测量学课件(第一章,绪论)修复的

测量学Surveying主讲教师：王永东E-Mail:wyongdong@讲授内容第一章绪论第二章水准测量第三章角度测量第四章距离测量与直线定向第五章

控制测量第六章

地形图测绘第七章

地形图应用第八章

施工测量注意事项本课程共48学时，讲授24学时，自修3学时，实验21学时，实习1周（与实验同步进行，不单独停课实习。）测量学课程特点内容多：测量学基本原理、误差处理、仪器使用、作业方法、基本计算等。实践性强，责任性要求高，必须遵照测量的规范和规则。注意事项测量学课程学习要求学会和掌握测量的基本作业方法

角度测量、距离测量、高程测量（仪器的基本操作、作业程序、记录、成果整理）了解测量仪器的检验和校正方法（自修）（测量仪器的轴线关系、检验和校正的作业方法）测量学课程学习要求学会控制测量、地形图测绘等的基本作业方法（外业测量、内业计算与绘图）建立测量误差的基本概念（了解测量误差的基本理论和掌握基本测量误差的计算）注意事项测量学课程实验实习要求实验实习分小组进行。5-6人一组，选一小组长，自由组合（下周上交分组名单）。在实验实习过程，仪器需专人看护，若有仪器损坏、丢失或实验实习不认真者，将影响整个小组的成绩。仪器安全：损坏照价赔偿野外作业：严格按照规定的作业和操作程序。注意事项测量学课程实验实习要求记录：字迹清晰、端正，不得任意涂改（按规定方式改数）。计算：按平差规则、作计算检核、保证计算精度小数取位）。正负号：在以下数据前，加“+、-”号：高差、竖直角、指标差、坐标增量、所有的闭合差、改正数。注意事项成绩评定：考试（笔试）占60%，实验占30%，平时上课、实验表现占10%。上课不定期点名，若缺席超过3次，取消考试资格，整门课程作零分记。实验缺席1次或迟到、早退2次者，实验成绩作零分记。本门课程的课件不拷贝，学习有问题者可课间或到办公室(3-220)询问。本门课程无考前辅导，无复习参考题，请同学们上课或实验实习认真听讲。注意事项第一章绪论Chapter1Introduction§1.1概述

1测量学的概念早期的定义：测量学是一门测定地面点的平面位置和高程，研究地球表面的形状和大小的应用科学。当前的定义：测量学是研究测定、采集和描绘地球及其表面自然与人工形态及其变化状况信息并将设计的工程或点位在地面上定位的科学。第一章绪论

2测量学的研究内容主要研究空间点的位置测定，确定地球的形状、地球的重力和其它动力现象，采集和处理陆地与地下及水下自然与人工形态及其变化信息，探求陆地及水下测绘的理论、方法和技术。测量工作可以分为两类：“测绘”和“测设（放样）”。测绘：测定地面（或水下）已有点位或已确定点位。测设（放样）：标定土地及其附属物的开发利用建设的设计方案。第一章绪论3测量学的任务地球定位：研究与确定地球整体的形状与大小。测绘地形图：将测区内的地物与地面起伏按一定比例尺缩小绘制成地形图（或平面图）或将地面上各种工程设施测绘到图上。构筑物放样：将土地及其附属物的开发、利用、建设的设计方案在实地标定，即将各种的工程设计测设到现场。变形监测：已有工程或其它设施在一定时期内的变化测量。第一章绪论4测量学的分类大地测量学：研究和测定地球的形状、大小和地球重力场，以及测定特定地面上点的空间位置的理论、技术和方法的学科。几何大地测量学是以一个与地球外形最为接近的几何体（旋转椭球）代表地球形状，用天文方法测定该椭球的形状和大小。第一章绪论物理大地测量学卫星大地测量学研究用物理方法测定地球形状及其外部重力场的学科。利用人造地球卫星进行地面点定位及测定地球形状、大小和重力场的理论、方法的学科。第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论摄影测量与遥感：研究利用地面或空中对地面摄影（或遥感探测）获得影像，进行分析、处理，获得地面信息的理论、技术和方法的学科。摄影测量与遥感学地面摄影测量航空摄影测量航天摄影测量第一章绪论第一章绪论地形测量学：将地球表面的局部地区的自然地形、人工建筑物和境界等测绘成大比例尺地形图的理论、技术和方法的学科。工程测量学：研究工程建设和资源开发中，在规划、设计、施工和运营管理各个阶段进行的控制测量、地形测量和施工放样、变形监测的理论、技术和方法的学科。第一章绪论第一章绪论第一章绪论地图制图学（地图学）研究地图的编制和应用的学科。它研究用地图图形信息反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、相互联系及其动态变化。5测量学与测绘学测量学与制图学统称为测绘学。“国际测量师联合会”（IUSA）在1990年制定的章程中对测绘学的新定义为：

测绘学是采集、量测、处理、分析、解译、分发、利用和评价与地理和空间分布有关的数据的一门科学、工艺、技术和经济实体。这一定义阐述了当代测绘学的实质。第一章绪论现代测绘技术

地球空间信息学（Geomatics）：由

测量学、遥感、地图学、摄影测量学和地理信息系统组成的一门综合性学科。属于现代空间信息科学技术。数字化采集系统（含电子测量仪器），如全站仪等“3S”技术：RS（遥感系统）、GIS（地理信息系统）、GPS（全球定位系统）第一章绪论§1.2地球的形状与大小认识地球是人类探索的目标之一，也是测量学的任务之一。绝大多数测量工作是在地球上进行，或作为参考系。第一章绪论

重力的方向线称为铅垂线，铅垂线是测量工作的基准线。第一章绪论水准面：某刻静止的海平面向陆地延伸形成的封闭曲面（特点：处处与铅垂线垂直）大地水准面：常年平均海水面形成的水准面（作为绝对高程起算面，也称绝对高程或海拔）第一章绪论水平面：小范围静止水面（

特点：处处与大地水准面相

切）大地体：由大地水准面所围

成的地球形体（不规则曲体）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复杂的曲面水准面和铅垂线是野外观测的基准面和基准线。第一章绪论参考椭球体：与大地水准面贴合的规则数学曲体（代替地球形状，作为坐标测量工作基准面）第一章绪论

地球形状和大小由参考椭球体的长半轴a、短半轴b值确定。参考椭球体的基本元素：

长半轴

a=6378.137km

短半轴

b=6356.752km

扁率

α=(a-b)/a=1/298.257地球近似半径R=6371（km）第一章绪论Krasovskyellipsoid第一章绪论第一章绪论§1.3地面点位置的表示测量工作的根本任务是确定地面点的点位。地面点的空间位置通常

是求出该点的球面位置

或在水平面上的平面位

置（坐标）以及该点到

大地水准面的铅垂距离

（高程）。第一章绪论坐标地理坐标系统（球面）：经、纬度平面坐标系统自由坐标系统高斯坐标系统高程相对（自由）高程系统绝对高程系统（海拔）第一章绪论第一章绪论

1地理坐标系（全球通用）按坐标的基准线和基准面的不同地理坐标可分为天文地理坐标和大地地理坐标。

基准：赤道、Greenwich子午线第一章绪论天文地理坐标：表示地面点在大地水准面上的位置。用天文经度与纬度表示。测量（天文经纬度）的外业以铅垂线为准，大地水准面和铅垂线是天文地理坐标系的主要面和线。地面点的坐标是它沿铅垂线在大地水准面上投影点的经度和纬度。第一章绪论大地地理坐标：表示地面点在参考椭球面上的位置。用大地经度L与大地纬度B表示。大地地理坐标系是建立在地球椭球面上的坐标系。第一章绪论

地球椭球面和法线是大地地理坐标系的主要面和线。地面点的大地坐标是它沿法线在地球椭球面上投影点的经度L和纬度B。第一章绪论

任意一点的大地经度L是包含该点子午面与首子午面所夹的两面角；该点的大地纬度B是过该点的法线（与旋转椭球面垂直的线）与赤道面的夹角。大地经度和纬度是根据一个起始的大地点（大地原点：其经纬度与天文经纬度一致）。第一章绪论

2平面直角坐标系为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算（投影）到平面上。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。地图投影学就是研

究这个问题的学科，是数

学也是地理学的一个分支

学科。基本类型有：圆锥

投影，圆柱投影，平面投

影，任意投影等。第一章绪论高斯平面直角坐标系

等角横切圆柱投影等角投影就是正形投影。所谓，正形投影，就是在极小的区域内椭球面上的图形投影后保持形状相似。即投影后角度不变形。第一章绪论投影：球→园柱→平面→移轴（y消除负值）第一章绪论投影带划分：第一章绪论6°带（1:5万）首子午线起，每隔6°将地球划分为60带，依次用1、2、……、60即N6标记。带号

N=L/6（取整）+1中央子午线经度

λ=6N-3例：116°28′/6（取整）+1=20带

6×20-3=117°第一章绪论3°带（1:1万）从起算经度1°30’起，每隔3°将地球划分为120带，依次用1、2、……、120即N3标记。带号

n′=（L-1.5）/3（取整）+1中央子午线经度

λ′=3n′例：（116°28′-1.5）/3（取整）+1=39带

3×39=117°第一章绪论

在中国，6度带编号从13到23，3度带编号从24到45。每带的中央经线和赤道分别为其高斯平面直角坐标系的纵坐标与横坐标轴。中央经线与赤道的交点为坐标原点，纵坐标X坐标从赤道其向北为正，向南为负，横坐标Y从中央经线起算其向东为正，向西为负。第一章绪论

我国为了避免出现坐标负值，一般把横坐标Y加上500km，并冠以带号。即：x=X,y=N500km+Y如：y1=20545863.7my2=20331525.2m

*注意坐标点在投影带中的位置第一章绪论地区平面直角坐标系也称为地平坐标系、独立平面直角坐标系、小地区局部自由坐标当测量范围较小，可以把该测区的地表一小块球面作为平面看待。将坐标原点选在测区的西南角，保证整个测区的坐标均为正值，以该地区中心的子午线方向作为x轴方向，构成o-xy右手直角坐标系。第一章绪论

地平坐标系是平面直角坐标系。地平坐标系以当地的水平面为主要面(不需要投影)。通常以当地的北方向为坐标轴的正方向。地平坐标系只用于小的局部地区。第一章绪论

测量平面坐标系统与数学坐标系统的异同点：不同点坐标轴不同象限不同起始角旋转方向不同相同点计算公式相同数值符号相同第一章绪论3高程系大地高：点位沿椭球的法线至椭球面的高度。正常高（海拔高）：点位沿铅垂线至大地水准面的高度。第一章绪论

地面点高程（H）绝对高程：地面点到大地水准面的垂直距离。相对高程：地面点到假定水准面的垂直距离。高差：两点间高程之差。第一章绪论

4中国的大地坐标系1954年北京坐标系

旋转椭球：克拉索夫斯基(Krasovskyellipsoid)a=6378245m,b=6356863m,α=1:298.3

原点：北京

缺点：大地水准面与旋转椭球面不能很好符合，西部较好，东部较大，最大达到60-70m；大地坐标大部为局部平差，坐标的精度不均。第一章绪论1980年国家大地坐标系（西安）

旋转椭球：IUGG/IAG(国际大地测量即地球物理联合会)1975年推荐参数a=6378140m,b=6356755m,α=1:298.257。短轴平行与地球质心指向1968.0地极原点（JYP）方向。

原点：陕西省泾阳县永乐镇。

优点：旋转椭球参数精度高；四个参数完整统一；大地水准面与旋转椭球面符合好；天文坐标网经过全国统一平差，精度高。第一章绪论WGS－84坐标系

WGS－84坐标系是世界大地坐标系统，其坐标原点在地心，采用WGS－84椭球。利用GPS全球定位系统得到的地面点的位置，是WGS－84坐标。第一章绪论§1.4地球曲率对测量工作的影响

进行大区域测量工作时，应当把地球表面看作球面，地形测量时应采用高斯平面直角坐标。当测区的面积较小时，又可以把球面视为平面，即以水平面代替水准面，其结果仍能满足精度要求。现在的问题是多大的范围就可以用水平面代替水准面?第一章绪论地球曲率对水平距离的影响

第一章绪论

由表中可看出，当距离为10km时，用水平面代替水准面产生的相对误差为1/120万。这个误差小于目前最精密量距的允许误差1/100万，因此在半径小于l0km的区域内，地球曲率对水平距离的影响可以忽略不计，即可以用水平面代替水准面。地球曲率对高程的影晌由表中可见，对高程测量来说，即使距离很短，也不能忽视地球曲率对高程的影响。第一章绪论水准面的曲率对水平角度的影响在面积100km2以内时，地球曲率只有在最精密测量时才需考虑。普通测量中，面积在200km2时均不必考虑地球曲率对多边形角度变形的影响。第一章绪论§1.5测量工作的基本内容和程序

1测图原理地球表面有不规则的起伏，

地形图是把地面上高低不平的点

投影到参考椭球面上，用一定的

数学规则，按一定的比例尺，用

符号概括表示复杂的地形情况。

在测区范围较小的地形图上，投

影面可以取为平面，如右图所示。第一章绪论

上图中A、B、C、D和E是地面上高低不平的一系列点，构成一个空间多边形；下图中P是一个平面，由A、B、C、D、E各点向P平面作铅垂线，这些铅垂线的垂足在P平面上构成多边形A′B′C′D′E′，平面上各点为空间各点的正射投影。第一章绪论

多边形ABCDE和多边形A′B′C′D′E′并不完全相似。平面上的多边形边长都短于空间多边形相应边，至多相等。投影平面上的角是包含两倾斜边的两面角在水平面上的投影。所以，地形图上的各点是实地上相应点在水平面上的正射投影的位置再用测图比例尺缩绘在图纸上。第一章绪论

因此，可以得出测量工作中测定点与点之间关系的三条原则（也称测量工作的基本观测量）：测定地面上两点间的距离，是指水平距离。第一章绪论测定两条边之间的夹角，是指通过角顶的两条边所作两个竖直平面在水平面上的投影所构成的角，测量上称为水平角。地面上各点的高差，是指各点沿铅垂线方向至大地水准面的距离之差即高程之差。第一章绪论测量的基本工作高程测量距离测量角度测量第一章绪论高程测量角度测量距离测量水准仪经纬仪测竖直角+距离测量测尺（钢尺、皮尺等）光电测距仪经纬仪经纬仪（视距测量）全站仪第一章绪论2测量工作程序测量工作的基本原则地球表面的外形是多种多样的，在测量工作中大致将其分为两大类：地面由自然形成的高低起伏，如山、岭、河、海等称“地貌”，地面上的附着物（大部分由人工造成），如房屋、道路、桥梁、界标等称为“地物”，地物、地貌统称地形。第一章绪论

在地面测量时，需要测定一系列地面点（地物点和地貌点）的平面位置和高程，这些点称为“碎部点”。由于任何测量工作都会产生不可避免的误差，所以每次测量工作必须遵循一定的法则，以防止误差的积累。第一章绪论

测绘地形图时，首先要在地面上某点设置仪器，设置仪器的点称为“测站点”，要在某一测站点测定该地区的所有地物、地貌是不可能的，如图中的A点，只能测量附近的地物地貌，对于视线遮挡部分（如山的后面）和视线不能达到的部分（较远的地区）就观测不到，因此需要在若干点上分区施测，最后拼接成一幅完整的地形图。第一章绪论

实际工作时，首先采用较严密的方法、较精密的仪器测定一系列控制点（A、B、C、D、E和F），以保证整体的精度，再根据控制点施测周围的地物地貌。也就是布局上采用“由整体到局部”，精度上“由高级到低级”，在程序上“先控制后细部”，这就是测量工作的基本原则。如图所示。第一章绪论

测量工作需要采用一定的测量仪器，按一定的测量程序和方法，根据地形图图式所规定的符号，适当的制图概括，并依据一定的比例尺将地面上的地形地貌测绘到图纸上（可以是纸质、数字或其它形式）。因此测量工作分为内业工作和外业工作两大部分。第一章绪论

外业工作包括：踏勘选点、建立标志、测角、量距、测定高差及绘制地形草图；

内业工作包括：外业观测成果的检查、整理、平差计算、地形图内业整饰。随着计算机及相关技术的发展，还出现了内外业一体化的数字测