上没有变形，而中央经线上长度比0.9996。UTM投影分带方法与高斯-克吕格投影相似，是自西经180起每隔经差6度自西向东分带，将地球划分为
9、60个投影带。高斯-克吕格投影与UTM投影都是横轴墨卡托投影的变种。目前一些国外的软件或国外进口仪器的配套软件往往不支持高斯-克吕格投影，但支持UTM投影，因此常有把UTM投影当作高斯-克吕格投影的现象。物探测量理论知识二、投影UTMUTM通用横轴墨卡托投影通用横轴墨卡托投影(高斯投影与UTM投影的对比)项目高斯投影UTM投影设置种类User-defined Transverse MercatorUniversal Transverse MercatorLatitude of origin中心纬度00Central meridian中心经度111111Scale along central m
10、eridian尺度比10.9996False northing for origin纵轴加长数00False easting for origin横轴加常数500000500000XUTM=XGauss*0.9996 YUTM=(YGauss-500000)*0.9996+500000物探测量理论知识三、坐标系1、空间直角坐标系原点位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极，X轴指向起始子午面与赤道的交点，Y轴位于赤道面上，且按右手系与X轴呈90夹角。某点在空间中的坐标可用该点在此坐标系的各个坐标轴上的投影来表示。2、空间大地坐标系采用大地经、纬度和大地高来描述空间位置。纬度是空间的点与参考椭
11、球面的法线与赤道面的夹角，经度是空间中的点与参考椭球的自转轴所在的面与参考椭球的起始子午面的角，大地高是空间点沿参考椭球的法线方向参考椭球面的距离。如我国的1954年北京坐标系和1980年西安坐标系，目前GPS定位所得结果的WGS-84坐标系统，都属于大地坐标系统。3、平面直角坐标系用直角坐标原理，利用投影变换将空间坐标通过某种数学变换映射到平面上，在投影面上确定地面点平面位置。在投影面上，由投影带中央经线的投影为纵轴、赤道投影为横轴（Y轴）以及它们的交点为原点的直角坐标系称为国家坐标系，在我国基本比例尺地形图采用的是高斯-克吕格6度分带和3度分带投影。PYXBYXZHL物探测量理论知识三、坐
12、标系1、空间直角坐标系2、空间大地坐标系物探测量理论知识三、坐标系3、平面直角坐标系高斯-克吕格投影是按分带方法各自进行投影，故各带坐标成独立系统。以中央经线投影为纵轴(x),赤道投影为横轴(y),两轴交点即为各带的坐标原点。纵坐标以赤道为零起算，赤道以北为正，以南为负。我国位于北半球，纵坐标均为正值。横坐标如以中央经线为零起算，中央经线以东为正，以西为负，横坐标出现负值，使用不便，故规定将坐标纵轴西移500公里当作起始轴，凡是带内的横坐标值均加500公里。由于高斯-克吕格投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横轴坐标前加上
13、带号，如(4231898m,19655933m)，其中19即为带号。物探测量理论知识三、坐标系1954(年年)北京坐标系北京坐标系BeijingGeodeticCoordinateSystem1954根据苏联1943年普尔科沃坐标系(采用克拉索夫斯基椭球)，以1956年黄海高程系作为高程基准，通过联测和天文大地网局部平差所建立的大地坐标系。1954年北京坐标系是我国目前广泛采用的大地测量坐标系。建国前，我国没有统一的大地坐标系统。建国初期，在苏联专家的建议下，我国根据当时的具体情况，建立起了全国统一的1954年北京坐标系。该坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，椭球参数为：长半径637824
14、5m，扁率1/298.3。克拉索夫斯基椭球并未依据当时我国的天文观测资料进行重新定位，而是由前苏联西伯利亚地区的一等锁，经我国的东北地区传递过来的。该坐标系的高程异常是以前苏联1955年大地水准面重新平差的结果为起算值，按我国天文水准路线推算出来的，而高程又是以1956年青岛验潮站的黄海平均海水面为基准。1954年北京坐标系建立后，全国天文大地网尚未布测完毕。因此，在全国分期布设该网的同时，相应地进行了分区的天文大地网局部平差，以满足国民经济和国防建设的需要。局部平差是按逐级控制的原则，先分区平差一等锁系，然后以一等锁环为起算值，平差环内的二等三角锁。平差时网区的连接部仅作了近似处理，如有的仅
15、取两区的平均值，某些一等锁环内的二等网太大，在当时的计算条件下无法处理时，也进行了分区平差，连接部仍采用近似处理的方法。物探测量理论知识三、坐标系1954(年年)北京坐标系北京坐标系BeijingGeodeticCoordinateSystem1954 由于当时条件的限制，1954年北京坐标系存在着很多缺点，主要表现在以下几个方面：1、克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。2、椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO极，也不指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的系统性
16、倾斜，东部高程异常达60余米，最大达67米。3、该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体，区与区之间有较大的隙距。如在有的接合部中，同一点在不同区的坐标值相差1-2米，不同分区的尺度差异也很大，而且坐标传递是从东北到西北和西南，后一区是以前一区的最弱部作为坐标起算点，因而一等锁具有明显的坐标积累误差。物探测量理论知识三、坐标系19801980年国家大地坐标系年国家大地坐标系 National Geodetic Coordinate System 1980 National Geodetic Coordinate System 1980 采用
17、1975国际椭球，以JYD 1968.0系统为椭球定向基准，选用陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为大地原点所在地，采用多点定位所建立的大地坐标系。大地基准(geodetic datum)：用于大地坐标计算的起算数据。大地原点(geodetic origin)：用于归算参考椭球定位结果并作为观测元素归算和大地坐标计算的起算点。1978年，我国决定重新对全国天文大地网施行整体平差，并且建立新的国家大地坐标系统。整体平差在新大地坐标系统中进行，这个坐标系统就是1980西安大地坐标系统。1980年国家大地坐标系有以下优点：椭球的短轴平行于地球的自转轴（由地球质心指向1968.0 JYD地极原点方向），起始子
18、午面平行于格林尼治平均天文子午面，椭球面同似大地水准面在我国境内符合最好，高程系统以1956年黄海平均海水面为高程起算基准。物探测量理论知识三、坐标系2000国家坐标系国家坐标系ChinaGeodeticCoordinateSystems2000(CGCS2000)从2008年9月开始，我国当前最新的国家大地坐标系，与WGS84坐标系统的参数几乎完全相同。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。Z轴由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向;X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点，Y轴与Z轴、X轴构成
19、右手正交坐标系。CGCS2000的必要性1.二维坐标系统。1980西安坐标系是经典大地测量成果的归算及其应用，它的表现形式为平面的二维坐标。2.参考椭球参数。随着科学技术的发展，国际上对参考椭球的参数已进行了多次更新和改善。1980西安坐标系所采用的IAG1975椭球，其长半轴要比现在国际公认的WGS84椭球长半轴的值大3米左右，而这可能引起地表长度误差达10倍左右。3.随着经济建设的发展和科技的进步，维持非地心坐标系下的实际点位坐标不变的难度加大，维持非地心坐标系的技术也逐步被新技术所取代。4.椭球短半轴指向。1980西安坐标系采用指向JYD1968.0极原点，与国际上通用的地面坐标系如IT
20、RS，或与GPS定位中采用的WGS84等椭球短轴的指向（BIH1984.0）不同。物探测量理论知识三、坐标系20002000国家国家GPSGPS控制网控制网“2000国家GPS控制网”由国家测绘局布设的高精度GPS A、B级网,总参测绘局布设的GPS 一、二级网，国家测绘局、总参测绘局、中国地震局、中国科学院共建的中国地壳运动观测网组成。该控制网整合了上述三个大型的、有重要影响力的GPS观测网的成果，共2609个点。通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，形成了紧密的联系体系，满足现代测量技术对地心坐标的需求，同时建立我国新一代的地心坐标系统。物探测量理论知识三、坐标系4、地形图分幅地形图（to
21、pographicmap）指的是地表起伏形态和地物位置、形状在水平面上的投影图。地形图分幅法：按经纬线分幅的梯形分幅法一般用于1：50001：100万的中、小比例尺地图的分幅；按坐标网格分幅的矩形分幅法，一般用于城市和工程建设1：5001：2000的大比例尺地形图的分幅。地形图投影方案地形图投影方案我国地形图投影方案采用：1)1:1万比例尺的地形图规定采用3度分带的高斯克吕格投影，投影的最大长度变形为0.0345%，最大面积变形为0.069%；2)1:2.5万至1:50万地形图规定采用6度分带的高斯克吕格投影，投影最大长度变形为0.138%，最大面积变形为0.276%；3)1:100万地形图采
22、用Lambert投影，这是一种边缘纬线与中纬线变形绝对值相等的正轴等角圆锥投影。物探测量理论知识三、坐标系4、地形图分幅地形图采用的地形图采用的旧分幅方法与编号旧分幅方法与编号 物探测量理论知识三、坐标系4、地形图分幅地形图采用的新分幅方法与编号地形图采用的新分幅方法与编号物探测量理论知识三、坐标系4、地形图分幅物探测量理论知识三、坐标系4、地形图分幅物探测量理论知识三、坐标系5、江汉测网江汉测网是一种自定义坐标系，是在北京1954年北京坐标系的基础上，按照自定义的原点位置和坐标轴方位的一种平面直角坐标系。潜江测网仙桃测网洪湖测网天门测网物探测量理论知识三、高程系统高程系统：相对于不同起算面（
23、大地水准面、似大地水准面、椭球面）所定义的高程体系。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。似大地水准面：从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。似大地水准面严格说不是水准面，但接近于水准面，只是用于计算的辅助面。它与大地水准面不完全吻合，在我国青藏高原等西部高海拔地区，两者差异最大可达3米，在中东部平原地区这种差异约几厘米。在海洋面上时，似大地水准面与大地水准面重合。高程基准：高程起算的有关数据，包括高程起算面和相对于高程起算面的起算高程。水准原点：作为高程起算的水准测量基准点。物探测量理论知识三、高程系统大地高：大地高：大
24、地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同的大地高。正高：正高：正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号表示。正常高：正常高：正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离。正常高也就是我们常称的海拔高，是地震勘探处理与解释的基础。高程异常：高程异常：大地高与正常高的差异
25、叫做高程异常，GPS测定的是大地高，要求正常高必须先知高程异常。在局部GPS网中巳知一些点的高程异常（它由GPS水准算得），考虑地球重力场模型，利用多面函数拟合法求定其它点的高程异常和正常高。物探测量理论知识三、高程系统大地水准面到参考椭球面的距离，称为大地水准面差距，记为。大地高与正高之间的关系可以表示为：似大地水准面到参考椭球面的距离，称为高程异常，记为。大地高与正常高之间的关系可以表示为：物探测量理论知识三、高程系统我国采用的高程系统1956年黄海高程系 水准原点高程为：72.289m1985国家高程基准 水准原点高程为：72.260m 1956年黄海高程系统和1985国家高程基准均以黄
26、海平均海水面作为高程起算面，均以青岛市观象山水准原点作为高程起算点，只是两者使用了不同年份的青岛验潮站观测资料，致使水准原点的高程略有差异。物探测量理论知识三、高程系统1956年黄海高程系年黄海高程系 采用青岛水准原点和根据由青岛验潮站1950年到1956年的验潮数据确定的黄海平均海水面所定义的高程基准，其水准原点的起算高程为72.289m。新中国成立初期，为了统一我国的高程系统，曾以浙江坎门验潮站的平均海水面和青岛验潮站19521953年观测的平均海水面归算当时各系统的水准测量成果，这个基准被定名为“1954年黄海平均海水面”。1957年，选定青岛验潮站为我国的基本验潮站并建立我国统一的高程
27、起算点。以该站19501957年共7年的观测资料推求的平均海水面作为统一的高程基准面，称为“1956年黄海平均海水面”，由此计算的水准原点高程为72.289m，这就是1956年黄海高程系统。1959年国务院批准颁布的中华人民共和国大地测量法式（草案）中规定正式启用。物探测量理论知识三、高程系统19851985年国家高程基准年国家高程基准 采用青岛水准原点和根据由青岛验潮站1952年到1979年的验潮数据确定的黄海平均海水面所定义的高程基准，其水准原点的起算高程为72.260m。根据青岛验潮站19521979年中19年的验潮资料计算出的新高程基准面作为我国统一的高程基准面，称为“1985年国家高
28、程基准”，由此推算出国家水准原点的起算高程为72.260m。1987年经国务院批准，于1988年1月正式启用。物探测量理论知识四、基准转换与坐标变换l基准转换基准转换是指在不同参考基准之间的转换。是指在不同参考基准之间的转换。l坐标变换坐标变换是指在不同坐标形式之间的变换。是指在不同坐标形式之间的变换。l两个坐标系统的之间的转换属于基准转换。两个坐标系统的之间的转换属于基准转换。常用坐标的常用坐标的3种形式种形式a)x y根据高斯-克吕格投影所建立的平面直角坐标系，各投影带的原点分别为各带中央的大地子午线与赤道的交点，X轴指向该中央子午线北方向，Y轴指向赤道东方向。物探施工采用的坐标方式。b)
29、B L H 大地坐标:大地坐标系中坐标分量,即大地纬度、大地经度、大地高 导航坐标显示的一种形式。c)X Y Z 在空间直角坐标系中的3个分量。GPS测量采用的一种主要形式，用于中间过渡计算用。物探测量理论知识四、基准转换与坐标变换坐标变换xyhXYZBLHxyhXYZBLH基准转换坐标变换物探测量理论知识四、基准转换与坐标变换1、坐标变换a)高斯投影正算：BLxyb)高斯投影反算：xyBLc)高斯投影换带计算：x1y1x2y2d)空间直角坐标与大地坐标正算：BLH XYZe)空间直角坐标与大地坐标反算：XYZ BLH 2、基准转换 a)需要使用坐标转换参数表达两个坐标系之间相互转换 b)利用
30、坐标转换参数将一个椭球上的空间直角坐标（X1Y1Z1）转为另一个椭球上的空间直角坐标（X2Y2Z2）。c)坐标转换参数的计算：利用多个共用点在两个椭球上不同的空间直角坐标（X1Y1Z1 X2Y2Z2），来求取这两个椭球进行相互转换的转换参数，一般有7个参数（3个平移参数、3个旋转参数、1个尺度参数）。使用时根据需要可求3参(至少1个共用点)、4参(至少2个共用点)、7参(至少3个共用点)。物探测量理论知识四、基准转换与坐标变换坐标转换参数坐标转换参数:表达两个椭球之间相互转换的数学关系所必需的若干参数的统称。一般采用三参数、七参数两种形式。三参数适用于工区范围小的地区、七参数适用于工区范围大的
31、地区。参数形式：参数形式：平移参数三个：DX DY DZ 尺度参数：K(一般以PPM为单位)旋转参数：EX EY EZ(以秒为单位）参数性参数性质质：转换参数具有反向性特点。即从椭球A到椭球B的转换参数与从椭球B到椭球A的转换参数大小相等、符号相反。例如：在我国，从1954年北京坐标至WGS 84的通用转换参数为：DX=22 DY=-118 DZ=-30.5从WGS 84 至1954年北京坐标的通用转换参数为：DX=22 DY=118 DZ=30.5物探测量理论知识四、基准转换与坐标变换数学模型数学模型 1、空间直角坐标系A到空间直角坐标系B的转换关系为：布尔沙模型 2、空间直角坐标与空间大地
32、坐标的变换：3、空间大地坐标与平面直角坐标的变换 需要通过投影变换实现物探测量理论知识五、测量误差和测量精度1、误差与粗差 真值：即真实值。真值是一个理想概念，实际是不可知的。误差：测量值与真值之间的差异叫做误差。在计算误差时，一般用约定真值或相对真值（一般采用算术平均值，数学上称为“最或是值”）来代替。粗差：在一定条件下，测量结果明显偏离真值时所对应的误差，称为粗差。产生粗差的原因有读错数、测量方法错误、测量仪器有缺陷等等。在测量中，误差是必然存在的，必须减小误差，对误差进行控制；粗差是可避免的，发现粗差，应进行剔除。2、误差来源 3、误差分类 a)仪器误差 a)系统误差 b)外界条件 b）
33、偶然误差 c)观测者物探测量理论知识五、测量误差和测量精度4、测量精度 精度：又称精密度，指在对某量进行多次观测中，各观测值误差密集或离散的程度。可见：左图误差分布曲线较高且陡峭，精度高 右图误差分布曲线较低且平缓，精度低物探测量理论知识五、测量误差和测量精度4、测量精度 评定精度的标准：中误差、允许误差、相对误差。中误差：在相同观测条件下的一组真误差平方中数的平方根。也称“标准差”或“均方根差”。计算公式：标准正态分布图提 纲一、物探测量知识 1、理论知识 2、常规测量 3、卫星定位测量二、现用测量标准测量仪器类别经纬仪水准仪全站仪GPS经纬仪水准仪全站仪手柄手柄粗瞄粗瞄镜望望远镜、测距距垂
34、直微垂直微动显示面板示面板键盘脚螺旋脚螺旋水平微水平微动电池盒池盒GPS接收机接收机天天线控制器控制器大地天大地天线运运输箱箱USB电缆光光盘常规测量使用经纬仪、测距仪、全站仪等测量仪器所进行的测量工作的统称，以区分卫星定位测量。在卫星定位测量出现以前，是测量的主要的方式。随着卫星定位测量的出现，逐渐被取代，现在主要用于山区、森林地带。观测值：角度（两个竖平面夹角），距离（测站至观测点）起算数据：起始观测方位角，测站三维坐标值常规测量常规测量一般有：常规测量一般有：常规方位角测量导线测量：附合导线 闭合导线 支导线 一个结点的导线网极坐标测量 常规测量天文方位观测-太阳方位法、北极时角法太阳方
35、位法是导线测量过程中根据导线长度进行方位检核校正的一种主要手段。起算数据：测站概略大地坐标；测站所处地方时区、观测日期；测站所处平均海拔和气温；观测的水平角、竖角及观测时刻 方位角测量方位角测量常规测量附合导线测量：附合导线测量：从已知点经过多次观测附和到另外一个已知点上，多用于测区导线网的布设及物理点的观测。常规测量闭合导线测量：闭合导线测量：从一个已知点出发经过多次观测转折又闭合到同一已知点上，多用于测区导线网布设。常规测量支导线测量支导线测量从某一已知点出发转折观测各个物理点，多用于复杂地区极个别物理点的放样测量。常规测量附合导线测量：附合导线测量：从某一已知点出发经过多次观测转折，附和
36、到多个控制点，多用于测区控制网布设。常规测量极坐标放样极坐标放样极坐标放样法就是已知测站坐标和起算方位，根据所要放样的物理点的坐标，反算出从测站到该物理点的方位和距离，从而放样出物理点的方法。极坐标放样法特点适用于三维地震物理点放样。放样精度与测站起算坐标精度有关，作业效率高，数据可靠性低。常规测量测站测站后视后视物理点物理点极坐标放样示例极坐标放样示例架设的一个测站上，可以在该测站一次完成四周可视所有物理点的放样和测量任务，从而提高测量作业效率。以静态测量方法确定以动态测量方法确定以导线控制法确定提 纲一、物探测量知识 1、理论知识 2、常规测量 3、卫星定位测量二、现用测量标准卫星定位测量
37、u全球定位系统-GPS 的英文全称是 NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Positioning System（导航星测时与测距全球定位系统），简称 GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS。u根据Wooden 1985年所给出的定义：NAVSTAR全球定位系统（GPS）是一个空基全天侯导航系统，它由美国国防部开发，用以满足军方在地面或近地空间内获取在一个通用参照系中的位置、速度和时间信息的要求。u随着全球卫星定位技术的发展，现有的俄罗斯GLONASS系统，欧洲Galileo系统，以及中国的北斗定位系统，都能够提供较高精度的定位和导航
38、服务，因而“GNSS定位”将逐渐替代“GPS定位”，作为全球卫星导航定位的专用名称。卫星定位系统的定义及发展卫星定位系统的定义及发展卫星定位测量GPS又称为全球定位系统（GlobalPositioningSystemGPS），是美国从20世纪70年代开始，由美国海陆空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。主要目的是为海陆空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务。并用于情报收集、核爆检测和应急通讯等军事目的。经过20余年的研究，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座已布设完成。全球定位系统-GPS卫星定位测量GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫
39、星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。GPSGPS系统的组成部分系统的组成部分用户部分监测站 Diego Garcia Ascension Is.KwajaleinHawaii空间部分卫星定位测量接收天空不同位置的三颗以上的卫星信号，通过通过计量信号在卫星和接收机之间的传送时间差来计算距离，然后利用了数学上三条线确定一个点的原理确定GPS接收机所在位置。GPSGPS定位原理定位原理测距码测距原理利用卫星发射的测距码和接收机复制的测距码进行比对，可确定卫星信号从卫星到目标的时间从而确定卫星到目标的距离。卫星定位测量1 1、静态测量：、静态测量：Static(Quick
40、Start)将2台或2台以上的接收机采用静态采集模式同时对同组卫星进行较长时间的观测的方法。观测时间一般根据所基线长度和需要达到的精度而定，20千米以下的一般在30分钟左右，20千米以上的在1小时或以上；数据经过后处理后可以达到很高的精度，一般可以达到 5mm+1PPm或更高的精度。（10千米的长只有1厘米的误差）。该方法主要用于首期作控制作点使用，并适用于很长的基线（可以做到几百公里到几千公里）。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量2 2、快速静态测量：、快速静态测量：Fast Static 相对于静态测量而言。将2台或2台以上的接收机采用快速静态采集模式同时
41、对同组卫星进行较长时间的观测的方法。观测时间较短，一般在815分钟。数据经过后处理后可以达到很高的精度，一般可以达到 5mm+1PPm或更高的精度。该方法做控制时只适用于短距离（20公里以内），做非控制测量时，如重力测量、补点、震源点测量等可以在50100千米。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量3 3、动态测量：、动态测量：Kinematic将1台接收机固定不动，按照静态测量方式采集；另1台接收机启动动态测量，在第1个点做较长时间的观测（8分钟左右），然后保持对卫星的连续跟踪，移至下一个点采集810个历元（2分钟），再依次完成后序点，要求在移动过程中对卫星连续
42、跟踪观测，如果出现卫星丢失，需要返回上一个点重新观测。数据经过后处理后可以达到很高的精度，一般可以达到 5mm+1PPm或更高的精度。该方法只用于小范围、卫星观测条件好的地方，可以用于做非地震测量、补点、震源点等测量。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量4 4、伪距差分、伪距差分GPSGPS定位技术定位技术 Real Time Differtial差分技术很早就被人们所应用。它实际上是在两个测站对同一个目标的观测量之间进行求差，其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。在以前的无线电定位系统中已被广泛地应用。GPS定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间
43、等观测量来实现的，同时还必须知道用户钟差。因此，要获得地面点的三维坐标，必须对4颗卫星进行测量。在定位过程中，存在着三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除，第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，第三部分误差则无法消除。该技术精度可以达到分米级，主要用于海上等精度要求不太高的地区。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式
44、卫星定位测量5 5、RTK测量测量 Real Time Kinematic常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（RealTimeKinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了测量作业效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链
45、将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数
46、据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量5 5、RTK测量测量 Real Time KinematicGPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量RTK放样的优势 过去采用常规的放样方法有很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样。采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输
47、入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高。GPSGPS卫星定位技术的几种方式卫星定位技术的几种方式卫星定位测量四大卫星导航系统比较四大卫星导航系统比较1、美国的美国的GPS2、中国的北斗、中国的北斗3、俄罗斯的俄罗斯的GLONASS4、欧盟的欧盟的Galileo北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划分步实施：第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统建设，2000年形成区域有源服务能力；第二步，2004年启动北斗卫星导航系统建设，2012年形成具备覆盖亚太地区的定位、导航和
48、授时以及短报文通信服务能力；第三步，2020年北斗卫星导航系统形成全球无源服务能力。目前，2012年10月25日，第16颗卫星成功发射，已完成第二步任务。卫星定位测量四大卫星导航系统比较四大卫星导航系统比较卫星定位测量四大卫星导航系统比较四大卫星导航系统比较卫星定位测量四大卫星导航系统比较四大卫星导航系统比较卫星定位测量CORS系统连续运行卫星定位服务综合系统（ContinuousOperationalReferenceSystem，缩写为CORS）CORS系统优势：1、用户不需架设参考站，真正实现单机作业，减少了费用；2、使用固定可靠的数据链通讯方式，减少了噪声干扰；3、提供远程INTERN
49、ET服务，实现了数据的共享；4、作业范围广。卫星定位测量星站差分星站差分星站差分系统由五部分组成，分别为：1、参考站；2、数据处理中心；3、注入站；4、地球同步卫星（INMARSAT）；5、用户站。星站差分原理1、全球参考站网络是由双频GPS接收机组成的，每时每刻都在接收来自于GPS卫星的信号，参考站获得的数据被送到数据处理中心，经过处理以后生成差分的改正数据，差分改正数据通过数据通讯链路传送到卫星注入站并上传至INMARSAT同步卫星，向全球发布。2、用户站的GPS接收机实际上同时有两个接收部分，一个是GPS接收机，一个是L波段的通信接收器，GPS接收机跟踪所有可见的卫星然后获得GPS卫星的
50、测量值，同时L波段的接收器通过L波段的卫星接收改正数据。当这些改正数据被应用在GPS测量中时，一个实时的高精度的点位就确定了。卫星定位测量星站差分星站差分三种星站差分系统：三种星站差分系统：1、StarFire系统：系统：该系统是美国NAVCOM公司建立的一个全球双频GPS差分定位系统，是目前世界上第一个可以提供分米级实时精度的星基增强差分系统，它提供两种服务：WCT、RTG。Starfire采用四颗高频通信卫星进行通信，在国内没有基准站。WCT定位精度为35cm。RTG定位精度为10cm。使用RTG，需使用能接收RTG双频GPS差分信号的GPS接收机，并申请StarFireTM或Veripo