測量工作的基準面和基準線有哪些

控制測量的基準面和基準線1.2.1鉛垂線與大地水準面地球上的任意一點,都同時受到兩個力的作用:地球自轉的離心力和地心引力,它們的合力稱為重力,重力的方向即為鉛垂線方向處於靜止狀態的水面,例如平靜的湖泊水面,即表示一個水準面.水準面必然處處與重力方向(即鉛垂線方向)垂直,否則水就要流動,處於運動狀態.在地球引力起作用的空間範圍內,通過任何高度的點都有一個水準面.觀測水平角時,置平經緯儀就是使儀器的縱軸位於鉛垂線方向,從而使水平度盤位於通過度盤中心的水準面的切平面上.因此,所測的水平角實際上就是視準線在水準面上的投影線之間的夾角.此外,用水準測量所求出的兩點間的高差,就是過這兩點的水準面間的垂直距離.對於邊長的觀測值,也存在化算到哪個高程水準面上的問題.上述3類地面觀測值,除水平角外,都同水準面的選取有關,特別是水準測量的結果,更是直接取決於水準面的選擇.於是,為了使不同測量部門所得出的觀測結果能夠互相比較,互相統一,互相利用,有必要選擇一個最有代表性的水準面作為外業成果的統一基準.我們知道,海洋麵積約佔地球總面積的71%,從總體上來說,海水面是地球上最廣大的天然水準面.設想把平均海水面擴充套件,延伸到大陸下面,形成一個包圍整個地球的曲面,則稱這個水準面為大地水準面,它所包圍的形體稱為大地體.由於大地水準面的形狀和大地體的大小均接近地球自然表面的形狀和大小,並且它的位置是比較穩定的,因此,我們選取大地水準面作為測量外業的基準面,而與其相垂直的鉛垂線則是外業的基準線參考橢球與總地球橢球如上所述,雖然大地水準面最適合於作為測量外業的基準面,但是控制測量的最終目的是精確確定控制點在地球表面上的位置,為此必須確知所依據的基準面的形狀.也就是說,基準面的形狀要能用數學公式準確地表達出來.大地水準面是否能滿足這一要求呢研究表明,大地水準面是略有起伏的不規則的表面,無法用數學公式把它精確地表達出來,因而也就不確知其形狀.這是由於地表起伏以及地層內部密度的變化造成質量分佈不均勻的緣故.隨著科學技術的發展,人類逐漸認識到地球的形狀極近於一個兩極略扁的旋轉橢球(一個橢圓繞其短軸旋轉而成的形體).對於這個橢球的表面,可用簡單的數學公式將它準確地表達出來,因而世界各國通常都採用旋轉橢球代表地球.它的形狀和大小與橢球的長短半徑,有關,也可用和這兩個量有關的其他量來表示.選好一定形狀和大小的橢球后,還不能直接在它上面計算點位座標,這是因為我們的測量成果不是以這個表面為根據的,而應該首先將以大地水準面為基準的野外觀測成果化算到這個表面上.要做到這一點只選定橢球面的形狀和大小是不夠的,還必須將它與大地水準面在位置上的關係確定下來,這個工作稱為橢球定位.綜合以上所述,我們把形狀和大小與大地體相近並且兩者之間的相對位置確定的旋轉橢球稱為參考橢球.參考橢球面是測量計算的基準面.世界各國都根據本國的地面測量成果選擇一種適合本國要求的參考橢球,因而參考橢球有許多個.這樣確定的參考橢球在一般情況下和各國領域內的區域性大地水準面最為接近,對該國的常規測繪工作較為方便.然而當我們將各國的測量成果聯絡起來進行國際間的合作時,則參考橢球的不同又帶來了不便,因此,從全球著眼,必須尋求一個和整個大地體最為接近的參考橢球,稱為總地球橢球.總地球橢球的確定,必須以全球範圍的大地測量和重力測量資料為根據才有可能.然而由於地球上海洋麵積約佔地球總面積的71%,因而過去只根據佔少數的陸地測量成果推算總地球橢球是不可能的.近年來,由於人造衛星大地測量技術的發展,已根據人造衛星和陸地大地測量的成果求出一些總地球橢球的近似資料供使用.人們最終將使用總地球橢球垂線偏差和大地水準面差距如上所述,無論是參考橢球還是總地球橢球,其表面都不可能與大地水準面處處重合,因而在同一點上所作的這兩個面的法線,即大地水準面的鉛垂線與橢球面的法線也必然不會重合,兩者之間的夾角稱為垂線偏差.在子午線和卯酉線上的投影分量通常分別以和表示.大地水準面與橢球面在某一點上的高差稱為大地水準面差距,用表示.當前者高於後者時,>0;反之,<0.