工程测量坐标系高程

1、Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 测 绘 学 基 础测 绘 学 基 础 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 测 绘 学 基 础测 绘 学 基 础 本章主要内容本章主要内容 2.1 地球的形状及大小地球的形状及大小 2.2 地面点空间位置的确定地面点空间位置的确定 2.3 2.3 直线定向和地面点坐标测算原理直线定向和地面点坐标测算原理 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 测 绘 学 基 础测 绘 学 基 础 2.1 2.1 地球的形状及大小地球的形状及大小 一、地球的形状一、地球的形状

2、 二、地球的大小二、地球的大小 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 测 绘 学 基 础测 绘 学 基 础 2.22.2 地面点的确定地面点的确定 一、地面点确定的方法一、地面点确定的方法 二、地面点的高程二、地面点的高程 三、点在投影面上的位置三、点在投影面上的位置 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 一、地球的形状一、地球的形状 1 1、 地球的自然表面地球的自然表面 近似一个两极略扁的椭球；近似一个两极略扁的椭球； 可视为水球（海可视为水球（海71 %71 %，陆，陆29%29%）；）； 无法用数学公式描述。无法用数学

3、公式描述。 l WDM94 WDM94模型描述的地球形状模型描述的地球形状 v 整体特点整体特点： Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 陆地陆地 大地水准面大地水准面 一、地球的形状一、地球的形状 2 2、大地水准面、大地水准面 l 大地水准面形状大地水准面形状 把一个假想的处于静止状态的平均海水面，并向把一个假想的处于静止状态的平均海水面，并向 陆地内部延伸而形成的一个封闭形体的表面，称为陆地内部延伸而形成的一个封闭形体的表面，称为 大地水准面。其所包含的形体称为大地体。大地水准面。其所包含的形体称为大地体。 Fundamentals of Geomati

4、cs测绘学基础测绘学基础 l 大地水准面特性：大地水准面特性： 略有起伏的不规则曲面略有起伏的不规则曲面 处处与铅垂线正交处处与铅垂线正交 水准面水准面外业测量的基准面外业测量的基准面 铅垂线铅垂线外业测量的和基准线外业测量的和基准线 一、地球的形状一、地球的形状 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 一、地球的形状一、地球的形状 3 3、参考椭球面、参考椭球面 l 参考椭球参考椭球： 形状与大小以及与大地体的相关位置均已确定形状与大小以及与大地体的相关位置均已确定 的地球椭球，其表面叫参考椭球面。的地球椭球，其表面叫参考椭球面。 l 地球椭球地球椭球： 形状

5、与大小都与大地体十分接近的旋转椭球。形状与大小都与大地体十分接近的旋转椭球。 l 椭球定位椭球定位： 确定地球椭球与大地体的相关位置的过程。确定地球椭球与大地体的相关位置的过程。 其目的是使地球椭球面的局部与某一地区其目的是使地球椭球面的局部与某一地区 的大地水准面实现最佳拟合。的大地水准面实现最佳拟合。 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 N N S S a a a a b b l 椭球元素：椭球元素：长短半轴长短半轴 a a、b b或或a a、扁率扁率=（a-ba-b）/a/a 地地 球球 椭椭 球球 Fundamentals of Geomatics测

6、绘学基础测绘学基础 Earth Earth surfacesurface GeoidGeoid NormalNormal 参参 考考 椭椭 球球 (reference ellipsoid)(reference ellipsoid) Ellipsoidal Ellipsoidal surfacesurface l 是一个规则表面，可用公式表示；是一个规则表面，可用公式表示； l 参考椭球面的确立，标志着测量坐标系的建立。参考椭球面的确立，标志着测量坐标系的建立。 l 参考椭球面参考椭球面测量内业的基准面；测量内业的基准面； l 法线法线测量内业的基准线测量内业的基准线 Fundamentals

7、of Geomatics测绘学基础测绘学基础 Earth Earth surfacesurface GeoidGeoid NormalNormal 参参 考考 椭椭 球球 (reference ellipsoid)(reference ellipsoid) Ellipsoidal Ellipsoidal surfacesurface PP P P Plumb linePlumb line Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 参考椭球元素值参考椭球元素值 ： 扁率（扁率（flatteningflattening）：）：a a( (a a b b)/ )/ a

8、a 地球平均半径：地球平均半径：R R(2 (2a a+ +b b)/36371km )/36371km kmbaR6371 32 二、地球的大小二、地球的大小 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 一、地面点空间位置确定的方法一、地面点空间位置确定的方法 v 某点空间位置的表示：某点空间位置的表示： l数学上：数学上：x, y, zx, y, z l测绘上：测绘上： 球面球面/ /平面平面 坐标坐标 竖竖 直直 面面 高程高程/ /标高标高 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 1 1、我国大地水准面、我国大地水准面 二、地

9、面点的高程二、地面点的高程 l “1985“1985年高程基准年高程基准” 青岛黄海平均海水面青岛黄海平均海水面H H黄黄0m0m 青岛观象山水准原点青岛观象山水准原点H0H072.260m72.260m （1953195319791979年验潮资料，年验潮资料，19871987年启用）年启用） l “19561956年黄海高程系统年黄海高程系统” 青岛观象山水准原点青岛观象山水准原点H0H0=72.289m=72.289m （1950195019561956年验潮资料）年验潮资料） Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 二、地面点的高程二、地面点的高程 2

10、2、地面点的高程、地面点的高程 l ：地面点到大地水准面的铅垂距离；：地面点到大地水准面的铅垂距离； l ：地面点到某一假定水准面的铅垂距离；：地面点到某一假定水准面的铅垂距离； l ：两个地面点间的高程差：两个地面点间的高程差 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 l地轴地轴(earth axis)(earth axis)： NSNS 地球自转轴地球自转轴 l南极、北极南极、北极(south/north pole)(south/north pole)： N N，S S l子午面子午面(meridional plane)(meridional plane)：

11、过地轴的平面过地轴的平面 l起始（首、本初）子午面起始（首、本初）子午面 （initial/first planeinitial/first plane） l赤道面赤道面(equator plane)(equator plane)： 过球心与地轴正交的平面过球心与地轴正交的平面 经经 线线 纬纬 线线 三、点在投影面上的位置 1、地理坐标：用经纬度表示点的位置 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 v 地理坐标地理坐标大地坐标大地坐标 l大地经度大地经度 B B: :两子午面间的二面角。两子午面间的二面角。 l大地纬度大地纬度 L L：过某点法线与赤道面：过某

12、点法线与赤道面 的交角。的交角。 大地测量方法在参考椭球面上推大地测量方法在参考椭球面上推 算出来，以法线为依据。算出来，以法线为依据。 三、点在投影面上的位置三、点在投影面上的位置 经经 线线 纬纬 线线 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 大大 地地 坐坐 标标 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 2 2）地理坐标）地理坐标天文坐标天文坐标 l天文经度天文经度 B B: : 两子午面间的二面角。两子午面间的二面角。 l天文纬度天文纬度 L L: : 过某点铅垂线与赤道面的过某点铅垂线与赤道面的 交角。交角。 天文测量方

13、法测定，以大地水准天文测量方法测定，以大地水准 面为基准面，以铅垂线为依据。面为基准面，以铅垂线为依据。 三、点在投影面上的位置三、点在投影面上的位置 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 天天 文文 坐坐 标标 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 2 2、高斯平面坐标系高斯平面坐标系 采用高斯投影：采用高斯投影：等角横轴切椭圆柱投影等角横轴切椭圆柱投影 地球椭球面与平面间的地球椭球面与平面间的分带正形投影分带正形投影的坐标系统。的坐标系统。 三、点在投影面上的位置三、点在投影面上的位置 Fundamentals of Ge

14、omatics测绘学基础测绘学基础 正轴正轴横轴横轴斜轴斜轴 切切 割割 等角横轴切椭圆柱投影等角横轴切椭圆柱投影 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 分带正形投影分带正形投影 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 P (P (y yp p，x xp p) ) x x y y PP xx o o OO yyP P 西移西移500km500km 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 ( (y yp p， ，x xp p) ) yyP P Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 l自然值：自然值：

15、 exex：X XA A353742m353742m；Y YA A46791m46791m； X XB B274546m274546m；Y YB B-162009m-162009m。 用于内业计算；用于内业计算； l通用值：通用值： X X通 通 X X自 自； ； Y Y通 通 Y Y自 自 500km500km（X X轴西移）带号轴西移）带号 exex：Y YB B-162009+500000-162009+500000冠以冠以212121337991m21337991m 用于资料管理。用于资料管理。 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 Fundamentals of Geomatics

16、测绘学基础测绘学基础 3 3、独立平面直角坐标系、独立平面直角坐标系测区小，曲面测区小，曲面平面平面 O X X P P Y Y x xp p y yp p 三、点在投影面上的位置三、点在投影面上的位置 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 2.32.3直线定向坐标测算原理直线定向坐标测算原理 2.3.1 2.3.1 直线定向直线定向 定义：在测量工定义：在测量工 作中确定一直线与作中确定一直线与 基准方向间的关系，基准方向间的关系， 称为直线定向。称为直线定向。 数字测图原理与方法 x AB x Y 0 A B sAB o P1 1s1 s2 AB y Fu

17、ndamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 2.3.22.3.2基本方向基本方向 1 1、真北方向、真北方向 定义：过地面某点真子午定义：过地面某点真子午 线北端所指的方向，称线北端所指的方向，称 为真北方向。为真北方向。 获得方法：天文测量、陀获得方法：天文测量、陀 螺经纬仪测量。螺经纬仪测量。 数字测图原理与方法 M 真北方向真北方向 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 2 2、坐标北方向、坐标北方向 定义：坐标纵轴（定义：坐标纵轴（X X轴）正向所轴）正向所 指的方向，称为坐标北方向。指的方向，称为坐标北方向。 常取与高斯平面直

18、角坐标系的常取与高斯平面直角坐标系的 X X坐标轴平行的方向为坐标北方坐标轴平行的方向为坐标北方 向。向。 3 3、磁北方向、磁北方向 定义：磁针自由静止时其指北针定义：磁针自由静止时其指北针 所指的方向，称为磁北方向。所指的方向，称为磁北方向。 用罗盘仪测定。用罗盘仪测定。 数字测图原理与方法 2.3.22.3.2基本方向基本方向 M 坐标北方向坐标北方向 Fundamentals of Geomatics测绘学基础测绘学基础 1 1、方位角定义、方位角定义 由直线的基本方向起，顺时针方向至该直由直线的基本方向起，顺时针方向至该直 线的水平角度，称为该直线的方位角。线的水平角度，称为该直线的方位角。 2 2、取值范围、取值范围 0 0- 360- 360。 3 3、种类、种类 真方位角真方位角A A、坐标方位角、坐标方位角 、磁方为角、磁方为角A Am m。 4 4、方位角间的换算关系、方位角间的换算关系 5 5、正反坐标方位角