绪论测量学的内容与任务.ppt

第一章 绪论 1-1 测量学的内容与任务,生产、生活的需要 建筑、农田、水利建设等 交通运输的需要 旅行、航海等 军事的需要,一、测量学的产生,二、测量学的定义,1.早期的定义： 研究地球的形状和大小，确定地面点的坐标的学科。 2.当前的定义： 研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。,三、测量学科的组成,天文测量学 研究测定恒星的坐标，以及利用恒星确定观测点的坐标（经度、纬度等）的学科。 大地测量学 研究测定地球的形状和大小及地球表面较大地区的地位测定和计算的有关理论与方法的学科。,物理大地测量学 研究地球的重力场的测量方法、分布情况极其应用的学科。 地图制图学 研究地图制图的理论和方法。,摄影测量学 研究利用航天、航空、地面的摄影和遥感信息，进行测量的方法和理论的学科。 工程测量学 研究测量和制图的理论和技术在工程建设中的应用。,测量仪器学 研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。 地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌、地物测绘成地形图和编制地籍图的基本理论和方法。,1-2测量学的发展与作用,这 是人 类 长 期 探 索 的 问 题 。,一、测量学在人类认识地球中的作用,“地球 的 形 状 是 甚 么样的？”,在人类认识地测球形状和大小的过程中，测量学获得了飞速的发展。 例如：三角测量和天文测量的理论和技术、高精度经纬仪制作的技术、距离丈量的技术及有关理论、测量数据处理的理论以及误差理论等。 在测量学发展的过程中很多数学家、物理学家作出了巨大的贡献，如托勒密、墨卡托等。,二、 测量学在军事的作用,“天时，地利，人和”是打胜仗的三大要素。 要有地利就要了解和利用地利。 地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定位置、辨识方向的作用。,地图一直在军事活动中起着重要的作用，这对于行军、布防以及了解敌情等军事活动都是十分重要的。因此，早就成为军事上不可缺少的工具，获得广泛的应用。,人造卫星定位技术早期用于军事部门，后逐步解密才在测绘及其它众多部门中获得应用、海洋测量技术首先是由航海的需要而产生，但其高速发展的动力主要来自军事部门的需要等等。至今军事测绘部门仍在测绘领域科技前沿对重大课题进行探索和研究,传统上各国测绘部门隶属于军事部门。至今相当多国家的测绘部门仍然隶属于军事部门。随着测绘技术在各方面的应用愈来愈广泛，测绘科技国际间的交流日益频繁，不少国家终于建立了民用的测绘机构,三、 测量学在国土管理中的作用,测量学的起源和土地界线的划定紧密联系着。非洲尼罗湖每年泛滥会把土地的界线冲刷掉，为了每年恢复土地的界线很早就采用了测量技术,四、 测量学在工程建设中的作用,在修建宫殿、陵墓时须要平整地基，开凿渠道修建运河须要了解地形的起伏，建造城市时中心线常要定向，开挖地道更需仔细的定向定位定高度等等。我国的考古工作者研究证实，早在2000多年前已经在修建宫殿时有平整地基的措施。,现代的测量学作为一门能采集和表示各种地物和地貌的形状、大小、位置等几何信息，以及能把设计的建筑物、设备等按设计的形状、大小和位置准确地在实地标定出来的技术，在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。,例如，粒子加速器的磁块必须以0.1mm的精度安放在设计的位置上。某些飞行器的助飞轨道要求其准直度的偏差小于长度的10-6。建筑物建成后（甚至在施工期间）会因地基承载力弱或因自重和外力的作用而产生变形。如大坝可能位移、高层建筑物可能倾斜等。,为了保障建筑物的安全运行，往往需要测量工作者以技术上可行的最高精度监测建筑物的变形量和变形速度的发展情况。有时还要求在一段时间内进行连续临测，为此要使用自动化的监测和记录的仪器。,认识地球是人类探索的目标之一，也是测量学 的任务之一。 绝大多数测量工作是在地球上进行，或作为参考系。,1-3 地球的形状和大小,一、大地水准面,液体受重力而形成的静止表面称为水准面。 同一水准面上的重力位处处相等； 同一水准面上任一点的铅垂线都与水准面相正交。,与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为大地水准面,大地水准面（续）,由于地表起伏以及地球内质量分布不均匀，所以大地水准面是个复杂的曲面 水准面和铅垂线是野外观测的基准面和基准线。,大地水准面（续）,由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描述和计算。也难以在其面上处理测量成果。,二、旋转椭球体,因此，用一非常接近大地水准面的数学面-旋转椭球面代替大地水准面，用旋转椭球体描述地球。称参考椭球体。,P,P,长半径 a=6378137m 短半径b=6356752m 扁率f=(a-b)/b=1/298.257,经度与纬度,子午面-地球上任一点的铅垂线与地轴所组成的平面。 经度-所在的子午面与首子午面（过英国格林尼治天文台）的夹角,l,纬度-所在点的铅垂线与赤道平面之间的夹角。,B,1-4地面地位的确定,一、球面坐标系统,（一）、天文地理坐标系,测量（天文经纬度）的外业以铅垂线为准 大地水准面和铅垂线是天文地理坐标系的主要面和线 地面点的坐标是它沿铅垂线在大地水准面上投影点的经度 和纬度,（二）、大地地理坐标系,大地地理坐标系是建立在地球椭球面上的坐标系 地球椭球面和法线是大地地理坐标系的主要面和线 地面点的大地坐标是它沿法线在地球椭球面上投影点的经度L和纬度B,二、地图投影 平面坐标系,为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算（投影）到平面上。 所谓投影就是建立起（椭）球面上的点与平面上的点一一对应的数学关系。 地图投影学就是研究这个问题的学科，是数学也是地理学的一个分支学科。 基本类型有：圆锥投影，圆柱投影，平面投影，任意投影等。,（一）高斯平面直角坐标系,高斯投影是等角横切椭圆柱投影。 等角投影就是正形投影。所谓，正形投影，就是在极小的区域内椭球面上的图形投影后保持形状相似。即投影后角度不变形。,标准地形图的分幅和编号,点在高斯平面直角坐标系中的坐标值,理论上中央子午线的投影是X轴，赤道的投影是Y轴，其交点是坐标原点。 点的X坐标是点至赤道的距离； 点的Y坐标是点至中央子午线的距离，设为y；y有正有负。 为了避免Y坐标出现负值，把原点向西平移500公里。 为了区分不同投影带中的点，在点的Y坐标值上加带号N 所以点的横坐标通用值为 y=N*1000000+500000+y,高斯平面直角坐标系 小结,椭圆柱与椭球面横切于某一条子午线（称为中央子午线） 中央子午线和赤道的投影为相互正交的两条直线。 中央子午线的投影为纵轴X，赤道的投影为横轴Y，它们的交点为原点O。 高斯平面直角坐标系常简称高斯坐标系,中央子午线和赤道被投影为相互正交的直线 其它经线投影成为凹向中央子午线，且以中央子午线为对称轴的曲线。全部经线的投影收敛于两极 把曲面上的图形投影到平面上必然会伴有变形。变形有三类：角度变形，长度变形，面积变形 高斯投影是正形投影，无角度变形 例：所有经纬线投影后仍保持两两相互正交 中央经线投影后长度不变 其它经纬线投影后均变长，离中央经线越远其长度变形越大 有长度变形也就有面积变形,高斯平面直角坐标系 高斯坐标系的作用,使较复杂的椭球面上的计算变为比较简单的平面上的计算 便于地图按经纬线分幅。如将图廓点（其地理坐标为经纬度）按其相应的高斯坐标展绘在图纸上，就可得地图的分幅线。 将大地控制点按其高斯坐标展在平面上，作为工程测量和地形测量的起始点,三、空间三维坐标系 （一）、地心坐标系,地心平坐标系是以地球质心为坐标原点，以地轴为Z轴，正向指向北极；XY平面与赤道面重合，X轴指向起始子午面 。,x,o,y,z,（二）、参心坐标系,参心平坐标系是以参考椭球体的中心为坐标原点，以椭球修整轴（短轴）为Z轴，正向指向北极；XY平面与赤道面重合，X轴指向起始子午面 。,x,o,y,z,四、地面点的高程,高程（绝对高程、海拔）-地面点到大地水准面的铅垂距离。 假定（相对）高程-地面点到假定水准面的铅垂距离。 高差-两点间的各处之差。,1-5测量工作的基本概念,基本原则 控制测量 地形测量 施工放样 基本观测量 距离 角度 高差,1-6地球表面曲率对测量工作的 影响,d,对水平距离的影响,d,对高差的影响,1、长度单位 英制单位 海里、码、 英尺、英寸 市制单位 里、丈、尺、寸、 公制单位 公里、米、分米、 厘米、毫米,一、测量单位的产生, 1-7测量的度量单位,60进制单位 度(d)、分(m)、秒（s) 10进制单位 新度(g)、新分(gm)、新秒（gs) 弧度单位 一园周=2、=57.3=3434=206265,2、角度单位,时间单位“秒”的定义,经典的时间标准是用天文测量方法测定的。设将测量仪器的望远镜指向天顶，则某一天体连续两次通过望远镜纵丝的时间间隔就等于24时。1时的3600分之一就等于1秒。当然精确的“秒”要用一年甚至几年的时间间隔细分后求得。自二十世纪七十年代起才改用原子钟取得时间的标准。,二、单位换算,1km=1000m 1m=10dm=100cm=1000m 1英里=1.6093公里 1码=3英尺 1英尺=12英寸=30.48厘米 1英