第1章绪论NEW

1、河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系WorldView-2卫星于3月16日捕捉,分辨率为50厘米河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系 2013年04月20日08时02分在四川省雅安市芦山县(北纬30.3度,东经103.0度)发生7.0级地震,震源深度13千米。投入人员、设备：投入人员、设备： 截至2008年4月20日14点，四川省测绘地理信息局出动应急测绘保障分队85人，车辆10台

2、，无人机5架，国家地理信息应急监测平台1套（测绘型、监测型无人机获取灾区航空影像），移动测量平台1套（采集地面实景影像），省测绘应急指挥平台1套，省导航与位置服务平台1套。已提供测绘保障：已提供测绘保障： 已为四川省政府提供抗震救灾专用图、四川省交通图，为成都军区提供核心灾区1：1万数字正射影像图71幅，数字栅格地图57幅，纸质地形图28幅，并将测绘应急指挥平台部署在省政府应急指挥中心，派出测绘应急技术保障小组，现场提供测绘应急技术保障。四川省雅安市芦山县地震救援四川省雅安市芦山县地震救援n学分：学分：3 3学分（学分（4848学时）学时） 2 2学分（学分（3232学时）学时）n教材：教材：

3、测量学测量学 国防工业出版社国防工业出版社n特点：特点： 内容多内容多 实践性强实践性强测量学的基本概念和基本知识测量学的基本概念和基本知识高程、角度和距离测量的基本原理和方法高程、角度和距离测量的基本原理和方法误差相关知识误差相关知识平面、高程控制测量以及平面、高程控制测量以及GPSGPS测量测量地形图的测绘及地形图的应用地形图的测绘及地形图的应用工程测量基本工作及应用工程测量基本工作及应用请勿损坏仪器请勿损坏仪器严格按照规定的作业和操作程序进行严格按照规定的作业和操作程序进行字迹清晰、端正，不得任意涂改字迹清晰、端正，不得任意涂改按平差规则、作计算检核、保证计算精度按平差规则、作计算检核、

4、保证计算精度n测量学的定义测量学的定义n测量学的分类测量学的分类n测量的基准面与基准线测量的基准面与基准线n地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法n测量的基本工作和原则测量的基本工作和原则n确定地面点位的方法确定地面点位的方法n高斯平面直角坐标系的建立高斯平面直角坐标系的建立测量学的产生测量学的产生生产、生活的需要生产、生活的需要u 战国李冰父子战国李冰父子曾用一个石头人来标定水位；（曾用一个石头人来标定水位；（现代水位测量现代水位测量）u 沈括沈括测得测得“京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”。（。（水准水准）u 长沙马王堆汉墓长沙马王堆汉墓出土的地图

5、包括了地形图、驻军图和城邑图。（出土的地图包括了地形图、驻军图和城邑图。（制图制图）汉汉.马王堆军事图马王堆军事图都都江江堰堰.石石人人宋宋 .地地块块图图明明 .鱼鱼鳞鳞图图埃埃及及 .金金字字塔塔军事、交通运输的需要军事、交通运输的需要u 战国时期修筑的战国时期修筑的午道午道，秦始皇修建的，秦始皇修建的直道直道，古罗马构筑的，古罗马构筑的兵道兵道,修建中应用了测量工具进行地形勘测、定线测量和隧道定向开挖测量u 唐代李筌指出唐代李筌指出“以水佐攻者强，以水佐攻者强，先设水平测其高下，可以漂城，灌，先设水平测其高下，可以漂城，灌军，浸营，败将也军，浸营，败将也”，说明了测量地势高低对军事成败的

6、作用。 夏禹时，准、绳、规、矩的测量工具；夏禹时，准、绳、规、矩的测量工具； 战国时，最早的指方向的仪器战国时，最早的指方向的仪器司南开始应用；司南开始应用； 宋沈括绘制宋沈括绘制天下州县图天下州县图，制做木图，比欧洲早，制做木图，比欧洲早700700年；年； 元朝郭守敬进行天文测量，实测元朝郭守敬进行天文测量，实测2727个点。推算一年为个点。推算一年为365.02425365.02425天天我国测量学的发展我国测量学的发展唐代贾耽华夷图 禹陆行乘车，水行乘舟，泥行乘橇，山行乘撵，左准绳，右规矩，载四行，以开九州，通九道 通俗来说通俗来说解决的问题解决的问题山有多高、海有多深？山有多高、海有

7、多深？ 路有多远、地有多大？路有多远、地有多大？敢问路在何方？敢问路在何方？它是研究地球的形状、大小以及地球它是研究地球的形状、大小以及地球表面各种形态的科学。表面各种形态的科学。主要任务：主要任务：河海大学测绘科学与工程系河海大学测绘科学与工程系测量学的分类大地测量学大地测量学摄影测量摄影测量与遥感与遥感 地形测量学地形测量学工程测量学工程测量学地图制图学地图制图学 2测量学分类确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。 研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。 建立国家和全球的各种控制

8、网。 研究为获得高精度测量成果的仪器和方法等。研究地球表面向椭球面或平面的投影变换及有关的大地测量计算。 研究地面、空间及其联合网的数学处理理论和方法。 19751975年年5 5月月2727日，我国首次将测量觇标立于珠峰之颠。从珠峰附近日，我国首次将测量觇标立于珠峰之颠。从珠峰附近选择了选择了9 9个测点，它们分布在以珠峰为中心的个测点，它们分布在以珠峰为中心的6969度的扇形区域内，度的扇形区域内，至珠峰的距离为至珠峰的距离为8.58.521.221.2公里，高程为公里，高程为5600560062406240米。在米。在9 9个测个测站上站上对珠峰觇标观测水平角和垂直角对珠峰觇标观测水平角

9、和垂直角，根据水平角确定珠峰的，根据水平角确定珠峰的水水平位置平位置和各测站至珠峰的和各测站至珠峰的水平距离水平距离。根据三角高程测量原理，由。根据三角高程测量原理，由这些垂直角和水平距离确定各测站同珠峰之间的高差，在进行了这些垂直角和水平距离确定各测站同珠峰之间的高差，在进行了天文、重力、气象测量等修正后，进而推得从我国黄海平均海面天文、重力、气象测量等修正后，进而推得从我国黄海平均海面起算的珠峰高程为起算的珠峰高程为 8848.138848.13米。米。珠峰测量-重测珠峰背景n起算面也即海拔原点的选择不同。起算面也即海拔原点的选择不同。我国珠峰高程起算面黄海海平面与印度洋海平面为例比较，两

10、者就存在20厘米左右的差距。n珠峰冰雪层的变化，珠峰冰雪层的变化，变化的范围为12mn测量精度。测量精度。 1975年我国珠峰测高没有采用激光测距手段。2005采用激光测距，使测量精度提高了一倍以上。 珠峰测量-8848.13 受质疑的原因珠峰测量-2005年珠峰测量测量方法测量方法（1）传统大地测量方法 包括导线测量、水准测量 三角高程测量等（2）GPS测量方法实现过程：实现过程：（1）从拉孜出发行进500km到达珠峰5600m处 ，精密水准测量方法（2）5600米起使用觇标、GPS、冰雪深雷达综合测量峰顶高度。第一阶段测量：精密水准测量，路线长度第一阶段测量：精密水准测量，路线长度500k

11、m,500km,测量误差为：测量误差为：0.5mm/km0.5mm/km。第二阶段测量：三角高程测量第二阶段测量：三角高程测量（6250米）米）综合考虑各种误差的影响，本次测量的综合考虑各种误差的影响，本次测量的精度约为精度约为0.3m。珠峰高度为珠峰高度为8844.43米。米。 地形测量实地景观一角实地景观一角 输出的等高线图输出的等高线图输出的三维透视图输出的三维透视图原始影像原始影像处理后的影像处理后的影像再处理后的影像再处理后的影像立面图立面图遥感遥感 ( Remote Sensing )南南京京遥遥感感卫卫星星影影像像342002年9月5日 2006年8月27日 2007年10月21

12、日 2008年8月18日 鸟巢、水立方、国家体育馆变迁鸟巢、水立方、国家体育馆变迁三维激光扫描三维激光扫描扫扫描描点点云云三三维维建建模模三维激光扫描三维激光扫描(续续)工程测量学是研究在工程建设和自然资工程测量学是研究在工程建设和自然资源开发的勘测、设计、施工、管理各个源开发的勘测、设计、施工、管理各个阶段进行测量的理论和技术的学科。阶段进行测量的理论和技术的学科。工程测量学包含控制测量、地形测绘、工程测量学包含控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测及建立相应信息系施工放样、变形监测及建立相应信息系统等内容。统等内容。道道 路路 测测 量量预制板检测、桥梁合龙预制板检测、桥梁合龙场场 地地

13、平平 整整桥桥 梁梁 监监 测测隧隧 道道 测测 量量地图制图学是研究绘制或表述地球表面及其地图制图学是研究绘制或表述地球表面及其附属物形状的成图理论与方法的学科。附属物形状的成图理论与方法的学科。地图的表现形式有图形、图像和数字，是测地图的表现形式有图形、图像和数字，是测绘行业的主要产品形式之一。绘行业的主要产品形式之一。南京市南京市1:5万地形图万地形图45铅垂线铅垂线:某点的重力方向线称为铅垂线，简称垂线。水水 准准 面面假设有个静止的海水面，向陆地延伸形成的封闭曲面。假设有个静止的海水面，向陆地延伸形成的封闭曲面。 地球上自由静止的水面都是水准面（无数个）地球上自由静止的水面都是水准面

14、（无数个）大地水准面大地水准面通过观测，求出平均高度海水面、并延伸通过陆地的通过观测，求出平均高度海水面、并延伸通过陆地的 不规则封闭曲面。不规则封闭曲面。它是重力等位面。它是重力等位面。（仅有一个）（仅有一个）大地水准面大地水准面和和铅垂线铅垂线是野外观测的基准面和基准线是野外观测的基准面和基准线厦门各验潮站地理位置平均水位：5.52m 由于地表起伏以及地球内质量分布不均匀，所以大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地水准面是个复杂的曲面复杂的曲面。无法准确描述和计算，也。无法准确描述和计算，也难以在其面上处理测量成果。难以在其面上处理测量成果。数学面数学面参考（旋转）参

15、考（旋转）椭球面椭球面参考（旋转）参考（旋转）椭球体椭球体。为什么要建立测量坐标系？点的空间位置（三维）点的空间位置（三维） 球面或平面位置（二维）球面或平面位置（二维） 高程（一维）高程（一维）常用的测量坐标系有那些？测量工作的基本任务是确定点的空间位置。一个点的空间位置，需要用坐标系中的三个量来确定地理坐标系地理坐标系大地坐标系大地坐标系高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系平面（独立）坐标系平面（独立）坐标系4.1 地理坐标系地理坐标系1、地面点用经纬度表示则称为地理坐标、地面点用经纬度表示则称为地理坐标;2、子午面与地球的交线为经线、子午面与地球的交线为经线;3、起始子午线向东为东经，向

16、西为西经、起始子午线向东为东经，向西为西经;4、地面点与赤道面之间的夹角为该点纬度。、地面点与赤道面之间的夹角为该点纬度。格林尼治天文台格林尼治天文台NS4.2 大地坐标系大地坐标系大地坐标是以法线和椭球体面大地坐标是以法线和椭球体面为基准线和基准面为基准线和基准面地面上任意点地面上任意点P的空间位置为：的空间位置为：P（L、B、H）参考椭球面与大地水准面相切参考椭球面与大地水准面相切的点称大地原点。的点称大地原点。该点的铅垂该点的铅垂线与法线重合线与法线重合。地面点用大地经度、大地纬度和大地高度表示的称为地面点用大地经度、大地纬度和大地高度表示的称为大地坐标系大地坐标系 我国目前常用大地坐标

17、系：我国目前常用大地坐标系： 1954年北京坐标系，大地原点在原苏联。年北京坐标系，大地原点在原苏联。 1980年国家大地坐标系，大地原点在陕西省泾阳县永乐镇。年国家大地坐标系，大地原点在陕西省泾阳县永乐镇。 WGS84世界大地坐标系，坐标原点在地心。世界大地坐标系，坐标原点在地心。 投影定义：投影定义：所谓投影就是建立起（椭）球面上的点与平面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。上的点一一对应的数学关系。投影目的：投影目的：为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算（投影）到平面上。（投影）到平面上。投影类型：投影类型：高斯高

18、斯-克里格克里格正形投影正形投影，等积投影，任意投影等。等积投影，任意投影等。4.3高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系高斯投影投影的基本特征：投影的基本特征：NSWENS 中央子午线投影后为直线，且长度不变，距离中央子午线越远，投影后弯曲越大，中央子午线投影后为直线，且长度不变，距离中央子午线越远，投影后弯曲越大，长度变形也越大。长度变形也越大。 除中央子午线外，其余子午线的投影均为除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向凹向中央子午线的曲线并中央子午线的曲线并向两极收敛向两极收敛，对称于中央子午线和赤道。对称于中央子午线和赤道。 赤道线投影后为赤道线投影后为有长度变形有长度变形直线，其余纬

19、圈投影后仍为对称的曲线，并与子午线直线，其余纬圈投影后仍为对称的曲线，并与子午线的投影曲线互相垂直且凹向两极。的投影曲线互相垂直且凹向两极。174186 1921807284 90 9678012 1861、6 6分带法分带法：从格林尼治零度经线起每：从格林尼治零度经线起每6 6为一个投影带，全为一个投影带，全球共分球共分6060个投影带个投影带 L L0 0=6N-3=6N-3131415161233031321201 2 3 4 5 658 59606162636424 25262728293031323 9 1575 818793177 183 189L L0 0=3N=3N格格林林尼尼

20、治治零零度度经经线线6度带度带3度带度带高斯投影例：已知某点大地经度为126度36分，问该点各在6度带和3度带的那一带上？解：6度带：N= L/6（取整）+ 1 = 126.6/6 （取整） +1 = 22度带3度带：N= L/3（四舍五入）=126.6/3（四舍五入）=42.2=42度带中央子午线中央子午线投影后的直线为投影后的直线为X X轴、向北为正，以轴、向北为正，以赤道赤道投投影后的直线为影后的直线为Y Y轴轴, ,向东为正，向东为正，它们的交点为坐标原点。坐它们的交点为坐标原点。坐标象限自纵轴北方向顺时针标象限自纵轴北方向顺时针顺序编号。顺序编号。XYOO由于我国的位于北半球，东西横

21、跨由于我国的位于北半球，东西横跨11个个6带带(13-23)，各带又独自构成直，各带又独自构成直角坐标系。角坐标系。 故：故：X值均为正，值均为正，Y值则有正有负。值则有正有负。XYO赤道长：赤道长：40000km6度带个数：度带个数：60个个每个每个6度带长度为度带长度为40000/60 = 666km每带边缘距离坐标原点约每带边缘距离坐标原点约333km666km为避免负值出现，将每带的坐为避免负值出现，将每带的坐标原点向西移动标原点向西移动500km xA =493275.6m yA =500000+245863.7=745863.7m xA通通=493275.6m yA通通=20745863.7m假设假设A点对真原点坐标点