第一章煤矿测量学基础知识

1、煤矿测量煤矿测量学学 主讲主讲: :武武永军永军 第一章第一章 煤矿测量学的基础知识煤矿测量学的基础知识 本章知识点本章知识点v测量学概述v 测量工作的概述v 比例尺v 测量误差的概述v 地面点位置的确定v 测量常用计量单位 第一节 测量学概述测量学：研究地球的形状、大小以及确定地球表面各点间相对位置的一门学科1.1.1 测量学定义测量学定义生产实践需要生产实践需要测量学测量学 利用工具测量利用工具测量、发展发展 进一步指导实践进一步指导实践 通俗意义上的测量学：利用测量工具、方法确定地面点与点之间的关系（距离、角度、高差）1、测定（测绘） 2、测设（放样） 1.1.2 测量学任务测量学任务

2、第一节 测量学概述采集信息采集信息信息处理信息处理绘图绘图读读 图图 信息处理信息处理放样放样（测）（测）（算）（算）（绘）（绘）（看、读）（看、读）（算）（算）（标定）（标定）测测 定定测测 设设 第一节 测量学概述矿山测量学1.1.3 测量学的分类测量学的分类摄影测量学 地图制图学 普通测量学 大地测量学 第一节 测量学概述1.1.4 测量学的作用测量学的作用地面测量井下测量 井上下联系测量 地面控制测量地面施工 测量 绘制井上下对照图 测绘地形图 井下控制测量 测绘采掘工程图 井下施工测量平面联系测量高程联系测量 第二节 地面点位的确定 确定地面点的空间位置需用三个量，确定地面点的空间位

3、置需用三个量，在测量工作中一般用在测量工作中一般用: : 某点在某点在基准面基准面上投影位置（上投影位置（x,yx,y） 该点离该点离基准面基准面高度（高度（H H）测量工作的实质：确定地面测量工作的实质：确定地面点的空间位置点的空间位置 第二节 地面点位的确定ABabcXC C 基准面基准面 ZY 第二节 地面点位的确定 地球表面高低起伏大，海洋面积地球表面高低起伏大，海洋面积71%，地球是被，地球是被海水面包围的球体海水面包围的球体1.2.1 大地水准面大地水准面 第二节 地面点位的确定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。N个个大地水准面大地水准面其中通过其

4、中通过平均海水面平均海水面的水准面。的水准面。1个个1.2.1 大地水准面大地水准面地球自然表面地 球椭球 面平均海水 面 大地水准面大地水准面作为作为点平面位置的投影面，点平面位置的投影面，高程的起算面高程的起算面 第二节 地面点位的确定水准面水准面 大地大地水准面水准面 外业测量工作基准面外业测量工作基准面大地水准面大地水准面 外业测量工作基准外业测量工作基准线线铅垂线铅垂线绝对高程：绝对高程：AB大地水准面大地水准面AHBH1.2.2 高程高程 第二节 地面点位的确定我国的高程系统：我国的高程系统：水准原点水准原点 ：全国高程的起算点。1985年国家高程基准 （72.260m ）1956

5、年黄海高程系 （72.289m）目前我国统一采用1985985年国家高程基准年国家高程基准 。水准原点H0验潮站大地水准面AB大地水准面大地水准面AHBH假定水准面假定水准面AHBH相对高程：相对高程：1.2.2 高程高程 第二节 地面点位的确定 根据工程的需要，如果某一地区引用绝对高程有困难，或者为了施工方便，也可以选择一个假定的水准面做为高程启起算面。提示提示：在一个特定区域只能选择一个水准面高差高差：高差高差有正负之分：有正负之分：正为上坡，负为下坡。1.2.3 高差高差 第二节 地面点位的确定1、地理坐标：用经度和纬度来表示地面点位坐标 适用于适用于：在地球椭球面上确定点位。：在地球椭

6、球面上确定点位。分为： （1）天文地理坐标(天文经度 ，天文纬度 ) （2）大地地理坐标(大地经度L，大地纬度B )如：北京 东经11628北纬39541.2.4 地面点的坐标地面点的坐标 第二节 地面点位的确定S纬线NO地地 轴：轴：地球的自转轴地球的自转轴(NS)(NS)，NN为北极，为北极，S S为南极。为南极。子午面：子午面：过地球上某点与地轴（旋转轴）所组成的平面。过地球上某点与地轴（旋转轴）所组成的平面。子午线：子午线：子午面与地球面的交线，子午面与地球面的交线， 又叫经线。又叫经线。起始子午面：起始子午面：通过通过英国格林尼治天文台英国格林尼治天文台的子午面的子午面NGSNGS

7、。纬纬 线：线：垂直于地轴的平面与地垂直于地轴的平面与地 球面的交线。球面的交线。赤道平面：赤道平面：垂直于地轴并通过垂直于地轴并通过 地球中心的平面地球中心的平面WMEWME。赤赤 道：道：赤道平面与地球面赤道平面与地球面 的交线。的交线。WE赤道赤道赤道平面赤道平面起始子午面起始子午线G 椭球上的基本概念经度经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。纬度纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点的大地纬度，用B表示。赤道赤道平面平面OPM大地经度L大地纬度BnLB起始子午面起始子午面（首子午面）（首子午面） SNL取值范围：东经0180西经0

8、180B取值范围：北纬090南纬090内业计算、绘图 方法：方法：将地球划分成若干带，然后将每带将地球划分成若干带，然后将每带投影投影到平面上。到平面上。 特点：特点：投影后角度保持不变，中央子午线投影后一条直线，投影后角度保持不变，中央子午线投影后一条直线，且长度不变。且长度不变。外业测量、地球表面变形2、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系：适用于：研究范围较大。适用于：研究范围较大。1.2.4 地面点的坐标地面点的坐标 第二节 地面点位的确定1.2.4 地面点的坐标地面点的坐标（1 1） 高斯投影的概念高斯投影的概念 高斯投影是一种高斯投影是一种等角等角横切椭圆柱横切椭圆柱投影投影。它

9、。它是由德国数学家高斯是由德国数学家高斯(Gauss(Gauss，17771855)17771855)提提出，后经德国大地测量学家克吕格出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger(Kruger，185718571923)1923)加以补充完善，故又称加以补充完善，故又称“高斯高斯克吕格投影克吕格投影”，简称，简称“高斯投影高斯投影”。 NSc赤道赤道高斯投影平面高斯投影平面赤道赤道中央子午线中央子午线 高斯投影高斯投影采用分带投影。将椭球面按采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。一定经差分带，分别进行投影。我国规定按经差我国规定按经差66和和33进进行投影分带。行投影分带。66

10、带带自自首子午线首子午线开始，按开始，按66的经差自西向东分成的经差自西向东分成6060个带个带。 3带带自自1.5 开始，按开始，按3的经差自西向东分成的经差自西向东分成120个带个带。高斯投影带划分高斯投影带划分 按照按照66带带划分的规定，第划分的规定，第1 1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为33，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是： L L。=6N=6N3 3 （NN为为66带的带号）带的带号）例：例：2020带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L L。66 20 2033117 117 此带的范围是多少？（此带的范围是多少？（1

11、14 120 114 120 ） 按照按照33带划分的规定，第带划分的规定，第1 1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为33，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是： L L。=3n =3n （n n为为33带的带号）带的带号） 例：例：120120带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L L。33 120 120360 360 6带与3带中央子午线之间的关系如图: 3带的中央子午线与6带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。 工程测量采用3 带，特殊工程可采用1.5 带或任意带。坐标系的建立：坐标系的建立：x x轴轴 中央子午线的投影中央

12、子午线的投影y y轴轴 赤道的投影赤道的投影原点原点OO 两轴的交点两轴的交点OxyP（X，Y）高斯自高斯自然坐标然坐标注：注：X轴向轴向北北为为正正， y轴向轴向东东为为正正。赤道赤道中央子午线中央子午线 由于我国的位于北由于我国的位于北半球，东西横跨半球，东西横跨1212个个66带，各带又独自构带，各带又独自构成直角坐标系。成直角坐标系。 故：故：X X值均为正，值均为正， 而而Y Y值则有正有负。值则有正有负。世界地图世界地图赤赤 道道 东经东经 732713509 732713509 66带带13231323， 33带带24452445故：故：根据带号可以判断属于何种投影带根据带号可以

13、判断属于何种投影带 我国统一6带分布情况xyo1p2pmymxpp280.272440180.23283622mymxpp360.136780650.30285511mymxpp720.227559180.23283622（带号）mymxpp360.636780)(650.30285511带号500km = 500000+ = + 636780.360m = 500000+ = + 227559.720m1py2py2py1py国家统一坐标：国家统一坐标：2211,ppppxxxx（带号）（带号）（带号）（带号）不同点：不同点：1 1、 x x，y y轴互异。轴互异。2 2、 坐标象限不同。坐

14、标象限不同。3 3、表示直线方向的方位角定、表示直线方向的方位角定义不同。义不同。相同点：相同点：数学计算公式相同。数学计算公式相同。 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 ：高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxppx=Dcosy=Dsiny=Dsinx=Dcosy=Dsiny=DsinDD测量坐标系 3、独立平面直角坐标：适用于：研究范围较小。当区域面积小于50平方，可直接在平面上计算） 第二节 地面点位的确定1.2.4 地面点的坐标地面点的坐标数学平面直角坐标系数学平面直角坐标

15、系测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系 第三节 比例尺LlM11.3.1 比例尺的概念比例尺的概念1、数字比例尺、数字比例尺 用用1/M表示。如表示。如1 500，1 1000，1 5000， M为比例尺分母。为比例尺分母。M越大，比例尺越小。越大，比例尺越小。比例尺：图上某直线的长度与该直线的实地水平长度之比；分为数字比例尺和图式比例尺。2、图式比例尺优点优点：便于直接量取长度，并可减小因图纸伸缩变形而引便于直接量取长度，并可减小因图纸伸缩变形而引起的误差。起的误差。3比例尺的精度比例尺的精度 第三节 比例尺1.3.2 比例尺的应用比例尺的应用矿图采掘工程平面图：采掘工程平面图：1 5000

16、 1 2000井上下对照图图：井上下对照图图：1 5000 地地 形形 图：图：1 5000 1.3.2 比例尺的应用比例尺的应用 第三节 比例尺1.3.2 比例尺的应用比例尺的应用图纸打印1 5000 一个方格边长为一个方格边长为500米米1 2000 一个方格边长为一个方格边长为500米米 1:1000 一个方格边长为一个方格边长为500米米1.3.2 比例尺的应用比例尺的应用矿图建立的方格网，打印时每个方格网边长都为矿图建立的方格网，打印时每个方格网边长都为10cm1、确定地面点的三个基本要素： 第四节 测量工作概述1.4.1 测量的基本内容测量的基本内容2、地面测量的三项基本内容：角度

17、角度距离距离高程高程 测角测角量距量距测高差测高差 第四节 测量工作概述1.4.2 测量工作的基本原则测量工作的基本原则先看三个例子：先看三个例子： 第五节 测量误差的概念1.5.1 测量误差产生的原因测量误差产生的原因结论结论:这是由于这是由于尺子尺子的原因产生的误差的原因产生的误差1、如果用两把刻划不一样的尺，丈量同一段距离，用第一根尺量得距离为20m,用第二根尺量得距离为19.98m，两者相差2cm。尺尺子子1、量身高：、量身高： 现用同一根尺对同一人量身高三次，当视线水平或向上倾斜或向下倾斜时，会量得三个不同的身高值，这三个值之间存在误差。 第五节 测量误差的概念1.5.1 测量误差产

18、生的原因测量误差产生的原因结论结论:这时候产生误差的原因主要是由这时候产生误差的原因主要是由人为因素人为因素造成的造成的1.5.1 测量误差产生的原因测量误差产生的原因3、测三角形内角和 用经纬仪测量一三角形内角，除了上面所说的人和仪器的因素导致误差外，还有环境因素，如：光的折射、视线跳动等等,都有可能使照准失真，这些现象是由于空气的密度不同、空气的对流、风力等情况所造成的,也就是由环境造成的。结论结论:环境因素环境因素也是造成误差产生的又一个主要原因也是造成误差产生的又一个主要原因 第五节 测量误差的概念1.5.1 测量误差产生的原因测量误差产生的原因 第五节 测量误差的概念1.5.1 测量误差产生的原因测量误差产生的原因误差产生原因：误差产生原因： 1.仪器本身 2.观测者（人为原因） 3.外界环境 第五节 测量误差的概念1.5.2 测量误差的概念测量误差的概念1、误差误差的概念的概念：观测值与客观值之间的差距观测值与客观值之间的差距 2、误差的分类、误差的分类： 按性质分为：系统误差、偶然误差系统误差：有规律 仪器误差