【地址水利】测绘技术基本原理模版课件

1、测绘根底知识 7/13/2022 测量学是一门古老的科学。测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位置的科学。测量最根本的任务之一，就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成地形图，供规划设计、工程建设和国防建设使用。数据采集是信息化测绘的根底。一坐标、投影系统7/13/2022 (一) 地面点位确实定 (1) 地球的形状和大小测量工作是在地球外表进行的，自然地球外表很不规那么，有高山、平原、深谷、丘陵和海洋等。地球上最高的珠穆朗玛峰，高出海水面m(2005年35月重新测定)，最低的马里亚纳海沟，最深处达11034 m。这些上下起伏与巨大的地球半径(平均为6371km)相比，可以忽略

2、不计。假设顾及到地球上陆地面积仅占整个地球外表的29%，而海洋面积占了71%，那么可以认为地球是被静止的海水面所包围的球体。一坐标、投影系统7/13/2022 大地水准面与地球自然外表相比，可称得上是一个光滑的曲面。但由于地球内部质量分布的不均匀性，使得铅垂线的方向产生不规那么的变化，结果大地水准面就变成了一个有微小起伏变化的、不规那么的复杂曲面。 为了计算和绘图方便，通常选择一个非常接近于大地水准面、并可用数学式表示的几何曲面来代表地球的形状，这个面称为旋转椭球体面或地球椭球体面。长半径短半径一坐标、投影系统7/13/2022 (二) 地面点位置确实定测量工作的根本任务是确定地面点的位置。确

3、定地面点的空间位置需要三个量，即平面坐标和高程。 1 地理坐标 通过地轴和地球上任意一点P的平面与地球外表的交线称为P点的真子午线或经线。通过英国格林尼治天文台的子午线，称为首子午线。垂直于地轴的各平面与地球外表的交线，称为纬线。纬度经度 过地心且与地轴垂直的平面称为赤道面，赤道面与地球外表的交线称为赤道。 经度从首子午线起算，向东为东经(0180)，向西为西经(0 -180)，经度通常用符号表示；纬度从赤道起算，向北为北纬(090)，向南为南纬(0 -90)，纬度通常用符号表示。平面坐标一坐标、投影系统7/13/2022 大地水准面虽是曲面，但当测量区域 较小(如在半径小10km的范围内)时

4、，可以将其当做平面来看待。在这种情况下，地面点的位置可用平面直角坐标表示。右图为测量工作中采用的坐标系。规定南北方向为纵轴，记为x轴，x轴向北为正，向南为负；以东西方向为横轴，记为y轴，y轴向东为正，向西为负。测量坐标系的、象限为顺时针方向编号。测量坐标系与数学坐标系的规定是不同的，其目的是为了便于定向，可以不改变数学公式而直接将其应用于测量计算中。地面某点P的平面位置可用x p和y p表示。(2) 平面直角坐标y x.xpypO一坐标、投影系统7/13/2022高斯平面直角坐标系 测绘地形图的范围较小时，可以把球面当做平面看待。但是如果测区范围较大(如测区范围大于以10 km为半径的圆面积时

5、)，就不能再将球面看成平面了。为了解决这个矛盾，必须研究地图投影的问题，以便能将球面上的图形合理地展绘到平面上来。一坐标、投影系统7/13/2022高斯投影的概念 三种投影变形：长度变形、角度变形和面积变形。 测绘地形图时，要求投影后的角度保持不变形，同时长度变化也要尽可能小，只有采用正形投影，才能满足上述要求。前我国采用的高斯投影，是一种横圆柱正形投影。一坐标、投影系统7/13/2022高斯投影的规律： (1) 中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大； (2) 赤道的投影为直线，其

6、余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴； (3) 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形； (4) 中央子午线和赤道的投影相互垂直。一坐标、投影系统7/13/2022(二) 高斯平面直角坐标离中央子午线越远，长度变形越大，为限制长度变形采用分带投影使每一投影带只包括中央子午线及其两侧的邻近局部。在中、小比例尺测图中，大都采用6分带法，即从首子午线开始，按经差6为一带，将地球分成60个投影带，并编号1、2、60。6带的带号与其中央子午线的经度(L有以下关系： 带号6-3=L 在110000及大比例尺测图中，因采用6分带法不能满足测图的精度要求，故又采用3或1.5分带法。一坐

7、标、投影系统7/13/2022一坐标、投影系统7/13/20223投影带的划分，是从经度1.5的子午线开始，按经差3为一带，把地球分为120个带。3带带号与其中央子午线经度(L)关系：带号3=L 一坐标、投影系统7/13/2022高斯克吕格坐标系：中央子午线作为纵坐标轴x；赤道为横坐标轴y；其交点O为坐标原点 x自然值 y=“带号500km自然值一坐标、投影系统7/13/2022 A：经差3的弧长，经投影后平面上的长度尽为，为使y不出现负值每带的纵坐标轴要西移500km，即在每带的横坐标上加500km，位于中央子午线以东的各点的横坐标都大于500km，而位于中央子午线以西的各点的横坐标，均小于

8、500km B：带号后的数字总是六位数一坐标、投影系统7/13/2022一坐标、投影系统设A、B两点位于6投影带的第20带，其横坐标的自然值为：y37680m (在中央子午线以东) y-74240m(在中央子午线以西)将A、B两点横坐标的自然值加上500 km并加注带号后，便得横坐标的通用值，即： y20537680m y20425760m7/13/2022平面坐标系“1954年北京坐标系，是采用苏联克拉索夫斯基椭圆体，在1954年完成测定工作的，所以叫“1954年北京坐标系，我国地形图上的平面坐标位置都是以这个数据为基准推算的。 1954年北京坐标系 Beijing Geodetic Coo

9、rdinate System l954 1954年我国决定采用的国家大地坐标系，实质上是由原苏联普尔科沃为原点的1942年坐标系的延伸。 7/13/20221980年西安坐标系 1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。为此有了1980年国家大地坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球根本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据。该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60公里，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站19521979年确定的黄海平均海水面即198

10、5国家高程基准。 7/13/20222000国家大地坐标系 建国以来，中国于上世纪50年代和80年代分别建立了1954年北京坐标系和1980西安坐标系，测制了各种比例尺地形图，在国民经济、社会开展和科学研究中发挥了重要作用，限于当时的技术条件，中国大地坐标系根本上是依赖于传统技术手段实现的。54坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球体。该椭球在计算和定位的过程中，没有采用中国的数据，该系统在中国范围内符合得不好，不能满足高精度定位以及地球科学、空间科学和战略武器开展的需要。上世纪70年代，中国大地测量工作者经过二十多年的艰巨努力，终于完成了全国一、二等天文大地网的布测。经过整体平差，采用1975年IU

11、GG第十六届大会推荐的参考椭球参数，中国建立了1980西安坐标系，1980西安坐标系在中国经济建设、国防建设和科学研究中发挥了巨大作用。 随着社会的进步，国民经济建设、国防建设和社会开展、科学研究等对国家大地坐标系提出了新的要求，迫切需要采用原点位于地球质量中心的坐标系统以下简称地心坐标系作为国家大地坐标系。7/13/20222000国家大地坐标系国家大地坐标系的定义包括坐标系的原点、三个坐标轴的指向、尺度以及地球椭球的4个根本参数的定义。2000国家大地坐标系的原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴由原点指向历元的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定

12、的历元为的初始指向推算，定向的时间演化保证相对于地壳不产生剩余的全球旋转，X轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面历元的交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。 7/13/2022地方坐标系 局部地区建立平面控制网时，根据需要投影到任意选定面上和(或)采用地方子午线为中央子午线的一种直角坐标系。南京地方坐标系中央子午线为11850。 7/13/2022二高程 1 绝对高程地面点到大地水准面的铅锤距离，称为该点的绝对高程或海拔。两点间的高程差，称为高差。如右图所示，H1、H2分别表示A 、B两点的绝对高程，h为两点间的高程差，即 h = H2H1 根据19501956年青岛验潮站的资料，推

13、算的黄海平均海水面作为我国高程的起算面。据此推求的青岛国家水准原点的高程为72.289m ，这一系统简称为“1956年黄海高程系。80年代初，国家根据新的验潮资料推算出新的平均海水面，据此推求的青岛国家水准原点的高程为 ,这一系统被称为“1985年国家高程基准。一坐标、投影系统、高程系统7/13/2022吴淞零点和吴淞高程系清咸丰十年1860年，海关巡工司在黄浦江西岸张华浜建立信号站，设置水尺，观测水位。光绪九年1883年巡工司根据咸丰十年至光绪九年在张华浜信号站测得的最低水位作为水尺零点。后又于光绪二十六年，根据同治十年至光绪二十六年18711900年在该站观测的水位资料，制定了比实测最低水

14、位略低的高程作为水尺零点，并正式确定为吴淞零点。以吴淞零点计算高程的称为吴淞高程系，上海历来采用这个系统。民国11年1922年，扬子江水利委员会技术委员会确定长江流域均采用吴淞高程系。1951年，华东水利部规定，华东区水准测量暂时以吴淞零点为高程起算基准。 。 7/13/2022吴淞高程系与1956年黄海高程系的基面差江苏省水利厅于1953年以精密水准测量方法施测了佘苏线佘山苏州、佘高线佘山金丝娘桥高桥张华浜和佘张线佘山张华浜等3条水准路线，观测高差纳入华东地区高程控制网，参加国家测绘总局主持的1957年中国东南部地区精密水准网平差。平差后的水准点高程均为1956年黄海高程系，佘山水准基点既有

15、黄海高程米，又有吴淞高程米，两者之差为米，即在上海地区吴淞高程系基面比1956年黄海高程系基面低米，远离上海的地区，同一点的两个高程值之差会略有不同。 7/13/2022几种高程关系1956黄海高程水准原点的高程是米。1985国家高程系统的水准原点的高程是米。 吴淞与废黄河、黄海、八五基准点的关系： 1、吴淞=废黄河； 2、吴淞=黄海； 3、吴淞=八五基准。 7/13/2022 我们的测量仪器能干什么?水准仪器、全站仪、GPS一坐标、投影系统7/13/2022AB大地水准面HAHBhABab前进方向后视水准尺前视水准尺一坐标、投影系统7/13/2022全站仪GPS一坐标、投影系统7/13/20

16、22一、卫星导航定位系统的新开展ZXYOWGS-84坐标系二控制测量：7/13/2022GPS卫星定位根本原理 测距交会法是常用的定点方法 平面二维距离交会 空间三维距离交会A(x1,y1)B(x2,y2)P (x,y)ABCP7/13/2022在观测站P对4颗以上的卫星进行测距，卫星坐标xi,yi,zi，P点坐标x,y,z待定，可建立4个以上的方程： di *di = xi-x* xi-x +yi-y* yi-y +zi-z* zi-z 式中，i=1，2，3，4， 解方程求得P点坐标。Pd1d2d3d4GPS单点定位原理7/13/2022GPS相对定位单点定位如上、所述。相对定位也叫差分定位

17、.是至少用两台接收机同步观测相同的卫星以确定两点之间的坐标差. 相对定位原理如右图所示.7/13/20222. GPS定位系统 1973年12月，美国国防部批准陆海空三军联合研制一种新的军用卫星导航系统NAVSTAR GPS，其英文全称为NAVigation by Satellite Timing And Ranging (NAVSTAR) Global Positioning SystemGPS，我们称为GPS卫星全球定位系统，简称GPS系统。 GPS系统由GPS卫星星座空间局部、地面监控系统地面控制局部和GPS信号接收机用户设备局部等三局部组成。 1978年2月22日，第一颗GPS实验卫星

18、的发射成功标志着工程研制阶段的开始；1989年2月14日，第一颗GPS工作卫星的发射成功，宣告GPS系统进入了生产作业阶段；1993年12月8日，GPS整个系统已正式建成并开通使用。GPS卫星星座空间局部 GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，这24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上。卫星轨道平面相对地球赤道平面的倾角约为55，各轨道平面升交点的赤经相差60，在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30。轨道平均高度约为20210km，卫星运行周期为11小时58分。这一分布方式，保证了地面上任何时间、任何地点至少可同时观测到4颗卫星。GPS卫星的作用是接收和播发由地面监控系统提供的卫星星历

19、。 地面监控系统地面控制局部 GPS的地面监控局部，目前主要由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。 监测站是在主控站直接控制下的数据自动采集中心，站内设有双频GPS接收机、高精度原子钟、计算机各一台和假设干台环境数据传感器。接收机对GPS卫星进行连续观测，以采集数据和监测卫星的工作状况。所有观测资料由计算机进行初步处理，并存储和传送到主控站，用以确定卫星的轨道。Trimble 5800 GPS接收机 Trimble 4600LS 4700 GPS接收机 小博士手持机 博宇 GPS接收机 Point Smart6200双频GPS接收机用户设备部分GPS系统是一种以

20、空间卫星为根底的无线电导航与定位系统，能为世界上任何地方，包括空中、陆地、海洋甚至于外层空间的用户，全天候、全时间、连续地提供精确的三维位置、三维速度及时间信息，具有实时性的导航、定位和授时功能3.我国独立自主的卫星导航定位系统“北斗一号 虽然美国系统已经在全世界广泛应用，但该系统绝非完美无缺。例如，其规模太大、造价太高，其他国家很难效仿，俄罗斯就是典型的例子；只能导航，无法通信，因而不能满足日益增长的用户需求；作为一个国家来讲，如果完全依赖，那么容易受美国控制。那么，有没有解决这些问题的新方法呢？中国的“北斗开辟了一条新途径。 双星定位：“北斗导航卫星系统是种全天候、全天时提供卫星导航信息的

21、区域性导航系统。它是通过双星定位方式来工作的。该系统由颗经度上相距度的地球静止卫星对用户双向测距，由个配有电子高程图的地面中心站定位，另有几十个分布于全国的参考标校站和大量用户机。它的定位原理是：以颗卫星的坐标为圆心，各以测定的本星至用户机距离为半径，形成个球面，用户机必然位于这个球面交线的圆弧上。电子高程地图提供的是一个以地心为球心、以球心至地球外表高度为半径的非均匀球面。求解圆弧线与地球外表交点即可获得用户位置。 北斗二代卫星导航定位系统(COMPASS系统)该系统将在第一代的根底上逐步建设成为包括5颗静止轨道卫星+30颗非静止轨道卫星的空间段, 提供开放式效劳及授权效劳. 定位精度10m

22、, 授时精度50ns, 测速精度。系统的第一期星座由12颗COMPASS卫星组成区域性覆盖星座：5颗36000km高度的地球同步卫星(GEO); 4颗21500km高度的中轨卫星(MEO)和3颗在三个36000km高度的轨道上运行的斜轨卫星(IGO)。该系统在效劳区内任何时间、地点均能精确定位, 并提供双向短报文通信和授时效劳, 即不仅能精确测定自已的点位坐标, 还能告诉别人自己所处点位, 特别适用于交通运输、搜救时的导航与移动通信效劳。7/13/2022定位系统1960年晚些时候，当时已有的卫星导航系统不能到达导航定位的目的。前苏联军方确认需要一个卫星无线电导航系统 (SRNS)用于规划中的

23、新一代弹道导弹的精确导引。1968-1969年，国防部、科学院和海军的一些研究所联合起来要为海、陆、空、天武装力量建立一个单一的解决方案。1970年这个系统的需求文件编制完成。进一步研究之后，在1976年，前苏联公布法令建立GLONASS。 GLONASS是GLObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)定位系统单独的民用系统提高卫星定位的完好性、可用性和精度促进欧洲经济开展提高欧洲在航空工业的国际地位对GPS依赖程度分析技术的应用 在测绘领域的应用 在大地测量中的应用“只受到人们想象力的限制国家A级和B级GPS大地控制网分别于1996年和1997年建成

24、并先后交付使用。在矿山、地籍、土地规划等方面的应用RTK测量常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分Real - time kinematic方法 7/13/2022RTK测量RTK根本工作原理：在高等级点上基准站安置1台接收机为参考站， 对卫星进行连续观测，并将其观测数据和测站信息，通过无线电传输设备，实时地发送给流动站，流动站GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线接收设备，接收基准站传输的数据，然后根据相对定位的原理，实时解算出流动站的三维坐标及其精度

25、即基准站和流动站坐标差X、Y、H，加上基准坐标得到的每个点的WGS84坐标，通过坐标转换参数得出流动站每个点的平面坐标X、Y和海拔高H。 7/13/2022江苏CORS系统江苏省全球导航卫星连续运行参考站综合效劳系统Jiangsu Continuously Operating Reference Stations，JSCORS工程是江苏省测绘局十一五方案的重点工程，由江苏省测绘局和江苏省气象局共同投资建设。江苏省测绘工程院负责工程的组织实施，武汉大学提供技术支持和监理效劳，徕卡公司负责相关软硬件技术效劳。工程于2006年7月正式启动，2006年12月建成并投入运行。 7/13/2022江苏CO

26、RS系统JSCORS通过在全省及周边范围内建设或共享假设干个GNSS连续运行参考站，在江苏省内建立一个高精度、高时空分辨率、高效率、高覆盖率的全球导航卫星系统Global Navigation Satellite System，GNSS综合信息效劳网，把GNSS这一高新技术综合应用于大地测量、工程测量、气象监测、地震监测、地面沉降监测、精确导航等领域。7/13/2022 7/13/2022 施工放样 7/13/2022测量资料收集 a测量放样前，应从合法、有效途径获取施工区已有的平面和高程控制成果资料。b根据现场控制点标志是否稳定完好等情况，对已有的控制点资料进行分析，确定是否全部或局部对控制

27、点进行检测。c必须按正式设计图纸、文件、修改通知进行测量放样，不得凭口头通知和未经批准的图纸放样。d根据标准规定和设计的精度要求并结合人员及仪器设备情况制定测量放样方案。 7/13/2022放样前准备 a阅读设计图纸，校算建筑物轮廓控制点数据和标注尺寸。b选定测量放样方法并计算放样数据或编写测量放样计算程序、绘制放样草图并由第二者独立校核。c准备仪器和工具，使用的仪器必须在有效的检定周期内。给仪器充电，检查仪器常规设置：如单位、坐标方式、补偿方式、棱镜类型、棱镜常数、温度、气压等。d使用有内存的全站仪或GPS时，可以提前将控制点包括拟用的测站点、检查点和放样点的坐标数据输入仪器内存，并检查。7

28、/13/2022质量要求 孔位测量方法采用极坐标方法或按地形图布设。初勘时，钻孔精度要求允许误差为，高程精度要求的最大允许误差为10cm；详勘时，钻孔精度要求的最大允许误差为，高程精度要求的最大允许误差7cm。7/13/2022放样方法1.全站仪坐标法设站极坐标法放样 a在控制点上架设全站仪并对中整平，输入调入测站点的三维坐标，量取并输入仪器高，输入调入后视点坐标，照准后视点进行后视定向。如果后视点上有棱镜，输入棱镜高，可以马上测量后视点的坐标和高程并与数据检核。b瞄准另一控制点，检查方位角或坐标、高程。以上步骤为测站点的测量。 7/13/2022放样方法c记录员根据测站点和拟放样点坐标反算出

29、测站点至放样点的距离和方位角。d观测员转动仪器至第一个放样点的方位角，指挥司镜员移动棱镜至仪器视线方向上，测量平距D。e计算实测距离D与放样距离D的差值：D=D-D，指挥司镜员在视线上前进或后退D。f重复以上过程，直到D小于放样限差。g测量并记录现场放样点的坐标和高程，与理论坐标比较检核。确认无误后在标志旁加注记。 7/13/2022放样方法2、全站仪边角交会法设站极坐标法放样 前方交会法a在未知点P上架设全站仪(测距仪)，整平；在点A上安置棱镜，量测棱镜高；在点B、C上安置照准标志。b测量PA间平距D、高差DH和PA至PB、PC方向间的水平角，。c用D、及A、B点的坐标计算P点的一组坐标；用

30、D、及A、C点的坐标计算P点的另一组坐标；两组坐标的差值不超过规定限差，取中数即为P点的最后坐标。d 以后放样方法同前。7/13/2022放样方法3、GPS动态测量建测站点放样 基准站设置a将脚架架设到基准站测量点上，脚架的顶部应在可视范围内粗略水平。b将三角基座和GPS接收机系统联结在一起，安放在脚架或标墩上，并固定连接螺丝。c将GPS接收机和供电系统联接如干电池、电瓶等。d将GPS接收机和接收天线系统联接。e连接电台发射系统和GPS接收机，电台主机和电台天线，电台主机和电台后备电源。7/13/2022放样方法f联接接收机和记录用测量手簿。g将脚架精确整平和对中于基准点。h量取并记录天线高度，记录基站测量点的名称、GPS接收机编号