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大地测量
一、 基本要求
1． 确定国家和区域卫星定位连续运行基准站网、卫星定位控制网、高程控制网、重力控制网以及区域似大地水准面精化方案，进行技术设计。（重点：大地测量控制网等级，观测技术，技术设计）
2． 优化作业组织，控制作业进度，确定安全生产，成果保密和质量控制措施。（重点：作业组织，质量控制）
3． 选择满足技术设计要求的点（站）址，建造合适的测量标志，并提交相应的材料。（重点：选点埋石及作业要求，各级控制网选点原则及流程）
4． 选择经检验合格的测量仪器设备进行外业观测，对观测数据进行检核，选择适当的数据处理方法和软件，对外业观测数据进行处理。（重点：设备检验，外业观测方法，平差计算）
5． 建立并运行大地测量数据库和高精度导航定位服务系统。
6． 确定不同坐标系统之间的转换方法，建立不同等级、不同年代控制网间的相互转换关系。（重点：坐标系统定义，国家坐标系、地方坐标系、地心坐标系、参心坐标系、站心坐标系、54、80、2000、wgs84 ，不同坐标形式之间的转换，不同坐标系统之间的转换，空间三维转换，二维转换）
7． 对项目过程质量进行控制，并对项目成果进行整理、检查、验收、归档。
8． 规范：《全球导航卫星系统连续运行参考站网建设规范》、《全球定位系统测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》。
9． 关键点：大地测量控制网技术设计、费用计算，选点原则、实施方案、外业观测、检核，数据处理方法，似大地水准面精化，坐标系及其转换、质量控制与成果验收。
二、 GNSS连续运行基准站
1． 基准站网组成
1) 连续运行基准站
2) 数据中心
3) 数据通信网络
2． 基准站网分类
1) 国际基准站网：主要用于维持和更新国家地心坐标系参考框架
2) 区域基准站网（省、市、自治区）：用于维持和更新区域地心参考坐标系框架，开展区域内位置服务和相关信息服务。
3) 专业应用站网：由专门部门或机构根据专业需求建立的基准站网，用于开展专业信息服务。
3． 基准站建设：设计、选址、基建、设备
1) 技术设计方案：点位设计图、站点位置信息、基准站施工设计图
2) 选址：观测环境、地质环境、依托保障、提交成果
3) 基建：观测墩、观测室、防雷工程、辅助工程、提交成果
4) 设备：接收机、天线、气象、电源设备、计算机与软件
4． 国家GNSS连续运行基准站堪选的主要考虑事项和条件
1) 依托条件：建设用地、交通及基础设施保障
2) 地质条件：基岩和站址地质结构的稳定性
3) 环境条件：观测环视条件
4) 其他：考虑周边已有大地控制点、水准点、重力点等情况
5． 堪选完成后应提交的资料
1) 地质勘查证明
2) 点之记
3) 堪选站址照片
4) 土地使用相关文件
5) 站址实地测试结果
6) 堪选技术报告
7) 堪选中收集的其他资料（含地质、交通、水利、通信网络等）
三、 GNSS大地控制网
1． 建立大地控制网的方法
1) 常规大地测量
a. 三角测量法：图形简单、结构强、几何条件多，便于检核、精度高
b. 导线测量法：布设灵活、易克服地形障碍、边长精度均匀、成本低、易于测量
c. 三边测量及边角同测法：精度高、工作量大、用于精密工程控制测量
d. 天文测量法
2) 导航卫星定位技术
观测简便、精度高、速度快、费用省、全天候。GNSS用于大地网测量控制网的建立，通常采用静态观测模式。
2． 建立大地控制网的基本原则
1) 一般规定
大地控制网按照精度和用途分为一、二、三、四等大地控制网，可跨级布设。
2) 一等大地控制网
a. 目的：由卫星定位连续运行基准站构成，是大地基准的骨干和主要支撑，以实现和维持我国三维动态地心坐标系统，保证大地控制网点位三维地心坐标的精度和现势性。
b. 技术指标：地心坐标分量年平均中误差应不超过±0.5mm，相对精度不低于10的负八次方，坐标年变化率中误差水平方向应不超过±2mm，垂直反向应不超过±3mm
c. 布设原则：应均匀布设，覆盖我国国土。
3) 二等大地控制网
a. 目的：实现对国家一、二等水准网的大尺度稳定性监测，结合精密水准测量、重力测量等技术，精化我国似大地水准面，为三四等大地控制网和地方大地控制网的建立提供起始数据。
b. 技术指标：相邻点间基本线水平分量的中误差不应超过±5mm，垂直分量的中误差不应超过±10mm，各控制点的相对精度应不低于10的负七次方，其点间平均距离不应超过50km。
c. 布设原则：在均匀布设的基础上，综合考虑应用服务和对国家一、二等水准网的大尺度稳定性监测等因素。
d. 复测周期：5年，每次复测执行时间不应超过两年。
4) 三等大地控制网
a. 目的：建立和维持省级（或区域）大地控制网，满足国家基本比例尺测图的基本要求。结合水准测量、重力测量技术，精化省级（或区域）似大地水准面。
b. 技术指标：相邻点间基线水平分量的中误差不应超过±10mm，垂直分量的中误差不应超过±20mm，各控制点的相对精度应不低于10的负六次方，点间平均距离不应超过20km。
c. 布设原则：应与省级基础测绘服务、现有技术状况、应用水平及似大地水准面精化等目标一致，并应尽可能布设在三、四等水准路线上。
d. 复测：应根据需要进行复测和更新
5) 四等大地控制网
a. 四等大地控制网是三等控制网的加密
b. 相邻点间基线水平分量的中误差不应超过±20mm，垂直分量的中误差不应超过±40mm，各控制点的相对精度不低于10的负五次方，点间平均间距不超过5km。
c. 应根据需要进行复测和更新。
3． 大地控制网的布设
1) 技术设计
目的是制定切实可行的技术方案，保证测绘产品符合响应的技术标准和要求，并获得最佳的社会和经济效益。
a. 收集资料
b. 实地踏勘
c. 图上设计
d. 编写技术设计书
2) 实地选点：选点工作结束后，应提交选点图、点之记、选点工作技术总结
3) 建造觇标或观测墩
4) 标石埋设
5) 外业观测
包括：仪器的选取和检验，制定观测计划，观测作业，数据检验等工作。结束后应提交专业技术设计、原始观测手簿、观测数据、观测网图、数据检核结果及观测工作技术总结。
6) 数据处理
包括：外业数据质量检核、平差方案的制订、起算数据的分析和确定、平差处理、精度评定、数据处理成果整理和技术总结编写。
7) 质量控制：两级检查，一级验收。依据是技术设计书中的技术依据、技术质量指标等。
4． 相关技术规定
5． GPS B级、C级网观测要求
1) B级网：卫星截止高度角为10°，同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥20颗，观测时段数≥3，时段长度≥23h，采样间隔为30s
2) C级网：卫星截止高度角为15°，同时观测有效卫星数≥4颗，有效观测卫星总数≥6颗，观测时段数≥2，时段长度≥4h，采样间隔为10~30s
四、 高程控制网
1． 建立高程控制网的方法
高程控制测量分为水准测量、三角高程测量。水准测量等级分为一、二、三、四等，光电测距三角高程测量可以代替四等水准测量。
2． 建立高程控制网的基本原则
1) 一般规定
水准点的点间距为4~8km，在通行困难地区经批准可适当放宽。
2) 国家一等水准网
a. 目的：实现国家高程基准的高精度传递。
b. 布设原则：应闭合成环形，并构成网状，环的周长不应超过2000km。
c. 技术指标：每千米偶然中误差应不超过±0.45mm，用闭合差计算的每千米全中误差不超过±1.0mm
d. 复测：每15年复测一次，每次复测执行时间不超过5年。
3) 国家二等水准网
a. 目的：一等水准网的加密。
b. 布设原则：子啊一等水准网内布设成附和路线或者环形，周长在平原和丘陵地区不应大于750km，山区和困难地区经批准可适当放宽。
c. 技术指标：每千米偶然中误差不应超过±1.0mm，闭合差计算的每千米全中误差应不超过±2.0mm。
d. 复测：复测周期最长不超过20年。
4) 国家三四等水准网
a. 目的：是国家一、二等水准网的加密。
b. 布设原则：三等水准路线一般应构成环形或闭合于高等级水准路线，四等水准路线应闭合于高等级水准路线或形成支线。
c. 技术指标：每千米偶然中误差应分别不超过±3.0mm和±5.0mm，用闭合差计算的每千米全中误差应分别不超过±6.0mm和±10.0mm。
d. 复测：应根据需要进行布测，复测或更新。
3． 高程控制网的布设
1) 技术设计编制
充分利用区域内已有的测绘资料，在此基础上进行初步设计；实地踏勘对初步设计进行落实或修正，并形成设计的布网方案；根据测量任务，制定作业方法、精度等级、作业要求等技术要求；按照编写设计书的要求编制技术设计书。
2) 选点埋石：选点埋石结束后应提交标识委托保管书、水准点之记及路线图、标石建造关键工序照片或数据文件及埋石工作技术总结。
3) 观测
仪器必须送国家计量部门认可的仪器检定单位检定；严格控制观测时间；二等水准观测采用单路线往返，受旁折光影响大的路段，其同一测段的往返测应特别注意分别在上、下午进行，三等水准测量颗采用往返测或单程双转点的方法观测；外业结束后要进行外业数据整理和检查，计算规范要求的各种测段高差改正项，并进行每千米偶然中误差和每千米全中误差计算，编写观测工作技术总结。
4) 数据处理
水准网的起算数据采用国家第二期一等水准网复测成果，正常重力采用IAG75椭球相应公式。
5) 质量控制：采用“二级检查，一级验收”制度
6) 技术依据：相应规范、项目设计书和专业设计书
7) 提交成果
a. 技术设计书
b. 埋石工作技术总结
c. 水准观测数据及成果
d. 数据处理资料
e. 高程控制点成果（点之记、网图、高程成果）
f. 技术总结
g. 图表
h. 检查验收报告
4． 影响水准测量成果的因素，减弱影响方法
1) 仪器误差：如i角误差、水准尺每米真长误差、一对水准尺零点不等差。
2) 外界因素引起的误差：如温度变化、大气垂直折光、仪器及尺承沉降。
3) 观测误差：人的因素引起的误差。
4) 客观因素的误差：如日月引力产生的误差、重力产应的误差、温度变化产生的误差等。
为了减弱这些影响，作业中应注意：严格控制观测时间，选择最佳观测条件；作业前把仪器放在阴凉处半小时，设站时用测伞遮阳；每测段设为偶数站，奇数站和偶数站采用相反的观测程序；每站前后视距尽量相等，视线离开地面足够高度，坡度较大的地段应适当缩短视线；往返测应沿同一路线进行，并使用同一仪器和尺承；对于客观因素产生的误差只能通过改正数的办法予以减弱。
5． 大地高、正高、正常高，大地高和正常高的关系
1) 大地高的定义是由地面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离
2) 正高以大地水准面为高程基准面。地面上任意一点的正高是指该点沿铅垂线方向至大地水准面的距离。
3) 正常高以似大地水准面为高程基准面。地面上任意一点的正常高是指该点沿铅垂线方向至似大地水准面的距离。
4) 大地高=正常高+高程异常。
五、 区域似大地水准面精化
1． 似大地水准面精度与分辨率
1) 精度：由格网平均高程异常相对于本区域内各高程异常控制点的高程异常平均中误差表示。
2) 以一定分辨率的格网平均异常来表示，用于不同比例尺地形图的高程点测定。
3) 国家、省级、城市似大地水准面的分辨率和精度的确定以不超过图根高程控制点的高程中误差（基本等高距的1/10）为最低精度。
4) 各级似大地水准面的精度和分辨率见课本。
2． 似大地水准面精化基础数据要求
用于确定似大地水准面的高程异常控制点等基础数据，其成果必须具有一定的可靠性和现势性。
1) 格网平均重力异常的分辨率和精度
格网平均重力异常的分辨率应与似大地水准面分辨率及该区域内重力点的密度相匹配，每个平均重力异常格网中宜由一个实测重力点。
2) 数字高程模型的分辨率和精度：国家，30′×30′，省级和城市3′×3′
3) 高程异常控制点测量精度
国家，其坐标和高程精度应不低于B级GPS网点和国家二等水准网点的精度。
省级和城市，坐标和高程精度不低于C级GPS网点和国家三等水准网点精度。
3． 高程异常控制点的布设
1) 技术设计准备：收集资料——进行分析——实地踏勘——图上设计
2) 点位布设原则
a. 高程异常控制点应均匀分布于似大地水准面精化区域
b. 高程异常控制点应具有代表性（点位分布顾及平原、丘陵和山地等不同地形类别，不同地形类别中均占一定比例，地形变化剧烈地区加大密度）
c. 各级似大地水准面的高程异常控制点宜不低于规范规定精度的大地控制网点和水准网点。
3) 外业观测
高程异常控制点的正常高程应以国家一等或二等水准点作为起算点，其点位应保存完好、观测资料与成果齐全且地质条件稳定。高程异常控制点水准测量等级应不低于相应等级似大地水准面精化规定的水准测量精度。
4． 数据处理
1) 高程异常控制点数据处理
a. 高程异常控制点GPS测量数据按照GPS规范的要求执行
b. 水准测量数据按照国家一、二等水准测量规范要求执行
c. 高程异常计算公式：高程异常=大地高—正常高
2) 似大地水准面计算流程
a. 高程异常控制点GPS和水准数据处理
b. 计算高程异常
c. 收集似大地水准面精化区域的重力资料与DEM资料，并按照格网平均重力异常计算要求对数据进行整理
d. 可采用地形均衡重力归算等方法完成重点的重力归算与格网平均重力异常计算
e. 根据不同情况选择适当的参考重力场模型，采用移去-复技术,完成重力似大地水准面计算
f. 采用融合技术消除或削弱高程异常控制点与对应的重力似大地水准面的不符值，完成与国家高程系统一致的似大地水准面计算
5． 似大地水准面精度检验
1) 检验点的布设原则
a. 点位分布均匀，应采用未参加似大地水准面计算的实测高程异常点作为检验点
b. 相邻检验点的间距不宜超过30km，检验点总数不应少于20个
c. 检验点与用于区域似大地水准面精化的高程异常控制点间的距离应不小于似大地水准面格网间距
d. 检验点应满足GPS观测与水准联测条件
e. 利用旧点作为检验点时，应检查旧点稳定性、可靠性和完好性，以及是否满足GPS观测与水准观测，符合要求方可利用
2) 检验点的观测
a. 测量精度不低于区域似大地水准面精化时高程异常控制点的测量精度
b. 外业观测与区域似大地水准面精化时高程异常控制点的观测要求一致
3) 检验点数据处理
a. GPS数据和水准数据按照相应规范处理
b. 计算检验点的实测高程异常
c. 利用检验点的大地坐标和拟合后似大地水准面模型计算各检验点的高程异常。
4) 似大地水准面精度评定
由似大地水准面模型计算的各检验点高程异常与其实测高程异常不符值计算的中误差作为似大地水准面精度。
六、 坐标系转换
1． 坐标系及分类
包括定义原点、基本平面和坐标轴指向，还包括基本的数学和物理模型。
1) 参心坐标系
a. 1954北京坐标系：坐标原点在前苏联普尔科沃，克拉索夫斯基椭球
b. 1980西安坐标系：坐标原点在陕西省泾阳县永乐镇
c. 新1954北京坐标系
2) 高斯-克吕格平面直角坐标系
3) 地心坐标系
a. WGS—84坐标系
b. 2000国家大地坐标：2008年7月1日起实施
2． 同一坐标系下不同坐标形式的转换
包括空间直角坐标与大地坐标的相互转换，高斯平面直角坐标与大地坐标的相互转换。
3． 不同坐标系的转换——基准转换
既包括不同参心坐标系的转换，也包括参心大地坐标系和地心大地坐标系的转换。
1) 坐标转换原理及方法
选择适当的重合点，利用所选重合点的两种坐标系的坐标，采用适当的坐标转换模型计算两坐标系之间的坐标转换参数，再通过坐标回代求得所求坐标系的坐标成果。
a. 整体转换法
b. 分区转换法
2) 重合点资料额获取、整理与分析
重合点获取通过实测获取或者收集获取；精度取决于数学模型和公共点（重合点）坐标精度，还和公共点的多少、几何形状结构有关。
采用二维转换模式至少需要2个以上的重合点，采用三维转换模式，至少选取3个以上的重合点，重合点的分布要覆盖整个转换区域且尽量分布均匀。
3) 坐标转换模型
二维坐标转换模型只适合于小区域转换，三维坐标转换模型适合任何区域坐标转换；二维转换模式通常有平面四参数转换模型、二维七参数转换模型；三维转换模式有Bursa七参数转换模型、三维七参数转换模型。
4) 坐标转换精度估计
依据计算坐标转换参数的重合点的残差中误差评估坐标转换精度。
5) 坐标转换实施步骤
a. 收集、整理转换区域内重合点成果
b. 分析、选取用于计算坐标转换参数的重合点
c. 确定坐标转换参数计算方法与坐标转换模型
d. 根据确定的转换方法与转换模型计算坐标转换参数
e. 分析重合点坐标转换残差，根据转换残差剔除粗差点
f. 坐标转换残差满足精度要求（合格）时，计算最终的坐标转换参数并估计坐标转换参数精度。
g. 根据计算的转换参数计算待转点的目标坐标系坐标。
七、 大地测量数据库
大地测量数据库由大地测量数据、管理系统和支撑环境三部分构成。
1． 大地测量数据内容
1) 空间定位数据：观测数据和成果数据
2) 高程测量数据：观测数据和成果数据
3) 重力测量数据：观测数据和成果数据
4) 深度基准数据
5) 元数据：描述性数据，识别信息、参考基准信息和质量信息
2． 大地测量数据组织
一般按控制网、数据内容进行分类组织。成果数据按成果类型进行分类；以点位基础；同一类成果的不同内容之间应建立逻辑关系。文档资料按控制网、文档技术类型进行分类组织。大地测量、高程控制测量和重力控制网之间存在重合点时，应以控制点为关键字建立重合点之间的逻辑关系。对于同一控制点具有多期成果时，应建立多期成果之间的逻辑关系。
3． 大地测量数据检查：包括数据正确性、完成性和逻辑关系正确性检查等。
4． 大地测量管理系统：包括数据输入、输出、查询分析、数据维护、安全管理等。
5． 大地测量数据建库技术路线
需求分析-数据分析与建模-概念模型设计-逻辑结构设计-物理结构设计-安全设计等。