测量课件-绪论

1、 1.1 测量学的任务及作用 1.2 测量坐标系统 1.3 地面点定位 1.4 用水平面代替水准面的限度 1.5 测量常用计量单位第一章 绪论（一）测量学的概念 测量学是研究地球的形状、大小以及地表(包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。一、测量学的任务及作用（二）测量学分支学科 普通测量学、大地、地形、海洋、摄影、 工程测量学、地形制图学、GPS地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌和地物测绘成地形图、编制地籍图和房产图等的基本理论和方法的科学。海洋测绘学 研究以海洋水体和海底为对象的学科。 海洋测区条件复杂,受潮汐、气象、透明度差等影响，需用特种仪器和方法:卫星导航、惯性组合

2、导航、天文测量、水声定位系统、水下摄影量测等。 4地图制图学 研究模拟地图和数字地图的设计、编绘、复制的理论和方法的科学。主要内容： 地图投影 地图编绘 地图整饰 地图出版 56 世界地图工程测量学研究工程建设和自然资源开发中进行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。 工程规划设计阶段：提供地形资料； 施工兴建阶段： 标定设计建筑的位置； 运行管理阶段： 竣工测量和变形监测。 渠道水位监测1108面水准测量 场地平整1109大桥变形监测11010隧道工程测量11011道路测量 道路建筑高程放样 用数字水准仪 和条码水准尺。11012 工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计

3、控制，测绘地形图 施工建设 施工放样，竣工测量 运营管理 安全监测，变形观测 （三）工程测量学的任务测量工作的基本任务 确定地面点在规定坐标系中的坐标（X，Y，Z）测量学在生活上的作用城市交通图11014（四） 测量学的作用上海市水系专题图11015同济校园图(四平路校本部)11016测量学在军事上的作用“天时，地利，人和”是打胜仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定距离、位置、辨识方向的作用。11017测量学在工程建设中的作用 在工程建设的规划设计中，首先需要有地形图。 在修建工厂和居民点时，须要先平整地基和设计房屋的放样。 在建

4、设城市道路网（包括高架道路、地下铁道和桥梁)，都需要用测量方法精确地定向,定位和定高程。 18（四）测量工作分类 测量工作包括测定和测设两部分。测定 是指使用测量仪器和工具，通过测量 和计算，测定点的坐标，或把地球表 面的地形按比例缩绘成地形图。测设 是指把图纸上规划设计好的建筑物、 构筑物等的位置在地面上标定出来， 作为 施工的依据。返回地理坐标系高斯坐标系独立平面直角坐标系二、测量坐标系统和高程系统基准面/基准点 地球的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体， 海洋面积约占地球表面的71%。 高山陆地 丘陵 海洋地球的制高点 珠穆朗玛峰海拔高程 8844.43m11025 马里亚

5、纳海沟 斐查兹海渊剖面图11026地球海面下最深处高程为 11000 m大地水准面大地水准面：通过平均海水面的水准面 （一个）27水准面:一个自由静止的海水面向陆地延伸，并包含整个地球而成的封闭曲面（无数个）大地体： 大地水准面所包围的代表地球形状和大 小的形体。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。 由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。 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。2参考椭球体及参考椭球面参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示

6、几何形体，作为地球的参考形状和大小。 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体， 故又称旋转椭球体。参考椭球面参考椭球面 参考椭球体外表面， 是球面坐标系的基准面。 旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。 我国目前采用的参考 椭球体的参数为： 长半轴 a= 6378140m 短半轴 b= 6356755.3m 扁 率 = = 测量精度要求不高时，可把地球看作 圆球，其平均半径 R =6371km 地面点的坐标（一）地理坐标 地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可表示为 A (L,B) 。 如：北京 东经11628北纬3954S纬线NO地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，

7、S为南极。子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。子午线：子午面与地球面的交线， 又叫经线。起始子午面：通过英国格林尼治天文台 的子午面NGS 。纬 线：垂直于地轴的平面与地 球面的交线。赤道平面：垂直于地轴并通过 地球中心的平面WME。赤 道：赤道平面与地球面 的交线。WE赤道赤道平面起始子午面起始子午线G 椭球上的基本概念大地经度：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。大地纬度：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。赤道平面OPM大地经度L大地纬度BnLB起始子午面（首子午面） SNL取值范围：东经0180西经0180B取

8、值范围：北纬090南纬090（二）高斯平面直角坐标系1、高斯投影的概念 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影”，简称“高斯投影”。 NSc中央子午线赤道高斯投影平面赤道中央子午线2、高斯投影的原理 高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。高斯投影必须满足：1高斯投影为正形投影， 即等角投影； 2中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；3中央子午线投影后长度 不变。高斯投影平面赤道中央子午线3、高斯投影的特性（1）中央子午线投影后为

9、直线，且长度不变。（2） 除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。（3） 赤道线投影后为直线，但有长度变形。赤道中央子午线平行圈子午线Oxy（4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。（5）经线与纬线投影后仍然保持正交。 （6）离中央子午线愈远，长度变形愈大。赤道中央子午线平行圈子午线Oxy4、投影带的划分 我国规定按经差6和3进行投影分带。 6带自首子午线开始，按6的经差自西向东分成60个带。 3带自1.5 开始，按3的经差自西向东分成120个带。高斯投影带划分 6带与3带中央子午线之间的关系如图: 3带的

10、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。 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： 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度与带号的关系是： L。=3n （n为3带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。3 120360 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： N （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： n （取整）+1练习：北京某点的大地经度为11620，试计

11、算它所在的六度带和三度带带号，相应六度带和三度带的中央子午线的经度是多少？（三）平面直角坐标 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）我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。 不同点：1、 x，y轴互异。2、 坐标象限不同。3、表示直线方向的方位角 定义不同。相同点： 数学计算公式相同。 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 ：高斯平面直角坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxppx=Dcosy=Dsinx=Dcosy

12、=DsinDD 独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立独立平面直角坐标系； 地面点的位置可用平面直角坐标确定； 坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）； 规定：X 轴向北为正， Y轴向东为正。OXY 测区北（四）空间直角坐标(WGS)如图所示： 原点O 地球质心 Z轴 指向地球北极 X轴 指向首子午面 与赤道的交点 Y轴 过O点与XOZ面垂直如：A（XA，YA，ZA）XZYO高程系统绝对高程（海拔） ：某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。 如：HA、HC。相对高程： 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：HA、HC 。高差： 地面上两

13、点高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA当hAC为正时， C点高于A点；当hAC为负时， C点低于A点；返回三、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。如地面点：A （X，Y，H）CYABabcX（一）地面点定位元素板书（二）地面点定位原理 （三）地面点定位程序与原则程序：（逐级进行） 先控制测量 ，后碎部及相关测量原则： 1、 从整体到局部； 2、先控制后碎部 ； 3、复测复算、步步检核。 优点： 减少误差积累； 避免错误发生； 提高工作效率。四、用水平面代替水准面的限度1、对距离的影响水准面上弧长为S，其所对圆心角为，地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差值为S。相对差值：上式中取R=6371km，则 结论： 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量 时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。 S/km S/mm S/S 5 1 1/4870000 10 8 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/487002、对高程