动力大地测量读书笔记[五篇模版]

第一篇：动力大地测量读书笔记

动态大地测量读书笔记

张永奇（学号：0826010）

本学期所上的动态大地测量学主要分为八章：（1）总论；（2）地球构造：（3）甚长基线干涉测量；（4）地球自转；（5）固体潮；（6）板块大地构造学说；（7）地壳运动的监测；（8）地震预测。这八章内容叙述通俗易懂，内容详实，把动力大地测量的知识贯穿始终，是一本非常有价值的书籍。通过对这本书进行深入细致的阅读，使我掌握了大量的相关知识，也是我对动力大地测量学产生了浓厚的兴趣。下面我将阅读时得到的一些有重要意义的知识点罗列如下，结合自己的一些看法做一些简单的分析。

首先从总论开始说起，总论的作用时提纲挈领，主要介绍了什么是地球，地球的组成以及运动，地壳运动大体分为两类：1.整体性运动：（1）岁差和章动；（2）地球自转不均匀；

（3）海潮和固体潮；2.地壳运动：（1）全球性板块运动；（2）区域和局部地壳运动；（3）陆地表层沉降。讲了地壳运动的力源机制，观测手段，最后总结了地球动力学的任务：（1）地球自转的研究；（2）固体潮的研究；（3）板块大地构造学说；（4）板块内地壳形变的研究。总之该章将后面的几章内容作了预告，也将后面的几章中的核心问题进行归纳总结。有利于读者进行阅读。

接着说说“地球构造”这一章。地球的内部由地核，地幔，地壳构成。地震与地球内部的关系，地震波有初至波（P波）次波（S波）面波（L波）P波是纵波其中介质点在波的传播方向上前后振动，与声波相似；S波是横波，其中介质点在垂直波的传播方向上振动。P波和S波在三维空间的任何方向传播,因而可以穿过地球内部，称为体波；其中p波可以穿过液体；s波在液体中消失。由于这三种波的传播速度不同，因此从震源到观测站的顺序不同，顺序是P波-S波-L波.在地球自转运动中，地幔和液外核是通过施加在核-幔界面上的耦合转矩而互相发生作用的。其中讨论了四种机制：（1）惯性耦合；（2）摩擦耦合；（3）地形耦合；（4）电磁耦合。地壳均衡学说。这一学说是从静力平衡原理进行描述地壳构造。根据这一原理，如果岩石圈漂浮在软流圈上处于平衡状态，那么大陆的质量过剩和海洋的质量亏损为岩石圈陷入软流圈的深度变化所抵偿，或为密度所抵偿。现在存在三种均衡抵偿模型：

（1）艾黎模型（1855）；（2）普拉特模型（1855）；（3）维宁-曼乃兹模型（1931）；现在讲地球大气：根据大气热状态特性大气圈分为：对流层（0-15km），平流层（15-50km）；中间层（50-85km）；热层（85km以上）；外层。最后讲了地球表面的各种构造形态。（1）沉积盆地：沉积盆地是不断下沉的，在他们的底层史上保存了若干亿年的地面垂直运动的记录，他的重力信息可以为盆地的区域地质构造提供有益的信息；（2）地盾：；（3）造山带；最后讲了断层运动形成的构造形态：（1）正断层：这种断层是一岩石块体向下滑动所沿行的一个倾斜面，是一地区的地壳中的水平张力所引起的。水平张力势必增加该地区的面积，这种断层运动的结果正是增加岩石块体所覆盖的面积。（2）逆断层：这种断层是一岩石块体向上滑动所沿行的一个倾斜面，是一地区的地壳中的水平压缩力所引起的。这种力使岩石层发生形变，如果岩石层没有只够的塑性，就会断裂，而不是褶皱。逆断层正是断裂的结果，在这种断层

上，一个岩石块体骑在另一个之上，以缩小该地区的面积。（3）平移断层：这种断层是一个岩石相对与另一个岩石做水平运动所沿行的一个面，是地壳中方向相反但不沿一条线作用的两个力引起的，其结果是使地壳扭曲，而不是改变面积。关于地震的成因目前有三种假说，但最受人们关注的是断层假说；根据这一假说，岩石圈的局部地区在长期构造里的作用下，积累了大量的应变能，当积累了能量超过了岩石圈能承受的限度时，该地区就出现弹性断裂和错动，形成断层，或者沿已有的断层发生突然的滑动，释放出大量的能量，其中一小部分以地震波的形式传播出去，形成地震。

现在说说“甚长基线干涉测量（VLBI）”这一章。这一章主要介绍了甚长基线干涉测量的原理及在实施观测时要注意的细节，讲了影响VLBI观测的各种因素，其中影响基线方向的因素有岁差，章动，地球周日自转，极移和周日极移；影响测站几何位置的因素是固体潮，天线结构，相对性论引力偏差和还有负荷；直接影响信号延迟的因素是设备的时间延迟和相位延迟，时钟的同步误差以及传播介质。接着讲了VLBI的精度估计，利用VLBI建立惯性坐标系。为了测定和研究各种地球动力问题，以及满足其他方面的需要，一国际协议原点（CIO）和国际时间局（BIH）定义的经度原点为参考所建立的地固坐标系已不适应。需要建立和保持两个基本坐标系：一是协议惯性坐标系CIS，他是一某种规定的方式与河外射电源联系，另一是协议地球坐标系CTRS，他是已某种规定的方式与若干个观测台站联系，并在某种平均一意义上随着地球运动和旋转，是一种地固坐标系；

地球自转这一章讲了很多以前没有认识的新知识。地球在空间运动是有三种运动来描述的：一是地轴方向相对于空间的变化；二是地轴方向相对于地球本体的变化；三是地球绕地轴自转速度的变化。第一部分变化的周期部分称为章动，长期部分称为岁差；第二项变化称为极移；第三部分成为地球自转速度变化或日长变化；极移和地球自转速度变化合成地球自转不均匀。地轴方向相对与空间运动主要是由于日月引力引起的，而日月引力也是引起地球自转不均匀的力源之一，此外地球弹性和液态外核对章动和地球自转不均匀都有影响。然后对岁差和章动做了理论上的分析，总结了地球自转的理论基础。现在主要说一下影响地球自转的各种因素。地球自转不均匀性有两个意义：一是地轴摆动也就是极移；二是自转速度变化。影响地球自转的主要独立因素有四：惯性力，大气层，海潮和日月引力。前三种属于地球系内部的力，是地球自由运动的起因，日月引力属于外力，是地球受迫运动的起因。大气层对地球自转的影响；潮汐摩擦对于地球自转运动的影响；核-幔耦合对于地球自转运动的影响。

固体潮对于我来说是一个崭新的名词。其含义是固体在日月引潮力作用下所产生的周期性变化。地球是刚性的，也有一定的弹性，地幔物质具有某种粘滞性，地核外面是液态。因此实际地球是一个滞弹性体，由于日月引潮力引起地球形变是弹-滞形变。引潮力是作用与地球内一单元质点上的日月引力与地球绕地-月（地-日）公共质心旋转所产生的惯性离心力的合力。随着作用点的不同和日月相对于地球的位置的变化，引潮力的大小和方向也发生变化。基于地球是一个弹滞体，提出平衡潮理论和引潮力位。所谓的平衡潮理论就是说假设地

球是一个绝对的刚体，其表面全部被静止的和不可压缩的海水所包围，形成一个重力位水准面；这个面在日月引潮力和重力 下产生潮汐运动，研究这种运动的理论称为平衡潮理论。引潮力为是一个标量，将其求导就是引潮力。影响固体潮观测的各种干扰因素可分为两类：一是与固体潮同频率的；二是非周期性的。前者在时间序列观测列中同真正的固体潮信号混在一起，他的各个分量的频率同信号频率一样。与固体潮同频率的干扰因素主要是海潮和大气潮影响。非周期的干扰因素是天然的和人为的非周期性地面运动，海水水位变化和长期的气候变化等。最后测站所在地的局部效应可能对固体潮观测结果带来重大的影响，如空洞效应，地形不规则性，地质不均匀性和地下水位变化等。研究固 体潮的重要意义在于，对于固体潮，人们可以从理论上精确计算其作用力以及刚体地球因此产生的形变，并于实际的地球的形变比较，有两者之差来研究地球内部构造和动力现象。对于其他的动力现象，人们无法建立这样的数学模型，从理论上推算其影响的大小，有的动力现象甚至连其激发机制还不清楚，这一情况说明了研究 固体潮的首要意义。就大地测量来说，他的观测精度已经足以满足监测各种地球动力现象，但观测结果中混杂有各种动力效应。显然大地测量的观测结果只有消除了固体潮影 响之后，才能用于研究其他的动力现象。

“板块大地构造学说”这是综合有关地球上层运动的若干假说而形成的一种统一的学说，她提供地球上层的运动模型，用于解释目前地球上层中发生的构造运动和地震活动而这些运动则是由于以地震带为其边界的全球若干个刚性块体相互作用的结果。关于板块构造学说的起源，可以追溯到德国的韦格纳于1912年提出的大陆漂移说。他的设想是这样的：大约3亿年前，北美大陆同欧亚大陆是相连的，南美大陆和非洲是相连的这个巨大的块体称为范古陆，南半球大陆也附在其上。大约在2亿年前开始漂移。关于大陆漂移的驱动机制，霍姆斯最早提出地幔对流说，并用于解释大西洋的成因。地幔热对流在开始时，上升的对流住朝着范古陆的中心冲击，并朝着相反的方向分成两股，有把大陆撕裂的趋势。当对流足够强烈时，大陆终于被撕裂，分成两半载于方向相反的两对流住上，并被他们带到向左右两方漂移。在地幔对流层中，热对流是由地幔物质内部密度差或温度差所驱使的。海洋研究的进展从三个方面支持了地幔对流说：一是海底地壳热流量测量；二是深海地震测深，三是海洋重力测量。赫斯与1961年提出了海底扩张说，他认为中央海岭是地幔对流物质的出口，新的海底地壳由这些上涌的物质在这里形成，同时向海岭两侧扩张。迪茨也是大约在1961年提出海底扩张学说，而且更为明确，他认为不仅地壳是刚性的，直到地球表层以下约70公里都是为刚性的岩石圈，而且它的下面还有一个软流圈，岩石圈能够在它上面比较自由的运动。全球板块分布模型。板块边界并非大陆边缘，全球板块分布于大陆和海洋 的分布无关，在六个大板块中，除了太平洋板块完全是水域外，其余五个板块都兼有海洋和陆地。建立全球板块运动模型是为了测定各板块相对于某一参考标架的运动，是了解发生在板块边界上的各种构造现象和解释板块大地构造的基础。以某一板块为参考的板块运动，称为板块相对运动包括两个参数：速度，方向。测定板块相对运动速度的方法有文因-马修斯法，二是地形法，三是布鲁内法。测定板块相对运动方向的方法有转换断面法，二是断层面解法，前者适合板

块生成边界，后者适合板块消失边界。为了求定绝对板块运动，过去采用两种方法：1.古地磁学法；2.古气候学法。前者所用的参考标架是与地磁偶极子轴发生关系的；后者采用的参考标架则与地理轴发生联系。板块构造学说有两项基本原则：其一是板块内部是刚性的；二是板块边界是狭长的。板块大地构造学说认为，板块是作为一个刚性整体而运动的，它的形变主要发生在边界上。在大陆的内部，岩石圈的断裂和褶皱是很剧烈的，远不能把板块看成一个刚体。在大陆板块内部，个别地区地震活动也很剧烈，震中的分布范围相当宽。因此不论是发生在板块边界还是内部的地震，实质上都是板块运动的结果，其主要的力源是地应力。最后讲了研究板块大地构造活动的重要意义：一是寻找矿产资源；二是减灾。

下面是地壳运动的监测，这章是整本书的核心。涉及到很多地壳形变的概念。是研究地学的基础。所谓地壳形变就是在地球内部构造应力的作用下所引起的地壳一些元素的相对运动。他们可以是垂直运动，水平运动也可以是倾斜运动。综合表现为大面积的地壳形变。监测地壳形变运动的目的有四：1.测定板块运动的参数。2是测定大陆板块和海洋板块的内部形变；3.是测定板块边界与大陆地震有关的区域形变和应变积累；4.是测定其他地震活动区的区域形变和局部形变。为了达到上述目的需要建立三级地壳运动监测网：1.全球板块运动监测网；2.区域地壳运动监测网；3.局部地壳运动监测网。为了建立全球板块运动监测网，用于测定板块运动参数和板块内部形变，一般要求每一块上的稳定部分，至少布设三个测站。空间尺度由几百公里到1000公里的瞬间构造运动，一般是区域地壳运动，为了建立区域地壳形变运动监测网，现在都采用空间大地测量技术。区域地壳形变监测网对于应变积累情况有着重要的意义。为了测定现代地壳垂直运动，传统上都采用重复精密水准测量。但这一方法存在缺陷：1.是作业效率低；2.是由于地面折射引起的系统误差的积累；3.是重复水准测量所得到的高程变化不完全是地壳垂直运动，含有因地壳质量迁移引起的大地水准面变化。要想改进方法，必须要精确测定大气层的传播延迟的影响。地壳运动监测的现状。为了监测板块边界变形所需要的较高空间分辨率是利用VLBI和激光测卫流动站来实现。到1985年全球板块运动监测网已经包括拥有VLBI和激光测卫系统的44个固定台站（包括上海天文台）参数获取，处理和分发的各家科学机构共有41家。地壳应变分析。应力的概念，地壳是具有一点弹性的，当作用于它的地应力不超过地壳岩石的弹性强度时，就产生弹性应变，成为地应力。应力分为法向应力和切应力，若通过一个面的法向应力为正，则成为张应力，为负就是压应力。张应力将该面的质量从负方的质量拉开，压应力使正方向的质量向负方向的质量压缩。应变有两种量度：一是一条线的长度变化，二是两条线的之间的角度变化分别成为线应变和切应变。应变的第三种形式是面膨胀，第四种形式是刚体旋转角。

最后一章是地震预测。地震是由于地球内部由应力所积累的应变能的突然释放。在这种冲击下，地壳或地幔的岩石突然破裂，产生地震波，从而在相当范围内引起地面震动。一次地震所需要的能量是长期积累起来的。当这种积累的能量超过岩石的强度时就已地震的形式在很短的时间内被释放。按震源的深度，分为浅源地震（<60km）中源地震（61-300km）深源地震（超过300km）。按照地震成因分为构造地震，火山地震，诱发地震。上面定义的地

震是构造地震。火山喷发前地下岩浆冲动，或者喷发时火山口内气体大爆炸所构成的地震叫火山地震。由于人类活动（水库蓄水，深井注水，地下核爆炸）破坏了局部的地壳稳定性所导致的地震称为诱发地震。按照强度（以震级M表示）可以划分为小地震（M<3）有感地震（38）.全球化分为三个地震带：环太平洋地震带，释放地震能量占全球总量的75-80%；地中海-南亚地震带，释放地震能量占全球总量的20%；全球断裂的地震带；中国位于欧亚板块的东南部，为印度洋板块，欧元板块，太平洋板块和菲律宾板块所挟持，又处于环太平洋地震带与地中海-南亚地震带之间。但中国地震并不属于这两个地震带（台湾东部和西藏云南局部地区除外），而是自成体系，显示出许多独有的特征，如分布广，强度大，频度高，震源钱，复发周期长等。根据对地震孕育的物理过程以及在此过程中地壳岩石物理性质和力学状态变化的认识，预测未来地震发生的时间地点和强度，称为地震预测。根据地震发生的地质构造条件宏观估计地点和强度，并据此以在大范围内划分未来各种不同强度的地震危险区，称为预测地震的地质方法。地震预测研究迄今没有得到突破，但是人们对于地震的了解比过去深入，表现为三个方面：第一，人们已经辨认出西北太平洋板块消失带史前大地震的地址证据，地壳应变的大地测量结果与两次地震间的弹性应变积累一致。第二，史前地震的地质研究以及人们对于地震周期的认识的提高，使得某些地区发生地震的可能性作区域性估计成为可能。第三，对于一些地区与分布在板块间的形变相联系的地震风险有了更好的评估能力。异常地壳构造运动是脱离了刚性板块运动模型的地壳构造运动。他们可以归纳为两类：一是大尺度或区域尺度非刚性状态的运动，例如板块形变和板块边界地区的形变；二是瞬变运动或非恒定运动，主要表现为形变的时变变化，例如震后形变和无震形变。地壳形变的时空变化，以及应变积累和在岩石圈内的传播，是与地震预测密切相关的两个问题。两个板块沿转换断层的相对运动可能不受阻挡，也可能被沿断层额摩擦力暂时阻滞，由于岩石圈板块具有一定的弹性，这种阻滞导致应变积累。在板块挤压边界上，也产生这样的应变积累。应变积累可以在地面上观测出来，他表现为地面点相对位移和地壳垂直运动（地面隆起或沉降），而伴随这些运动的质量迁移又引起重力变化，这种变化是可以测量的。根据边界应变累积的观测结果得到：1.最大长期应变积累率（板块相对运动速度除以应变积累地带的宽度）的典型值是3×10-7/年；2.应变积累过程很大一部分可以认为是地下深处板块断层边界的滑动；3.在应变积累过程中，会引起宽度为100km或更宽的地带中的某种弹性形变。根据长期的地壳形变观测结果，人们认识到与地震活动有关的地壳形变一般可以分为长期平稳，震前异常，发震和余震四个阶段。第一阶段的特征是应变积累平稳而缓慢，经历时间长；第二阶段的特征是应变积累速度快，方向改变，但经历的时间 不长；到了第三阶段，积累达到极限，介质破裂应变能量突然释放；第四阶段释放剩余应变能量，速度转慢，逐渐恢复正常。大地测量为地震预测研究提供的信息是多方面的，主要包括：1.以高精度和严密的措施实施重复水准测量；2.在各种规模的检测区中布设基线网或辐射状的测距边，用电磁波测距仪测定他们的长度变化，以提供水平应变积累数据。3.地壳运动的检测包括板块边界的检测，区域监测

和局部监测，以提供全球，区域和局部范围内应变传播和积累的信息。4.在适宜的地点设置伸缩仪和倾斜仪内固定观测站，进行连续观测。5.在重点监测区设置GPS固定观测站网，进行连续观测。为此，需要建立卫星 定轨系统，以提供精密星历。6.除了精密水准测量需要伴随有重力测量之外，凡是地壳运动显著的地区，需要由重复重力测量推求重力变化。7.系统地分析有关天文台站用经典光学天体测量仪器所得到的时间和纬度观测结果，主要异常现象。从预测的时间来划分可以分为长期预测，中期预测，短期预测。震前异常现象主要要7类：地壳形变异常以及伴随重力变化异常；地震活动异常；地磁异常；地电异常；地下水异常；地声与地光异常；动物习性异常。

上面就是这本书的全部内容的总结，里面是一些我认为比较经典和重要的知识点，虽然有些以前是了解的，但通过阅读本书，对这些概念和理论有了更进一步的认识。从中学到了很多的新知识。但是这些知识整本书的很小一部分，里面有太多的详细解释和实例，可以帮助我们进行理解。动力大地测量这门课与空间大地测量以及大地构造与地壳形变紧密相连，是一个相辅相成的有机整体。因此学习本书也就间接学习了空间大地测量以及大地构造与地壳形变的内容。

这本书博大精深，每阅读一次就有不同的收获，里面有很多知识点比如说，极移，章动，正断层，逆断层，固体潮，地壳形变，地震预测等等。尤其是地壳形变监测这一章，里面介绍了如何对地壳形变进行监测，交代了许多形变的特征，比如说应变，应力，剪应力，面膨胀等，对我的专业研究方向指明了道路。作为一门研究生课程，这本书真正做到了深入浅出，通俗易懂的效果。里面的很多内容代表了当时的研究水平和科学方向，对当时的科学研究是一种指导，就是现在，仍然具有其实用意义和参考价值。

以上就是我的阅读心得，有什么不妥之处，希望老师批评指正，若此，我将不胜感激。

学生：张永奇

2009.6.2

第二篇：天文大地测量

天文导航利用对自然天体的测量来确定自身位置和航向的导航技术。由于天体位置是已知的，测量天体相对于导航用户参考基准面的高度角和方位角就可计算出用户的位置和航向。

天文定位的基本问题是通过天体高度求天体船位线，按照天球和地理的对应关系，被测天体在观测时刻所对应的地理位置，即天体向地亡投影的地面点，称为星下点(s)o天体星下点的经度和纬度分别等于该天体在观测时刻的格林时角和赤纬，二者均可根据被测时间从航海天文历中查得。观测所得天体高度(h)的补角为天体顶距(z)，即：z=90。-h观测时的测者必定位于以星点为中心，以天体顶距在地面所跨距离为半径的圆上，这个圆称为天文船位圆。观测两个不同的天体可得两个天文船位圆，两圆相交，靠近推算船位的交点就是天文船位。天体船位圆一般很大，对定位有用的仅是靠近推算船位的在实用上可视为直线的小弧段，称为 天文船位线。通常在晨昏蒙影时间内同时观测两个以上星体求得天体船位线相交点定位；或在白天间隔一定时I可观测太阳求得天文船位线，按照航向和航程移线相交定位。航海者常奖上午的太阳船位线移线与观测太阳中天高度求得的纬度线相交得出的中天天文船位.目前，航海学船舶定位基本上有三种方法：电子导航，地文导航，天文导航其中天文导航系统不需要其他地面设备的支持，所以是自主式导航系统。它不受人工或自然形成的电磁场的干扰，不向外辐射电磁波，隐蔽性好，定位、定向 的精度比较高，定位误差与定位时刻无关，它不但能实现全球定位，而且在其定位精度比较高的基础上，还具有在大洋航行中其它导航方法所到之处不具备的精确定向之独特优点。

四、天文导航的局限性及解决途径

现行的天文导航技术虽然可靠可行，但是其方法工作繁，定位慢，精度差，掌握难。天文导航受天气条件限制，目前手持仪器天文定位法仍依赖水天线，因此昼夜满天星辰却无法定位，白天水天线不清也只能望日而欲罢而不能。目前天文定位正从如下几方面改进：实现定位计算全部自动化。各国已研制出多种航海计算器或天文定位计算器．有些已达到实现计算全部自动化的要求。扩大夜时观测的时机。如40年代出现的几种人工地平气泡，陀螺六分仪．70年代前后出现的光增强夜视六分仪、昼夜数字六分仪、遥控微光电视照相六分仪，计算机六分仪等．但大部分仍处在完善或降低价格阶段。提高海上观测的精度。如研究连续观测 高度、自动平差的仪器设备等。开发天文定位的新途径。如测定天体其他参数或其他的辐射波。20世纪50年代开始研制的射电六分仪．就是观测天体的无线电波。天文定位与其他导航仪联合使用，取长补短。如已出现的组合导航系统与无线电定位相比．天文定位受天气条件限制．解算复杂费时，但却有独立性强，仪器简单。费用节省．隐蔽性好，没有覆盖区限制．定位误差稳定．没有积累误差等优点。现阶段商业航海中电子导航技术发展迅速，占据了现代导航的主导地位，目前天文导航其作为导航最重要的备用系统，我们相信通过人类的努力，天文导航一定能突破天气的限制，发挥其独特的优点，实现全球，全天候，全方位实时定位。

第三篇：大地测量实验报告

大地测量实习报告

学 号：

姓 名：

班 级：

专 业：

课程名称：

指导老师：

2014年04月

目录

前言..................................................................................................................................................3

一、大地测量坐标与空间直角坐标的相互转换...................................................................4

1.1坐标正算：.........................................................................................................................4 1.2坐标反算：.........................................................................................................................5

二、高斯投影正反算.......................................................................................................................6

2.1高斯投影正算.....................................................................................................................6 2.2高斯投影反算.....................................................................................................................8

三、扩展.........................................................................................................................................14 1．高斯投影正算公式：.......................................................................................................14 2．高斯投影反算公式：.......................................................................................................15

四、总结.........................................................................................................................................16 附坐标转换C程序........................................................................................................................19

前言

本课程是测绘工程专业及相关专业学生及工程科技人员应掌握的一门专业基础课。它涵盖了大地测量整个领域的基本理论和方法，其中包括地球重力场及地球形状，坐标系建立，地球椭球几何与物理性质，地图投影及坐标计算和核算，控制网布设等。学习本课程的内容，能够为后续专业课的学习及继续深造打下比较牢固的基础；同时为相关专业学生奠定有关地学大地测量方面的基础知识，为今后工作奠定基础。因此，这是测绘工程专业及相关专业教学实施的重要任务之一。

本课程要求学生在具有测量学，高等数学，线性代数，测量平差，普通物理以及计算机的应用技术知识的基础上进行学习，并要求不但要掌握大地测量的基本理论，而且也要掌握大地测量的基本技术与观测方 法。老师应具有比较宽厚的大地测量理论知识、丰富的实践经验和教学经验，并要跟踪本学科发展前沿动态，在教学中结合网络资源采用导向性的教学方式，结合多媒体等现代化教学手段达到最佳的教学效果。

上机实习的内容主要有：大地测量坐标与空间直角坐标的相互转换，高斯投影正反算，以及它们的应用与改进方法。

一、大地测量坐标与空间直角坐标的相互转换

1.1坐标正算：

式中，B为纬度，L为经度, H为大地高,X、Y、Z为空间坐标.N=a/W, N为椭球的卯酉圈曲率半径 a为椭球的长半轴，a= 6378.137km, b为椭球的短半轴,b= 6356.7523141km.W为辅助函数，, ,.e为椭球的第一偏心率，e2 =0.00669437999013.1.2坐标反算：

式中

B为纬度，L为经度, H为大地高,X、Y、Z为空间坐标.a为椭球的长半轴，a= 6378.137km, b为椭球的短半轴,b= 6356.7523141km.地球半径R，N=a/W, N为椭球的卯酉圈曲率半径 W为辅助函数，, e为椭球的第一偏心率，e2 =0.00669437999013.,.，二、高斯投影正反算

2.1高斯投影正算

高斯投影必须满足以下三个条件：

①中央子午线投影后为直线；②中央子午线投影后长度不变；③投影具有正形性质，即正形投影条件。

由第一条件知中央子午线东西两侧的投影必然对称于中央子午线，即

0(8-10)式中，x为l的偶函数，y为l的奇函数；l330，即l/1/20，如展开为l的级数，收敛。

xm0m2l2m4l4m6l6ym1lm3lm5l35（8-33）

式中m0,m1,是待定系数，它们都是纬度B的函数。由第三个条件知：

xyxy, qllq(8-33)式分别对l和q求偏导数并代入上式

dm0dm22dm44m13m3l5m5llldqdqdqdm33dm55dm1352m2l4m4l6m6lllldqdqdq24

(8-34)上两式两边相等，其必要充分条件是同次幂l前的系数应相等，即 dm0m1dq1dm1m22dq 1dm2(8-35)m33dq(8-35)是一种递推公式，只要确定了

由第二条件知:位于中央子午线上的点，投影后的纵坐标x应等于投影前从赤道量至该点的子午线弧长X，即(8-33)式第一式中，当l时有：

xm0就可依次确定其余各系数。

0Xm0(8-36)顾及(对于中央子午线)dXMdB dBNcosBr2VcosBdqMM得：

dm0dXdXdBcm1rNcosBcosB(8-37,3dqdqdBdqV8)1dm11dm1dBNm2sinBcosB2dq2dBdq2(8-39)依次求得m3,m4,m5,m6并代入(8-33)式，得到高斯投影正算公式

NN232244xXsinBcosBlsimBcosB(5t94)l22244N5246sinBcosB(6158tt)l7206

yNN3223cosBlcosB(1t)l63 N5242225cosB(518tt1458t)l5120

2.2高斯投影反算

x,y B,l

投影方程：

B1(x,y)l2(x,y)(8-43)满足以下三个条件：

①x坐标轴投影后为中央子午线是投影的对称轴；② x坐标轴投影后长度不变；③投影具有正形性质，即正形投影条件。高斯投影坐标反算公式推导要复杂些。

①由x求底点纬度(垂足纬度)Bf,对应的有底点处的等量纬度qf，求x,y与qqf,l的关系式，仿照(8-10)式有，qq(x,y)ll(x,y)

由于y和椭球半径相比较小(1/16.37)，可将q,l展开为y的幂级数；又由于是对称投影，q必是y的偶函数，l必是y的奇函数。

(8-45)qn0n2y2n4y4ln1yn3y3

n0,n1,n2,是待定系数，它们都是x的函数.由第三条件知：

qlxy，lq，xy(8-21)(8-45)式分别对x和y求偏导数并代入上式

dn0dn22dn44yyn13n3y25n5y4dxdxdxdn33dn55dn1352n2y4n4y6n6yyyydxdxdx

上式相等必要充分条件，是同次幂y前的系数相等，dn01dn11dn21dn3n1,n2,n3,n4, dx2dx3dx4dx 第二条件，当y=0时，点在中央子午线上，即x=X，对应的点称为底点，其纬度为底点纬度Bf，也就是x=X时的子午线弧长所对应的纬度，设所对应的等量纬度为qf。也就是在底点展开为y的幂级数。由(8-45)1式

n0qf

依次求得其它各系数

dn0dqfdqdqdBM111n1dXdXdXfdBdXfNcosBMfNfcosBfrf(8-51)

tf1dn11dn1dBn2 22dXf2dBdXf2NfcosBf(8-51)1

…………

将n0,n2,n4,n6代入(8-45)1式得 qqftf2NcosBftf6f2fy2tf24NcosBf2f4f56t2f4424yff720NcosBf61180t2226120t44648tyffff

(8-55)1 qqf24t2yf4NcosBf4f2632246t2(56t4)yffff224N6cosBff

qqf3ty6f3f8NcosBfy的关系。

(8-55)将n1,n3,n5代入(8-45)2式得(8-56)2式。(最后表达式)②求BBf与x,MdB知： 由(8-7)式dqNcosBBf(q),Bff(qf)(8-47)Bf(qfqqf)f(qfdq)

(8-48)按台劳级数在qf展开

3dB1d2B1dB23Bf(qf)dqdqdq23dq2dqf6dqff

(8-49)

3dB1d2B1dB23BBfqqqqqqfff23dq2dqf6dqff

(8-50)由(8-7)式可求出各阶导数：

dB2VfcosBfdqf(8-53)

d2B24sinBcosB(143ffff)dq2f(8-54)1

d3B32222442cosB(1t513t727ffffffftf)(8dq3f-54)2 …………………

将式(8-55)1,(8-55),(8-53),(8-54)代入(8-50)式并按y幂集合得高斯投影坐标反算公式(8-56)1, BBftftf2MfNf5fy2tf24MfN3f53t2f9ty2f22ff4720MfN46y6190t245tyffyy322l12tff3NfcosBf6NfcosBfy524222528t24t68fffftf5120NfcosBf

三、扩展

在高斯投影坐标计算的实际工作中，往往采用查表和电算两种方法，为此基于高斯投影的正反算，相应的也有两种实用的公式，一下仅以实用于电算的高斯投影坐标计算为例。1．高斯投影正算公式：

111xXNtm2(5t29244)m4(6158t2t4)m6

24720211yNm(1t22)m3(518t2t4142582t2)m5

6120180m60(13t224)m312(2t2)m5

式中，x，y分别为高斯平面纵坐标与横坐标，为子午线收敛角，单位为度。

X为子午线弧长，对于克氏椭球：

X111134.8611B(32005.7799sinB133.9238sin3B0.6976sin5B0.0039sin7B)cosB

对于国际椭球：

X111134.0047B(32009.8575sinB133.9602sin3B0.6976sin5B0.0039sin7B)cosB

其余符号为：

ttgB,2e'2cos2B,Nc12,mcosB180l,lLL0

a2a2b2，称作第二偏心率；c，称作极曲率半径。L0为中央e'2bb子午线经度。

对于克氏椭球：

e'20.0067385254147,c6399698.90178271对于国际椭球：

e'20.0067395018195,c6399596.65198801算出的横坐标y应加上500公里，再在前冠以带号，才是常见的横坐标形式。

2．高斯投影反算公式：

12fBBf224246tf90n27.5(53t22ff9ftf)n0.25(6190tf45tf)n l123245180n30(12t2ff)n1.5(528tf24tf)n cosBftf180n60(1t2f32452 f)n12(25tf3tf)n

式中，Bf为底点纬度，以度为单位。n公式，只是以底点纬度代替大地纬度。

y12fc，其余符号同正算

四、总结

我们在测绘，地质工作中，常常会遇到不同坐标系统间，坐标转换的问题。目前国内常见的转换有以下 3 种：1，大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）的转换；2，北京 54对西安 80 及 WGS84 坐标系的相互转换；3，北京 54 对地方坐标的转换。常用的方法有参数法、四参数法和七参数法。大地坐标（BLH）对平面直角坐标（XYZ）的转换

该类型的转换常用于坐标换带计算！对于这种转换应先确定转换参数，即椭球参数、分带标准（3 度，6 度）和中央子午线的经度。椭球参数就是指平面直角坐标系采用什么样的椭球基准，对应有不同的长短轴及扁率。对于中央子午线的确定有两种方法，一是根据带号与中央子午线经度的公式（3 度带 L=3n, 6 度带 L=6n-3）计算。在 3 度带中是取平面直角坐标系中 Y 坐标的前两位乘以 3，即可得到对应的中央子午线的经度。另一种方法是根据高斯-克吕格投影分带各中央子午线与带号的对应关系图表确定。

确定参数之后，可以用软件进行转换。

以下以坐标转换软件 COORD GM 说明如何将一组 6 度带的 XYZ 坐标转化为当前坐标系统下的（BLH）及 3 度带的（XYZ）坐标。已知点 C1003 其 6 度带的北京 54 坐标为 X=3291807.790 米，Y=20673770.085 米，Z=111.145 米可知该点 6 度带的中央子午线为 117 度，3 度带为 120 度。

首先打开 COORD GM,坐标转换→换带计算。然后设置好转换前后的中央子午线如图设置转换前中央子午线：

再在主界面上输入相应的坐标值就可以输出（BLH）及 3 度带的（XYZ）坐标。如图：大地直角坐标（BLH）

小结：对于转换点较多的情况可采取文件转换的方法。由于该转换在同一个椭球里完成所以是严密的，高精度的。

附坐标转换C程序

坐标正算程序

#include #include #define PI 3.141592653 #define E 0.006694379 #define a 6378137 int main(){ double dd1,mm1,ss1,dd2,mm2,ss2,B,L,H,N;double X,Y,Z;printf(“enter the dd1,mm1,ss1,dd2,mm2,ss2,H:”);scanf(“%lf%lf%lf%lf%lf%lf%lf”,&dd1,&mm1,&ss1,&dd2,&mm2,&ss2,&H);B=(dd1+mm1/60.0+ss1/3600.0)*PI/180.0;L=(dd2+mm2/60.0+ss2/3600.0)*PI/180.0;N=a/sqrt(1-E*(sin(B)*sin(B)));X=(N+H)*cos(B)*cos(L);Y=(N+H)*cos(B)*sin(L);Z=(N*(1-E)+H)*sin(B);printf(“%lfn%lfn%lfn”,X,Y,Z);return 0;} 高斯正算程序

#include #include #define a 6378137 #define E1 0.00669437999013 #define E2 0.00673949674227 #define p 1 #define PI 3.14***9 main(){ double B,L,m0,m2,m4,m6,m8,X,a0,a2,a4,a6,a8,x,y,N,t,l;printf(“enter the B,L:”);B=PI/6.0;L=PI*2.0/3.0;l=2.0*PI/180.0;m0=a*(1-E1);m2=3/2*E1*m0;m4=5/4*E1*m2;m6=7/6*E1*m4;m8=9/8*E1*m6;a0=m0+1/2*m2+3/8*m4+5/16*m6+35/128*m8;a2=1/2*m2+1/2*m4+15/32*m6+7/16*m8;a4=1/8*m4+3/16*m6+7/32*m8;a6=1/32*m6+1/16*m8;a8=1/128*m8;X=a0*B-1/2*a2*sin(2*B)+1/4*a4*sin(4*B)-1/6*a6*sin(6*B)+1/8*a8*sin(8*B);N=a/(sqrt(1-E1*sin(B)*sin(B)));t=tan(B);x=X+1/2*(N/(p*p))*sin(B)*cos(B)*l*l+1/24*N/(p*p*p*p)*sin(B)*cos(B)*cos(B)*cos(B)*(5-t*t+9*E2*cos(B)*cos(B))*l*l*l*l;y=N/p*cos(B)*l+1/6*N/(p*p*p)*cos(B)*cos(B)*cos(B)*(1-t*t+E2*cos(B)*cos(B))*l*l*l+1/120*N/(p*p*p*p*p)*cos(B)*cos(B)*cos(B)*cos(B)*cos(B)*(5-18*t*t+t*t*t*t)*l*l*l*l*l;printf(“%lfn%lfn”,x,y);return 0;

第四篇：大地测量复习提纲

《大地测量学基础》复习提纲

一、范围、形式及要求

范围：课堂上没有讲过的内容一律不考。

形式：闭卷。

要求：概念清楚；考试时带计算器。

要求“了解”的内容中可能会有“每题2分”的小题，但不会有“每题10分”的大题。

二、试题结构（题型）

填空题（每题2分，共20分）

选择题（每题2分，共30分）

问答题（每题10分，共30分）

计算题（每题10分，共20分）

三、各章节复习要求

第一章绪论

了解：大地测量学的基本体系和内容。

第二章坐标系统与时间系统

了解：地球的自转；三种地球自转运动规律；几种常用的时间系统。

掌握：坐标系统的基本概念；地固坐标系；坐标系之间的换算。

第三章地球重力场及地球形状的基本理论

了解：垂线偏差和大地水准面差距。

掌握：地球重力场的基本原理；高程系统（常用高程系统的定义及其相互关系；正常水准面不平行性及其改正数计算）。

第四章地球椭球及其数学投影变换的基本理论

了解：地球椭球的几何参数；椭球面上的常用坐标系；椭球面上几种主要的曲率半径；地图投影的概念与高斯投影；正形投影的一般条件；平面子午线收敛角；方向改化；通用横轴墨卡托投影（UTM投影）。

掌握：大地线；将地面观测值归算至椭球面；高斯投影坐标正反算；距离改化；邻带坐标换算；工程测量投影面与投影带的选择；控制测量概算的目的及内容。

第五章 大地测量基本技术与方法

了解：国家水平控制网和高程控制网的布设形式、布设原则；精密光学经纬仪的基本构造；电子经纬仪测角原理；经纬仪的视准轴误差、水平轴倾斜误差及垂直轴倾斜误差；偏心观测与归心改正；电磁波测距基本原理和基本公式；精密水准仪和水准尺的构造特点；水准测量概算。

掌握：工程水平控制网技术设计的内容与步骤；精密测角的误差影响及基本原则；方向观测法；光电测距的作业方法、基本要求、成果处理、误差分析；精密水准测量误差来源及其削减措施；精密水准测量的实施；三角高程测量。

第五篇：大地测量名词解释

1.水准面—静止的液体表面称为水准面，水准面是野外测量工作的基准面

2.大地水准面—设想海洋处于静止平衡的状态时*+-延伸到大陆下面且保持处处与铅垂线

正交的包围整个地球的封闭的水准面

3.参考椭球—我们吧形状和大小与大地体相近，且两者之间相对位置确定的旋转椭球称….4.垂线偏差µ—地面一点的垂线方向与所选择的椭球面上相应点的法线方向之间的夹角

5.大地水准面差距N—大地水准面与椭球面在某一点上的高差

6.天文坐标系—地面点p在大地水准面上的位置用天文经度λ和天文纬度ψ表示

7.正高—若地面点不在大地水准面上，它沿铅垂线到大地水准面的距离称为…

8.天文纬度—p点的垂线方向与赤道面夹角ψ称为p点的天文纬度，p点的天文子午面与

起始子午面的夹角λ称为p点的天文纬度

9.天文坐标方位角α—过p点铅垂线和另地面点q所作的垂直面与过p点的天文子午面的夹角

10.大地坐标系—以椭球的赤道为基圈，以起始子午线为主圈，对任意点的坐标为（L,B,N）

11.大地经度L—过P点的椭球子午面与格林尼治的起始子午面之间的夹角，东正西负

12.大地纬度B—过p点的椭球面发现与椭球赤道面的夹角

13.大地高度H—由p点沿椭球面法线至椭球面的距离

14.高斯投影—横轴椭圆柱等角投影

15.重力位水准面—重力位W取不同常数时，得到的一簇曲面即….任意点的重力垂直于其…

16.正常椭球—即旋转椭球，正常重力位是对应于正常椭球所产生的重力位

17.理论闭合差—忧郁水准面不平行所产生的闭合差

18.似大地水准面—按地面各点正常高沿线铅垂线向下截取相应的点，将许多这样的点联成的一个连续曲面

19.子午圈—包含旋转轴的平面与椭球面相截所得的椭圆

20.平行圈—垂直于旋转轴的平面与椭球面相交的圆

21.法截线—过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面的法线，包含这条法线的平面叫做

法截面，法截面与椭球面的截线叫法截线

22.卯酉圈曲率半径—过椭球面上一点的法线，可作无限多个法截面，其中一个与该点子午

面相垂直的法截面同椭球面相截形成的闭合圈称…

23.斜截线—不包含法线的平面与椭球面的截线(平行圈就是一条重要的斜截线)

24.大地线—椭球面上两点间的最短程曲线（几何定义大地线上每点的密切平面都包含该点的曲面法线，即大地线上各点主法线与该点的曲面法线重合，故大地线是一条空间曲线）

25.平面子午线收敛角γ—就是通过该点的子午线投影的切线方向与过该点的纵坐标线之

间的夹角

26.墨卡托投影—等角正圆柱投影，常用等角割圆柱投影（UTM投影属于横轴等角割椭圆

柱投影）