测绘案例分析教案dan.docx

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第1章大地测量

§1．1基本要求（略）

1．2．1背景材料

§1．2大地控制网案例

1．任务概况（略）

2．目标

建立和维持区域大地测量坐标基准，为经济建设、城市规划、环境监测设、资源开发等提供基础性测绘服务，同时也为国防建设服务。

按照统一规划、整体设计、逐级控制的原则，利用全球定位系统（GPS）等大地控制网，为“数字区域”提供统一的地理空间基础框架。

3．指标要求

（1）一等大地控制网的指标要求见表l-1。

表1-1一等大地控制网指标要求

年变化量/（mm/a）

相对中误差

地心坐标分量中误差/mm

水平分量

垂直分量

±2.0

±3.0

1×10-8

±0.5

（2）二等大地控制网的指标要求见表l-2。

表1-2二等大地控制网指标要求

相邻点基线分量中误差/mm

相对中误差

相邻点间距/km

水平分量

垂直分量

±5.0

±10.0

1×10-7

50

（3）三等大地控制网的指标要求见表l-3。

表1-3三等大地控制网指标要求

相邻点基线分量中误差/mm

相对中误差

相邻点间距/km

水平分量

垂直分量

±10.0

±20.0

1×10-6

20

4．基础条件

1）资料（略）

2）人员

单位具有测绘高级工程师、测绘工程师及测绘技术员等多名，且具有丰富的控制网布测经验。

3）设备

全球导航卫星系统连续运行站仪器多套，静态GPS接收机+扼径圈天线多套。

4）其他

略。

1．2．2分析要点

1．建立大地控制网的方法

1）常规大地测量

三角测量法；导线测量法；三边测量及边角同测法。

2）卫星定位技术

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。

大地控制网在保证精度、密度等技术要求时可跨级布设。

天文大地控制网成果被正式废止前，在保证精度的前提下，可根据需要继续使用。

陆地困难地区和远离大陆岛（礁）的大地控制网技术指标可根据实际情况适当放宽。

2）一等大地控制网

一等大地控制网由卫星定位连续运行基准站构成。

一等大地控制网的卫星定位连续运行基准站地心坐标分量年平均中误差应不大于±0.5mm，相对精度不低于l×10-8，坐标年变化率中误差水平方向应不大于±2mm，垂直方向应不大于±3mm。

一等大地控制网点应均匀分布，宜布设在国家一等水准路线附近和国家一等水准网的结点处。

3）二等大地控制网

二等大地控制网布测目的是实现对国家一、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。

二等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差不应大于±5mm，垂直分量的中误差不应大于±10mm；各控制点的相对精度应不低于l×l0-7，其点问平均距离不应超过50km。

二等大地控制网点应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。

二等大地控制网复测周期为5年，每次复测执行时间应不超过2年。

4）三等大地控制网

三等大地控制网布测目的是建立和维持省级（或区域）大地控制网，满足国家基本比例尺测图的基本需求；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。

三等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差不应大于±l0mm，垂直分量的中误差不应大于±20mm；各控制点的相对精度应不低于l×l0-6，其点问平均距离不应超过20km。

三等大地控制网点的布设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相一致，并应尽可能布设在三、四等水准路线上。

三等大地控制网应根据需要进行复测或更新。

5）四等大地控制网

四等大地控制网是三等大地控制网的加密。

四等大地控制网相邻点间基线水平分量的中误差不应大于士20mm，垂直分量的中误差不应大于士40mm；各控制点的相对精度应不低于l×l0-5，其点间平均距离不应超过5km。

四等大地控制网应根据需要进行复测或更新。

3．大地控制网的布设

布设大地控制网包括

1）技术设计；2）实地选点；3）建造觇标（或观测墩）；4）标石埋设；5）外业观测；6）数据处理；7）质量控制；8）相关技术规定

1．2．3样题

1．计算题

按中华人民共和国财政部、国家测绘局20XX年2月5日颁布的《测绘生产成本费用定

额》，大地测量全球定位系统测量成本费用定额规定见表1-5。

表l-5大地测量全球定位系统测量成本费用定额

项目

计量

成本定额/元

单位

I

Ⅱ

Ⅲ

说明

选埋

基岩标石

点

35146.15

39582.35

44018.53

基本标石

点

15508.70

18784.83

22060.98

C级网埋设简易标志时，选埋定额按相应等级表示的10％计算

普通标石

点

7771.92

10063.31

11925.66

观测

B级点

点

13548.66

15570.28

18401.24

观测指单点观测，若采用同步环

C级点

点

4140.90

5274.53

6654.18

方法观测，定额增加60％，观测时间每增加一个时段，定额增加I5％

数据

连续运行站

年点

8511.66

B级点

点

1571.26

处理

C级点

点

911.89

在上述案例中，假设设计GPSB级点点位28点，其中新埋设20点，利用旧标志8点；设计GPSC级点点位229点，其中新埋设119点，利用旧标志110点,GPSB级点埋设为基本标石，GPSC级点埋设为普通标石。

GPSB级网观测采用基于连续运行站的同步观测模式，要求每点观测3个时段，每时段不少于23.5h，GPSC级网采用基于连续运行站的观测模式，要求每点观测不少于2个时段，每时段观测4h。

GPSB级网观测要求联测测区及周边的2000国家GPS大地控制网点4个（此4点不包含在GPSB级点的设计点位中）．GPSC级网的观测至少需要联测10个GPSB级网点。

生产单位现有GPS接收机12台，作业人员、车辆等其他装备能够满足l2台接收机同时作业的要求。

数据处理时要求收集测区及周边5个GPS连续运行站点的数据一同进行数据处理。

城市困难类别按Ⅱ类计算。

请进行下列计算：

（1）所需的工程总经费（包括内外业）是多少?

（2）不考虑迁徙时间，采用12台仪器同时作业的点连接观测模式，先观测GPSB级网，再观测GPSC级网，则该工程的外业观测（不包括选埋）需要多少时间?

2．简答题

（1）简述国家二等大地控制网的布设目的和技术要求。

（2）简述8级、C级GPS网观测的基本技术规定。

§1．3高程控制网案例

1．3．1背景材料

1．任务概况（略）

2．目标

维持区域大地测量高程基准，为区域经济建设、城市规划、环境监测、交通建设、水利建设、资源开发等提供基础性测绘服务。

按照统一规划、整体设计、逐级控制的原则，利用水准测量技术建立区域大地高程控制网。

3．指标要求

（1）二等水准网的指标要求如下：

二等水准测量每千米偶然中误差应不大于±1.0mm；二等水准测量每千米全中误差应不大于±2.0mm。

（2）三等水准测量的指标要求如下：

三等水准测量每千米偶然中误差应不大于士3.0mm；三等水准测量每千米全中误差应不大于±6.0mm。

4．基础条件

1）图件资料

测区现有l:

10万、l:

25万地形图及交通图、行政区划图可供设计、选点使用。

2）水准资料

测区原有一等水准路线2条，长度共计514.3km，是国家测绘局××××年布测完成的，高程成果为1985国家高程基准，有3个基本点和1个基岩点设计为本市二、三等水准网的起算点。

3）选点和埋石资料

测区的二、三等水准选点和埋石工作是去年4月至5月间完成的，已有资料如下：

（1）二、三等选点与埋石设计书；

（2）二、三等选点路线图；

（3）二等点之记307张，其中基本水准点8座，普通水准标石299座；

（4）三等点之记361张，全部是普通水准标石；

（5）水准点委托保管书668张（一式三份）；

（6）二、三等选点与埋石技术总结。

4）人员

作业单位具有测绘高级工程师、工程师、技术员等技术职称人员和高、中、初级职业资格人员××名，长年从事水准测量工作，具有丰富的水准控制网布测经验，可组织×个水准测量班组同时作业。

5）设备

作业单位有×套经过检定合格的DSZ05、DSZl型数字水准仪，可同时满足×个水准测量班组作业的需求。

1．3．2分析要点

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。

2．建立高程控制网的基本原则

1）一般规定

水准测量按照精度分为一、二、三、四等，高程控制网主要采用水准测量方式布设，按逐级控制的原则，分为一、二、三、四等水准网。

水准点的点间距离为4～8km，在通行困难地区经批准可适当放宽。

远离大陆岛（礁）的国家高程基准传递和高程控制网布设，确因条件限制无法满足本标准规定时，其技术指标可根据实际情况适当放宽。

2）国家一等水准网

国家一等水准网是国家高程控制网的骨干，主要目的是实现国家高程基准的高精度传递。

国家一等水准网的布设应充分顾及地质构造背景，选择最适当的路线。

国家一等水准路线应闭合成环形，并构成网状；环的周长不应超过2000km。

国家一等水准网水准测量用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应不大于±0.45mm，用环闭合差计算的每千米全中误差应不大于±1.0mm。

国家一等水准网每l5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．

国家二等水准网是国家一等水准网的加密，在国家一等水准网内布设成附合路线或环形。

国家二等水准环线的周长，在平原和丘陵地区应不大于750km，山区和困难地区经批准可适当放宽。

国家二等水准网的布设应充分顾及地质构造背景，选择最适当的路线。

一等水准路线应闭合成环形，并构成网状；环的周长不应超过2000km。

国家二等水准测量用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应不大于±l.0mm，用环闭合差计算的每千米全中误差应不大于士2.0mm。

国家二等水准网应根据需要进行复测，复测周期最长不超过20年。

4）三、四等水准网

三、四等水准网是国家一、二等水准网的进一步加密。

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间或形成支线。

三、四等水准测量用往返测量不符值计算的每千米偶然中误差应分别不大于±3.0mm和士5.0mm，用环闭合差计算的每千米全中误差应分别不大于±6.0mm和±l0.0mm。

三、四水准网应根据需要进行布测、复测或更新。

3．高程控制网的布设

高程控制网的布设可分为1）技术设计编制；2）选点埋石；3）观测；4）数据处理；5）质量保证；6）技术依据；7）提交成果等过程。

1．3．3样题

1．计算题

依据图1-l，HA=142.156m．hl=7.412m，SI=2.5km，hz=4.356m，S2=3．0km，h3=一11.762m，S3=2.0km。

请计算B、C两点的高程最或是值。

图l-1水准测量线路图

2．简答题

（1）影响水准测量成果的因素有哪些误差?

如何减弱其影响?

（2）什么是大地高、正高、正常高?

大地高和正常高有什么关系?

§1．4区域大地水准面精化案例

1．4．1背景材料

1．任务概况（略）

2．目标（略）

3．指标要求

GPSC级网相邻点基线水平分量中误差不超过±10mm；相邻点基线垂直分量中误差不低于±20mm。

三等水准测量每千米偶然中误差为±3mm，每千米的全中误差为±6mm。

似大地水准面分辨率2.5′×2.5′，似大地水准面精度±0.05m。

4．基础条件

1）资料（略）

2）人员

项目承担单位属甲级资质测绘单位，是国家测绘局从事大地测量的专业单位。

拥有高级工程师16名，工程师50名，助理工程师20名，技术人员40名。

3）设备

项目承担单位拥有完好且在用的台式计算机140台、服务器8台、工作站15台、交换机8台，便携式计算机30台，完好的水准仪l0台、全站仪8套、GPS仪器20台，数码用品、打印机、扫描仪等20套。

5．提交成果

（1）技术设计书；

（2）数据处理方案；（3）GPS观测数据及成果；（4）水准观测数据及成果；（5）高程异常控制点成果表；（6）区域似大地水准面模型成果；（7）技术总结；（8）精度检验报告；（9）检查验收报告。

1．4．2分析要点

1．似大地水准面精度与分辨率

（1）似大地水准面的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）似大地水准面划分为国家似大地水准面、省级似大地水准面和城市似大地水准面。

（3）国家似大地水准面、省级似大地水准面和城市似大地水准面分别以满足1:

5万、l:

1万和l:

500基本比例尺地形图测制为基本应用目标。

各级似大地水准面的精度和分辨率应不低于表1-7的规定。

表l-7各级似大地水准面的精度和分辨率

级别

似大地水准面精度/m

平地、丘陵地

山地、高山地

似大地水准面分辨率/（′）

国家

±0.3

±0.6

15×15

省级

±0.1

±0.3

5×5

城市

±0.05

2.5×2.5

2．似大地水准面精化基础数据要求

1）格网平均重力异常的分辨率和精度

各级似大地水准面计算采用的格网平均重力异常分辨率应不低于表1-8的规定。

表1-8各级似大地水准面格网平均重力异常分辨率

级别

平均重力异常分辨率/（’）

平地，丘陵地

山地、高山地

国家

5×5

15×15

省级

2.5×2.5

5×5

城市

2.5×2.5

2）数字高程模型（DEM）的分辨率和精度

所采用的数字高程模型分辨率应不低于表l-10的规定。

表1-10各级数字高程模型分辨率

级别

国家

省级

城市

数字高程模型分辨率/（″）

30×30

3×3

3×3

3）高程异常控制点测量精度

用于精化国家似大地水准面的高程异常控制点，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。

用于精化省级似大地水准面的高程异常控制点，其坐标和高程精度应不低于C级GPS网点和国家三等水准网点的精度。

用于精化城市似大地水准面的高程异常控制点，其坐标和高程精度应不低于C级GPS网点和国家三等水准网点的精度。

3．高程异常控制点的布设

1）技术设计准备

根据需要，收集测区范围已有的大地测量成果和资料；搜集测区范围内有关的地形图、交通图等资料；必要时，还应搜集有关地震、地质的资料等。

技术设计前，应对上述资料进行分析研究，并进行实地勘察，然后进行图上设计。

2）高程异常控制点位布设原则

高程异常控制点应均匀分布于似大地水准面精化区域。

新埋设的高程异常控制点，其标石可采用GB/Tl8314--2009规定的天线墩，其上埋设满足GPS和水准测量的标志。

当利用已有大地控制点和水准点时，应检查该点的稳定性、可靠性和完好性，符合要求方可利用。

选点与埋石工作结束后应上交选点工作总结、高程异常控制点选点图、点之记的各种资料等。

4．外业观测

GPS测量应不低于相应等级似大地水准面规定的GPS点GPS观测的技术要求,应符合GB/Tl8314-2009的相关规定。

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，水准观测的技术要求和外业成果的记录整理应符合GB/Tl2898--2009的相关规定。

5．数据处理

1）高程异常控制点数据处理

高程异常控制点GPS测量数据处理按照GB/Tl8314--2009的要求执行。

高程异常控制点水准测量数据处理按照GB/Tl2898--2009的要求执行。

2）似大地水准面计算流程

似大地水准面计算流程如图l-2所示。

图1-2似大地水准面计算流程

6．似大地水准面精度检验

1）检验点布设2）检验点观测3）检验点数据处理4）似大地水准面精度评定

1．4．3样题

1．计算题

依据中华人民共和国财政部、国家测绘局20XX年2月5E1颁布的《测绘生产成本费用定额》，若测区的困难类别按Ⅱ类计算，高程异常控制点选埋标准按GPS普通标石执行，本项目标石选埋、GPS和水准观测、数据处理成本费用定额如下：

——GPS普通标石选埋为10063.31元/点；

——三等水准观测为1117.89元/km；

——GPSC级点观测为5274.53元/点；

——三等水准数据处理为23.60元/km；

——GPSC级点数据处理为911.89元/点；

——似大地水准面计算为60.81元/km2。

①面积不足1000km2的，按1000km2计算；②对精度≤5cm而面积超过l0000km2和精度>5cm而面积超过l00000km2的，其面积超过部分按上述相应定额的20%计算。

在上述案例中，假设GPSC级点观测时，在综合考虑各种因素的情况下，每观测一个点需投入技术人员2名，l个工作日，观测设备1套（含交通工具）。

请进行下列计算：

（1）所需要的外业总经费，包括标石选埋和外业观测。

（2）所需要的数据处理总经费

（3）若20个工作日内完成所有GPSC级点观测工作，需最少投入的技术人员和观测设备数量。

2．简答题

（1）简述高程异常控制点布设原则。

（2）简述似大地水准面计算流程。

（3）简述似大地水准面精度检验原则和精度评定方法。

1．5．1背景材料

§1．5坐标转换案例

1．任务概况（略）

2．目标

将GPS控制网成果转换为：

1980西安坐标系成果。

3．测区已有资料情况

××地区在布测高精度GPS网时，联测了×个国家高精度三角点。

经过GPS网数据处理，获得了各GPS网点的WGS-84坐标。

同时收集到本地区联测的×个国家三角点成果，三角点成果只有高斯平面直角坐标X、Y及正常高H。

1．5．2分析要点

1．坐标系及分类

根据所选取的坐标原点位置的不同，地球坐标系可分为参心坐标系和地心坐标系。

2．参心坐标系

参心坐标系的定义为：

原点位于参考椭球的中心O，Z轴平行于参考椭球的旋转轴，X轴指向起始大地子午面和参考椭球赤道的交点，Y轴垂直与XOZ平面构成右手坐标系。

参心坐标系有两种表现形式：

参心大地坐标系和参心空间直角坐标系。

我国的1954北京坐标系、l980西安坐标系、新1954北京坐标系以及高斯-克吕格平面直角坐标系均是参心坐标系。

3．地心坐标系

地心坐标系是以地球质心（包括海洋和大气的整个地球的质量中心）为原点的坐标系，其椭球中心与地球质心重合，且椭球定位与全球大地水准面最为密合。

其通常有两种表现形式：

地心空间直角坐标系与地心大地坐标系。

我们目前所用的WGS-84坐标系和2000国家大地坐标系均属于地心坐标系。

4同一坐标系下不同坐标形式的转换

同一坐标系下不同坐标形式的转换包括空问直角坐标（X，Y，Z）与大地坐标（大地纬度B，大地经度L，大地高H）的相互转换、高斯平面直角坐标（x，y）与大地坐标（大地纬度B，大地经度L）的相互转换两种类型。

5．不同坐标系的转换

不同坐标系的转换包括不同空间直角坐标系的转换和不同大地坐标系的转换。

不同空间直角坐标系的转换既包括不同参心空间直角坐标系的转换，也包括参心空间直角坐标系和地心空间直角坐标系的转换。

不同大地坐标系的转换既包括不同参心大地坐标系的转换，也包括参心大地坐标系和地心大地坐标系的转换。

1）坐标转换原理度方法

坐标转换通常有以下两种方法：

（1）整体转换法：

整个转换区域计算一套转换参数。

（2）分区转换法：

将整个转换区域划分成若干个分区，分别对各分区计算转换参数。

2）重合点资料的获取、整理与分析

重合点的获取一方面是通过实测获取，另一方面是通过收集获取。

3）坐标转换模型

不同坐标系之间的坐标转换通常有两类转换模式：

一类是二维坐标转换模式，一类是三维坐标转换模式。

二维坐标转换模式只适合于小区域转换，且只需要两坐标系的二维坐标成果（高斯平面直角坐标x、y或大地经纬度L、B；三维坐标转换模型适合任何区域坐标转换，且需要两坐标系的三维坐标成果（空间直角坐标X、Y、Z或大地纬度B、大地经度L、大地高H）。

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

（1）收集、整理转换区域内重合点成果（三维坐标）。

（2）分析、选取用于计算坐标转换参数的重合点。

（3）确定坐标转换参数计算方法与坐标转换模型。

（4）两坐标系下重合点坐标形式的转换。

（5）根据确定的转换方法与转换模型利用最小二乘法初步计算坐标转换参数。

（6）分析重合点坐标转换残差，根据转换残差剔除粗差点。

（7）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。

（8）根据计算的转换参数，按下列步骤转换待转换点的目标坐标系坐标。

采用平面四参数转换模型：

——将转换点的原坐标系坐标换算为计算转换参数时所在投影带（中央子午线）的高斯平面坐标（xl，yl）。

——根据转换参数（4参数）：

2个平移参数△x、△y（单位：

米）、1个旋转参数a（单位：

弧度）和1个尺度参数m（无单位），按式（1-13）计算目标坐标系下转换参数所在投影带的高斯平面坐标（x2,y2）。

（1-13）

——将目标坐标系下转换参数所在投影带的高斯平面坐标（x2，y2：

）换算为所需投影带的坐标形式。

采用Bursa七参数转换模型：

——将转换点的原坐标系坐标换算为空间直角坐标（X1,Y1,Z1）。

——根据转换参数（7参数）：

3个平移参数△X、△Y、△Z（单位：

米），3个旋转参数

x、

y、

z（单位：

弧度）和1个尺度参数m（无单位），按式（1-14）计算目标坐标系下的空间直角坐标（X2,Y2,Z2）。

（1-14）

——将目标坐标系下的空间直角坐标X2，Y2：

，Z2换算为所需的坐标形式。

1．5．3样题

1单项选择题（每题的备选答案中只有一个最符合题意。

不答或答错不得分。

）

（1）1954北京坐标系的原点在（）。

A．北京B．西安

C．前苏联普尔科沃D．上海

（2）中华人民共和国大地原点位于（）。

A．陕西省8．北京市

C．四川省D．山东省

（3）采用二维转换模式至少应选取（）个以上的重合点。

A．1个B．2个

C．3个D．4个

（4）经国务院批准，我国自（）起开始启用2000国家大地坐标系。

A．2000年1月1日B．20XX年1月1日

C．2000年7月1日D．20XX年7月1日

2．简答题

简述不同坐标系坐标转换计算流程。

第2章工程测量

§2．1基本要求（略）

2．2．1背景材料

§2．2隧道控制测量案例

我国在中南与西南地