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测绘师笔记
第一章大地测量
第一节大地测量概论
大地测量:
为研究地球的形状及表面特性进行的实际测量工作。
大地测量的任务:
建立国家或大范围的精密控制测量网。
大地测量的内容:
三角测量、导线测量、天文测量、重力测量、惯性测量、卫星大地测量、水准测量。
大地测量系统:
坐标系统、高程系统、深度基准、重力参考系统。
大地测量坐标框架:
参心坐标框架、地心坐标框架。
坐标系统
参心坐标系统
54、80坐标所采用的参考椭球、大地远点
54坐标系统:
克拉索夫斯基参考椭球、前苏联的普尔科沃大地原点
80坐标系统:
1975年国际椭球体、陕西、西安大地原点
高程系统:
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。
大地高的起算面是大地水准面。
正高:
由地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。
大地高:
由地面点沿法线到参考椭球面的距离。
正常高:
由地面点沿垂线向下至似大地水准面之间的距离。
大地测量中常用的时间系统:
世界时、原子时、力学时、协调时、GPS时。
时间系统框架通常需要涉及的内容:
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
地心坐标系应满足的四个条件:
1、原点位于整个地球
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、定义为国际时间局测定的某一历元的协议地极和零子午线。
4、定向随时间的演变满足地壳无整体运动的约束条件。
第二节传统大地控制网
高斯投影坐标系统投影的三个条件:
1、中央子午线投影后为直线。
2、中央子午线投影长度不变。
3、投影具有正型投影性质
传统大地控制网的建设:
采用传统大地测量技术建立平面控制网就是通过测角、测边推算大地控制网点的坐标。
传统控制网测量的方法:
三角测量、导线测量、三边测量、边角同测法
三角测量法的优点:
1、检核条件多,图形结构强度高。
2、采取网状布设,控制面积较大,精度较高。
3、主要工作是测角,受地形限制小,扩展迅速。
三角测量法的缺点:
1、在交通或隐蔽地区布网困难,网中推算的边长精度不均匀,据起始边越远精度越低。
2、网中适当位置加测起算边和起算方位角,就可以控制误差的传播。
导线测量法的优点:
1、单线推进速度快,布设灵活,容易客服地形障碍和穿过隐蔽地区。
2、边长直接测定,精度均匀。
导线测量法的缺点:
1、几何条件少,图形构成强度低,控制面积小。
三角网布设的原则
国家三角网布设的原则:
1、分级布网,逐级控制。
2、具有足够的精度。
3、具有足够的密度。
4、要有统一的规格。
水平观测角的主要误差来源:
1、观测过程中引起的人为误差。
2、外界条件对观测精度的影响。
3、仪器误差对测角境地的影响。
GNSS连续运行基准站网
基准站网的组成:
基准站、数据中心、数据通信网络。
GNSS连续运行基准站网的划分:
国家基准站网、区域基准站网、专业应用网
基准站建设
基准站建设应包括的内容:
技术设计、选址、基建、设备组成。
技术设计前应收集的资料:
应收集基准站所在地区的地形图、交通图、地质构造图、,在图上拟选基准站站址,标注站址地形、地质、交通等信息,确定基准站位置、名称及编号。
技术设计完成后应提交的资料:
基准站技术设计方案、点位设计图、站点位置信息表、基准站施工设计图。
观测环境:
1、距离产生多路径效应的地物的距离应大于200米。
2、应有10°以上的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200米。
4、避开采矿区、铁路、公路等易产生振动的地带。
5、应顾忌未来的规划和建设,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,数据可应用率应大于85%,多路径影响应小于0.5m;对于专业应用网基准站,可按实际情况执行。
基准站的基建工程依据施工设计进行,主要包括:
观测墩、观测室、工作室、防雷、电气、通信、室外工程。
数据中心的组成:
数据管理系统、数据处理分析系统、产品服务系统、机房、计算机网络。
卫星大地控制测量
GNSS控制网等级
全球导航卫星(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GPS、GLONASS、Galileo、北斗卫星导航系统。
目前高精度大地控制测量主要使用GPS系统。
按照国家标准《全球定位系统测量规范》,GPS测量按其精度分为A、B、C、D、E五级。
各级控制网的用途:
A级:
用于建立国家一等大地控制网,进行全球性的地球运动力学研究、地壳变形测量和卫星精密定轨测量。
B级:
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、地壳变形测量和各种精密工程测量等。
C级:
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:
用于建立四等大地控制网。
E级:
用于测图、施工等控制测量。
高程控制测量
水准测量误差来源
1、仪器误差
2、外界因素引起的误差
3、观测误差
国家一、二等水准测量外业高差和概略高程表编算时,所用的高差应加入的改正常数:
1、水准尺长度改正
2、水准标尺温度改正
3、正常水准面不平行改正
4、重力异常改正
5、固体潮改正
6、环闭合差改正
国家三、四等水准测量外业高差和概略高程表编算时,所用的高差应加入的改正常数:
1、水准尺长度改正
2、正常水准面不平行改正
3、路线闭合差改正
每千米水准测量的偶然中误差计算:
M△=±√[△△/R]/(4*n)
每千米水准测量全中误差计算:
Mw=±√[WW/F]/N
水准网平差
水准网平差最直接的方法是:
间接平差、条件平差
利用的原理:
最小二乘法原理(观测值权与观测值改正数平方乘积之总和为最小,即[pvv]=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。
水准测量观测值权的确定
水准测量的观测值是高差。
根据测量误差理论,水准测量中误差表示方式:
m=±u√L
u为水准测量每千米中误差。
即1km为单位权观测的单位权中误差;L为以千米为单位的高差观测值的线路长度。
由高差观测值的权为:
P=C/L
C为根据水准网中个路线长度具体情况而定的常数。
对于山地水准测量,通常是统计水准路线的测站数n。
水准测量高差观测值的权计算公式:
P=c/n
重力控制网
重力控制测量等级
国家重力测量控制测量分为三级:
国家重力基本网、国家一等重力网、国家二等重力点。
重力控制测量设计原理
重力控制测量的目的:
建立国家重力基准和重力控制网。
重力基本网的设计原理:
1、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。
2、基本重力控制点应在全国构成多边形网,其点间距应在500km左右。
3、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,点间距在300km左右。
加密重力测量设计原理:
加密重力测量主要是测定地球重力场的精细结构,为大地测量、地球物理学、地质学、地震学、海洋学、空间技术等领域所需要的重力异常、垂直偏差、高程异常和空间扰动引力场等提供提供地球重力场数据。
加密重力测量的主要任务级服务对象:
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、为净化大地水准面,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。
一、二等重力点联测
一等重力点联测
1、线路应组成闭合环或附和在两个基本点之间,其测段数不超过5段。
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,困难地区可放宽到48小时。
4、每条测线计算一个联测结果。
二等重力点联测
1、二等重力点联测起算点为重力基本点、一等重力点或其引点。
2、联测组成的闭合线路或符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。
3、二等联测应尽量采用三程循环法。
4、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。
平面坐标和高程测定
1、重力点坐标采用国家大地坐标系,高程采用国家高程基准。
2、个等级的重力点平面坐标、高程测定中误差不应超过1.0m。
3、加密重力点的点位相对于国家大地控制点的平面点位中误差不得超过100m,相对精度不低于国家四等水准点的高程点的中误差不应超过1.0m,困难地区可放宽到2.0m。
似大地水准面精化
H大地高=h正高+N=h正常高+ξ
似大地水准面精化的方法:
几何法、重力学法、几何与重力学联测法。
GPS水准点大地高测定精度
误差来源:
1、GPS测定大地高的误差;
2、水准测量误差;
3、重力测量误差;
4、地形数据DEM的误差;
在未考虑水准观测起算误差的情况下,如果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:
MξGs=(MG2+MS2)1/2
似大地水准面精化精度主要取决于GPS测定大地高的精度。
第二章海洋测绘
海洋测绘:
海洋测量和海图编制的总称,包括对海洋及其相邻陆地和江河湖泊进行测量和调查,获取海洋基础地理信息,制作各类海图和编制航行资料。
海洋测量的特点:
1、测量工作的实时性。
2、海底地形地貌的不可视性。
3、海量基准的变化性。
4、测量内容的综合性。
海洋测绘的任务:
通过对海面水体和海底进行全方位、多要素的综合测量,获取包括大气、水文、以及海底地形、地貌、地质、重力、磁力等各种信息和数据,并绘制成不同目的和用途的专题图件,为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务。
海洋测绘的分类:
海洋测绘属于测绘学中的二级科学,包括海洋大地测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋跃层测量、海洋声速测量、海道测量、海底地形测量、海图制图、海洋工程测量。
海洋测绘的基准:
指测量数据依靠的基本框架,包括起始数据、起算面至时空位置及相关参量,包括大地基准、高程基准、深度基准、重力基准。
海道测量的平面基准:
通常采用2000国家大地坐标系,投影通常采用高斯---克吕格投影和墨卡托投影两种投影方式。
我国的垂直基准:
陆地高程基准、深度基准。
陆地高程基准采用1985国家高程基准;深度基准采用理论最低潮面,深度基准面的高度从当地平均海面起算,一般应与国家高程基准联测。
海洋定位:
天文定位、光学定位、无线电定位、卫星定位、水生定位。
潮汐观测的目的:
1、为了确定个验潮站的多面平均海面、深度基准面、各分潮的调和常数。
2、为了获得测深时刻测得深度的水位改正数。
海洋测探的手法和手段:
测探杆、测深锤、回声测深仪、机载激光测深系统、多波束测深系统。
海图:
以海洋及其毗邻的陆地为描绘对象的地图。
海图的三大要素:
数学要素、地理要素、辅助要素。
1、数学要素:
建立海图空间模型的数学基础,包括海图投影及与之有关的坐标网、基准面、比例尺等。
2、地理要素:
借助专门制定的海图符号系统和注记来表达的海洋内容。
3、辅助要素:
辅助读图和用图的说明和工具性要素。
海图的种类:
1、按照内容分为:
普通海图、专题海图、航海海图
2、按照存储形式分为:
纸质海图、电子海图
海图分幅
海图分幅的基本原则:
保持制图区域的相对完整、航线及重要航行要素的相对完整,在保证航行安全和方便使用的前提下,尽可能国内减少图幅数量。
分幅:
图幅尺寸为980mm*680mm,特殊情况下可扩大到1020mm*700mm。
海洋测量
一、技术设计的主要内容:
1、确定测量目的和测区范围
2、划分图幅及确定测量比例尺
3、确定测量技术方法和主要仪器设备
4、明确测量工作的主要技术保证措施
5、编写技术设计书和绘制有关图幅
二、技术设计的工作步骤:
1、资料收集和分析
2、初步设计
3、实地勘察
4、技术设计书编写
控制测量
海洋测量中的控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。
平面和高程控制测量的基础是在国家大地网和水准网的基础上发展起来的。
一、平面控制测量
海洋控制测量的方法:
三角测量、精密导线测量
海洋测量控制点分级:
海控一级点、海控二级点、测图点
海控点的分布应以满足水深测量和海岸地形测量为原则
海控一级点、二级点布设的方法:
GPS测量、导线测量、三角测量
测图点布设的方法:
GPS测量、导线、支导线、交会法
平面精度指标:
1、用于平面控制的主要控制点采用常规大地测量的方法测定,其相对准确度为1/100000.
2、采用卫星定位方法测定控制点时,在置信度为95%时,定位误差不得超过10cm。
3、不能用于发展平面控制的次级控制点,采用常规大地测量方法测定时其相对准确度不得大于1/10000.
4、采用卫星定位方法测定时不得大于50cm
高程控制测量
高程控制测量的方法:
1、几何水准测量
2、测距高程导线测量
3、三角高程测量
4、GPS高程测量
利用GPS手段进行高程测量时,应对测区的高程异常进行分析。
一般在地貌比较平坦的区域,已知水准点距离不超过15km,点数不少于4个;困难地区,水准点分布合理情况下不少于3个。
深度基准
海洋测深的本质:
确定海底表面至某一基准面的差距。
目前常用的基准面:
深度基准面、平均海面、海洋大地水准面
海洋测量定位的方法:
1、光学定位包括前方交会法定位、后发交会法定位、侧方交会法定位、极坐标法定位
2、无线电定位包括园—园(两距离法)定位、双曲线法定位、
3、卫星定位
4、水声定位
水深测量
水深测量的主要技术方法:
单波束与多波束回声测深及机载激光测深
水深测量主要工作流程:
水深数据测量、水深数据处理、水深成果质量检查、水深图输出
水深改正与精度要求
一、水深改正
1、吃水改正静态/动态吃水改正
2、姿态改正
3、声速改正
4、水位改正单站/双站/多站水位改正
海图制图
海图总体设计的目的:
确定海图的基本规格、内容及表示方法
海图总体设计的内容:
1、海图图幅设计
2、确定海图的数学基础
3、构思海图内容及表示方法
制图资料:
1、控制测量资料:
包括各类控制点的成果
2、海测资料:
包括各类实测水深、海岸地形图成果及障碍物探测资料
3、成图资料:
包括各类地图、海图、地图集、还图集
4、遥感图像资料:
包括航空摄影测量资料和卫星遥感资料
5、其他资料:
包括各种文字、数字资料和图片资料
制图区域研究
通过各种地图资料、文献资料、社会调查、实地勘察,对制图区域的海洋地理现象和空间分布进行分类分级,从自然、人文、航海、军事等方面进行分析研究,可采用定性、定量或者两者结合的方法进行。
质量控制和成果归档
一、测量成果检验
1、分级检查
自检、三级检查(测量过程检查、最终检查、验收)
测量成果质量检验内容:
1、测量仪器设备检校
2、平面控制
3、高程和潮位控制
4、定位
5、测深
第三章工程测量
工程:
由一群人为达到某种目的,在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。
工程测量的分类:
1、按照测量精度:
普通工程测量、精密工程测量
2、按照工程对象:
建筑工程测量、水利工程测量、线路工程测量、桥隧工程测量、地下工程测量、海洋工程测量、军事工程测量、工业测量、矿山测量、城市测量
3、按照测绘资质分级标准:
控制测量、地形测量、城乡规划定线测量、城乡用地测量、规划检测测量、日照测量、市政工程测量
工程测量的任务
1、规划阶段:
工程勘测
2、建设阶段:
施工测量和监理测量
3、运营阶段:
安全检测
工程测量的内容:
1、控制网建立
2、地形图测绘
3、施工放样
4、质量检测
5、变形监测
工程控制网建立
控制测量:
为建立测量控制网而进行的测量工作;工作内容包括:
平面、高程、三维控制测量。
工程控制网特点
1、测图控制网:
控制范围大,点位分布尽量均匀,点位选择取决于地形条件,精度取决于测图比例尺。
2、施工控制网:
(1)、控制网大小、形状、点位分布应与工程范围、建筑物形状相适应,点位布设要便于施工放样。
(2)、控制网不要求精度均匀,但要保证某方向或某几点的相对精度较高。
(3)投影面的选择应满足“控制点坐标反算的两点间长度应尽可能小”的要求。
(4)、平面坐标系应采用独立坐标系,其坐标轴与建筑物的主轴线平行或垂直。
3、变形监测网
变形监测网除具有施工控制网的特点外,还具有精度要求高、重复观测的特点。
工程控制网建立的过程
设计、选点埋石、观测、平差计算
工程控制网设计步骤:
1、根据控制网建立的目的、要求和控制范围,经过图上规划和野外踏勘,确定控制网的图形和参考基准
2、根据测量仪器条件,拟定观测方法和观测值先验精度
3、根据观测所需的人力、物力,预算控制网控制成本
4、根据控制网图形和观测值先验精度,估算控制网成果精度,改进布设方案
5、根据需要,进行控制网优化设计
工程控制网的布设原则:
1、分级布网,逐级控制
2、要有足够的精度和可靠性
3、要有足够的点位密度
4、要有统一的规格
工程控制网布设:
工程控制网分为:
测图控制网、施工控制网、安装控制网、变形控制网
测图控制网:
1、平面控制网通常采用GPS网的形式一次布网,也可首级网采用GPS网的形式布设,加密网采用导线等常规形式布设。
高程控制网一般采用水准、测距三角高程网的形式布设。
2、平面控制网的精度要能满足1:
500比例尺地形图测图要求,四等以下平面控制网最弱点的点位中误差不得超过±0.1mm,即实地±5cm。
施工控制网
1、施工控制网一般基于施工坐标系布设成独立网
2、施工控制网通常分为二级布设,第一级做总体控制,第二级直接用于施工放样
3、平面控制网通常采用GPS网的形式布设,也可采用导线、边角网、方格网、等常规形式布设;高精度的平面控制网可采用GPS网与三角形网构成的混合网形式布设。
高程控制网通常采用水准网布设。
地下施工控制网通常采用微型边角网、测距导线、水准路线形式布设。
4、施工控制网的精度由工程性质决定,一般要求精度不必具有均匀性,而应具有方向性,有时次级网的精度不低于首级网。
安装控制网
1、一般基于独立坐标系布设成独立网
2、通常一次布网,直接布设成高精度的全面网
3、通常布设为数米至百余米边长的微型边角网形式,全网由形状相同、大小相等的基本图形组成
4、控制网的精度由设备关键部位安装定位的容许误差决定,通常精度、可靠性要求很高
变形监测网
1、范围较大且形状不规则时,可基于国家坐标系布设成符合网或独立网;对具有明显结构性特征的变形体,最好基于独立坐标系构成独立网
2、变形监测网尽量一次布设,也可将参考点一起布设成首级网,再将工作点和目标点一起布设成次级网
3、平面控制网通常采用GPS网、导线网、三角网形式布设
4、变形监测网的精度由变形体的允许变形值决定,一般要求中误差不得超过变形体的1---2mm
控制网优化设计
含义:
在一定的人力、物力、财力等条件下,设计出精度高、可靠性强、灵敏度最高、经费最省的控制网布设方案。
目的:
在一定条件限制下是使控制网具有较高质量。
控制网优化设计分类
1、零类设计(基准设计)
2、一类设计(网形设计)
3、(权设计)
4、三类设计(改进设计、加密设计)
控制网优化设计方法
解析法、模拟法
控制网施测方法
平面:
GPS法、边角测量、导线测量
高程:
水准测量、三角高程测量、GPS水准测量
工程控制网质量准则指标:
精度准则、可靠准则、灵敏准则、经济准则
工程地形图测绘
地形测量:
按照一定程序和方法,将地物、地貌及其他地理要素记录在载体上的测量工作。
任务:
测绘地形图
地形图:
按照一定程序和方法,用符号、注记及等高线表示地物、地貌及其他地理要素平面位置和高程的正摄投影图。
水下地形测量及其特点
水下工程测量:
指测绘水体覆盖下的地形。
任务:
测绘水体地形图和水下断面图
与陆地相比,水下地形图的主要特点:
1、水下地形的平面位置与高程一般使用不同的仪器
2、测量工作一般在运动载体上进行,重复观测几乎不可能
3、水下地形不可见
4、水下地形比较单一,一般只用等高线表示水底地貌
工程地形图测绘过程
工程地形图测绘过程:
1、踏勘与设计
2、图根控制测量
3、地形碎步测量
地形图精度指标
1、平面精度
地物点相对于邻近图根点的点位中误差,城镇建筑区和工矿区不应超过图上±0.6mm。
一般地区不应超过±0.8mm。
水域不应超过图上±1.5mm。
2、高程精度
地形图测绘方法:
模拟法、数字法
地形图测绘方法:
数字地面测图、数字摄影测量与遥感测图、车载移动测图系统测图
图根控制测量
图根点:
直接供测图使用的测图控制点
图根控制在基本控制网下加密,一般不超过2次附和。
图根平面控制网施测的方法:
导线、GPSRTK、
高程:
图根水准、图根三角高程导线
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