长安大学测量学双语PPT第1章

HighwaySchoolChang’anUniversity2014.2Surveying课程性质：专业基础课总学时数：

60学时其中：课堂理论教学50学时+实验10学时相关课程：测量教学实习（2周）使用教材：

《测量学》

——人民交通出版社（许娅娅等主编)

尹晖主编，《测绘工程专业英语》，武汉大学出版社，2005

HaowenYAN等主编，《SURVEYINGPRINCIPLESANDMETHODS》SciencePress2009

尹晖主编，《测绘专业词汇手册》，武汉大学出版社，2008

测量学课程概述《测量学》教材内容TheFirstpart：Thebasic（Chapter1-9）Chap.1－BasicconceptsChap.2、3、4、5－Threebasicwork(H、β、D）Chap.6——ErrortheoriesChap.7——ControlsurveyingChap.8、9——TopographicMapsThesecondpart：Thespecializedsubject（Chapter10-12）Chap.10——ConstructionlayoutChap.11、12——Roadcenterlinesurvey§1-1Surveyingtaskandapplications

一、SurveyingConcept

Studytheshapeandsizeoftheearth,anddeterminatetheground(includingtheair,undergroundandunderwater)pointposition.二、Task

1.测定（survey+mapping）：groundMaps二、Task2.测设(Layoutsetout)MapsGround

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying1.大地测量学(geodeticsurvey)Determinepointswithinbroadarea,includingearth'ssizeandshapeofthedetermination,largeareacontrolsurvey,astronomyandgravitysurvey.

2.普通测量学（Generalsurvey）

Determinepointswithintheearth'ssurfaceatsmallscale(10-25kilometers),regardlesstheearth'ssurfacecurvature.§1-1Surveyingtaskandapplications§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying

3.摄影测量与遥感学：Photogrammetryandremotesensing(RS)

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying4.海洋测绘学(Marinesurveying)5.工程测量学(Engineeringsurveying)6.制图学(Cartography)“3S”技术(GPS,GIS,RS)WewilllearnGeneralsurveyingandEngineeringsurveying。§1-1Surveyingtaskandapplications四、Rolesofsurveying勘测设计阶段:

Surveyvariousdifferentscalesmapsforplananddesign.施工阶段:

Theconstructionsurvey,layout(constructionlofting),as-builtsurveyanddeformationobservation.

运营管理阶段:

Deformationobservationandsafetymonitoringandprediction,expandedandreconstruction.

§1-2测量学的发展与现状一、Thehistoryofsurveying世界最早的测量记载：公元前21世纪《史记.夏本记》

记载“准、绳、规、距”世界最早的地球球体说：公元前6世纪，古希腊毕达哥拉斯，地球自转世界最早的测量仪器：公元前3世纪中国四大发明之一司南，即指南针世界最早提出大地测量名词：公元前3世纪古希腊亚里士多德提出世界最早的地图论著：公元前3世纪古希腊埃拉托色尼

《地理学》提出经纬图，地球周长世界最早的天文测量仪器：公元100年，中国东汉张衡，混天仪§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、测量学的发展简史世界最早的地图制图规范：公元265年，中国西晋裴秀

《禹贡地域图》序言“制图六体”世界最早的地形模型：公元421年，中国南朝谢庄制造《木方丈图》世界最早的近代地球仪：1429年，德国白海姆制作世界最早的地球投影：1569年，德国墨卡托投影世界最早的望远镜：1608年，荷兰，汉斯发明望远镜世界最早的近代测量工作：1617年，荷兰，斯纳尔在世界首次进行三角测量世界最早的地球椭球论：1672年，法国里歇通过观测钟摆周期的实验，推论地球是椭球；1687年，英国牛顿在《自然哲学的数学原理》书中根据万有引力定律证明了地球是旋转椭球的理论§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、测量学的发展简史高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代测量史的杰出代表，现代测绘科学的奠基人，德国著名的数学家、物理学家、天文学家。1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代测量平差理论的基础，1809年正式发表（概率论创始人法国拉格朗日1806年发表最小二乘原理）1822年，创立高斯投影理论，1912年由德国大地测量学家克吕格补充完善，正式建立高斯-克吕格投影和高斯-克吕格平面直角坐标系，简称高斯平面直角坐标系1826年，创立三角测量控制网整体条件平差理论1828年，提出平均海水面概念，为全球建立大地水准面作为高程基准面打下基础§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、测量学的发展现状望远镜的发明，推动了光学测量仪器（如光学水准仪、经纬仪）的发展和广泛使用1859年第一台地形摄影机在法国制造，洛斯达开创了地面摄影测量方法1903年飞机的发明，1915年第一台自动连续航空摄影机在德国蔡司测绘仪器厂研制成功，使航空摄影测量成为现实1947年瑞典生产第一台光电测距仪，世界从此进入电子测量时代。随后相继出现了微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪等电子经纬仪+光电测距仪+计算机=电子全站仪§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、测量学的发展现状从游标经纬仪→光学经纬仪→电子经纬仪→电子全站仪→数字智能型全站仪从光学水准仪→自动安平水准仪→电子水准仪→数字水准仪从地面摄影测量→航空摄影测量→数字摄影测量→卫星遥感（RS）图像处理→三维激光扫描系统从野外白纸测图→计算机机助制图→数字化自动成图→地理信息系统（GIS）从全球卫星定位系统（GPS）→“3S”集成技术§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying三、我国测量事业的发展建立和统一了全国坐标系统和高程系统建立了全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网、完成了大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作已完成全国GPS大地控制网和GIS基础框架进行了珠穆朗玛峰高程的测量。制定了各种测绘技术规范（规程）和法规，统一了技术规格和精度指标。

测绘仪器生产发展迅速，不仅生产出各等级的经纬仪、水准仪、平板仪，而且还能批量生产电子经纬仪、电磁波测距仪、自动安平水准仪、全站仪、GPS接收机、解析测图仪等。

§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、TheshapeandsizeoftheearthTheearthisahypsographyellipsoidThehighestpeak:8844.43mThedeepestplace:11022.00mThebiggestheightdifference

is20kmTheearth'saverageradius:6371kmTheearthisanapproximatesmoothwaterpoloMainlandarea:29%Oceanarea:71%§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying2.测量基准面（datumplane）(1）大地水准面(Geodeticsurface)（Geoid）水准面（levelplane）：Itissupposedtohaveafreecalmseasurface,thelandwardextensionsandformaclosedsurface。

Levelsurfaceiscontinuoussurfacewherethegravitydirectionofeverypointisperpendicular。

§1-3Basicknowledgeofsurveying大地水准面(Geodeticsurface)

：

Thegeoid:levelsurfacehavecountless,amongthemtheonethroughtheaverageseasurfaceiscalledthegeoid.

Bythegeoidsurroundearthformcalledtheearthbody.Thegeoidisthedatumandtheplumb-lineisthedatumlineofsurveying.§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）参考椭球面(referenceellipsoid)

为使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体即地球椭球(Earthellipsoid）来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称为旋转椭球(Rotatingellipsoid)。§1-3Basicknowledgeofsurveying(2)参考椭球（Referenceｅllipsoid）

Longradiusofa,

Shortradiusofb,

FlatrateRotatingellipsoidtheoryisthemathematicalball。

Rotatingellipsoidparameter,difficulttoglobalunification.Everystateisdeterminedandtherotatingellipsoidcalledreferenceellipsoid.

ZYX§1-3Basicknowledgeofsurveying参考椭球体的定位

Accordingtoacertaincondition,todeterminerelativepositionsbetweenthereferenceellipsoidandgeoid．中国1980年国家大地坐标系

以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点进行定位，建立了全国统一坐标系．§1-3BasicknowledgeofsurveyingAbstract§1-3BasicknowledgeofsurveyingTheearthsurfaceTHEearthbodyRotatingellipsoidbodyThegeoidRotatingellipsoid§1-3Basicknowledgeofsurveying二、Groundpointdetermination

Theessenceoftheistodeterminethelocationofgroundpoint.Themethods:

1.Three-dimensionalrectangularcoordinate(X,Y,Z).2.Two-dimensionalcoordinatesystem(x,y)(suchastheearthcoordinatesystem)andaDimensioncoordinatesystem(suchasspecifiedverticalsystem(H)torepresent,(x,y,H).3.(B,L)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定1．大地坐标系GeodeticcoordinatesystemItissupposedthatthegroundpointinearth’ssurfaceellipsoidplace.theearthlongitudeandlatitudeB,LDatum:ReferenceellipsoidBaseline:plumblineverticalline

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定

2．空间直角坐标系(spatialrectangularcoordinates)

以椭球体中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为

Z轴，指向符合右手规则。在该坐标系中，P点的点位用OP在这三个坐标轴上的投影x,y,z表示。§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定

3．独立平面直角坐标系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)

ThelongitudinalaxesXaxis,northispositive,thehorizontalaxesYdirectionaxis,eastispositive.

yAWy(E)S(Thefourthquadrant)(Thethirdquadrant)(Thefirstquadrant)(Thesecondquadrant)AxAo(S-W)(N)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定3．独立平面直角坐标系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)Surveyingplanereactanguledcoordinatesystem

Mathematics

planereactanguledcoordinatesystem

§1-3Basicknowledgeofsurveying4．高斯平面直角坐标系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)（1）Gaussianprojection(高斯投影)Crosscutdirectedcylindrical（横轴椭圆柱投影）

Objective:Transformsphericalcoordinatetotheplanecoordinates.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定（1）Gaussianprojection

OSN赤道面中央子午线M§1-3Basicknowledgeofsurveying

高斯投影特点：

1、Thecentralmeridianandtheequatorialprojectionintomutuallyperpendicularlines.2、Thecentralmeridianlengthisconstant,thefartherfromitthebiggerthedeformationis.3、Toensuretheprojectionprecision,mustusezoningprojection.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定（2）高斯平面直角坐标系(gaussplanerectangularcoordinatesystem)Coordinatesorigin:theintersectionsoftheequatorialandcentralmeridian.X:centralmeridianprojectiontonorth.Y:theequatorprojection,eastispositive.

WENSABybyayxo§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定（2）Gaussplanerectangularcoordinatesystem(1)

6projectionzones:centralmeridianlongitude:(2)3projectionzones:centralmeridianlongitude:§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）高斯平面直角坐标系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)

我国位于北半球(赤道以北)，x坐标值均为正值，而y坐标值则有正有负。为了避免y坐标值出现负值，我国规定将每带的坐标原点向西移500km。由于各投影带上的坐标系是采用相对独立的高斯平面直角坐标系，为了能正确区分某点所处投影带的位置，规定在横坐标值前面冠以投影带带号。§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面点位的确定

B点真正横坐标yb＝-124625.723m；按照上述规定，y值应改写为yb

＝20(-124625.723+500000)＝20375374.277WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx§1-3Basicknowledgeofsurveying5．高程系统（Elevationsystem）绝对高程(Absoluteheight(altitude)（Elevation）):Referstothedistancefromacertainpointtothegeoidalongtheplumbline,H.

相对高程（Relativeheight(altitude)（Elevation））:Theverticaldistancefromsomepointtoassumptionlevel.

高差（Elevationdifference）:Thedifferencebetweentwopoints，hB§1-3BasicknowledgeofsurveyingABHAHBH'AH'BYellowseaaveragesurface.Thegeoid

Assuminglevelsurface

hAB§1-3Basicknowledgeofsurveying5.高程系统（Elevationsystem）

高程基准面如何确定，基准点的高程为多少呢？

以青岛验潮站多年的观测资料求得黄海平均海水面，作为我国的高程基准面，建立了“1956年黄海高程系”，在青岛市观象山建立国家水准基点（基点高程Ｈ=72.289m）。1987年启用“1985国家高程基准”，测定X新的国家水准基点高程Ｈ＝72.260m。

§1-3Basicknowledgeofsurveying三、用水平面代替水准面的限度(thelimitofusingtheplanereplacingthelevel)1、InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvatureInthegeoid：

Intheplane：

Error：

Therelativeerror：Ｒ＝637lkm，§1-3BasicknowledgeofsurveyingTab.1distanceerrorandrelativeerrorConclusion:

Inaradius,10kmrange(equivalenttoarea320km2),InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvaturecanbeignored。

Whenaccuracyrequirementislow,alsocanbeextendedtotheradiusof25km(equivalenttoarea2000km2).D/kmΔD/mmΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000§1-3Basicknowledgeofsurveying

2．InfluencetohorizontalanglefromLevelcurvity

由球面三角学知识知道，同一空间多边形在球面上投影的各内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面角超ε

Conclusion:

Itisnotconsideredthattheeffectoftheearthcurvaturetohorizontalangleingeneralsurveyingworkbesidesinthehighprecisework.

Sphericalarea(km2）ε(″)Sphericalarea(km2）ε(″)10500.050.251005000.512.54§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoelevationdifferencefromLevelcurvity§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoaltitudedifferencefromLevelcurvity

TheelevationerrorConclusion:Fromthetableweknow,theinfluencemustbeconsideredandcorrected,onlevel(height)measurement.S(m)10501002005001000(mm)0.00.20.83.119.678.5§1-4Basicconceptsofsurveying一、BasicprinciplesinsurveyingSurveyinglayout,shouldfollowthe“fromthewholetothesections”.Surveyingprecision,shouldfollowthe“fromtheseniortothelow-level”.

Surveyingprocedures,shouldfollowthe“controlsurveyingfirstlythendetailed”.Ineverysurveyingsteps,shouldfollowthe“Alwayscheck,eliminateerrors”.

§1-4Basicconceptsofsurveying二、Controlsurveying

Determinationplaneposition(coordinates)andelevationofcontrolpoints,asbasisofsurveyingtopographicmapsandconstructionlayout.

Theplanecontrolsurvey

：

确定测区中一系列控制点的坐标（x、y），形式有导线测量、边角测量及交会定点等。Elevationcon