测量学-绪论课件

2024/4/17TheDisciplineofLandResourcesSlide

1普通测量学焦云清Tel-mail:15421801@课程说明1.学时安排：理论36学时，实验20学时;2.总成绩：平时10%，实验20%，理论70%;3.实验分组：5-6人/组，并选一人为组长;4.领取仪器要求：提前15分钟到，每组至少一个成员带上身份证。课程目的掌握常规测量仪器的使用方法；掌握绘制大比例尺地形图的程序与方法；掌握阅读地形图的方法。章节安排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和直线定向第五章误差的基础知识第六章平面控制测量第七章高程控制测量第八章大比例尺的地形图测绘第十一章地形图的阅读与应用第一章：绪论第一节、测量学的任务作用第二节、地面点位的确定第三节、地形图成图原理第四节、测量工作的原则和程序本章知识要点1.测量学概念2.测量学的任务3.测量的基准面和基准线4.地面点位的确定5.测量工作的原则和程序本章难点测量工作的基准面

地面点位的确定第一节、测量学的任务作用

测量亦称测绘，是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及对获取的数据、信息成果进行处理和提供的活动。第一节、测量学的任务作用一、任务

1.测绘（地面---->图纸）：使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防建设及科学研究使用。第一节、测量学的任务作用一、任务2.测设：

测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度，把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。（图纸地面）第一节、测量学的任务作用一、任务：3.用图：解决如何使用图纸，利用图纸进行地形分析并在图纸上规划、设计建筑物或构筑物等工程。1.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。第一节、测量学的任务作用二、测量学的学科分类2.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。第一节、测量学的任务作用二、测量学的学科分类3.工程测量

指在工程建设勘测设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作。第一节、测量学的任务作用二、测量学的学科分类按工程建设的对象分为：建筑、水利、铁路、公路、桥梁、隧道、矿山、城市和国防等工程测量。

4.摄影测量与遥感学

利用摄影相片或遥感技术来确定地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位置的学科。第一节、测量学的任务作用二、测量学的学科分类

5.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。第一节、测量学的任务作用二、测量学的学科分类第二节、地面点位的确定一、地球的形状和大小(一)、地球的自然形体：高低起伏，最高点8844.43米，海洋底部最深处11022米。不规则的几何体，海洋占71%。如何来描述地球的形状和大小？水准面：通过长期的测绘和科学调查结果表明：地球表面上的海洋面积约占百分之七十一，陆地面积约占百分之二十九，因此人们把地球体的形状看作是被海水包围的球体，也就是设想有一个静止的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，即水准面。(二)基本概念大地体：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。

(二)基本概念

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：

①形状接近地球自然形体；

②可以用简单的数学公式表示。

经过长期的测量实践研究证明，大地体与一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球的形状十分相似；而旋转椭球是可以用数学式严格表示的，所以测绘工作便取大小与大地体很接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大小。

(三)参考椭球体及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。参考椭球体:具有微小扁率、非常接近大地体的又可用数学式表达的几何形体，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。旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率α决定。测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径R=6371km我国1954年北京坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球，其椭球参数为：长半轴a=6378245m

短半轴b=6356863m

扁率α==

1980年国家大地坐标系采用了国际大地测量与地球物理联合会于1975年第十六次大会上推荐的参数（简称IAG—75）在实际测量工作中，通常取大地水准面和铅垂线作为测量工作的基准面和基准线。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水准面：静止的水面（无数个）。大地水准面：将静止的平均海水面向整个陆地延伸，形成封闭的曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面（测量工作的基准面）大地体：由大地水准面包围的地球形体重力：地心引力和离心力的合力铅垂线：重力的作用线（测量工作的基准线）水平面：与水准面相切的平面二、地面点位的确定选择参考椭球体的目的之一是为了在其上建立统一的坐标系统，以确定地面点的空间位置。一个点在空间的位置，需要三个量来确定。在测量工作中，这三个量通常用该点在基准面（参考椭球面）上的投影位置和该点沿投影方向到基准面（一般实用的是大地水准面）的距离来表示。(一)、地理坐标大地地理坐标（简称大地坐标）用大地经度、大地纬度来表示地面某点位置的坐标。椭球体面上P点的位置可由其大地经度和大地纬度来确定。大地经度：过P点的大地子午面与首子午面间所夹的两面角，以表示；大地纬度：

纬度是过P点的法线与赤道面在该子午面内的夹角，以表示。(二)、平面直角坐标

当测量区域较小时，可以把大地水准面当作平面来看待，并可用测区中心点a的切平面p来代替曲面。则地面上的点在投影面上的位置就可以用平面直角坐标来确定。

xyAA′OxAyA在测量工作中采用的平面直角坐标习惯上以南北方向为纵轴，定为X轴，向北为正，向南为负；以东西方向为横轴，定为Y轴，向东为正，向西为负。象限按顺时针方向依次注记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。yA西y(东)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AxAo(西南角)(北)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。

测量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：平面直角坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxⅠⅠⅢⅡⅡⅣⅣⅢppx=Dcosαy=Dsinαx=Dcosαy=DsinαDD(三)高斯平面直角坐标系适用于：研究范围较大。高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面上。使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切，展开后为X轴，向北为正；赤道展开后为Y轴，向东为正。图形：高斯投影方法图一图形：高斯投影方法图二投影剪开展平6

带中央子午线经度Lo=6N-33

带中央子午线经度Lo=3N

6°带高斯投影与3°高斯投影：

6°带投影是从英格林尼治子午线（0°）开始，自西向东，每隔6°投影一次。将椭球分成60个带，编号为1～60带。3°带投影是在6°带基础上划分的，其中央子午线在奇数带时与6°带中央子午线重合，每隔3°为一带，从东经1°30′开始，自西向东，共120带，编号为1～120带。

高斯投影的特点：椭圆柱与椭球面横切于某一条子午线（称为中央子午线）中央子午线和赤道的投影为相互正交的两条直线。其它经线投影成为凹向中央子午线，且以中央子午线为对称轴的曲线，收敛于两极。中央经线投影后长度不变。其它经纬线投影后均变长，离中央经线越远其长度变形越大。高斯投影是正形投影，无角度变形。所有经纬线投影后仍保持两两相互正交高斯平面直角坐标系适用范围：测区范围较大时（半径大于10km以上）目的：将曲面上的问题转化为平面上的问题，同时使整个地球的坐标是一个统一的坐标系统建立方法：高斯投影分带法特点：正形投影，等角投影高斯平面直角坐标系的建立：1）建立规则:①X轴是中央子午线NBS的投影，北方为正方向；②Y轴是赤道ABC的投影，东方为正方向；③原点，即中央子午线与赤道交点用O表示；④四象限按顺时针顺序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列2）坐标规定:①为避免横坐标Y出现负值，规定把坐标纵横向西平移500Km；②为了根据横坐标能确定该点位于哪一个六度带内，规定在横坐标值前冠以带号。

为了区分不同投影带中的点，在点的Y坐标值上加带号N。因此，点的横坐标通用值为：

Y=N+500000+Y’Y（四）地面点的高程绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离，又称标高和海拨，用H表示。如：A点高程用HA表示；B点高程用HB表示高差：地面上两点的高程之差，用h表示如：AB两点高差用hAB表示：hAB

=HB－HA相对高程H：以假定水准面作为高程的起算面。高程系统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”，并在青岛市万象山上建立了国家水准基点（Ｈ=72.289m）。在1987年启用“1985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程Ｈ＝72.2604m。高程控制点称水准点——BM(BenchMark)。标石水准点、墙脚水准点、简易标志水准点。第二节、地面点位的确定三、用水平面代替水准面的限度就理论上而言，将极小部分的水准面(曲面)当作水平面是要产生变形的，必然对测量观测值(如距离、高差等)带来影响。

1．水准面曲率对水平距离的影响第二节、地面点位的确定式中，为A、B两点在水平面上的投影；为A、B两点在大地水准面上的投影；

三、用水平面代替水准面的限度1．水准面曲率对水平距离的影响表1水平面代替水准面的距离误差和相对误差结论：由表可知，在半径为10km的范围内（相当于面积320km2），用水平面代替水准面可不考虑地球曲率对距离的影响。当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(相当于面积2000km2)。3、对高程的影响式中，为用水平面代替水准面所引起的高程误差。b从表中可以：用水平面代替水准面，引起的高程误差还是很大的，距离200m就有0.31cm的误差，这是不允许的。因此，在高程测量时，即使距离很短，也应考虑地球曲率对高程的影响。第三节地形图成图原理1、地形图(topographicmap)

：将地球表面错综复杂的地物和地貌沿铅垂线方向投影到大地水准面或平面上，按一定的比例缩小,采用综合的方法并利用规定的线条和符号绘制成图，这种图称为地形图。1、基本概念2、平面图：仅仅表示地物的形状和平面位置的地图。1.3.1地物的投影1.3.2地貌的投影

1.3.3地形图比例尺一、比例尺地形图上的直线长度与地面上相应直线的水平距离之比，称为地形图比例尺。（一）数字比例尺数字比例尺一般可写成1：M（1：500、1：1000、1：2000等），表明地面上直线水平距离在图上缩小了M倍。我国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:20万(现已为1:25万)、1:50万、1:100万七种比例尺地形图为国家基本比例尺地形图。（二）图式比例尺

为了用图方便，以及减弱由于图纸伸缩而引起的误差，在绘制地形图时，常在图上绘制图示比例尺。如图是1：500的图示比例尺每一基本单位所代表的实地长度为2cm×500=10m。大比例尺：1：500、1：1000、1：2000、1：5000中比例尺：1：25000、1：5万、1：10万小比例尺：1：20万、1：50万、1：100万（三）比例尺的精度一般认为，人的肉眼能分辩的图上最小距离是0.1mm，因此通常把图上0.1mm所表示的实地水平长度称为比例尺的精度。比例尺1：500比例尺精度（m）0.051：50000.501：5万5.0501：50万第四节测量工作的原则和程序一.测量工作的基本内容水平角、高程、距离二、测量工作的基本原则由高级到低级,由整体到局部前步工作未经校核，不能进行下步工作一、测量工作的基本原则在测量布局上，应遵循“由整体到局部”的原则；在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则；在测量程序上，应遵循“先控制后碎部”的原则。在测量过程中，应遵循“随时检查，杜绝错误”的原则第四节测量工作的原则和程序一、地面点定位元素地面点的空间位置是以投影平面上的坐标（x，y）和高程H决定的，而点的坐标一般是通过水平角测量和水平距离测量来确定的，点的高程是通过测定高差来确定的。所以，测角、量距和测高差是测量的三项基本工作。小结与补充地面点的定位参数x、y、H基本工作有：角度测量、距离测量、高程测量。测量得到的数据为：角度(β)、距离(D)、高差(h)二、地面点定位的工作原则:“先控制后碎部、从整体到局部，从高级到低级”这是对总体工作而言。任何测绘工作都应先总体布置，然后再分阶段、分区、分期实施。“步步有检核”这是对具体工作而言。对测绘工作的每一个过程、每一项成果都必须检核。在小区域测量中为简化复杂的投影计算，可将椭球面视作平面，不考虑地球曲率的影响，即用平面代替大地水准面，直接把地面点沿铅垂线投影到平面上，以确定其位置。但这个取代有一定限度。对于距离，在半径为10km测区内，可以用平面代替大地水准面，其产生的距离投影误差可以忽略不计。对于高程，即使在较短的范围内也应该考虑地球曲率的影响。三、

用水平面代替水准面的限度四、

测量常用的计量单位

在测量中，常见有长度、面积和角度三种计量单位。1长度单位

国际通用长度单位为m（米），我国规定采用米制。

1m=100cm(厘米)=10