“2024注冊測繪師資格考試大綱”

（其次科目測繪綜合實力第一篇大地測量）

注冊測繪師資格考前培訓輔導

（講稿）

【考試目的】

考察測繪專業技術人員運用測繪專業技術理論，分析、推斷和解決測繪項

目實施過程中專業技術問題的實力，以及處理測繪專業之間綜合性問題的實力。

【考試內容】

（一）、大地測量考試基本要求

1.依據國家、區域和工程測量的不同需求，優化設計滿足要求的下星定位

連續運行參考站網、衛星定位限制網、邊角限制網、高程限制網和重力限制網

等空間框架基準，并應充分考慮到對似大地水準面精化工作的要求。

2.依據不同作業區域的地質、環境、地物以及氣象等狀況，選擇滿足設計

要求的點（站）址，并建立適合該區域的測量標記，

3.依據限制網的布設狀況，編寫實施方案，選擇滿足設計要求的儀器設備,

進行相應的儀器設備檢驗，并依據設計的作業方法進行外業觀測。對外業觀測

數據進行檢核，獲得合格的觀測成果。

4.依據觀測方法和工程項目的要求，選擇經過驗證、牢靠的數據處理軟件

對外業觀測數據進行處理，處理結果應符合設計的要求。

5.依據衛星定位限制網的特點，依據工程須要進行似大地水準面（或高程異

樣模型）的精化工作，完成衛星定位三維限制網的建設。

6.依據作業區域的坐標系統狀況，進行坐標系之間的分析，確定不同等級、

不同年頭限制網間的相互關系。

第1章大地測量概論

1.1o1大地測量的任務和作用

大地測量是為探討地球的形態及表面特性進行的實際測量工作。其主要任

務是建立國家或大范圍的精密限制測量網，內容有三角測量、導線測量、水準

測量、天文測量、重力測量、慣性測量、衛星大地測量以及各種大地測量數據

處理等。它為大規模也形圖測制及各種工程測量供應高精度的平面限制和高程

限制；為空間科學技術和軍事用途等供應精確的點位坐標、距離、方位及地球

重力場資料；為探討地球形態和大小、地殼形變及地震預報等科學問題供應資

料。

1.1o2現代大地測量的特點

20世紀80年頭以來，由于空間技術、計算機技術和信息技術的飛躍發展，

以電磁波測距、衛星測量、甚長基線干涉測量等代表的新的大地測量技術出現,

給傳統大地測量帶來了革命性的變革，形成了現代大地測量。現代大地測量具

有以下特點：（1）長距離、大范圍。量測的范圍和間距，不再受天％及“視

線”長度的制約，能供應協調一樣的全球性大地測量數據。（2）高精度，量

測精度相對于傳統大地測量而言，已提高了1―2個數量級。（3）實時、

快速。外業觀測和內業數據處理幾乎可以在同一時間段內完成，即實時或準實

時地完成。（4）“四維”。能供應在合理復測周期內有時間序列的（時間或

歷元）、高于10-7相對精度的大地測量數據。（5）地心。測得的位置、

高程、影像等成果，是以維系衛星運動的地球質心為坐標原點的三維測量數據。

（6）學科融合。現代大地測量除對大氣科學貢獻外，由于它能獲得精確、大

量、在空間和時間方面有很高辨別率的對地觀測數據，因此對地球科學、海洋

學、地質學、地震學等地球科學的作用也越來越大。它與地球科學多個分支相

互交叉，已成為推動地球科學的前沿科學之一。

1.1.3大地測量的作用

大地測量是組織、管理、融合和分析地球海量時空信息的一個數理基礎，也是

描述、構速和認知地球，進而解決地球科學問題的一個時空平臺。任何與地理

位置有關的測繪都必需以法定的或協議的大地測量基準為基礎。各種測繪只有

在大地測量基準的基礎上，才能獲得統一、協調、法定的平面坐標和高程系統，

才能獲得正確的點位和海拔高以及點之間的空間關系和尺度。在我國科學探討、

國民經濟建設、國防建設、國家權益維護、空間技術與航天工程、社會發展中

均離不開大地測量技術供應的服務。

1.2大地測量系統與參考框架

大地測量系統規定了大地測量的起算基準、尺度標準及其實現方式（包括理

論、模型和方法）。大地測量參考框架是通過大地測量手段，由固定在地面上的

點所構成的大地網（點）或其他實體（靜止或運動的物體）按相應于大地測量

系統的規定模式構建的，是對大地測量系統的具體實現。大地測量系統是總體

概念，大地測量參考框架是大地測量系統的具體應用形式。大地測量系統包括

坐標系統、高程系統、深度基準和重力參考系統。與大地測量系統相對應，大

地參考框架有坐標（參考）框架、高程（參考）框架和重力測量（參考）框架

三種。

1.2.1大地測量坐標系統和大地側量常數

大地測量坐標系統是一種固定在地球上，隨地球一起轉動的非慣性坐標系統。

依據其原點位置不同，分為地心坐標系統和參心坐標系統。從表現形式上分，

大地測量坐標系統又分為空間直角坐標系統、大地坐標系統兩種形式。空間直

角坐標一般用（x,y,Z）表示；大地坐標用（經度、，緯度，大地高H）

表示，其中大地高H是指空間點沿橢球面法線方向至橢球面的距離。大地測量

常數是指與地球一起旋轉且和地球表面最佳吻合的旋轉橢球（即地球橢球）幾

何參數和物理參數。它分為基本常數和導出常數。基本常數唯肯定義了大地測

量系統。導出常數由基本常數導出，便于大地測量應用。大地測量常數按屬性

分為幾何常數和物理常數。

1.2.2大地測量坐標框架

1.參心坐標框架傳統的大地測量坐標框架是由天文大地網實現和維持的，

一般定義在參心坐標系統中，是一種區域性、二維靜態的地球坐標框架。20世

紀，世界上絕大部分國家或地區都采納天文大地網來實現和維持各自的參心坐

標框架。我國在20世紀50——80年頭完成的全國天文大地網，分別定義在

1954北京坐標系統和1980西安坐標系中。我國天文大地限制點（大地點）覆

蓋我國大陸和海南島，采納整體平差方法構建了我國參心坐標框架。

2.地心坐標框架國際地面參考框架（ITRF）是國際地面參考系統

（ITRS）的具體實現。它以甚長基線干涉測量（VLBI）、衛星激光測距

（SLR）、激光測月（LLR）、GPS和衛星多普勒定軌定位（DORIS）等空

間大地測量技術構成全球觀測網點，經數據處理，得到ITRF點（地面觀測點）

站坐標和速度場等。目前，ITRF已成為國際公認的應用最廣泛、精度最高的

地心坐標框架。

2000國家大地限制網是定義在ITRS2000地心坐標系統中的區域性地心坐

標框架。區域性地心坐標框架一般由三級構成。第一級為連續運行站構成的動

態地心坐標框架，它是區域性地心坐標框架的主限制；其次級是與連續運行站

定期聯測的大地限制點構成的準動態地心坐標框架；第三級是加密大地限制點。

1.2,3高程系統和高程框架

1.高程基準高程基準定義了陸地上高程測量的起算點，區域性高程基準

可以用驗潮站的長期平均海面來確定，通常定義該平均海面的高程為零。在地

面預先設置好一固定點（組），聯測其至平均海水面的海拔高程。這個固定點就

稱為水準原點，其高程就是區域性水準測量起算商程。

1954年，我國確定用青島驗潮站驗潮計算的黃海平均海水面作為高程基準

面，并在青島市觀象山修建了國家水準原點。1956年，通過對青島驗潮站7年

的驗潮資料的計算，求出我國青島水準原點高程為72.289nl。1976年，我

國進行了國家二期一等水準網布測工作。同時建立了1985國家高程基準。

1985國家高程基準是我國現采納的高程基準，青島水準原點高程為72.260

4mo

2.高程系統我國高程系統采納正常高系統，正常高的起算面是似大地

水準面。由地面點沿垂線向下至似大地水準面之間的距離，就是該點的正常高，

即該點的高程，

3.高程框架高程框架是高程系統的實現。我國水準高程框架由國家二期

一等水準網，以及國家二期一等水準復測的高精度水準限制網實現，以青先水

準原點為起算基準，以正常高系統為水準高差傳遞方式。

高程框架分為四個等級，分別稱為國家一、二、三、四等水準限制網。框架

點的正常高采納逐級限制，其現勢性通過一、二等水準限制網的定期復測來維

持。

高程框架的另一種形式是通過（似）大地水準面精化來實現的。

1.2.4重力系統和重力測量框架

重力是重力加速度的簡稱。重力測量就是測定空間一點的重力加速度。重

力基準就是標定一個國家或地區的肯定重力值的標準。重力參考系統則是指采

納的橢球常數及其相應的正常重力場。重力測量框架則是由分布在各地的若干

肯定重力點和相對重力點構成的重力限制網，以及用作相對重力尺度標準的若

千條長短基線。

在20世紀50——70年頭，我國采納波茨坦重力基準，重力參考系統采

納克拉索夫斯基橢球常數。80年頭初，我國建立了“國家1985重力基本網”,

簡稱為“85網”。它由6個基準點、46個基本點和5個基本點引點組成。

重力參考系統則采納IAG75橢球常數及其相應正常重力場。

1999年至2024年，我國完成了2000國家重力基本網建設，簡稱“2000

網”。它由259個點組成，其中基準點21個、基本點126個和基本點引點112

個；長基線網1個，重力儀格值標定場8處，聯測了1985國家重力基本網

及中國地殼運動觀測網絡重力網點66個。該網運用了FGS肯定重力儀施測，

并增加了肯定重力點的數量，覆蓋面大，是我國新的重力測量基準。重力系統

采納GRS80橢球常數及其相應正常重力場。

1.2.5深度基準深度基準面的選擇與海區潮汐狀況有關，常采納當地

的潮汐調和常數來計算，由于各地潮汐性質不同，計算方法不同，一些國家和

地區的深度基準面也不相同。有的采納理論深度基準面，有的采納平均低潮面、

最低低潮面、大潮平均低潮面等。我國1956年以前主要采納了最低低潮面、

大潮平均低潮面和實測最低潮面等為深度基準。從1957年起采納理論深度基

準面為深度基準。該面是按蘇聯弗拉基米爾計算的當地理論最低低潮面。

1.3時間系統與時間系統框架

在現代大地測量中，為了探討諸如地殼升降和地球板塊運動等地球動力學現

象，時間也和描述觀測點的空間坐標一樣，成為探討點位運動過程和規律的一

個重要重量，從而形成空間與時間參考系中的四維大地測量。時間系統規定了

時間測量的參考標準，包括時刻的參考標準和時間間隔的尺度標準。時間系統

也稱為時間基準或時間標準。頻率基準規定了“秒長”的尺度，任何一種時間

基準都必需建立在某個頻率基準的基礎上。因此，時間基準也稱為時間頻率基

淮。時間系統框架是在某一區域或全球范圍內，通過守時、授時和時間頻率測

量技術，實現和維持統一的時間系統。

1.3.1常用的時間系統

大地測量中常用的時間系統有：

(1)世界時(UniversalTime,UT):以地球自轉周期為基準，在1960年

以前始終作為國際時間基準。

(2)原子時(AtomioTim。，AT):以位于海平面(大地水準面，等位

面)的鈍(133Cs)原子內部兩個趣精細結構能級躍遷輻射的電磁波周期為基

準,從1958年1月1日世界的零時起先啟用。

(3)力學時(DynamicTime,DT):在天文學中，天體的星歷是依據天體

動力學理論的運動方程而編算的，其中所采納的獨立變量是時間參數T,這個

數學變量T,便被定義為力學時。

(4)協調時(UniversalTimeCoordinated,UTC):它并不是一種獨立

的時間，而是時間服務工作鐘把原子時的秒長和世界時的時刻結合起來的一種

時間。

(5)GPS時(GPSTime,GPST):由GPS星載原子鐘和地面監控站原子

鐘組成的一種原子時基準，與國際原子時保持有19S的常數差，并在GPS標

準歷元1980年1月6日零時與UTC保持一樣。

1.3.2時間系統框架

時間系統框架是對時間系統的實現。描述一個時間系統框架通常須要涉及如

下幾個方面的內容：

(1)采納的時間頻率基準。時間系統確定了時間系統框架采納的時間頻率

基準。不同的時間頻率基準，其建立和維護方法不同。歷書時是通過觀測月球

來維護；力學時是通過觀測行星來維護；原子時是由分布不同地點的一組原子

頻標來建立，通過時間頻率測量和比對的方法來維護。

（2）守時系統。守時系統用于建立和維持時間頻率基準，確定時刻。為保

證守時的連續性，不論是哪種類型的時間系統，都須要穩定的頻標。

（3）授時系統。授時系統主要是向用戶授時和時間服務。授時和時間服務

可通過電話、網絡、無線電、電視、專用（長波和短波）電臺、衛星等設施和

系統進行，它們具有不同的傳遞精度，可滿足不同用戶的須要。

（4）覆蓋范圍。覆蓋范圉是指區域或是全球。20世紀90年頭自美國GPS

廣泛運用以來，通過與GPS信號的比對來校驗本地時間頻率標準或測量儀器的

狀況越來越普遍，原有的計量傳遞系統的作用相對削減。

補充內容1.1

1.1大地測量學的定義

大地測量學是指在肯定的時間與空間參考系中，測量和描繪地球形

態及其重力場并監測其變更，為人類活動供應關于地球的空間信息的

一門學科。

經典大地測量：地球剛體不變、勻稱旋轉的球體或橢球體；范圍，卜。

現代大地測量：空間測繪技術（人造地球衛星、空間探測器），空間大

地測量為特征，范圍大。

2大地測量學的基本體系

應用大地測量、橢球大地測量、天文大地測量、大地重力測量、測量

平差等；新分支：海樣大地測量、行星大地測量、衛星大地測量、地球動力學、

慣性大地測量。

幾何大地測量學（即天文大地測量學）

基本任務：是確定地球的形態和大小及確定地面點的幾何位置。

主要內容：國家大地測量限制網（包括平面限制網和高程限制網）

建立的基本原理和方法，精密角度測量，距離測量，水準測量；地球橢球數學

性質，橢球面上測量計算，橢球數學投影變換以及地球橢球幾何參數的數學模

型。

物理大地測量學：即理論大地測量學

基本任務：是用物理方法（重力測量）確定地球形態及其外部重力

場。

主要內容：包括位理論，地球重力場，重力測量及其歸算，推求地

球形態及外部重力場的理論與方法。

空間大地測量學：

主要探討以人造地球衛星及其他空間探測器為代表的空間大地測

量的理論、技術與方法。

1.3大地測量學的基本內容

L建立和維持國家和全球的測繪基準、坐標系統（天文大地水平限制網、工程

限制網和精密水準網以及海洋大地限制網），以滿足國民經濟和國防建設的須

要。

區探討為獲得高精度測量成果的儀器和技術方法。探討地球表面對橢球面或平

面的投影數學變換及有關大地測量計算。

3.探討大規模、高精度和多類別的地面網、空間網的數據處理的理論和方法，

測量數據庫速立及應用等。

1.5大地測量學發展簡史及展望

1大地測量學的發展簡史

第一階段：地球圓球階段

從遠古至17世紀，人們用天文方法得到地面上同一子午線上兩點的緯度差，

用大地法得到對應的子午圈弧長，從而推得地球半徑（弧度測量）

其次階段：地球橢球階段

從17世紀至19世紀下半葉，在這將近200年期間，人們把地球作為圓球

的相識推動到向兩極略扁的橢球。

第三階段；大地水準面階段

第四階段：現代大地測量新時期（數字地球時期）

220世紀下半葉，以電磁波測距、人造地球衛星定位系統及甚長基線干涉測

量等為代表的新的測量技術的出現，給傳統的大地測量帶來了革命性的變革，

大地測量學進入了以空間測量技術為代表的現代大地測量發展的新時期。

補充內容1.2時間的描述

對于時間的描述，可采納一維的時間坐標軸，有時間原點、度量單位(尺度)時刻剛好

間間隔等要素，原點可依據須要進行指定，度量單位采納時刻和時間間隔兩種形式。時刻是

時間軸上的坐標點，是相對于時間軸的原點而言的，是指發生某一現象的瞬間；時間間隔是

兩個時刻點之間的差值，是指某一現象的持續時間的長短。

任何一個周期運動，假如滿足如下三項要求，就可以作為計量時間的方法。

D運動是連續的；

2)運動的周期具有足夠的穩定性：

3)運動是可觀測的。

在實際應用中，依據須要選取滿足上述條件的周期運動，從而定義了多種時間系統。例

如，以地球自轉運動為基油，建立了恒星時(ST)和世界時(UT)：以地球公轉運動為基威，建

立了歷書時(ET),并進一步發展為太陽系質心力學時(TDB)和地球質心力學時(TDT)；以物質

內部原子運動特征為基礎，建立了原子時(TAI)。

1.2.1恒星時(ST)

以春分點作為基本參考點，由春分點周日視運動確定的時間，稱為恒星時。春分點連續

兩次經過同一子午圖上中天的時間間隔為一恒星日，分為24個恒星時，某一地點的她方恒

星時，在數值上等于春分點相對于這一地方子午圈的時街。

依據關于地球自轉的描述，由于歲差和章動的影響，地琰自轉軸的指向在空間是變更的，從

而導致春分點的位置發生變更，相應于某一時刻瞬時極的春分點稱為其春分點，相應于平極

的春分點稱為平春分點，據此把恒星時分為真恒星時和"恒星時。真恒星時等于真春分點的

地方時角(LAST),平恒星時等于平春分點的地方時角1LMST),真春分點的格林尼治時角

(GAST)、平春分點的格林尼治時角(GMST)與LAST、LMST的關系為：

LAST-LMST=GAST-GMST=^i//cose(2-1)

GMST=1.002737909JxC/n+24110.5484Is+8640184.8128667"9

+0.0931045T2-6.2xlQ-6T3

GMST—LMST=GAST-LAST=2(2-3)

其中，△收為黃經章動，￡為黃赤交角，T為J2000.0至計算歷元之間的儒略世紀數。

赤道

圖2-5恒星時

1.2?2世界時(3)

以其太陽作為基本參考點，由其周日視運動確定的時間，稱為其太陽時。由于其太陽的

視運動速度是不勻稱的，因而真太陽時不是勻稱的時間尺度，為此引入虛擬的在赤道上勻速

運行的平太陽，其速度等于賓太陽周年運動的平均速度。平太陽連續兩次經過同一子午圖的

時間間隔，稱為一個平太陽日，分為24個平太陽小時。以格林尼治半夜起算的平太陽時稱

為世界時。未經任何改正的世界時表示為UTO,經過極移改正的世界時表示為UT1,進一步

經過地球自轉速度的季節性改正后的世界時表示為UT2o

UT1=UTO+N(2-4)

UT2=UT\+AT(2-5)

A2=—(xsinA-ycos2)tan<p(2-6)

15pp

AT=0.022sin(2^-?/)-0.012cos(2?-z)一0.006sin(4^?/)+0.007cos(4^?t)(2-7)

Ze為天文經緯度，t為白塞爾年歲首回來年的小數部分。

平太陽連續兩次經過平春分點的時間間隔為一回來年，等于365.24219879個平太陰日，

在民用中則采納整數365大，每四年一個閏年為366天。

由于地球自轉的同時又繞太陽公轉，對應平太陽連續兩次經過同一子午圖的時間間隔，

地球的自儲量越過一圈，而一個恒星日正好對應于地球自轉一周，如圖2-6所示。其關系式

為：1平太陽日=(1+1/36￡25)恒星日。

假如以平太陽時間尺度計算，一個恒星日等于23小時56分04秒。

太陽

春分點

圖2-6恒星時與太陽時

1.2.3歷書時(ET)與力學時(DT)

由于地球自轉速度不勻稱，導致用其測得的時間不勻稱。1958年第10屆國際天文學協

會(IAU)確定，自1960年起起先以地球公轉運動為基準的歷書時來量度時間，用歷書時系統

代替世界時。歷書時的秒長規定為1900年1月1日12時整回來年長度的1/31556925.9747,

起始歷元定在1900年1月1日12時。

歷書時對應的地球運動的理論框架是牛頓力學，依據廣義相對論，太陽質心系和地心系

的時間將不相同，1976年國際天文學寐合會(IAU)定義了這兩個坐標系的時間：太陽系質心

力學時(TDB)和地球質心力學時(TDT)。稱為“力學”，是這兩個時間尺度可以看作是行星繞

日運動方程和衛星繞地運動方程的自變量(亦即時間)。TDT和TDB可以看作是ET分別在兩

個坐標系中的實現，TDT代替了過去的ET。

TDT與TDB的關系式為：

TDB=TDT+0.001658sin(g+0.0167sing)(2-9)

g=(357.5280+35999.050°T)(2n/360)(2-10)

1.2.4原子時(AT)

原子時是一種以原子諧振信號周期為標準，并對它進行連續計數的時標。原子時的基本

單位是原子時秒，定義為：在零磁場下，飽733原子基態兩個超精細能級間躍遷輻射

9192631770周所持續的時間。1967年第13屆國際計量大會把在海平面實現的原子時秒做

為國際參照時標，規定為國際單位制中的時間單位。

依據原子時秒的定義，任何原子鐘在確定起始歷元后，都可以供應原子時。由各試瞼室

用足夠精確的原子鐘導出的原子時稱為地方原子時。目前，全世界大約有20多個國家的不

同試驗室分別建立了各自獨立的地方原子時。國際時間局比較、綜合世界各地原子鐘數據，

最終確定的原子時，稱為國際原子時，簡稱TAI(法語縮寫］

TAI起點定在1958年1月1日0時0分0秒（UT2）,即規定在這一瞬間原子時時刻與

世界時刻重合。但事后發覺，在該瞬間TAI與世界時的時刻之差為0.0039秒。這一差值就

作為歷史事實而保留下來，在確定原子時起點之后，由于地球自轉速度不勻稱，世界時與原

子時之間的時差便逐年積累。

原子時是通過原子鐘來守時和授時的，其精度高達I。-S秒，對于人造衛星和導彈的制

導、空間跟蹤、數字通訊、甚長基線射包干涉技術、相對論效應的臉證、地球自轉的不勻稱

性的探討、基本物理量的定義和測量、無線電波的傳遞速度的測量以及電離層探討等方面，

原子鐘都是一種重要的儀器。

現在TDT的計量是用原子鐘實現的，兩者的起點不同，其關系式為：

TDT=TAI+32.184（2-11）

1.2.5協調世界時（UTC）

原子時與地球自轉沒有干脆聯系，由于地球自轉速度長期變慢的趨勢，原子時與世界時

的差異將漸漸變大，為了保證時間與季節的協調一樣，便于日常運用，建立了以原子時秒長

為計量單位、在時刻上與平太陽時之差小于0.9秒的時間系統，稱為世界協調時（UTC）。當

UTC超過平太陽時之差超過0.9秒時，撥快或撥慢1秒，稱為閏秒。閏秒由國際計量局向全

世界發出通知，一般在12月份最終一分鐘進行。假如一年內閏1秒還不夠，就在6月再閏

1秒。到目前為止由于地球轉速越來越慢，都是撥慢1秒，60秒改為61秒。負閏秒還沒有

發生過。

UTC與其他時間系統的關系為：

胡型匕蒜"巴竺嬴7匹!”絲麗

/ATTAI+32,18fTDTPTDB^TDTLJTDB

1.2.6衛星定位系統時間

時間的計量對于衛星定就、地面點與衛星之間距離測量至關重要，精確定時設備是導航

定位衛星的重要組成部分，衛星系統是連續運行的，要求時間系統是連續的，為了進行高精

度定位，要求衛星上的時間計量設備具有很高的精度，因而原子時是最合適的選擇。例如

GPS的時間系統采納基于美國海軍觀測試臉室（USN0）維持的原子時，稱為GPST,它與UTC

的關系是：GPST=UTC+n。在1980年1月6日，GPST與UTC相等，當前（2024年），GPSTRTC+13'。

對于上述的時間系統，與計量方法的關系及其轉換關系匯總如下:

時間系統計量依據

恒星時以春分點為參考點的地球自轉

世界時以太陽為參考點的地球自轉

歷書時、力學時地球公轉（已被原子時所代替）

原子時、衛星定位系統時間原子鐘

世界協調時原子鐘+閆秒

UT1=UTC+dUT1（IERS公報）

GAST=GMST+A^/cos^

TAI=UTC+n

TAI=GPST+19

■GPST與UTC的關系：

"GPST=UTC+1Xn-19

■1987年：n=23；

?1992年：n=26；

■2024年：n=32

補充內容1.3大地測量參考系統（GeodeticReferenceSystem）

坐標參考系統：分為天球坐標系和地球坐標系。天球坐標系用于探討天體和人造衛星

的定位與運動。地球坐標系用于探討地球上物體的定位與運動，是以旋轉桶球為參照體建立

的坐標系統，分為大地坐標系和空間直角坐標系兩種形式，大地坐標系如圖2To所示，P

點的于午面NPS與起始于乍面NGS所構成的二面角L,叫做P點的大地經度，由足始予午而

起算，向東為正，叫東經（0°?180°）,向西為負，叫西經（0°?180°）,P點的法線Pn

與赤道面的夾角B,叫做P點的大地緯度，由赤道面起算，向北為正，叫北緯（0°?90°）,

向南為負，叫南緯（0°?90°）o在該坐標系中，P點的位置用（L,B）表示。假如點不在

橢球面上，表示點的位置除（L,B）外，還要附加另一參數——大地高H,它是從觀測點沿

橢球的法線方向到橢球面的距離。空間直角坐標系如圖271所示，空間隨意點的坐標用（X

YZ）表示，坐標原點位在總地球質心或參考橢球中心，Z軸與地球平均自轉軸相重合，亦

即指向某一時刻的平均北極點，X軸指向平均自轉軸與平均格林尼治天文臺所確定的子午而

與赤道面的交點Ge,而Y軸與X0Z平面垂直，且指向東為正。

上面介紹的兩種坐標系，在大地測量、地形測量以及制圖學的理論探討及實踐工作中

都得到廣泛地應用。因為它們將全地球表面上的關于大地測量、地形測量及制圖學的資料都

統一在一個統一的坐標系中。此外，它們是由地心、旋轉軸、赤道以及地球橢球法線確定的，

因此，它們對地球自然形態及大地水準面的探討、高程的確定以及解決大地測量及其他學科

領域的科學和實踐問題也是最便利的。

圖2-10大地坐標系

z

圖271空間直角坐標系

高程參考系統：以大地水準面為參照面的高程系統稱為三高，以似大地水準面為參照面的高

程系統稱為正常高，大地水準面相對于旋轉橢球面的起伏見圖272,正常高H正術及正高

與大地高，和有如下關系：

”二〃正常+7

H=HjN

式中：自高程異樣，N——大地水準面差距。

圖272參考橢球面與大地水準面

重力參考系統：重力觀測值的參考系統。

大地測量參考框架(GeodeticReferenceFrame):是大地測量參考系統的具體實現，是通

過大地測量手段確定的固定在地面上的限制網(點)所構建的，分為坐標參考框架、高程參

考框架、重力參考框架。國家平面限制網是全國進行測量工作的平面位置的參考框架，國家

平面限制網是按限制等級和施測精度分為一、二、三、四等網。目前供應運用的國家平面限

制網含三角點、導線點共154348個；國家高程限制網是全國進行測量工作的高程參考框架，

按限制等級和施測精度分為一、二、三、四等網，目前供應運用的1985國家高程系統共有

水準點成果114041個，水準路途長度為416619.1公里；國家重力基本網是確定我國重力加

速度數值的參考框架，目前供應運用的2000國家重力基本網包括21個重力基準點和126

個重力基本點，重力成果在探討地球形態、精確處理大地測量觀測數據、發展空間技術、地

球物理、地質勘探、地霹、天文、計量和高能物理等方面有著廣泛的應用：“2000國家GPS

限制網”由國家測繪局布設的高精度GPSA、B級網，總參測繪局布設的GPS一、二級網，

中國地震局、總參測繪局、中國科學院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網組成，該限

制網整合了上述三個大型的、有重要影響力的GPS觀測網的成果，共2609個點，通過聯合

處理將其歸于一個坐標參考框架，形成了緊密的聯系體系，可滿足現代測量技術對地心坐標

的需求，同時為建立我國新一代的地心坐標系統打下了堅實的基礎。

橢球定位和定向

旋轉械球體是楠圓繞其短軸旋轉而成的形體，通過選擇桶圓的長半軸和扁率，可以得到與地

球形體特別接近的旋轉橢球，旋轉橢球面是一個形態規則的數學表面，在其上可以做嚴密的計算，

而且所推笄的元素（如長度與角度）同大地水準而上的相應元素特別接近，這種用來代表地球形態

的橢球稱為地球橢球，它是地球坐標系的參考基準。

橢球定位是指確定橢球中心的位置，可分為兩類：局部定位和地心定位。局部定位要求在肯

定范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，而對橢球的中心位置無特殊要求：地心定位要求在

全球范圍內橢球面與大地水準面有最佳的符合，同時要求橢球中心與地球質心一樣或最為湊近。

橢球定向是指確定橢球旋轉軸的方向。

不論是局部定位還是地心定位，都應滿足兩個平行條件：

①橢球短軸平行于地球自轉軸；

②大地起始于午面平仔于天文起始于午面。

這兩個平行條件是人為規定的，其目的在于簡化大地坐標、大地方位角同天文坐標、天文方

位角之間的換算。

具有確定參數（長半徑a和扃率Q）,經過局部定位和定向，同某一地區大地水準而最佳擬

合的地球橢球，叫做參考橢球。

除了滿足地心定位和雙平行條件外，在確定橢球參數時能使它在全球范圍內與大地體最

密合的地球橢球，叫做總地球橢球。

第2章傳統大地限制網

2.1傳統大地限制網的布設

2.1.1傳統大地限制網的建設

采納傳統大地測量技術建立平面大地限制網就是通過測角、測邊推算大地限

制網點的坐標。其方法有：三角測量法、導線測量法、三邊測量法和邊角同測

法。

三角測量法優點是：檢核條件多，圖形結構強度高；實行網狀布設，限制面

積較大，精度較高；主要工作是測角，受地形限制小，擴展快速。缺點是：在

交通或隱藏地區布網困難，網中推算的邊長精度不勻稱，距起始邊愈遠精度愈

低。但在網中適當位置加測起算邊和起算方位角，就可以限制誤差的傳播，彌

補這個缺點。三角測量法是我國建立天文大地網的主要方法。

導線測量法優點是：單線推動速度快，布設敏捷，簡潔克服地形障礙和穿過

隱藏地區；邊長干脆測定，精度勻稱。尤其是電磁波測距技術的發展，使導線

測量法應用比較普遍。主要缺點是：幾何條件少，圖形結構強度低；限制面積

小。我國在西藏地區天文大地網布設中主要采納導線測量法。

三邊測量法和邊角同測法只是在特殊狀況下采納，我國天文大地網布設中沒

有采納該方法。

2.1.2三角網布設的原則

國家三角網布設的原則是：

1.分級布網、逐級限制

先以高精度的稀疏的一等三角鎖網，縱橫交叉她布滿全國，形成統一坐標系統

骨干網。然后，按不同地區、不同特點的實際須要，再分別布設二、三、四等

三角網。

2.具有足夠的精度

國家三角網是限制測圖的基礎，它的精度必需保證測圖的實際須要。

3.具有足夠的密度

三角點的密度要依據測圖的方法及比例尺的大小而定。一般按航測成圖的要

求，點的密度規定見表1一2一1。

4.要有統一的規格

建立國家三角網，工程規模巨大，必需有大量的測量單位和作業人員劃分地

區進行作業。為此，國家必需制定統一的布網方案和《國家三角側量和精密導

線測量規范》，作為測量和建立全國統一的三角鎖網的依據。

2.1.3全國天文大地網整體平差

全國天文大地網整體平差于1978年至1984年期間完成，1984年6

月通過技術鑒定。通過天文大地網整體平差，消退了原來分區平差和逐級限制

產生的不合理影響，提高了大地網精度；建立了我國自己的1980國家大地坐

標系，并為精化地心坐標供應了條件，它是我國大地測量發展史上的一個里程

碑，也為我國大地測量的進一步發展打下了良好的基礎。

全國天文大地網整體平差的技術原則如下：

(I)地球橢球參數。地球橢球參數采納1975年國際大地測量與地球物理

聯合會(IUGG)第16屆大會期間IAG決議舉薦的數值,即IAG-75橢

球參數。

(2)坐標系統。依據天文大地網整體平差結果建立橢球相同的兩套大地坐

標系：1980國家大地坐標系和地心坐標系。

(3)橢球定位與坐標軸指向，1980國家大地坐標系的橢球短軸應平行于

由地球質心指向1968.0地極原點(JYD)的方向，首子午面應平行于格

林尼治平均天文臺的子午面。橢球定位參數以我國范圍內高程異樣值平方和最

小為條件求定。

2.2經緯儀和光電測距儀及其檢驗

2o2.1經緯儀種類

經緯儀一般分為光學經緯儀、電子經緯儀及全站型電子速測儀。標準型號劃

分見表1-2一2°

電子經緯儀或全站儀的測角部分的精確度等級以儀器的標準偏差來劃分，見

表1-2一3

2.2.2經緯儀檢驗

1.光學經緯儀

水平角觀測運用的光學經緯儀，在作業前應通過有相應儀器檢驗資質的儀器

檢測機構進行檢驗，檢驗項目、檢驗方法與限差以及檢驗周期等，按行業標準

《光學經緯儀》(JJG414—2024)的有關規定執行。

2.電子經緯儀或全站儀的測角系統水平角觀測運用的電子經緯儀或全站

儀，在作業前應通過有相應儀器檢定資質的儀器檢測機構進行檢驗，檢驗項目、

檢驗方法與限差以及檢驗周期等，按行業標誰《全站型電子速測儀))(JJG

ID0-2024)的有關規定執行。

2.2.3光電測距儀

1.光電測距儀分類

光電測距儀按測程分類，分為短程、中程、長程。測程小于3km為短程測

距儀，3km至15km為中程測距儀，測程大于15km至60km為長程測距

儀。按測距儀出廠標稱標準差，歸算到1km的測距標準差計算，分為三級，

見表1一2一4。

2.光電測距儀檢定

光電測距儀的首次檢定、后續檢定應通過有相應儀器檢定資質的儀器檢測機

構進行檢定，其檢驗項目、檢驗方法與限差以及檢驗周期等，按行業標準《光

電測距儀》(JJG703-2024)的有關規定執行。運用中的檢驗，也應執

行JJG703—2024的有關規定。

2.3水平角觀測

2.3.1水平角觀測的主要誤差影響

運用經緯儀在野外條件下進行觀測，其觀測誤差主要來源于3個方面：

1.觀測過程中引起的人差人差因人而異，是由觀測者嫻熟程度造成的。

2,外界條件對觀測精度的影響外界條件主要是指觀測時大氣的溫度、

濕度、密度，太陽的照耀方位，地形、地物等因素。它們對測角精度的影響，

主要表現在觀測目標的成像質量，觀測視線的彎曲，規標或腳架的扭轉等方面。

3.儀器誤差對測角精度的影響儀器誤差，如視準軸誤差、水平軸不

水平的誤差、垂直軸傾斜誤差、測微器行差、照準部及水平度盤偏心差、度盤

和測微器分劃誤差等。此外，在觀測過程中轉動儀器時，可能產生照準部轉動

時的彈性帶動誤差，腳螺旋的空隙帶動差，水平微動螺旋的隙動差。

2.3,2水平角觀測方法

水平角觀測一般采納方向觀測法、分組方向觀測法和全組合測角法。其中方

向觀測法一般廣泛用于三、四等三角觀測，或在地面點、低規標點和方向較少

的二等三角觀測；當觀測方向多于6個時采納分組方向觀測法；在一等三角觀

測，或在高標上的二等三角觀測采納全組合測角法。各等級三角測量觀測運用

儀器、觀測方法和測回數按表1―2一5規定執行。

2.3.3三角點觀測工作及外業驗算

1.觀測工作程序

(1)觀測點要做好各項打算工作。包括安裝儀器、確定儀器整置中心、測

定測站點和照準點歸心元素、設置測傘、整置儀器、選擇零方向、編制觀測度

盤表等。

(2)在完成上述打算工作后，即可起先觀測工作，具體觀測要求見《國

家三角測量和精密導線測量規范》。

(3)在完成觀測工作后，離開本點前，應對觀測成果進行具體的檢查、

整理和計算。

總之，要在確保本點成果齊全并精確無誤時，方可遷站。在離開本點前，必

需將標石埋封好，以保證標石的永久保存。

2,三角測量外業驗算

外業驗算應包括以下內容和程序：

(1)檢查外業資料，包括觀測手簿、觀測記簿、歸心投影用紙等；

(2)編制已知數據表和繪制三角鎖網圖；

(3)三角形近似球面邊長計算和球面角超計算；

(4)歸心改正計算，并將觀測方向值化至標石中心；

(5)分組的測站平差；

(6)三角形閉合差和測角中誤差的計算；

(7)近似坐標和曲率改正計算；

(8)極條件閉合差計算，基線條件閉合差計算，方位角條件閉合差計算

等。

2.4三角高程測量

在傳統大地測量中，三角高程測量是測定各等級大地點高程的基本方法；各

等級全部三角邊和導線邊均須對向觀測垂直角，用以推算高程。

2.4.1垂直角觀測方法

垂直角觀測方法有兩種，一是中絲法，二是三絲法。

(1)中絲法。就是以望遠鏡十字絲的水平中絲為準，照準目標測定垂直

角。

(2)三絲法。就是以望遠鏡三根水平絲為準，依次照準同一目標來測定

垂直角。

中絲法和三絲法的實質是一樣的，只是由于經緯儀的類型不同，其望遠貨中

的水平絲根數也不同。當然，有三根水平絲的儀器，也可進行中絲法觀測。所

以在實際作業中，觀測者可敏捷選用這兩種方法。

在測站上均有若干個觀測方向時，應將全部方向分成若干組，每組包括2一

4個方向。每組一測回的觀測方法是：盤左時，依次照準該組中全部方向，并

分別讀取垂直度盤讀數；在盤右時，依相反的次序照準該組中全部方向，讀取

垂直度盤讀數。

依據規定，各等級三角點上每一方向按中絲法觀測時應測四測回，三絲法觀

測時應測二測回。

2.4.2高差計算公式

1.單向觀測高差計算好用公式在A點觀測B點的高差為(1一2

一I)式

2.用傾斜距離d計算高差的單向公式在光電測距中，常采納干脆測

定的傾斜距離d計算高差，其公式(1—2-2)

2.4.3大氣垂直折光及其減弱措施

形成大乞密度垂直梯度的主要緣由，是由于地球質量對大氣分子的引力作

用，使大氣密度按上疏下密的基本狀態分布，越接近地面密度就越大，反之就

越小。同時，它還隨著溫度的變更而變更。在不同的地區，不同地形條件，不

同季節，不同天％,不同時刻，不同地面覆蓋物以及視線超出地面不同高度的

狀況下，形成的大氣密度梯度都不會相同。也就是說，在各種不同狀況下，折

光系數K值都可能有很大差異。據我國幾個地區的統計資料，K值一般在0.

09—0.16之間（在平原地區布設短邊導線時，由于視線接近地面，受近地

大氣折射的影響，K值會出現負值）。

由于折光系數K的變更很困難，完全精確地駕馭其變更規律將比較困難，

只能依據試驗資料概括出一般變更規律。依據實踐閱歷證明，K值在一天之內

的變更狀況是：中午旁邊K值最小，并且比較穩定；日出日落時K值較大，

而且變更較快。

在實際作業中，假如有必要，則應精確地測定某一區域規定作業時間內的

平均折光系數，用以計算各個單向觀測高差。

此外，依據垂直折光的性質和折光系數變更規律，可實行選擇有利觀測時

間、對向觀測、提高觀測視線的高度、利用短邊傳算高程等措施，減弱大氣垂

直折光的影響。

2.4.4三角高程測量的精度

由高差公式可知，觀測高差h與垂直角a、邊長S、儀器高和規標高、

大戈折光系數K值有關。這些數值有了誤差，必定引起高差產生誤差。依據理

論推導和實測三角高程精度統計，對向高差中數的中誤差，在最不利的觀測條

件下所達到的精度為

mh=±0.025S

2.5導線測量

2.5.1導線的布設

導線是布設國家水平大地限制網的方法之一，導線測量分一、二、三、四等，

其布設原則與三角測量類似。一、二、三、四等導線測角、測邊的精度要求，

應使導線推算的各元索精度與相應等級三角鎖網推算精度大體一樣。

一、二等導線一般沿主要交通干線布設，縱橫交叉構成較大的導線環，幾個

導線環連接成導線網。三、四等導線是在一、二等導線網（或三角鎖網）的基

礎上進一步加密，應布設為附合導線。國家導線網布設規格見表1-2一6。

2.5.2導線邊方位角中誤差

一等導線布設成兩端有方位角限制的自由導線；二等以下都布設成附合導

線；某些特種限制導線也有采納一端有起始方位角的自由導線。

1.一端有已知方位角的自由導線

一端有已知方位角的自由導線最弱邊方位角中誤差計算公式為（1一2一

4）式

2.兩端有已知方位角的自由導線

兩端有已知方位角的自由導線最弱邊方位角中誤差計算公式為（1一2

-5）式

2.5.3導線測量作業及概算

導線測量的外業和三角測量基本相伺，包括選點、造標、埋石、邊長測量、

水平角觀測、高程測量和野外驗算等工作。

1.選點、造標和埋石

選點時導線邊沿線的地形必需適合光電測距，應留意兩端點量測的氣象數據

對于整個測線有較好的代表性。導線點最好設在交通線旁邊的小山頭上，以利

于測角、測距，并使運輸便利，特殊是便于光電儀器、器材的運輸，同時也使

于以后的發展。導線兩端點的高差（h）不宜過大。導線的造標和埋石與三角

測量相同。，

2,邊長測量

對于一、二等導線邊的距離測量要采納標稱精度不低于（5+1）mm,測

程不短于15km的遠程光電測距儀。距離測量的技術要求見表1-2一7。

對于三、四等導線邊的距離測量可采納測程3km至15km的中程光電測

距儀。距離測量的技術要求見表1-2一8。

3.水平角觀測

當導線點上應觀測的方向數為2個時，各等級均采納角觀測法，即在總測

回中，以奇數測回和偶數測回（各為總測回一半）分別觀測導線前進方向的左

角和右角。觀測右角時仍以左角起始方向為準換置度盤位置。

在導線交叉點上，應觀測方向數多于2個時，對