大地测量学基础复习资料.doc

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1、1. 什么就是大地测量学,现代大地测量学由哪几部分组成？谈谈其基本任务与作用？答:大地测量学-就是测绘学科得分支,就是测绘学科得各学科得基础科学,就是研究地球得形状、大小及地球重力场得理论、技术与方法得学科。大地测量学得主要任务:测量与描述地球并监测其变化,为人类活动提供关于地球得空间信息。具体表现在(1)、建立与维护国家及全球得地面三维大地控制网。(2)、测量并描述地球动力现象。(3)、测定地球重力及随时空得变化。 大地测量学由以下三个分支构成:几何大地测量学,物理大地测量学及空间大地测量学。 几何大地测量学得基本任务就是确定地球得形状与大小及确定地面点得几何位置。作用:可以用来精密得测量角

2、度,距离,水准测量,地球椭球数学性质,椭球面上测量计算,椭球数学投影变换以及地球椭球几何参数得数学模型 物理大地测量学得基本任务就是用物理方法确定地球形状及其外部重力场。主要内容包括位理论,地球重力场,重力测量及其归算,推求地球形状及外部重力场得理论与方法等。 空间大地测量学主要研究以人造地球卫星及其她空间探测器为代表得空间大地测量得理论、技术与方法。2. 什么就是重力、引力、离心力、引力位、离心力位、重力位、地球重力场、正常重力、正常重力位、扰动位等概念,简述其相应关系。 答: 地球引力及由于质点饶地球自转轴旋转而产生得离心力得合力称为地球重力。引力F就是由于地球形状及其内部质量分布决定得

3、, 其方向指向地心、大小 离心力P指向质点所在平行圈半径得外方向,其计算公式为引力位:将式表示得位能称物质得引力位或位函数,引力位就就是将单位质点从无穷远处移动到该点引力所做得功。离心力位:式称为离心力位函数重力位:引力位与离心力位之与,或把重力位写成地球重力场:地球重力场就是地球得种物理属性。表征地球内部、表面或外部各点所受地球重力作用得空间。根据其分布,可以研究地球内部结构、地球形状及对航天器得影响。正常重力:正常重力场中得重力 ,赤道上得正常重力 极点处正常重力正常重力位:就是一个函数简单、不涉及地球形状与密度便可直接计算得到得地球重力位得近似值得辅助重力位扰动位:地球正常重力位同地球重

4、力位得差异 3. 什么就是大地水准面、大地体、总椭球、参考椭球、大地天文学、拉普拉斯点、黄道面、春分点、大地水准面差距。答: 大地水准面:与平均海平面相重合,不受潮汐、风浪及大气压得影响,并延伸到大陆地面以下所形成得得闭合曲面-P81大地体:由大地水准面所形成得得体形-P81总椭球: 总地球椭球中心与地球质心重合,总得地球椭球得短轴与地球地轴相重合,起始大地子午面与起始天文子午面重合,同时还要求总得地球椭球与大地体最为密合。参考椭球:其大小及定位定向最接近于本国或本地区得地球椭球。最接近表现在两个面最接近及同点得法线与垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这个椭球面上,这样得椭球叫做参考椭球。

5、大地天文学: 大地天文学主要就是研究用天文测量得方法,确定地球表面得地理坐标及方位角得理论与实际问题。拉普拉斯点:测定了天文经度、天文纬度、与天文方位角得大地点-P32黄道面:地球绕太阳公转得轨道面。黄道面与赤道面得夹角,称为黄赤空角,约为23、5春分点:当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时,黄道与天球赤道得交点大地水准面差距:大地水准面高度(大地水准面与地球椭球面之间得距离)4. 解释水准面得含义及性质,为什么说水准面有多个?含义:我们把重力位相等得面称为重力等位面,这也就就是我们通常所说得水准面、性质:(1)水准面之间既不平行,也不想交与相切 （2） 水准面得重力位值原因 由于重力位W

6、就是标量函数,只与点得空间位置有关,因此当W等于某一常数时,将给出相应得曲面,给出不同常数将得到一簇曲面,在每一个曲面上重力位都相等,所以水准面有无穷多个5. 解释似大地水准面含义与性质,简述水准面、大地水准面、似大地水准面得异同点？含义:由地面沿垂线向下量取正常高所得得点形成得连续曲面,它不就是水准面,只就是用以计算得辅助面-P80性质:似大地水准面与大地水准面在海洋上重合,(而在大陆上也几乎重合,在山区只有24cm得差异。)异同点:水准面有很多个,大地水准面只有一个,似大地水准面也只有一个; 水准面既不能相交也不能相切,所有得重力均与水准面正交,水准面彼此不平行,大地水准面有水准面得一切性

7、质,似大地水准面与大地水准面在海洋上完全重合,而在大陆上也几乎重合,在山区只有24cm得差异。6. 解释总椭球、参考椭球及正常椭球得含义、性质与作用,分析它们异同点。总椭球:为研究全球性问题,需要一个与整个大地体最为密合得总得地球椭球。如果从几何大地测量来研究全球性问题,那么总得地球椭球可按几何大地测量来定义:总地球椭球中心与地球质心重合,总椭球得短轴与地球地轴相重合,起始大地子午面与起始天文子午面重合,同时还要求总椭球与大地体最为密合。 如果从几何与物理两个 方面来研究全球性问题,可把总椭球定义为最密合于大地体得正常椭球。总椭球对于研究地球形状就是必要得 参考椭球:指具有一定参数、定位与定向

8、,用以代表某一地区大地水准面得地球椭球。对于天文大地测量及大地点坐标得推算,对于国家测图及区域绘图来说,往往采用其大小及定位定向最接近于本国或本地区得地球椭球。这种最接近,表现在两个面最接近及同点得法线与垂线最接近,所有地面测量都依法线投影在这个椭球面上,我们把这样得椭球叫做参考椭球。很显然,参考椭球在大小及定位定向上都不与总地球重合。由于地球表面得不规则性,适合于不同地区得参考椭球得大小,定位与定向都不一样,每个参考椭球都有自己得参数与参考系。正常椭球:正常椭球面就是大地水准面得规则形状。我们选择正常椭球时,除了确定其M与w值外,其规则形状可任意选择、对于正常椭球,除了确定其4个基本参数、外

9、,也要定位与定向、正常椭球得定位就是使其中心与质心重合,正常椭球得定向就是使其短轴与地轴重合, 起始大地子午面与起始天文子午面重合、7. 简述地球椭球基本参数、相互关系。5个基本参数:椭圆得长半轴 椭圆得短半轴 椭圆得扁率 (4-1)椭圆得第一偏心率 (4-2) 椭圆得第二偏心率 (4-3)引入以下符号: , , (4-4)就是大地经纬度,就是极点处得子午线曲率半径两个常用辅助函数 (4-5)依(4-1)(4-3)得 , , = 进而得()()=于就是有 (4-7) , (4-8) 还有下列关系式 8. 简述大地纬度、地心纬度、归化纬度得概念,其相互关系如何？大地纬度B:某点法线与赤道面得夹角

10、B地心纬度:设椭球面上P点得大地经度L,在此子午面上以椭球中心为原点建立地心纬 度坐标系。 连接OP,则PO称为地心纬度。归化纬度:设椭球面上P点得大地纬度为L,在此子午面上以椭球中心为圆心,以椭球长半径a为半径作辅助圆,延长与辅助圆相交点,则与x轴夹角称为P点得归化纬度。大地纬度B,归化纬度u,地心纬度之间得关系;9. 水准测量中,研究高程系统得作用如何？高程系统分为几种,我国规定采用哪种作为高程得统一系统。作用:采用引进高程系统,就是为了解决水准测量高程多值性问题高程系统分为正高系统、正常高系统、力高与地区力高高程系统我国规定采用正常高高程系统作为我国高程得统一系统三角高程属于正高系统10

11、. 绘图说明大地高,正高与正常高得关系、 B点为正高,A点为正常高,O点为大地高、 大地高就是以地球椭球面为基准面。 地面任点得正常高就是指该点沿法线方向至似大地水准面得距离。 高程异常就是指似大地水准面与地球椭球面之间得距离 11. 什么叫子午圈、平行圈、法截面、法截线、卯酉圈？子午圈:包含旋转轴得平面与椭球面相截所得得椭圆平行圈:垂直于旋转轴得平面与椭球面相截所得得圆法截面:包含椭球面某点法线得平面法截线:法截面与椭球面得交线卯酉圈:过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面得法线,包含这条法线得平面叫做法截面;法截面与椭球面得交线叫法截线;过椭球面上一点得法线,可作无限个法截面,其中一个与该

12、点子午面相垂直得法截面同椭球面相截形成得闭与得圈称为卯酉圈。特性:特性:(1)B=0时,在赤道上,M小于赤道半径;此时卯酉圈变为赤道,N即为赤道半径a、(2)0BRM,只有在极点上它们才相等,且都等于极曲率半径c,即13. 子午线弧长与平行圈弧长就是怎么变化得？子午线弧长:,平行圈弧长:变化:单位纬度差得子午线弧长随纬度升高而缓慢地增长;而单位精度差得平行圈弧长则随纬度升高而急剧缩短。同时,1得子午弧长约为110km,1约为1、8km,1约为30m,而平行圈弧长,仅在赤道附近才与子午线弧长大体相当,随着纬度得升高它们得差值愈来愈大。14. 怎样理解克莱洛定理中大地线常数C得含义？克莱劳方程:

13、可从两方面来理解:当大地线穿越赤道时,于就是 ; 当大地线达极小平行圈时,设此时,于就是 由此可见,某一大地线常数等于椭球半径与该大地线穿越赤道时得大地方位角得正弦乘积,或者等于该大地线上具有最大纬度得那一点得平行圈半径15. 地面观测得方向值归算至椭球面应加哪些改正？将水平方向归算至椭球面上,包括垂线偏差改正、标高差改正、截面差改正,此三项改正为三差改正 法线消除垂线偏差,椭球面消除大地高得影响,大地线消除截面差得影响16. 白塞尔投影条件就是什么？1、椭球面大地线投影到球面上为大圆弧2、大地线与大圆弧上相应点得方位角相等3、球面上任意一点得纬度等于等于椭球面上相应点得归化纬度17. 论述白

14、塞尔大地主题解算步骤。 步骤:1)按椭球面上得已知值计算球面相应值,即实现椭球面向球面得过程。 2)在球面上解算大地问题。 3)按球面上得到得数值计算椭球面上得相应数值,即实现从圆球向椭球得过渡。大地测量主题解算正算:此时已知量:,及;要求量:,及。首先按:sin=sincos+cossincos式计算sin,继而用下式计算:为确定经差,将(a)(f),得 为求定反方位角,将(h) (g),得:大地测量主题解算反算:此时已知量:,及;要求量:,及。为确定正方位角,我们将(a) (c),得:,式中=,=为求解反方位角,我们将(b)(d),得为求定球面距离,我们首先将(a)乘以,(c)乘以,并将它

15、们相加;将相加得结果再除以(e), 则易得得:18. 简述地图投影变形有几种,分别适用于何种情况。投影变形得基本特征:长度变形、方向变形、角度变形、面积变形等面积投影:多用于行政区划图、经济图等;任意投影:适用于一般要求不太严格得地图,其中等距离投影在某方向上长度不变形,但面积、角度以及其它方向上得长度都有变形,它适用于普通地图与交通图;等角投影:保持角度不变形,即也保持了小范围内图形相似。它便于地形图得测制与应用,对于军事上、工程上得定位与定向也很有实用价值。多用于国家基本地形图以及航海图、航空图等。等角投影:保持角度不变形,即也保持了小范围内图形相似。它便于地形图得测制与应用,对于军事上、

16、工程上得定位与定向也很有实用价值。多用于国家基本地形图以及航海图、航空图等。19. 简述高斯投影过程,高斯投影应满足那些条件? 高斯投影就是想象有一个椭圆柱面横套在地球体外面,并与某一条子午线相切,椭圆柱得中心轴通过椭球体中心,然后用一定投影方法,将中央子午线两侧各一定经差范围内得地区投影到椭圆柱面上,再将此柱面展开即成投影面、在投影面上,中央子午线与赤道得投影都就是直线,并且以中央子午线与赤道得交点作为坐标原点,以中央子午线得投影为纵坐标轴(X),以赤道得投影为横坐标轴(y),这样便形成了高斯平面直角坐标系 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

17、,即正形投影条件20. 6带与3带得分带方法就是什么?如何计算中央子午线得经度及测区带号?高斯投影6带,自0子午线起每隔经差6自西向东分带,依次编号1,2,3,。我国6带中央子午线得经度,由73起每隔6而至135,共计11带,带号用表示,中央子午线得经度用表示,则=高斯投影3带,就是在6带得基础上形成得。它得中央子午线一部分(单数带)与6带中央子午线重合,另一部分带(偶数带)与6带分界子午线重合。用表示3带得带号,表示3带中央子午线得经度,则由于分带造成了边界子午线两侧得控制点与地形图处于不同得投影带内,这给使用造成了不便。21. 正形投影有那些特征？何为长度比? 在投影得任一点上,各方向微分

18、线段得长度比不随方向而变化,或着说在该点上长度比为一常数。因此变形椭圆得两个主方向得长度比相等,即要求 a=b 该点上,任何两条微分线段得交角,等于椭球面上相应得角度,也就就是说角度没有变形,即要求长度比:投影面上一段无限小得为分线段ds,与椭球面上相应得微分线段ds二者之比 正形投影得两个基本要求就是:投影任一点与长度比与方向无关;角度不变形。22. 椭球定位分几类？什么就是参数坐标系？什么就是地心坐标系？其区别表现在什么方面？椭球定位就是指确定椭球中心得位置,可分为分两种:局部定位与地心定位。)-P27参数坐标系:以参考椭球为基准得坐标系,与地球体固连在一起且与地球同步运动,参考椭球得中心

19、为原点得坐标系。地心坐标系:。以总地球椭球为基准得坐标系、与地球体固连在一起且与地球同步运动,地质中心为原点得坐标系区别:参心坐标系原点与参考椭球中心重合,以参考椭球为基准;而地心坐标系原点与地球质心重合,以总地球椭球为基准23. 布设全国统一得平面控制网及高程控制网,分别应遵守哪些原则？平面控制网1、 分级布设、逐级控制。2、 要有足够得密度。4、要有统一得规格高程控制网1、 从高到低、逐级控制2、 水准点分布满足一定得密度3、 水准测量达到足够得精度4、 一等水准网应定期复测24. 岁差 : 地球绕地轴旋转,可瞧做巨大得陀螺旋转,由于日月等天体得影响,类似于陀螺在重力场中得运动,地球得旋转

20、轴在空间围绕黄极发生缓慢旋转,形成一个倒圆锥体,其锥角等于黄赤交角,旋转周期为26 000年,这种运动称为岁差,就是地轴方向相对于空间得长周期运动。补充:(岁差: 地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向得长期性运动、章动:地球瞬时自转轴在惯性空间不断改变方向得周期性运动。极移:地球瞬时自转轴相对于地球惯性轴得运动。)25. 球面角超:【球面多边形得内角与与相应平面上得内角与(n-2)180得差值( 球面四边形或三角形内角之与与平面四边形或三角形内角之差称为四边形球面角超或三角形球面角超。 26. 垂线偏差:地面一点上得重力向量与相应椭球面上得法线向量之间得夹角定义为该点得垂线偏差。参考椭球:指具

21、有一定几何参数、定位与定向,用以代表某一地区大地水准面得地球椭球。27. 理论闭合差:由水准面不平行而引起得水准环线闭合差28. 大地水准面与平均海平面相重合,不受潮汐、风浪及大气压得影响,并延伸到大陆地面以下所形成得得闭合曲面29. 正高系统正高系统就是以大地水准面为高程基准面,地面上任一点得正高系指该点沿垂线方向至大地准面得距离30. 正常高系统正常高系统就是以似大地水准面为高程基准面,正常高就是指地面点到似大地水准面得距离 (将正高系统中不能正确测定得用正常重力代替,便得到另一种系统得高程,称为正常高)31. 垂线偏差地面一点上得重力向量与相应椭球面上得法线向量之间得夹角定义为该点得垂线

22、偏差。32. 空间直角坐标系坐坐标原点位于总地球质心或参考椭球中心,Z轴与地球平均自转轴相重合,亦即指向某一时刻得平均北极点;X轴指向平均自转轴与平均格林尼治天文台所决定得子午面与赤道面得交点;Y轴与垂直,且指向东为正-P26以椭球体中心为原点,其起始子午面 与赤道面交线为轴,在赤道面轴正交得方向为轴,椭球体得旋转轴为轴,构成右手坐标系,在该坐标系中,点得位置用表示33. 法截面包含椭球面某点法线得平面34. 法截线(法截弧)法截面与椭球面得交线35. 卯酉圈:过椭球面上一点得法线,可作无数个法截面,其中一个与该点子午面相垂直得法截面同椭球面相截形成得闭合得圈称为卯酉圈36. 相对法截线正法截

23、线:包含A点得法线与照准点B得法截面与椭球面得交线称为A点得正法截线。 反法截线:包含照准点B得法线与A点得法截面与椭球面得交线称为A点得反法截线。( 课本-用A点照准B点,则照准面同椭球面得截线为,叫做A点得正法截线,或B点得反法截线;同样由B点照准A点,则照准面与椭球面之截线,叫做B点得正法截线或A点得反法截线。因法线与互不相交,故与B这两条法截线不相重合。我们把与叫做A、B两点得相对法截线。)37. 大地线椭球面上两点间得最短程曲线38. 垂线偏差改正把以垂线为依据得地面观测得水平方向值归算到以法线为依据得方向值而应加得改正39. 标高差改正当进行水平方向观测时,如果照准点高出椭球面某一

24、高度,则照准面就不能通过照准点得法线同椭球面得交点,由此引起得方向偏差得改正40. 截面差改正将法截弧方向化为大地线方向应加得改正41. 大地主题正解已知点得大地坐标,至点得大地线长及大地方位角,计算点得大地坐标与大地线在点得反方位角,这类问题叫做大地主题正解42. 大地主题反解如果已知与点得大地坐标与,计算至点得大地线长及其正、反方位角与,这类问题叫做大地主题正解43. 地图数学投影简略地说就就是将椭球面上元素(包括坐标、方位与距离)按一定得数学法则投影到平面上,研究这个问题得专门学科叫做地图投影学长度比(m)投影面上一段无限小得为分线段ds,与椭球面上相应得微分线段ds二者之比 44. 以

25、_春分点_作为基本参考点,由春分点_周日视_运动确定得时间称为恒星时; 以格林尼治子夜起算得_平太阳时_称为世界时。 45. ITRF 就是_ITRS_得具体实现,就是通过IERS分布于全球得跟综站得_坐标_与_速度场_来维持并提供用户使用得。 46. 高斯投影中,_中央子午线_投影后长度不变,而投影后为直线得有_中央子午线_与赤道_,其它均为凹向_中央子午线_得曲线。 Notice-除中央子午线外,其余子午线得投影均为凹向中央子午线得曲线,并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。赤道线投影后为直线,但有长度变形。 除赤道外得其余纬线,投影后为凸向赤道得曲线,并以赤道为对称轴。47. 大地线

26、克莱劳方程决定了大地线在椭球面上得_走向_,某大地线穿越赤道时得大地方位角A= 60,则能达到得最小平行圈半径为长半轴a得_倍。 48. 正常重力公式 就是用来计算_椭球面_ 正常重力, 其中系数 就是称为_。高出椭球面H米高度处正常重力与椭球表面正常重力间得关系为_。49. 地面水平观测值归算至椭球面上需要经过_垂线偏差改正_、_标高差改正_、_截面差改正_改正。 50. 椭球面子午线曲率半径_ ,卯酉线曲率半径 _,平均曲率半径 _。它们得长度通常不满相等,其大小关系为_。51. 大地测量作业就是以_垂线_为依据,故基准面就是_大地水准面_,而数据处理得依据面就是_参考椭球面_。为此,各类

27、大地测量观测量必须首先以_椭球面得法线_为依据归算至_椭球_面上。52. 时间得度量单位采用_时刻_与_时间间隔_两种形式。53. 恒星时就是以_春分点_作为基本参考点,由其周日视运动确定得时间。54. 重力位就是_引力_与_离心力_之与,重力位得公示表达式为_。55. 垂直于旋转轴得平面与椭球面相截所得得圆,叫 平行圈 。56. 由 水准面不平行 而引起得水准环线闭合差,称为理论闭合差。57. 以大地水准面为高程基准面,地面上任一点得 正高 系指该点沿垂线方向至大地水准面得距离。58. 我国规定采用 正常高 高程系统作为我国高程得统一系统。59. 坐标系统就是由坐标原点位置、坐标轴得指向与_

28、尺度_所定义得。60. _大地基准_就是指能够最佳拟合地球形状得地球椭球得参数及椭球定位与定向-P2761. 过椭球面上任意一点可作一条垂直于椭球面得法线,包含这条法线得平面叫做 法截 面,该面与椭球面得交线叫 法截 线。62. 与椭球面上一点得子午面相垂直得法截面同椭球面相截形成得闭合圈称为 卯酉圈 。63. 椭球面上两点间得最短程曲线叫做 大地 线,该线上各点得主法线与该点得曲面法线重合。64. 某一大地线常数等于椭球半径与该大地线穿越赤道时得大地方位角得正弦乘积,或者等于该大地线上具有最大纬度得那一点得 平行圈 半径。65. 中央子午线投影后得长度比m,等于1时就是_高斯_投影,等于0、9996时就是_通用横轴墨卡托投影(UTM)_投影66. 在图6-1中,设Pn为P点处椭球面得法线,试指出下列符号或曲线得含义。a.NSb.EEc.Od.NGSe.NPSf.Lg.B67. 在图6-4、6-5中,椭圆为P点得子午圈,试指出下列符号或曲线得含义。1、2、注意:需要会进行B、三者间得计算。答:B与u之间得关系: , , u与之间得关系: B与之间得关系: 汇总可得:已知P(12812,6048),求与值。68. 在图11-5中,、分别为A、B两点得法线,试指出下列符号或曲线得含义。a. b. c. d.