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1、测量与计算的基准面测量与计算的基准面本讲稿第一页，共十七页引言我们考察一下大地测量的作业环境地球表面。地球表面（通常被称为地球自然表面）是很不规则的，高山、深谷、平原、丘陵、江河湖海相互交错，高低起伏，地形错综复杂。举例来讲，世界最高的珠穆朗玛峰（8848.13m）和最低的马里亚纳海沟（11022m）两者高差接近两万米，约为地球半径的千分之三。地球表面是野外测量的依托面，也是地形测量、摄影测量的描述对象。显然在地球自然表面上无法处理测量成果，这就需要选择一个用于处理测量成果的基准面。这个基准面应该与地球体形极为接近，可用简单数学公式表示，并且能确定其与地球相关位置。本讲稿第二页，共十七页本节内
2、容简介野外测量的基准面铅垂线水准面高程基准面平均海水面大地水准面与大地体似大地水准面测量计算的基准面地球椭球参考椭球本讲稿第三页，共十七页第一节 野外测量的基准面铅垂线定义性质水准面定义性质野外测量的基准面 本节主要内容本讲稿第四页，共十七页一、铅垂线定义定义：在地球重力场中，重力的作用线被称为铅垂线，有时简称为垂线。重力线方向就是铅垂线方向。特性特性：铅垂线不是平面曲线，而是既有微小曲率又有微小挠率的空间曲线。本讲稿第五页，共十七页二、水准面定义定义：液体静止的表面就称为水准面。特性特性：水准面是一个客观存在、处处与铅垂线正交的面。水准面有无穷多个。水准面都弯向地心。水准面间互不平行。注意注
3、意注意注意：水准面、铅垂线就是大地测量外业的基准面和线水准面、铅垂线就是大地测量外业的基准面和线。本讲稿第六页，共十七页三、野外测量的基准面野外测量是通过水准器使仪器整平的，当水准器气泡居中，气泡中央的切线就是一条水平线，当测量仪器各部件相互关系正确时，仪器垂直轴方向就与铅垂线方向一致，水平度盘就是何水准面相切的水平面。所以，实际测得的水平角是在高低不同的水准面上的角度；三角网中的起始边长，是在不同高度的水准面上量得的长度；按几何水准法测定的高差是不同高度水准面间的铅垂线长。因此，水准面、铅垂线就是大地测量外业的基准面和线。本讲稿第七页，共十七页第二节 高程基准面平均海水面与海拔高情况简介高程
4、基准大地水准面定义性质似大地水准面性质正常高 本节主要内容本讲稿第八页，共十七页一、平均海水面为了明显而稳固地标志出高程起算面的位置，需要建立一个永久性水准点，用精密水准测量将它与平均海水面联系起来，作为国家大地控制网的高程起算点，这个水准点称为水准原点。我国的水准原点位于青岛观象山，由一个原点和五个附点构成水准原点网，附点用于监测原点的稳定性及保证联测精度。1956年黄海平均海水面原点高程定为高出黄海平均海水面72.2893米，所用资料是19501956年7年的验潮结果。我国从19571987年30年的国家水准测量成果都属于这个高程系统。1985年国家高程基准原点高程定为高出黄海平均海水面7
5、2.2604米，所用资料是19521979年28年的验潮结果，采用青岛水准原点网与沙子口备用水准网1980年观测的成果，经平差得到的新基准比1956年黄海平均海水面高0.0389米，但验潮站标志与水准原点联测值增大0.010米，因而，青岛水准原点高程变动值为0.0289米。本讲稿第九页，共十七页本讲稿第十页，共十七页二、大地水准面引入引入：为了使测量成果有一个共同的基准面，可以选择一个十分接近地球表面又能代表地球形状和大小的水准面作为共同标准。定义定义：设想海洋处于静止平衡状态时，并将它延伸到大陆内部且保持处处与铅垂线正交的水准面，来表示地球的形状是最理想的，这个面称为大地水准面。大地体大地体
6、：大地水准面是一个光滑的闭合曲面，由它包围的形体是地球的真正形体，称为大地体。本讲稿第十一页，共十七页本讲稿第十二页，共十七页三、似大地水准面本讲稿第十三页，共十七页本讲稿第十四页，共十七页第三节 测量计算的基准面地球椭球大地测量计算的基准面应满足的条件地球椭球的定义地球椭球满足的条件参考椭球定义作用其它 本节主要内容本讲稿第十五页，共十七页一、地球椭球大地测量计算的基准面应满足的条件应是接近地球形体的一个曲面这个曲面应当便于数学运算这个曲面对于大地体的位置要固定下来地球椭球 由地理知识可以知道，地球是一个两极略扁的椭球体。用数学语言加以描述便是：由大地水准面包围而成的大地体接近于一个具有微小
7、扁率的旋转椭球。与大地体吻合得最好的旋转椭球称为地球椭球（总椭球或平均椭球）。地球椭球应满足的条件与地球质量相等，旋转角速度相等与大地体体积相等，总椭球面与大地水准面之间差距地平方和最小中心与地心重合，短轴与地球平自转轴重合，大地起始子午面与天文子午面平行。本讲稿第十六页，共十七页二、参考椭球定义定义定义定义：具有一定的参数、定位和定向，并用来代表某一地区大地具有一定的参数、定位和定向，并用来代表某一地区大地水准面的地球椭球。水准面的地球椭球。作用作用作用作用：它是代表地球的数学表面。它是大地测量计算的基准面。它是研究大地水准面形状的参考面。在地球投影中，是用参考椭球面代表地球表面的。注意注意注意注意：参考椭球面是大地测量计算的基准面，相应地，它参考椭球面是大地测量计算的基准面，相应地，它的法线是计算的基准线。的法线是计算的基准线。本讲稿第十七页，共十七页