水利工程测量测量学基础知识讲义图文丰富

水利工程测量

第2章测量学的基础知识主讲教师：高飞3/14/20231合肥工业大学

土木与水利学院测量工程系第2章测量学的基础知识

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2.1地球的形状和大小

3/14/20232合肥工业大学第2章测量学的基础知识

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2.1地球的形状和大小

3/14/20233合肥工业大学第2章测量学的基础知识

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2.1地球的形状和大小

3/14/20234合肥工业大学第2章测量学的基础知识

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2.1地球的形状和大小

3/14/20235合肥工业大学第2章测量学的基础知识

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2.1地球的形状和大小一、地球形状和大小

1.

地球是一个表面起伏较大的椭球

地球表面最高峰：8844.43m海洋底部最深处:11022.00m地球表面最大高差近20km

2.地球又是一个近似光滑的水球大陆面积:占29%海洋面积:占71%

3.地球平均半径:6371km

3/14/20236合肥工业大学

测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。

3/14/20237合肥工业大学抽象一、地球的形状

3/14/20238合肥工业大学实际地球地球表面大地体旋转椭球体大地水准面旋转椭球面一、地球的形状

3/14/20239合肥工业大学大地体旋转椭球体大地水准面参考椭球面？为什么需要抽象出两个‘椭球’一、地球的形状

3/14/202310合肥工业大学§2.1地球的形状和和大小二、基本概念念1.重力方向线即铅垂线,是测量工作的的基准线2.水准面自由静止的水水面;是等位面,有无数个地心O离心力地心引力重力G重力的方向线称为铅垂线3/7/202311合肥工业大学学§2.1地球的形状和和大小二、基本概念念3.大地水准面静止平衡状态态下的平均海海水面,向大陆岛屿延延伸而形成的的闭合水准面面.特性:唯一性、等位位面、不规规则曲面作用：测量野外工作作的基准面4.大地体由大地水准面面包围的的地球形体体，是不规则则球体。3/7/202312合肥工业大学学二、基本概念念5.旋转椭椭球与大地体非常常接近的数学椭球长半径为a，短半径为b扁率数学模型地地球球平均半径R=6371km§2.1地地球的形状和和大小ZYX3/7/202313合肥工业大大学§2.2地球椭球——参考椭球体体旋转椭球理理论上是唯唯一的数学学球体旋转椭球参参数，难以以全球统一一确定；各各国自己测测定并采用用的旋转椭椭球称为参考椭球同时顾及地地球几何参参数和物理理参数的旋旋转椭球称称为地球椭椭球体，又又称为参考椭球体体参考椭球面面是测量计算算和制图的的基准面3/7/202314合肥工业大大学§2.3地面点位的的确定地球表面所所有地理空空间信息总总称为地形。地形包括地物和地貌两大部分3/7/202315合肥工业大学§2.3地面点位的确定定地物：地面上人造和和天然的固定物物体将地物特征点按比例缩小在图图纸上，并用一一定的地物符号号绘制在地形图图上。3/7/202316合肥工业大学§2.3地面点位的确定定地貌：地面高低起伏伏的形态在地形图上通常常用等高线来表示地貌3/7/202317合肥工业大学§2.3地面点位的确定定地面点的空间位位置由三维坐标标确定，包括球面坐标（L，B，H）或（X，Y，Z）平面坐标(x,y)和高程H，可写为(x,y，H)3/7/202318合肥工业大学§2.4测量中常用的坐坐标系统地面点位的坐标标与选用的地球球椭球和坐标系系统有关，测量量中常用的坐标标系统有：天文文坐标系、大地地坐标系、高斯斯平面直角坐标标系、独立平面面直角坐标系一、天文坐标系系球面坐标，称为为地理坐标基准面：大地水准面基准线：铅垂线

地面点位用天文经度和天文纬度来表示3/7/202319合肥工业大学二、大地坐标系系基准面：参考椭球面基准线：法线地面点位用大地地经度和大地纬度来表示1.1954年北京坐标系2.1980国家大地坐标系系3.WGS-84世界大地坐标系系§2.4测量中常用的坐坐标系统三、空间直角坐标系系三维坐标(X,Y,Z)3/7/202320合肥工业大学学1980国家家大地坐标系系大地原点——位于陕西西省泾阳县永永乐镇3/7/202321合肥工业大学学§2.4测测量中常用的的坐标系统四、大地坐标标和空间直角角坐标的转换换五、高斯投影影和高斯平面面直角坐标系系1.高斯投影影——横切椭圆柱正正形投影。又又称为高斯——克吕格投影影。同时满足足等角和高斯斯投影条件。。目的：将球面坐标转转换为平面坐坐标。3/7/202322合肥工业大学学OSN赤道面中央子午线M高斯投影的概概念3/7/202323合肥工业大学学1.高斯投影中央子午线和和赤道投影后后成相互垂直直的直线。中央子午线长长度不变，离离中央子午线线越远变形越越大。为保证投影精精度，必须采采用分带投影。6度投影带：中央子午线经经度为3/7/202324合肥工业大学学2.高斯投影分带带（1）6度投影带：中央子午线经经度为（2）3度投影带：中央子午线经经度为3/7/202325合肥工业大学学五、高斯投影影和高斯平面面直角坐标系系3.高斯平面直角角坐标系x坐标：中央子午线线向西平移500km，向北为正。y坐标：赤道，向东东为正。为区分点位所所在的高斯投投影带，在Y坐标前必须加加两位数的带号。如：我国六度带带带号N=13~23，三度带带号n=25~453/7/202326合肥工业大学xⅣαⅠyⅢⅡⅡ高斯平面直角坐标系yⅡⅠⅠαxⅢⅣⅣ笛卡尔平面直角坐标系3.测量高斯平面直角坐标标系与数学笛卡尔平面直角坐标系的的区别3/7/202327合肥工业大学六、墨卡托投影——等角正圆柱投影在半径R<10km的范围内，可用水水平面代替大地水水准面作为基准面面。以磁子午线的方向向作为X轴，向北为正；其其垂直方向为Y轴，向东为正。坐标原点选在测区区西南角。x测区oy七、独立平面直角角坐标系3/7/202328合肥工业业大学§2.5地面点的的高程一、高程地面点沿沿铅垂线线方向到到高程基准准面的距离绝对高程程H（海拔）：：地面点沿沿铅垂线线方向到到大地水准准面的距离相对高程程H'：地面点沿沿铅垂线线方向到到任意水准准面的距离高差h：地面两点点高程之之差3/7/202329合肥工业业大学二、我国国的高程程系统国家水准准原点又称高程程零点H。位于青岛岛观象山山，黄海海平均海海水面为为高程基基准面1956黄海高程程系：H。=72.289m1985国家高程程基准：H。=72.260m，相差29mm合肥市目目前仍采采用上海海吴淞高程程系如合肥市市某点:吴淞高程程—1.856m=85黄海高程程3/7/202330合肥工业业大学§2.6用水平面面代替水水准面的的限度一、对距距离的影影响大地水准准面上：：在水平面面上：误差值：：相对误差差：结论：当测区半半径r<10km时,误差仅为为1/120万，可用用水平面面代替大地地水准面面3/7/202331合肥工业业大学二、对水水平角的的影响球面三角角形内角和球面角超超P—球面三角角形面积积R—地球半径径，结论：当测区范范围在100km2，用水平面面代替水水准面时时，对角角度影响响仅为0.51″，在普通通测量工工作中可可以忽略略不计3/7/202332合肥工业业大学三、对高高程的影影响用水平面代代替水准准面对高高程的影影响就是是地球曲率率对高程的的影响结论:必须顾及及其影响响,进行改正正3/7/202333合肥工业业大学§2.7测量工作作的基本本概念一、测量量三项基基本工作作测量工作作包括测定和测设两部分，，其实质质都是确确定地面面点的点点位确定点位位的三要素：高差、、水平角角、水平平距离测量三项基本本工作：高程测量量（第三三章）角度测量量（第四四章）