测量与地图学基础知识全稿

1、绪论1.测绘的定义：研究地球的形状和大小，以及确定地面点（近地点、地下点等）相对位置的科学 测绘的任务：1、测定：又名测绘，测定地球表面的地物和地貌的位置与高程，并用图的形式表达出来。2、测设：又称放样，将工程设计在实地标定出来，作为施工的依据。3、变形监测：测量学的分支：1、 大地测量学：1 研究在地球表面大范围建立国家大地控制网，测定地球的形状与大小及其重力场的科学。2 研究对象：地球表面一个较大的区域甚至整个地球，必须考虑地球的曲率。3 基本任务：建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和研究地球的重力场理论、技术和方法。2、地形测量学1 研究小地区地表各类地物形状和大小的科学2 研究对

2、象：地球自然表面上一个区域，由于地球半径很大，可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率 。3 基本任务：测绘地表面各类物体形状和大小。3、摄影测量与遥感学1利用摄影象片来研究地表形状与大小的科学。其任务与地形测量学相同，只是采用的方法不同。 4、工程测量学5、海洋大地测量和制图学新的地图产品形式数字高程模型DEM数字线划地图DLG数字栅格地图DRG数字正射影像DOM地图学概念 :地图学是地图制作的艺术、科学和技术，以及将地图作为科学文献和艺术作品的研究。它概括了以上各种观点着重强调了艺术；强调了地图的制作；度地图的类型1、按地图信息存储形式分类：模拟地图、数字地图2、按内容分类：普通地图、专题

3、地图3、按比例尺分类 在我国地图学领域的习惯划分是： 比例尺1:10万的地图为大比例尺地图 1:10万比例尺1l00万的地图为中比例尺地图 比例尺l:100万的地图为小比例尺地图。第一章 测量与地图学基础知识第一节：地球的形状和大小一、地球自然表面地球真正的形状并不是一个完美的标准的圆球体，而是一个两极略扁的，赤道半径略长，北级略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。由于只有地球具有这种独特的形状，称之为地球体二、地球体的物理表面 1.水准面 ：为了寻求一种规则的曲面来取代地球的自然表面，人们设想当海水在“完全”静止状态下，把它延伸到大陆内部，形成包围整个地球的连续闭合表面，它处处与铅垂线(重力

4、方向)正交，这个静止的水面叫做水准面（处处与重力方向线垂直的连续曲面）2、大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程的起算面。大地水准面是测量工作的基准面。地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力(gravity)，重力的方向称为铅垂线(plumb line)方3、大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体该几何体必须满足两个条件： 形状接近地球自然形体； 可以用简单的数学公式表示。三、地球体的数学表面：1、椭球体以大地体短轴（地轴）为旋转轴所成的椭球体，通常称地球椭球体，或旋转椭球体，简称椭球体或椭

5、球。在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体。它是一个规则的数学表面，所以人们视其为地球体的数学表面即是个可以用数学模型定义和表达的曲面椭球体 三要素: 长轴 a（赤道半径）、短轴 b（极半径）和椭球的扁率 f 第二节 地面点位置的表示方法确定地面点在地球椭球体上的位置。包括两个方面：一是点在地球椭球体面上的平面位置，即经度和纬度；二是确定点到大地水准面的高度，即高程。坐标(一) 地理坐标系子午圈与纬圈在椭球面上是两组正交的曲线，它们在椭球面上构成的坐标系称为地理坐标系1、天文坐标：表示地面点在大地水准面上的位置。2、大地地理坐标：表示地面点在参考椭球面上的位置。（LB）（二） 平面直角坐标

6、由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规划、设计 、施工中，测量和计算十分不便。投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到平面上。即 X= F 1（L，B）Y= F 2（L，B）平面直角坐标，是用平面上的长度值表示地面点位置的直角坐标。（三） 高斯平面直角坐标系 坐标系的建立：首先根据一种投影系统将球面转修为平面x轴 中央子午线的投影y轴 赤道的投影原点O 两轴的交点注：X轴向北为正，表示地面点高程位置的方法有两种：绝对高程：即地面点到大地水准面的垂直距离称为该点的绝对高程也称为海拔亦称高程相对高程：即地面点到任一水准面的距离（如图）。高差：A，B地面点间的高程之差，称为高差；高差有正负之分，若测点高

7、于起算点，则高差为正，反之为负。（四）要素：地面点间的位置关系是以距离、水平角（方向）和高程来确定的。第四节 测量工作概述一、测量的原则：从整体到局部，先控制后碎部；步步检核二、地图的构成要素一）数学要素：1、地理坐标网 2、控制点 3、比例尺 4、定向指标线二）地理要素：1、自然地理要素 2、社会经济要素三）辅助要素第二章地图数学基础第一节 地图投影基本概念一、 地图投影的概念地图投影：建立地图平面上的点和地球表面上的点之间的函数关系。二、 用数学式表达这种关系，就是： 1（，） 2（，）地图投影的实质： 就是将地球椭球体表面上的经纬网按一定的数学法则转换到平面上，研究地球曲面表示到平面所采

8、用的各种数学法则便成为地图投影的主要内容。二、地图投影的基本方法 1.几何投影（透视投影） 2.数学解析法三、变形 1、长度变形： 2、面积变形： 3、角度变形：在地图投影中产生变形的根本原因是什么？原因是由于地球是一个不可展开的曲面，即不可能展开成平面，而地图又必须是一个连续完整的平面，所以将地球曲面展开成地图平面时不可避免地会产生裂隙或褶皱三、 变形椭圆取地面上一个微分圆（小到可忽略地球曲面的影响，把它当作平面看待），它投影到平面上通常会变为椭圆，通过对这个椭圆的研究，分析地图投影的变形状况。这种图解方法就叫变形椭圆变形椭圆是常用来论述和显示投影变形的几何图形m=X/X为经线长度比n=Y/

9、Y为纬线长度比地球面上的微小圆，投影后通常会变为椭圆，即：以O为原点，以相交成q角的两共轭直径为坐标轴的椭圆方程式。标准点:地图投影面上没有任何变形的点,即投影面与地球椭球体面相切的切点标准线:地图投影面上没有任何变形的线,即投影面与地球椭球体面相切或相割的线等变形线:投影面上变形值相等的各点的连线.四、 地图投影分类1.按投影变形性质分类等角投影：投影面上某点的任意两方向线夹角与椭球面上相应两线 段夹角相等，即角度变形为零 =0（或 a=b，m=n）。等积投影: 投影面与椭球面上相应区域的面积相等，即面积变形为零 Vp=0（或 P=1，a=1/b）。任意投影: 投影图上，长度、面积和角度都有

10、变形，它既不等角又不等积。其中，等距投影是在特定方向上没有长度变形的任意投影（m=1）2、按经纬网形状分类（1）几何投影: 将椭球面上的经纬线网投影到几何面上，然后将几何面展为平面 1.方位投影: 以平面作投影面，使平面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到平面上而成。2.圆柱投影: 以圆柱面作投影面，使圆柱面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆柱面上，然后将圆柱面展为平面而成。3.圆锥投影: 以圆锥面作投影面，使圆锥面与球面相切或相割，将球面上的经纬线投影到圆锥面上，然后将圆锥面展为平面而成（2）非几何投影： 根据某些条件，用数学解析法确定球面与平面之间点与点的函数关系。伪方位投影：

11、在方位投影的基础上，根据某些条件改变经线形状而成，除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。伪圆柱投影：在圆柱投影基础上，根据某些条件改变经线形状而成，无等角投影。除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。伪圆锥投影：在圆锥投影基础上，根据某些条件改变经线形状而成，无等角投影。除中央经线为直线外，其余均投影为对称中央经线的曲线。多圆锥投影：设想有更多的圆锥面与球面相切，投影后沿一母线剪开展平。纬线投影为同轴圆弧，其圆心都在中央经线的延长线上。中央经线为直线，其余经线投影为对称于中央经线的曲线。第三节 高斯投影几何名称：等角横切椭圆柱投影一分带规定6度带：1：25000 1：

12、500000系列比例尺地形图3度带：1：10000 及大于1：10000比例尺地形图高斯计算：6带自首子午线开始，按6的经差自西向东分成60个带。依次以1、2、3、 60进行编号 3带自1.5 开始，按3的经差自西向东分成120个带。将全球划分成120个 投影带，依次以1、2、3、120进行编号。我国所跨3 带号为2445 ，共计22个。投影带的划分：按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：东半球L。=6N3 （N为6带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。6 203117 按照3带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经

13、度与带号的关系是：东半球 L。=3n （n为3带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。3 120360 带号计算：若已知某点的经度为L，则该点的6带的带号N由下式计算： 东半球NL/6（取整）+1若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算：东半球n L/3（四舍五入）由于我国的位于北半球，东西横跨11个6带，各带又独自构成直角坐标系。故：X值均为正， 而Y值则有正有负。坐标规定1、将各带的坐标纵轴西移500公里。 Y=y+500000m2、加上投影带号。 Y通=n*1000000+Y例：有一国家控制点的坐标:x=3102467.280m ,y=19367622380m，（1）

14、该点位于6 带的第几带？（第19带）（2）该带中央子午线经度是多少？（L。=619-3=111）（3）该点在中央子午线的哪一侧？（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧）（4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？（距中央子午线132377.620m，距赤道3102467.280m）第七节 地图方位方位角三北方向线：真子午线、磁子午线和坐标纵线第八节 地图比例尺地图比例尺是衡量地图与地面物体缩小倍数的尺度主比例尺指在投影面上没有变形的点或线上的比例尺。第九节 地图分图编号1991年实施的国家基本比例尺地形图分幅编号系统 2、地形图的编号1：100

15、万地形图新的编号方法：除行号与列号连写外，没有任何变化 ，如北京所在的1：100万地形图的图号由J-50改为J501：50万-1：5000地形图的编号：为了使各种比例尺不至混淆，分别采用不同的字符作为各种比例尺的代码(如表)采用行列编号方法，即将1：100万地形图按所含各比例尺地形图的经差和纬差划分成若干行和列，横行从上到下，纵列从左到右按顺序分别用阿拉伯数字(数字码)编号。新编号系统的应用 1）由已知某地地理坐标（，），则按下列程序计算其所在某比例尺地形图的图号： 由（2-24）式先求出基础图1100万图幅的图号。 按下式计算所求图号的地形图在基础图幅内位于的行号和列号：h = / (/ )

16、 l = ( /) +1 将计算的结果引入欲求图号那地形图的比例尺代码，按图号构成规律，写出所求的图号。例：设某地的地理坐标E 1143345，N392230 ，求其所在110万地形图的图号。已知图号计算该图幅的经纬度即地理位置1）按下式计算该图幅左上角点的经纬度 = h h 1 = l 31 l 1 2)根据已知图号比例尺地形图的经纬差,写出该地形图所含经纬度的幅度例：已知某图幅的图号为J50D002002，求其所在地理位置第三章地图语言第一节 地图符号地图符号：人类用于表达思维活动的各种符号中的一种，具有约定俗成的属性地图符号的作用：1）地图符号能保证所表示的地理事物的空间位置具有较高的几

17、何精度，提供可量测性2）便于对地理事物的抽象、概括和简化3）地图符号可以赋予地图极大的表现力4）提高地图的应用效果，通过地图符号可以在平面上建立地理事物的空间模型地图符号的构成要素： 图形、尺寸、颜色地图符号的分类：按图形特征分类：正形符号、侧形符号、象征符号按比例关系分类：依比例符号、不依比例符号、半依比例符号按定位情况分类：定位符号、非定位符号按空间分布特征分类：点状符号、线状符号、面状符号地图符号的设计原则：适应地图主题与用途图案化逻辑性精确性系统性对比与协调色彩象征性考虑视力、绘图与制印条件考虑符号标准化和一体化等高线、等高距：等高线是地面上高程相等的点所连成的闭合曲线等高距：相邻两等

18、高线的高程差，常以h表示等高线种类：首曲线：基本等高线，按相应比例尺地图规定的基本等高距，由零点起算而测绘的等高线，用0.1mm细线表示计曲线：加粗等高线，为了读图时判读等高线高程的方便和使加粗等高线的高程为整数，由零点起算每隔3根或4根首曲线加粗描绘的(4倍或5倍等高距的)首曲线，图上用0.2mm粗线表示间曲线：半距等高线，当用基本等高线难以显示某些重要的地形碎部，如小山头、阶坡、鞍部、小凹地等，则用1/2等高距的等高线予以补充描绘，在图上用0.1mm细长虚线表示助曲线：辅助等高线，当首曲线和间曲线都不能显示出的某些重要的微型地貌，则采用1/4等高距的等高线予以辅助描绘，在图上用0.1mm的

19、短虚线表示草绘曲线：草绘等高线，长虚线绘制首曲线和计曲线七、地图注记地图注记种类名称注记：用文字注明制图对象专有名称的注记质量注记：用文字说明制图对象种类、性质或特征的注记数量注记：用数字说明制图对象数量特征的注记说明注记：图廓外所附的各种文字说明或图表的注记第四章制图综合一、制图综合：就是采取简单扼要的手法，把空间信息中主要的、本质的数据提取后联系在一起，形成新的概念二、影响制图综合的因素1、地图比例尺2、地图用途3、制图区域地理特征4、地图符号特点5、制图资料三、制图综合的主要内容和方法制图综合的主要内容和方法表现为制图内容的选取、地图图形的化简，数量和质量特征的概括、符号化等。制图综合的

20、主要方法1、地图内容的取舍2、形状与数量质量特征的概括3、制图内容符号化4、地物的移位5、统一协调第五章 水准仪与水准测量第一节水准测量原理水准测量原理1、 水准测量利用水准仪建立一条水平视线，借助水准尺来测定两点间的高差，从而由已知点高程及测得的高差求出待测点的高程。高程计算：（1） 高差法：HB=HA+hAB=HA+（ab）（2） 视线高法 Hi=HA+a （Hi为视线高程）HB=Hib当a b时，hAB 为正，B高于A ；当a b时， hAB 为负，B低于A。水准仪的主要部件有：望远镜、水准镜、基座操作程序与方法安置粗平瞄准精平读数十字丝与物镜光心的交点为视准轴连续高程测量，两点间距离较

21、长或高差较大时，在两点间设若干转点，分段测量高差， 取各分段高差的总和hAB=h1+ h2+LL+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+LL+(an-bn)=Sa-Sb第六章 经纬仪与角度测量一、经纬仪的整置经纬仪的操作步骤：对中整平瞄准整置检查第七章 小区域控制测量方法控制测量概述测量控制网：在测区范围内选择具有控制作用的若干点构成不同的几何图形， 通过测 量角度、边长或高差以求得各点的坐标或高程控制点：构成控制网的点控制网分为平面控制网和高程控制网控制测量的目的：控制误差累积和提高测量精度。控制测量是测量工作的开始导线测量导线的布置形式1、闭合导线2、附合导线3、支导线附合导线的内业计

22、算交会测量：前方交会、侧方交会、后方交会第八章地形图的测绘与测设地形表示方法地物：地表形态中，大多自然形成或人工建筑的物体地貌：反映地面起伏状态的地形元素地物的表示：比例符号，非比例符号，半比例符号，地物注记地貌的表示：在平坦地区，地貌上用高程注记点表示；在丘陵山区，地貌主要用等高线表示。局部微小地貌用规定符号加以突出表示，如冲沟、滑坡及峭壁等地貌特征点：在地面上坡度或方向变化的点称为地貌特征点地性线：两相邻倾斜面相交处所构成的棱线又称地貌特征线，特征点和特征线构成地貌的骨架，他们决定了等高线的形状和位置。在地貌测绘中，测定地貌特征点的平面位置和高程，连接地性线，便可得到地貌整个骨架的基本轮廓

23、，按等高线的性质，依据平距与高差成比例的关系进行内差，对照实地情况就能描绘出地貌的等高线第十二章 普通地图地貌及其表示实景法、晕滃法、晕渲法、等高线法、分层设色社会经济要素的表示居民地及其表示：意义和要求：居民地是人类居住和从事政治、经济、文化活动的场所。应反映出其类型、形状、质量、行政意义和人口数量等特征分类：城市、集镇、村庄分级：按行政意义、按人口数量表示方法境界线及其表示及其表示政区界线其他 第十三章 专题地图与地图集专题地图定义：专题地图是为满足某种专门需要而着重表示制图区域内一种或几种自然现象或社会经济现象的地图，由地理底图和专题内容构成特征：专题地图详细表示普通地图要素中的一种或几

24、种相互关联的要素，其他要素概略表示，甚至不表示主要内容，大部分是普通地图上没有的，以及在地面上不能直接观察到的专题地图内容取材广泛，遍及人类社会的各个领域；编图资料多为各个学科的科研成果专题地图除应用普通地图的部分符号外，还有众多的专用符号，采用了特殊的表示专题内容表示方法定点符号法定点符号法：采用不同形状、颜色和大小的符号，表示图上符号所在的地点上的各自独立的，呈点状分布现象的数量与质量特征的一种表示方法符号的形状、颜色、符号尺寸、符号结构、符号定位缺点：符号图形在图上所占的位置较大，容易发生重叠或挤压 专题内容表示方法线状符号法线状符号法：用不同形状或不同宽窄、长短和颜色的线状符号表示呈线状或带状分布专题现象的主要方向、数量质量特征与时间变化的一种方法.线状符号法一般不表示数量指标，符号的粗细只代表现象质量等级的差异 专题内容表示方法质地法质地法：以不同的底色显示连续而布满整个制图区域某种现象在各地分布的质量差别的一种方法分类或分区拟定图例的用色、晕线或其它符号划分成若干部分 勾绘各部分的范围界线填绘相应的颜色或晕线或其他符号成图 专题内容表示方法等值线法等值线法：用一组连接数值