测量学第1章绪论

测量学贾东振E-mail:jdz@河海大学测绘科学与工程系2用户名：hhu_celiangxue@163.com

密码：celiangxue网易公共信箱：2023/2/53学分：3学分（48学时）2学分（32学时）教材：《测量学》

——国防工业出版社特点：＃内容多＃实践性强课程概况2023/2/54教学内容第一部分（第1章）

测量学的基本概念和基本知识第二部分（第2～4章）

高程、角度和距离测量的基本原理和方法第三部分（第6、7章）

平面、高程控制测量第四部分（第8、9、10）章）

地形图的测绘及地形图的应用第五部分（第11、12）章）

工程测量基本工作及应用2023/2/55实验要求●仪器安全：请勿损坏仪器●课堂实习：严格按照规定的作业和操作程序进行●记录：字迹清晰、端正，不得任意涂改●计算：按平差规则、作计算检核、保证计算精度2023/2/56第一章绪论测量学的定义测量学的分类测量的基准面与基准线地面点位置的表示方法测量的基本工作和原则1.确定地面点位的方法2.高斯平面直角坐标系的建立本章要点：本章难点：2023/2/5测量学的产生生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等

公元前二十七世纪建设的埃及大金字塔，其形状与方向都很准确，说明当时已有放样的工具和方法。

我国夏商时代，早期的水利工程多为河道的疏导，以利防洪和灌溉，其主要的测量工作是确定水位和堤坝的高度。战国李冰父子曾用一个石头人来标定水位；（现代水位测量）沈括测得“京师之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”。（水准）长沙马王堆汉墓出土的地图包括了地形图、驻军图和城邑图。宋朝按乡登记和清丈土地，出现地块图。明朝洪武四年，全国进行土地大清查和勘丈，编制的鱼鳞图册，是世界最早的地籍图册。汉.马王堆军事图都江堰.石人宋.地块图明.鱼鳞图埃及.金字塔军事、交通运输的需要----旅行、航海等

工程测量学的发展也受到了战争的促进。中国战国时期修筑的午道，秦始皇修建的直道，古罗马构筑的兵道，公元前218年欧洲修建的通向意大利的“汉尼拨通道”等都是著名军用道路。修建中应用了测量工具进行勘测、定线测量和隧道定向开挖测量。唐代李筌指出“以水佐攻者强，……，先设水平测其高下，可以漂城，灌军，浸营，败将也”，说明了测量地势高低对军事成败的作用据《周礼》记载，在周朝已建立了专门的采矿部门，开采时很重视矿体形状，并使用矿产地质图来辨别矿产的分布。意大利都灵保存有公元前十五世纪的金矿巷道图。公元前十三世纪埃及也有按比例缩小的巷道图。公元前一世纪，希腊学者格罗·亚里山德里斯基对地下测量和定向进行了叙述。德国在矿山测量方面有很大贡献，1556年格·阿格里柯拉出版的《采矿与冶金》一书，专门论述了开采中用罗盘测量井下巷道的一些问题。

9①夏禹时，准、绳、规、矩的测量工具；②战国时，最早的指方向的仪器——司南开始应用；③东汉张衡的浑天仪和地动仪；④宋沈括绘制《天下州县图》，制做木图，比欧洲早700年；⑤元朝郭守敬进行天文测量，实测27个点。推算一年为365.02425天我国测量学的发展唐代贾耽《华夷图》禹陆行乘车，水行乘舟，泥行乘橇，山行乘撵，左准绳，右规矩，载四行，以开九州，通九道2023/2/5101、测量学的定义通俗来说——解决的问题山有多高、海有多深？路有多远、地有多大？敢问路在何方？…2023/2/511测量学的定义（续）它是研究地球的形状、大小以及地球表面各种形态的科学。主要任务：确定地球的形状和大小，为地球科学提供必要的数据和资料；将地球表面的地物地貌测绘成图；将图纸上的设计成果测设至现场。2023/2/5122、测量学分类

地图制图学

摄影测量与遥感

大地测量学

地形测量学

工程测量学

测量学的分类2023/2/5131.大地测量学

是“测定和描绘地球表面的科学”在广大区域建立国家大地控制网，测定地球形状、大小、重力场及其变化的技术方法的学科。确定地球形状及其外部重力场及其随时间的变化，建立统一的大地测量坐标系，研究地壳形变（包括地壳垂直升降及水平位移），测定极移以及海洋水面地形及其变化等。研究月球及太阳系行星的形状及其重力场。建立国家和全球的各种控制网。研究高精度仪器和方法等。研究地球表面向椭球面或平面的投影变换及有关的大地测量计算。研究地面、空间及其联合网的数学处理理论和方法。14珠峰测量-高度测量历史2023/2/51852年，以英国人华夫为首的测量队用大地测量的方法，在印度平原上测定珠峰高度为8840米，首次确定珠峰为世界最高峰。20世纪初，国外采用气压测定的8882米作为珠峰高程。1954年，印度测量局在1852年测量基础上，重新测定珠峰为8847.6米。1975年，我国首次在珠峰设置3.5米的觇标，测定珠峰高程为8848.13米。1987年3，意大利人阿迪托·德希奥，采用全球定位系统求得珠峰正高8872米。1992年5月和10月间，美国、意大利分别采用GPS技术和光电测距仪技术，重新测定珠峰高程，德希奥提供的数据为8846.10米。2005珠峰峰顶岩石面海拔高程8844.43米,峰顶冰雪深度3.50米1975年5月27日，我国首次将测量觇标立于珠峰之颠。从珠峰附近选择了9个测站点，它们分布在以珠峰为中心的69度的扇形区域内，至珠峰的距离为8.5～21.2公里，高程为5600～6240米。在9个测站上对珠峰觇标观测水平角和垂直角，根据水平角确定珠峰的水平位置和各测站至珠峰的水平距离。根据三角高程测量原理，由这些垂直角和水平距离确定各测站同珠峰之间的高差，在进行了天文、重力、气象测量等修正后，进而推得从我国黄海平均海面起算的珠峰高程为

8848.13米。珠峰测量-重测珠峰背景测量原理：

大地测量的方法测量的特点：

只测量角度改正：

重力改正，气压改正等珠峰测量-1975年测量原理起算面也即海拔原点的选择不同。我国珠峰高程起算面黄海海平面与印度洋海平面为例比较，两者就存在20厘米左右的差距。大地水准面的确定更加精确。珠峰冰雪层的变化，变化的范围为1～2m测量精度。

1975年我国珠峰测高没有采用激光测距手段。2005采用激光测距，使测量精度提高了一倍以上。珠峰测量-8848.13受质疑的原因18珠峰测量-2005年珠峰测量测量方法（1）传统大地测量方法

包括导线测量、水准测量、三角高程测量等（2）GPS测量方法实现过程：（1）从拉孜出发行进500km到达珠峰5600m处，采用精密水准测量方法（2）5600米起使用觇标、GPS、冰雪深雷达综合测量峰顶高度。第一阶段测量：精密水准测量，路线长度500km,测量误差为：0.5mm/km。202023/2/5第二阶段测量：三角高程测量（6250米）22竖立在珠峰顶的测量觇标2023/2/5综合考虑各种误差的影响，本次测量的精度约为±0.3m。珠峰高度为8844.43米。24大地测量学—GNSS（GPS）2023/2/5252.地形测量学

研究小区域内地表各类物体形状和大小，将小区域内地物和地面起伏按一定比例缩小后，绘制成平面图或地形图的学科。地形测量学，就是在小区域内对地物形状进行描述，然后依据一定的符号原则将其按比例缩小并绘制成平面图的一种科学。就实际来说是进行最多的一种测量方式。26地形测量实地景观一角

输出的等高线图输出的三维透视图273.摄影测量与遥感对非接触传感器获取的影像和数字表达的记录进行量测和解译的过程。是影像信息的获取，处理，提取和成果表达的一门信息科学。2023/2/528摄影测量与建模原始影像处理后的影像再处理后的影像立面图摄影测量改变了传统的对地测量方式，扩大了应用领域292023/2/5近景摄影测量302023/2/5航空摄影测量31遥感(RemoteSensing)南京遥感卫星影像322002年9月5日2006年8月27日2007年10月21日2008年8月18日对遥感数据进行处理生成所需的正射影像图，将生成的正射影像图与基期土地利用现状空间数据库进行空间叠加分析，提取变化信息。变化信息以变更调查记录表和变更图斑位置示意图的方式来表示，以便于后面的GPS测量基于RS技术的变更源发现鸟巢、水立方、国家体育馆变迁2023/2/533基于RS技术的海岸线变迁34三维激光扫描扫描点云三维建模2023/2/535三维激光扫描（续）激光脚点坐标的获取2023/2/536三维激光扫描（续）2023/2/537三维激光扫描（续）三维激光扫描现场图2023/2/538三维激光扫描（续）激光点云数据建模2023/2/539三维激光扫描（续）2023/2/5404.工程测量学工程测量学是研究在工程建设和自然资源开发的勘测、设计、施工、管理各个阶段进行测量的理论和技术的学科。工程测量学包含控制测量、地形测绘、施工放样、变形监测及建立相应信息系统等内容。2023/2/541道路测量42预制板检测43水位监测44场地平整2023/2/545桥梁监测2023/2/546隧道测量2023/2/5475.地图制图学地图制图学是研究绘制或表述地球表面及其附属物形状的成图理论与方法的学科。地图的表现形式有图形、图像和数字，是测绘行业的主要产品形式之一。2023/2/548南京市1:5万地形图2023/2/5493、测量的基准线和基准面铅垂线:某点的重力方向线称为铅垂线，简称垂线。50大地水准面水准面—假设有个静止的海水面，向陆地延伸形成的封闭曲面。地球上自由静止的水面都是水准面（无数个）大地水准面—通过观测，求出平均高度海水面、并延伸通过陆地的不规则封闭曲面。它是重力等位面。（仅有一个）大地水准面和铅垂线是野外观测的基准面和基准线厦门各验潮站地理位置…………平均水位：5.52m51

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。无法准确描述和计算，也难以在其面上处理测量成果。参考椭球面

用一非常接近大地水准面的数学面代替大地水准面，这个面称为参考（旋转）椭球面，椭球面所包含的形体称为参考（旋转）椭球体。外业：铅垂线和大地水准面

内业：法线和参考椭球面2023/2/552参考椭球体各种参考椭球目前最常用的参考椭球是美国国防部制图局在1984年构建的WGS84椭球534、地面上点位的表示方法坐标

1.地理坐标

2.空间直角坐标

3.平面直角坐标高程

1.绝对高程

2.相对高程

测量工作的基本任务是确定点的空间位置。一个点的空间位置，需要用坐标系中的三个量来确定为什么要建立测量坐标系？点的空间位置（三维）＝球面或平面位置（二维）＋高程（一维）◆依位置表示方式分类

＊地理坐标系（球面坐标系）

＊直角坐标系高斯平面直角坐标系独立平面直角坐标系空间直角坐标系大地地理坐标系天文地理坐标系测量坐标系统1.地理坐标系作用：基准：表示方法：主要描述地面点在大地水准面上的位置铅垂线大地水准面天文坐标系大地坐标系投影定义：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。投影目的：为了简化计算，要将（椭）球面上的元素归算（投影）到平面上。投影类型：高斯-克里格正形投影，等积投影，任意投影等。2.直角坐标系投影高斯投影投影的基本特征：投影的方法及特征NSWENS①中央子午线投影后为直线，且长度不变，距离中央子午线越远，投影后弯曲越大，长度变形也越大。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向两极收敛，对称于中央子午线和赤道。③赤道线投影后为有长度变形直线，其余纬圈投影后仍为对称的曲线，并与子午线的投影曲线互相垂直且凹向两极。59174°-186°-192°180°72°84°90°96°78°0°12°18°6°高斯投影投影分带的规定1、6°分带法：从格林尼治零度经线起每6°为一个投影带，全球共分60个投影带L0=6N-313141516123303132120123456585960616263642425262728293031323°9°15°75°81°87°93°177°-183°-189°2、3°分带法：从东经1°30′起，每3°为一个投影带，全球共分120个投影带L0’=3N’格林尼治零度经线6度带3度带60例：已知某点大地经度为126度36分，问该点各在6度带和3度带的那一带上？解：6度带：N=L/6（取整）+1=126.6/6（取整）

+1=22度带3度带：N=L/3（四舍五入）=126.6/3（四舍五入）=41.2=41度带61高斯平面直角坐标系的建立中央子午线投影后的直线为X轴、向北为正，以赤道投影后的直线为Y轴,向东为正，它们的交点为坐标原点。坐标象限自纵轴北方向顺时针顺序编号。XYOⅠⅡⅢⅣO高斯平面直角坐标系（续）由于我国的位于北半球，东西横跨11个6º带(13-23)，各带又独自构成直角坐标系。故：X值均为正，Y值则有正有负。XYOⅠⅡⅢⅣ赤道长：40000km6度带个数：60个每个6度带长度为40000/60=666km每带边缘距离坐标原点约333km666km高斯平面直角坐标系（续）那么A点对假原点坐标

xA’=493275.6mY’=500000+245863.7=745863.7m若投影带为20带，则通用坐标

xA’通=493275.6myA’通=20745863.7m假设A点对真原点坐标

xA=493275.6myA=245863.7m高斯平面直角坐标系（续）一、定义原点：椭球中心OZ轴：与椭球短轴重合，指向北极方向X轴：指向起始大地子午面与椭球赤道的交点方向Y轴：构成右手坐标系空间直角坐标系（spacerectangularcoordinatesystem）空间直角坐标系参考椭球

地面点X坐标：大地空间直角坐标（X，Y，Z）地面点Y坐标：地面点Z坐标：参考椭球空间直角坐标系(续)

67将球面视为平面，将地面点直接沿铅垂线投影到水平面上；通常以当地北方向为X轴的正方向；向东为Y轴的正方向适用于测区范围较小的局部地区。平面直角（独立）坐标68平面直角坐标（续）数学平面直角坐标系测量平面直角坐标系

69补充：测量平面坐标系与数学坐