测量学的基本知识

1、u 一、测量学科的概况一、测量学科的概况 1 1、测量学的产生、测量学的产生 生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等 公元前二十七世纪公元前二十七世纪 埃及大金字塔埃及大金字塔 二千多年前二千多年前 夏商时代夏商时代 夏禹治水夏禹治水 秦代秦代 李冰父子李冰父子 都江堰水利枢纽工程都江堰水利枢纽工程 北宋北宋 沈括沈括 治理汴渠治理汴渠 军事、交通运输的需要军事、交通运输的需要 万里长城万里长城 指南针指南针 2 2、测量学的定义、测量学的定义 定义定义: : 测量学是研究对地球整体及其表面和外层空间中的测量学是研究对地球整体及其表面和外层空间中的

2、各种自然和人造物体上与地理空间分布有关的信息进行各种自然和人造物体上与地理空间分布有关的信息进行采集处理、管理、更新和利用的科学和技术。采集处理、管理、更新和利用的科学和技术。3 3、它的主要任务有三个方面：、它的主要任务有三个方面： 研究确定地球的形状和大小，为地球科学提研究确定地球的形状和大小，为地球科学提 供必要的数据和资料供必要的数据和资料 将地球表面的地物地貌测绘成图将地球表面的地物地貌测绘成图 将图纸上的设计成果测设至现场将图纸上的设计成果测设至现场二、测量学科的分类二、测量学科的分类1 1、测量学科的组成、测量学科的组成 大地测量学大地测量学 研究和确定地球形状、大小、重力场、整

3、体与局研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置。部运动和地表面点的几何位置。 按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量学、卫星大地测量学及物理大地测量学等。测量学、卫星大地测量学及物理大地测量学等。 地图制图学地图制图学 它的基本任务是利用各种测量成果编制各类地图。它的基本任务是利用各种测量成果编制各类地图。 其内容一般包括地图投影、地图编制、地图整饰和地其内容一般包括地图投影、地图编制、地图整饰和地图制印等分支。图制印等分支。 摄影测量与遥感摄影测量与遥感 基本任务是通过对摄影像片或遥感图像进行处理、量基本任务是

4、通过对摄影像片或遥感图像进行处理、量测、解译，以测定物体的形状、大小和位置进而制作图。测、解译，以测定物体的形状、大小和位置进而制作图。 根据获得影像的方式及遥感距离的不同，又分为地面根据获得影像的方式及遥感距离的不同，又分为地面摄影测量学，航空摄影测量学和航天遥感测量等。摄影测量学，航空摄影测量学和航天遥感测量等。 工程测量学工程测量学定义一：定义一： 工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。 一一 般的工程建设分为规划设计、施工建设和运营管理般的工程建设分为规

5、划设计、施工建设和运营管理三个阶段。工程测量学是研究这三阶段所进行的各种测量三个阶段。工程测量学是研究这三阶段所进行的各种测量工作。工作。定义二：定义二： 工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设各个工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接用的学科，它是测绘学在国

6、民经济和国防建设中的直接应用。应用。定义三：定义三： 工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的应用性学科。实体的测设实现的理论、方法和技术的应用性学科。 它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。 三、本课程的意义及要求三、本课程的意义及要求 工程测量是土木工程专业的一门技术基础课，它包括工程测量是土木工程专业的一门技术基础课，它包括测量学和工程测量学两部分内容。测量学和工程测量学

7、两部分内容。 任务：通过教学使学生获得测量学和工程测量学方面任务：通过教学使学生获得测量学和工程测量学方面最基本的理论知识，并掌握使用常用测绘仪器做基本测量最基本的理论知识，并掌握使用常用测绘仪器做基本测量工作的技能，为本专业的生产和科研服务。工作的技能，为本专业的生产和科研服务。 本课程要求学生：本课程要求学生： 1 1、掌握测量学和工程测量学方面最基本的理论知识、掌握测量学和工程测量学方面最基本的理论知识和测绘、测设方法；和测绘、测设方法； 2 2、具备较熟练地使用水准仪、光学经纬仪、电子经、具备较熟练地使用水准仪、光学经纬仪、电子经纬仪、钢尺、光电测距仪、全站仪、罗盘仪等常用测绘仪纬仪、

8、钢尺、光电测距仪、全站仪、罗盘仪等常用测绘仪器器 做各项基本测量工作。做各项基本测量工作。 3 3、具备小范围内大比例尺测图的理论知识和付诸实、具备小范围内大比例尺测图的理论知识和付诸实践的能力；践的能力； 4 4、具备道路新线测量和施工测量方面的基本理论知、具备道路新线测量和施工测量方面的基本理论知识和初步实践能力；识和初步实践能力； 5 5、具备一定的对测量成果进行误差分析的能力，并、具备一定的对测量成果进行误差分析的能力，并了解处理误差的基本原则和方法。了解处理误差的基本原则和方法。 确定地面点的空间位置需用三个量，在测确定地面点的空间位置需用三个量，在测量工作中一般用量工作中一般用:

9、u某点在基准面上投影位置某点在基准面上投影位置(x,y)(x,y)u该点离基准面高度（该点离基准面高度（h h）1测量工作基准面测量工作基准面水准面、大地水准面。水准面、大地水准面。 水准面水准面静止海水面所形成的封闭曲面。静止海水面所形成的封闭曲面。 大地水准面大地水准面其中通过平均海水面的那个水其中通过平均海水面的那个水准面。准面。 图形：水准面及大地水准面图图形：水准面及大地水准面图水准面的特性水准面的特性处处与铅垂线正交、封闭的重力等处处与铅垂线正交、封闭的重力等 位曲面。位曲面。 铅垂线铅垂线测量工作的基准线测量工作的基准线 2测量计算基准面测量计算基准面旋转椭球面旋转椭球面 由于大

10、地水准面是重力等位面，而地球内部质由于大地水准面是重力等位面，而地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向处处发生变化，量分布不均匀，引起铅垂线的方向处处发生变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，因此无法致使大地水准面成为一个复杂的曲面，因此无法在其上进行测量数据的处理计算。在其上进行测量数据的处理计算。 通常用一个非常接近于水地水准面，并可用通常用一个非常接近于水地水准面，并可用数学式来表达的几何体来代表地球的形状，即旋转数学式来表达的几何体来代表地球的形状，即旋转椭球体：椭球体： 由椭圆（长半轴由椭圆（长半轴a a，短半轴，短半轴b b）绕）绕b b轴旋转而成轴旋转而成的椭球体。的椭球体。

11、(一一)地理坐标（属于球面坐标系统）地理坐标（属于球面坐标系统）适用于：在地球椭球面上确定点位。分为：适用于：在地球椭球面上确定点位。分为：1.1.天文地理坐标天文地理坐标( (天文经度天文经度 ，天文纬度，天文纬度 ) ) 2.2.大地地理坐标大地地理坐标( (大地经度大地经度l l，大地纬度，大地纬度b)b)图形：地理坐标系统图形：地理坐标系统(二二)平面直角坐标平面直角坐标 适用于：研究范围较小。适用于：研究范围较小。数学平面直角坐标系数学平面直角坐标系测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系 不同点：不同点： 1 1测量上北方向为测量上北方向为x x轴正向，东方向为轴正向，东方向为y y轴

12、正向。轴正向。 2 2角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。 相同点相同点: 数学中的三角公式在测量中可直接应用。数学中的三角公式在测量中可直接应用。坐标系的异同：坐标系的异同：适用于：研究范围较大。适用于：研究范围较大。 高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面 上。使投影带的中央子午线与上。使投影带的中央子午线与 椭圆柱体相切，展开后为椭圆柱体相切，展开后为x x轴，轴， 向北为正；向北为正； 展开后为展开后为y y轴，向轴，向 东为正。东为正。 （三）高斯平面直角坐标（三）高斯平面直角坐标图形：高斯投影方法图一图形：高

13、斯投影方法图一图形：高斯投影方法图二图形：高斯投影方法图二投影投影 剪开剪开 展平展平 6带的划分带的划分 为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度愈大的缺点，从经度0 0开始，将整个地球分成开始，将整个地球分成6060个个带，带，6 6为一带。为一带。 图形：图形：60带的划分带的划分3带的划分带的划分 若仍不能满足精度要求若仍不能满足精度要求, ,可进行可进行3 3 带、带、1.5 1.5 带的划分。带的划分。 方法：方法： （1 1）先将自然值的横坐标）先将自然值的横坐标y y加上加上500000500000米；米； （2 2）再

14、在新的横坐标）再在新的横坐标y y之前标以之前标以2 2位数的带号。位数的带号。 我国高斯平面直角坐标的表示方法我国高斯平面直角坐标的表示方法1 1、绝对高程、绝对高程h(h(海拔海拔) )到大地水准面铅垂距离。到大地水准面铅垂距离。2 2、相对高程、相对高程h h到假定水准面的铅垂距离。到假定水准面的铅垂距离。3 3、高、高 差差hab=hb-ha=hhab=hb-ha=hb-hb-ha a主要有：主要有： （1 1）19851985国家高程系统（国家高程系统（52-7952-79年资料）年资料） （2 2）19561956黄海高程系统黄海高程系统(50-56(50-56年资料年资料) ) （3 3）地方高程系统。如：珠江高程系统。）地方高程系统。如：珠江高程系统。 注：水准原点：青岛市观象山注：水准原点：青岛市观象山 h0= 72.260mh0= 72.260m（8585黄海系）黄海系） = 72.289m= 72.289m（5656黄海系）黄海系）我国的高程系统我国的高程系统 一、测量的基本工作一、测量的基本工作 测角、量边、测高差测角、量边、测高差 二、测量工作中用水平面代替水准面的限度二、测量工作中用水平面代替水准面的限度 1 1、对水平角、距离的影响、对水平角、距离的影响在面积约在面积约320km320km2 2内，可内，可忽略不计。忽略不计。 2 2、对高程的影响