第一章大地測量3-區(qū)域似大地水準面精化

1、區(qū)域大地水準面精化案例,主講：曹先革院系: 測繪工程學院,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,一、似大地水準面精度與分辨率,,,,一、似大地水準面精度與分辨率,黑龍江工程學院,(1)似大地水準面概念與作用 大地水準面是正高的起算面，地面點沿重力線到大地水準面的距離

2、稱為正高。地面點沿重力線到似大地水準面的距離稱為正常高。大地高是從地面點沿法線到參考橢球面的距離。參考橢球面與大地水準面之差的距離稱為大地水準面差距。參考橢球面與似大地水準面之差的距離稱為高程異常。,一、似大地水準面精度與分辨率,黑龍江工程學院,(2)似大地水準面的精度由格網(wǎng)平均高程異常相對于本區(qū)域內各高程異常控制點的高程異常平均中誤差表示。 (3)似大地水準面以一定分辨率的格網(wǎng)平均高程異常來表示，主要用于不同比例尺地形圖的高

3、程點測定，按照用途的不同，劃分為國家似大地水準面、省級似大地水準面和城市似大地水準面。這種劃分方法主要基于三種主要地理范圍和應用范圍。,(4)國家似大地水準面、省級似大地水準面和城市似大地水準面分別以滿足1:5萬、l:1萬和l:500基本比例尺地形圖測制為基本應用目標，其分辨率和精度的確定以不低于圖根高程控制點的高程中誤差(基本等高距的l/10)為最低精度，在考慮了我國地面重力場數(shù)據(jù)的分辨率、高程測定精度、現(xiàn)有似大地水準面的理論水平和應

4、用現(xiàn)狀，以及目前已實施的似大地水準面精化項目的實踐結果等因素的前提下，適當提高精度要求。,一、似大地水準面精度與分辨率,黑龍江工程學院,(5)我國似大地水準面按范圍和精度，分為國家似大地水準面、省級似大地水準面和城市似大地水準面。各級似大地水準面的精度和分辨率應不低于表1-7的規(guī)定。,一、似大地水準面精度與分辨率,黑龍江工程學院,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外

5、業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,用于確定似大地水準面的高程異?？刂泣c等基礎數(shù)據(jù)，其成果必須具有一定的可靠性和現(xiàn)勢性。考慮到我國國土范圍大，各區(qū)域地形地貌復雜，基礎數(shù)據(jù)多種多樣等情況，在保證似大地水準面的精度和應用的前提下，《區(qū)域似大地水準面精化基本技術規(guī)定》(GB/T 23709-2009)提出了高程異?？刂泣c等基礎數(shù)據(jù)的最低要求。,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,黑龍江工程學

6、院,1)格網(wǎng)平均重力異常的分辨率和精度 在似大地水準面計算時，應利用已有的或通過實測重力資料確定的格網(wǎng)平均重力異常，作為重力似大地水準面計算的基礎數(shù)據(jù)。 格網(wǎng)平均重力異常的分辨率應與似大地水準面分辨率及該區(qū)域內重力點的密度相匹配。每個平均重力異常格網(wǎng)中宜有一個實測重力點，其精度應不低于加密重力點的精度。,黑龍江工程學院,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,各級似大地水準面計算采用的格網(wǎng)平均重力異常分辨率應不低于下表的規(guī)定。

7、,黑龍江工程學院,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,,格網(wǎng)平均重力異常的精度以格網(wǎng)平均重力異常的代表誤差表示。格網(wǎng)平均重力異常的代表誤差計算公式為 式中: 為格網(wǎng)平均重力異常代表誤差,單位為10-5ms-2； 為平均重力異常格網(wǎng)分辨率，單位為角分；c為平均重力異常代表誤差系數(shù)，,黑龍江工程學院,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,,2)數(shù)字高程模型(DEM)的分辨率和精度所采用的數(shù)字高程模型分辨率應不低于下表的規(guī)定。

8、,黑龍江工程學院,數(shù)字高程模型使用精度應不低于國家l:5萬比例尺數(shù)字高程模型的數(shù)據(jù)，其格網(wǎng)間距不大于25m×25m，格網(wǎng)高程中誤差不大于下表的要求。,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,,,3)高程異?？刂泣c測量精度 用于精化國家似大地水準面的高程異?？刂泣c，其坐標和高程精度應不低于B級GPS網(wǎng)點和國家二等水準網(wǎng)點的精度。 用于精化省級似大地水準面的高程異?？刂泣c，其坐標和高程精度應不低于C級GPS網(wǎng)點和

9、國家三等水準網(wǎng)點的精度。 用于精化城市似大地水準面的高程異?？刂泣c，其坐標和高程精度應不低于C級GPS網(wǎng)點和國家三等水準網(wǎng)點的精度。,黑龍江工程學院,二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,,,,,,,,三、高程異常控制點的布設,黑龍江工程

10、學院,3．高程異?？刂泣c的布設 1)技術設計準備 根據(jù)需要，收集測區(qū)范圍已有的大地測量成果和資料；搜集測區(qū)范圍內有關的地形圖、交通圖等資料；必要時，還應搜集有關地震、地質的資料等。 技術設計前，應對上述資料進行分析研究，并進行實地勘察，然后進行圖上設計。,,,,,,,,黑龍江工程學院,2)高程異?？刂泣c位布設原則 高程異?？刂泣c應均勻分布于似大地水準面精化區(qū)域。 高程異常控制點應具有代表性，點位分

11、布應顧及平原、丘陵和山地等不同的地形類別區(qū)域，點位在不同地形類別中均應占有一定的比例；在可能的情況下，對丘陵和山地等地形變化劇烈地區(qū)應適當加大高程異?？刂泣c分布密度。 各級似大地水準面的高程異?？刂泣c宜利用不低于《區(qū)域似大地水準面精化基本技術規(guī)定》(GB／T 23709--2009)中4.5規(guī)定精度的大地控制網(wǎng)點和水準網(wǎng)點。,三、高程異?？刂泣c的布設,,,,,,,,黑龍江工程學院,相鄰高程異常控制點最大間距不宜大于式(1-2

12、)的計算結果。 (1-2) 式中：d為相鄰高程異?？刂凭W(wǎng)點最大間距，單位為km； 為似大地水準面的精度，單位為cm；c為平均重力異常代表誤差系數(shù)； 為平均重力異常格網(wǎng)分辨率，單位為角分。 新埋設的高程異?？刂泣c，其標石可采用GB／T l8314--2009規(guī)定的天線墩，其上埋設滿足GPS和水準測量的標志。,三、高程異?？刂泣c的布設,,,,,,,,

13、黑龍江工程學院,當利用已有大地控制點和水準點時，應檢查該點的穩(wěn)定性、可靠性和完好性，符合要求方可利用。 選點與埋石工作結束后應上交選點工作總結、高程異?？刂泣c選點圖、點之記的各種資料等。,三、高程異?？刂泣c的布設,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,,,,,,,,四

14、、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理,黑龍江工程學院,4．外業(yè)觀測 高程異?？刂泣cGPS測量應不低于相應等級似大地水準面規(guī)定的GPS點GPS觀測的技術要求、觀測的作業(yè)要求、外業(yè)成果記錄整理、外業(yè)數(shù)據(jù)質量檢核以及成果驗收與上交資料，應符合GB/T l8314-2009的相關規(guī)定。 高程異?？刂泣c的正常高程應以國家一等或二等水準點作為起算點，其點位應保存完好觀測資料與成果齊全且地質條件穩(wěn)定。高程異常控制點水準測量等級應不低于相應等

15、級似大地水準面精化規(guī)定的水準測量精度，水準觀測的技術要求和外業(yè)成果的記錄整理應符合GB/T l2898-2009的相關規(guī)定。,,,,,,,,黑龍江工程學院,1）高程異?？刂泣c數(shù)據(jù)處理 高程異?？刂泣cGPS測量數(shù)據(jù)處理按照GB/T l8314-2009的要求執(zhí)行。 高程異?？刂泣c水準測量數(shù)據(jù)處理按照GB/T l2898-2009的要求執(zhí)行。 計算高程異?？刂泣c的高程異常，按式(1-3)執(zhí)行。

16、 (1-3) 式中： 為高程異常；H為大地高，由GPS測量方法獲得； 為正常高，由水準測量方法獲得。,四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理,,,,,,,,黑龍江工程學院,2)似大地水準面計算流程 似大地水準面計算流程如圖l-5-1所示。,四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理,黑龍江工程學院,①重力歸算與格網(wǎng)平均重力異常計算 第一次移去-恢復，計算出基礎格網(wǎng)地面平均空間重力異常。利用D

17、EM通過空間改正、層間改正、局部地形改正和均衡改正，獲得高平滑度的地形均衡重力算常，通過推估內插。形成平均地形均衡重力異常的基礎格網(wǎng)數(shù)據(jù)。再利用高分辨率的DEM將每個格網(wǎng)的地形均衡異常按地面重力歸算的逆過程，分別減去層間改正、局部地形改正和均衡改正，恢復基礎格網(wǎng)地面平均空間異常。,四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理,黑龍江工程學院,②重力似大地水準面計算 第二次移去-恢復，計算出重力似大地面和高程異常。在計算重力似大地水準面的過程中，必須

18、要借助地球參考重力場模型。由位系數(shù)計算出與地面格網(wǎng)相同分辨率的重力模型的平均空間異常，將地面空間異常減去模型重力異常得到格網(wǎng)殘差空間異常，在殘差空間異常中加上局部地形改正得到殘差法耶異常。采用莫洛堅斯基公式對殘差法耶異常進行積分計算，求出每個格網(wǎng)中點的殘差重力高程異常。然后利用位模型系數(shù)由FFT技術計算位模型的高程異常，并將加上殘差高程異常，得到重力似大地水準面。,四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似

19、大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,,,,,,,,五、似大地水準面精度檢驗,黑龍江工程學院,5．似大地水準面精度檢驗 1)檢驗點布設原則 檢驗點的點位應分布均勻，在平原、丘陵和山區(qū)等不同的地形類別以及有效區(qū)域邊緣地區(qū)均應布設檢驗點；應采用未參加似大地水準面計算的實測高程異常點作為檢驗點。 城市似大地水

20、準面相鄰檢驗點的間距不宜超過30 km，檢驗點總數(shù)不應少于20個。 檢驗點與用于區(qū)域似大地水準面精化的高程異?？刂泣c間的距離應不小于似大地水準面格網(wǎng)間距。 檢驗點應滿足GPS觀測與水準聯(lián)測條件。 在利用舊點作為檢驗點時，應檢查舊點的穩(wěn)定性、可靠性和完好性，以及是否滿足GPS觀測與水準觀測的要求，符合要求方可利用。,,,,,,,,黑龍江工程學院,2)檢驗點觀測 檢驗點的測量精度應不低于區(qū)域似大地水準面精化時高程異常

21、控制點的測量精度；檢驗點的外業(yè)觀測與區(qū)域似大地水準面精化時高程異?？刂泣c的測量要求一致。 3)檢驗點數(shù)據(jù)處理 GPS數(shù)據(jù)處理按照GB/T l8314--2009的要求執(zhí)行；水準數(shù)據(jù)處理按照GB/T l2897--2006和GB/T l2898--2009的要求執(zhí)行。 計算檢驗點的實測高程異常；利用檢驗點的大地坐標和擬合后似大地水準面模型計算各檢驗點的高程異常。,五、似大地水準面精度檢驗,,,,,,,,

22、黑龍江工程學院,4)似大地水準面精度評定 由似大地水準面模型計算的各檢驗點高程異常與其實測高程異常不符值計算的中誤差，作為似大地水準面精度。,五、似大地水準面精度檢驗,,內容提要,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,黑龍江工程學院,,,,,,,,黑龍江工程學院,背景材料 1．任務概

23、況 通過區(qū)域似大地水準面精化，利用GPS技術結合高精度高分辨率似大地水準面模型，已成為高程測量的一種方式。為適應GPS技術以及CORS站技術的發(fā)展及廣泛應用，×市為滿足地方經(jīng)濟發(fā)展對基礎測繪的需求，利用GPS技術和水準測量技術，在已有加密重力資料、數(shù)字高程模型的基礎上，通過對重力、地形數(shù)據(jù)及GPS水準數(shù)據(jù)的處理，精化該市似大地水準面，涉及測區(qū)面積約5000km2。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院

24、,2．目標 ××市區(qū)域似大地水準面精化的目標是綜合利用重力資料、地形資料、重力場模型與GPS水準成果，采用物理大地測量理論與方法，應用移去一恢復技術確定該市區(qū)域性精密似大地水準面。 本項目外業(yè)工作內容主要包括：GPS C級點選埋50點，GPS C級點觀測l00點(新選埋50點，利用已有點位50點)，GPS C級點三等水準聯(lián)測(含水準路線檢測)1 000 km，外業(yè)成果整理、歸檔,六、似大地水準面精

25、化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,2．目標 本項目數(shù)據(jù)處理工作內容主要包括：加密重力數(shù)據(jù)整理，重力數(shù)據(jù)分析、重力歸算，DEM 數(shù)據(jù)加工處理，格網(wǎng)平均重力異常計算，GPS點數(shù)據(jù)處理，水準數(shù)據(jù)處理，區(qū)域似大地水準面計算，數(shù)據(jù)處理成果整理、歸檔。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,3．指標要求 GPS C級網(wǎng)相鄰點基線水平分量中誤差不超過±l0mm；相鄰點基線垂直分量中誤差不低于±

26、;20 mm。 三等水準測量每千米偶然中誤差為±3 mm，每千米的全中誤差為±6 mm。 似大地水準面分辨率2.5′×2.5′，似大地水準面精度±0.05 m。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,黑龍江工程學院,4．基礎條件 1)資料 2)人員 3)設備,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,5．提交成果 (1)技術設計書； (2)數(shù)據(jù)

27、處理方案； (3)GPS觀測數(shù)據(jù)及成果； (4)水準觀測數(shù)據(jù)及成果； (5)高程異?？刂泣c成果表； (6)區(qū)域似大地水準面模型成果； (7)技術總結； (8)精度檢驗報告； (9)檢查驗收報告。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,樣題 1．計算題 依據(jù)中華人民共和國財政部、國家測繪局2009年2月5 E1頒布的《測繪生產(chǎn)成本費用定額》，若測區(qū)的困難類別按Ⅱ類計算，

28、高程異?？刂泣c選埋標準按GPS普通標石執(zhí)行，本項目標石選埋、GPS和水準觀測、數(shù)據(jù)處理成本費用定額如下： ——GPS普通標石選埋為10 063.31元／點； ——三等水準觀測為1 117.89元／km； ——GPS C級點觀測為5 274.53元／點； ——三等水準數(shù)據(jù)處理為23.60元／km；,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,——GPS C級點數(shù)據(jù)處理為911.89元／點； ——

29、似大地水準面計算為60.81元／km2。 ①面積不足1 000 km2的，按1 000 km2計算；②對精度≤5 cm而面積超過l0 000 km2和精度>5 cm而面積超過00 000 km2的，其面積超過部分按上述相應定額的20%計算。 在上述案例中，假設GPS C級點觀測時，在綜合考慮各種因素的情況下，每觀測一個點需投入技術人員2名，l個工作日，觀測設備1套(含交通工具)。,六、似大地水準面精化案例,,,,

30、,,,,黑龍江工程學院,請進行下列計算： (1)所需要的外業(yè)總經(jīng)費，包括標石選埋和外業(yè)觀測。 (2)所需要的數(shù)據(jù)處理總經(jīng)費 (3)若20個工作日內完成所有GPS C級點觀測工作，需最少投入的技術人員和觀測設備數(shù)量。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,1．計算題(1)答：外業(yè)總經(jīng)費包括標石選埋、GPS C級點觀測和三等水準觀測三部分。標石選埋費用為l0063.31元/點×50點=503165

31、.50元。GPS C級點觀測費用為5274.53元/點×100點=527453.00元。三等水準觀測費用為1117.89元/km×1000 km=1117890.00元。綜合上述三項任務經(jīng)費，所需外業(yè)總費用為2148508.50元。(2)答：數(shù)據(jù)處理總經(jīng)費包括三等水準數(shù)據(jù)處理、GPS C級點數(shù)據(jù)處理和似大地水準面計算三部分。三等水準數(shù)據(jù)處理費用為23.60元/km×1000km=23600元。G

32、PS C級點數(shù)據(jù)處理費用為911.89元/點×l00點=91189.00元。似大地水準面計算費用為60.81元/km2×5000km2=304050.00元。 綜合上述三項任務經(jīng)費，所有數(shù)據(jù)處理總費用為418 839.00元。,六、似大地水準面精化案例,(3)答：根據(jù)題中假設，每觀測一個GPS C級點需投入技術人員2名，l個工作日，觀測設備1套(含交通工具)。若20個工作日內完成100個GPS C級點觀測工作，則

33、每個工作日至少需要完成5個GPS C級點觀測任務，因此需要至少投入技術人員10名，觀測設備5套。,黑龍江工程學院,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,2．簡答題 (1)簡述高程異常控制點布設原則。 (2)簡述似大地水準面計算流程。 (3)簡述似大地水準面精度檢驗原則和精度評定方法。,六、似大地水準面精化案例,,,,,,,,黑龍江工程學院,按照GB/T l8314--2009的要求完成高程異?？刂泣c

34、GPS測量數(shù)據(jù)處理。 按照GB/T l2898--2009的要求完成高程異常控制點水準測量數(shù)據(jù)處理。 按式(1-3)計算高程異?？刂泣c的高程異常。 收集似大地水準面精化區(qū)域的重力資料與數(shù)字高程模型資料，并按格網(wǎng)平均重力異常計算要求對數(shù)據(jù)進行整理。 可采用地形均衡重力歸算等方法完成重力點重力歸算與格網(wǎng)平均重力異常計算。 根據(jù)不同情況選擇適當?shù)膮⒖贾亓瞿Ｐ停捎靡迫ヒ换謴图?/p>

35、術，完成重力似大地水準面計算。 采用融合技術消除或削弱高程異?？刂泣c與對應的重力似大地水準面的不符值，完成與國家高程系統(tǒng)一致的似大地水準面計算。,六、似大地水準面精化案例,課程小結：,課程小結,黑龍江工程學院,一、似大地水準面精度與分辨率二、似大地水準面精化基礎數(shù)據(jù)要求三、高程異?？刂泣c的布設四、外業(yè)觀測和數(shù)據(jù)處理五、似大地水準面精度檢驗六、區(qū)域似大地水準面精化案例,思考題,思考題： 一、基本原則