《测量学知识交流》PPT课件.pptx

成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,测绘学基础知识简介 范贵岚,测绘知识互动交流学习,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,第一节 测绘学的概念、历史发展和学科地位,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,研究测定和推算地面及其外层空间点的几何位置，确定地球形状和地球重力场，获取地球自然表面形态和人工设施的几何分布以及与其属性有关的信息，编制全球或局部地区的各种比例尺的普通地图和专题地图，为建立国家空间数据基础设施服务。,测绘学的基本概念,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,测绘学是最古老的科学技术之一，早在2000多年前，随着我国黄河流域堤防和灌溉工程的兴建，出现了原始的农田水利地图测绘。 现代测绘学的发展从17世纪初开始，望远镜开始运用在天象观测，此后便依次出现三角测量法、高斯提出的最小二乘理论、高斯直角坐标系、以及摄影测量等技术方法。 测量技术的发展，光学测距仪，电磁波测距仪，自动安平水准仪，数字水准仪，光学经纬仪，电子经纬仪，全站仪，摄影测量，遥感技术，以及现代应用较广的GPS定位系统等。,测绘学历史发展,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,涉及面广，应用价值强。工程规划、勘察设计，施工建设，管理运营阶段都离不开测量工作。测量工作为我们的城市建设规划，交通土木工程设计，采矿、地质、环境研究提供大量详细的地面基础信息，也在机械安装，道路定线及建筑物放样发挥着不可替代的作用，也是检验工程质量、监视重要交通、土木工程设施安全运营的重要措施。,测绘学的学科地位,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,第二节 测绘学的学科分支,测绘学,大地测量学,地图制图学,工程测量学,摄影测量学,海洋测量学,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,研究地球的形状、大小及其重力场的科学。传统的大地测量的任务就是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小，研究关于地球重力场的理论、技术和方法。 大地测量学又可分为数学大地测量、物理大地测量、卫星大地测量、大地动力学、大地天文学，惯性测量和导航学等。,大地测量学,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,地图是测量成果的主要表现手段之一。地图制图学主要研究模拟地图和数字地图的基本理论、设计、测绘和印刷，包括地图的基本特征、表示内容、地图投影的理论方法、地图数据和符号、地图图形、色彩和注记的设计、制图综合、地图的编辑与编绘、地图的出版印刷与分析应用等。,地图制图学,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,传统的摄影测量学是利用光学摄影机摄取像片，通过像片来研究和确定被摄物体的形状、打小、位置和互相关系的一门学科技术。它的主要内容是：获取被摄物体的影像，研究单张或多张像片影像的处理的理论、设备和技术，以及将所有测得的结果以图解的形式或数字形式输出的方法和设备。,摄影测量学,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,海洋测绘是海洋测量和海图绘制的总称，其任务是对海洋及其邻近陆地和江河湖泊进行测量和调查，获取海洋地理信息，编制各种海图和航海资料，为航海、国防建设、海洋开发和海洋研究服务的一门科学。 海洋测绘的主要内容有：海洋大地测量、水深测量、海洋工程测量、海底地形测量、障碍物探测、水文要素调查、海洋重力、磁力、海洋专题测量，以及各种海图、海图集、海洋资料的编制和海洋地理信息的分析处理及应用等,海洋测量学,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,第三节 测量工作的主要内容 和基本准则,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,确定地面点位的三个基本要素（水平角、距离、高差）,主要内容：,基本准则：,先整体后局部，先控制后碎部，从高级到低级，随时检查的原则以及又一原则，即前一步工作未作检核，不进行下一步工作。,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,确定一个点的空间位置，可以通过确定这个点在某个基准面上的投影以及该点沿基准线到该基准面的距离来进行。,第四节 测量坐标系的建立,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,在测量外业工作中采用的基准面和基准线分别是水准面和与之垂直的重力线；而内业计算采用的是总椭球面或参考椭球面作为基准面，采用与椭球面处处垂直的法线作为基准线。,测量工作中的基准面和基准线,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,设想静止的海水面，称为大地水准面，大地水准面包裹的形体叫做大地体。由于地球形状不规则，内部的质量分布不均匀，引起地面上各点的重力线方向产生不规则的变化，而水准面处处与重力线方向正交，所以水准面是不规则的曲面。为了测量的便利，各国建立的接近地球某一局部区域平均海水面的水准面也叫做大地水准面。,大地水准面和大地体,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,与大地体最接近的地球椭球，叫做总椭球体，其表面叫做总椭球面。 1984年，国际大地测量与地球物理联合会通过的模拟地球的椭球体-WGS84椭球体，是目前应用比较广泛的总椭球体，全球定位系统GPS观测采用的就是该椭球体。 由于推求全球范围内与大地水准面最符合最好的总椭球体是很难做到的，所以仅用本国的天文、大地和重力测量资料推算出的与所用资料区域的局部大地水准面密切符合的椭球面称作参考椭球面，这种椭球体被称作参考椭球体。,总椭球体、WGS84椭球体与参考椭球体,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,以椭球面作为基准面，以法线作为基准线的坐标（大地经度和大地纬度），统称作大地坐标。 地面点沿该点的法线到椭球面的距离，即以椭球面为基准面的高程，叫做大地高。 由于椭球面并不是物理曲面，而是抽象的数学曲面，测量中无法实际得到某点的法线，因此，大地坐标和大地高都不能实测。,大地坐标和大地高,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,以水准面为基准面，重力线为基准线，类似于大地经度和大地纬度，可定义天文经度和天文纬度。 地面点沿该点的重力线到大地水准面的距离，即以大地水准面为基准面的高程，叫做正高，也叫绝对高程或海拔。以1950年至1956年间黄海的潮汐资料所求的平均海水面作为我国的高程基准面，称之为“1956年黄海高程系统”。由于数据的积累，黄海平均海水面发生了微小的变化，因此启用了新的高程系统“1985年国家高程系统”。青岛水准原点在黄海高程系统中为72.289m，在1985国家高程基准中为72.260m。,天文坐标和正高,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,大地坐标的基准面是椭球面，不便于表示小范围内点的相对关系，且椭球面上的计算工作非常复杂，所以工程应用中，通常需要将大地坐标（曲面坐标）采用适当的地图投影换算成平面直角坐标。 测量工作中最常用的是高斯克吕格投影，简称高斯投影，由此建立的平面直角坐标称为高斯平面直角坐标。,平面直角坐标高斯平面直角坐标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,设想将截面为椭圆的一个柱体横套在旋转椭球外面，并与旋转椭球面上某一条子午线相切，同时使柱体的轴位于赤道面内，且通过椭球的中心，相切的子午线称为高斯投影面上的中央子午线。将旋转椭球面上的点投影到横椭圆柱面上，然后将椭圆柱面沿过南极、北极的母线剪开，展成平面，此平面即为高斯投影平面。,高斯投影的基本思想,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,高斯投影的基本思想,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,高斯投影平面上，中央子午线投影的长度不变，其余子午线的长度大于投影前的长度，离中央子午线越远长度变形越大，为了使长度变形不大于测量能容许的范围，高斯投影采用将整个地球表面分作若干个投影带的方法，对长度变形的要求越高，投影带就越小。如6带，3带，1.5带。 高斯平面直角坐标系中，以每一带的中央子午线的投影为直角坐标的纵轴X，北正南负，以赤道的投影为直角坐标的横轴Y，东正西负。,高斯平面直角坐标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,高斯平面直角坐标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,以椭球中心为原点，x轴通过起始子午面，z轴为椭球旋转轴，x、y、z三轴互相垂直。 GPS测量成果属于WGS84坐标系，是以WGS84椭球面为基准面建立的地心坐标系，原点在地球的质心，z轴指向BIH1984.定义的协议地球极（CTP）方向，x轴指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交点，y轴与z、x轴构成右手坐标系。,地心坐标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,第五节 误差理论与测量平差基础,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,1、 观测者的因素 2、 测量设备的因素 3、 观测环境的因素,测量误差产生的原因,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,系统误差：在相同观测条件下，观测误差在符号或大小上表现出不变的规律或变化可预测的称作系统误差。系统误差是由于仪器构造不完善，观测环境不理想等有规律的因素造成的，如长度30m的钢尺实际只有29.99m。 偶然误差：在相同观测条件下，误差的大小、符号没有任何规律，即不能对可能出现的误差作任何预测的误差又称作随机误差。如观测误差，照准误差，读数误差等。 粗差：一定条件下，超出正常范围的误差值。粗差理论上应归为错误一类。,测量误差的分类,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,偶然误差的分布：只有在消除了粗差和系统误差过后，观测误差中只存在偶然误差时，误差才会以0为分布中心成正态分布。下图为偶然误差概率密度曲线:,衡量精度的数字指标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,上图曲线函数表达式： = 1 2 2 可以看出，当=0时，函数出现最大值，随着的绝对值加大，函数值减小，表明绝对值较小的误差出现的概率比绝对值较大的误差出现的概率高。 从上图两条曲线可以看出，当值越大，函数最大值越小，曲线越平缓（曲线与横轴围城的区域面积等于1），反之则曲线越陡峭，说明曲线越陡峭，误差出现在绝对值较小区域的概率越高，反之越低，所以可以作为衡量经度的数字指标，由概率论定义=E（）= + 2 = lim 1 =1 ，为的幂平均值，称其为观测误差的方差， 为标准差。,衡量精度的数字指标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,中误差：标准差是根据观测条件和实验经验估计出观测值互差值的。但实践中观测值的数量是有限的，所以不能得到观测误差的标准差，只能得到其估值，该估值称作中误差m。测量工作中采用观测值改正数来估算中误差（因观测值的真值是未知的）。 平均误差：在一定的观测条件下，一组独立的偶然误差绝对值的数学期望称为平均误差，即=（） 或然误差：偶然误差落入区间（-,+）的概率等于1/2，即 + =1/2.,衡量精度的数字指标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,极限误差：三倍中误差称为偶然误差的极限误差。 相对误差：相对中误差、相对极限误差、相对真误差等。 在实际应用上，n值是有限的，当n值不大时，中误差比平均误差能更灵敏的反应大的真误差的影响，同时在计算或然误差时往往是先算出中误差，因此世界各国在实用上通常采用中误差作为衡量精度的指标。,衡量精度的数字指标,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,权的定义：设有观测值Li（i=1,2,3，n），它们的方差为i（i=1,2,3，n），如选定任一常数0，则定义 Pi = 0 并称Pi为观测值Li的权。 由权的定义可以写出各观测值的权之间的比例关系为：p1:p2:pn= 0 1 : 0 2 : 0 = 1 1 : 1 2 : 1 由上式可以看出，方差或中误差愈小，其权愈大，即权愈大，精度就愈高，因此权可以作为比较观测值之间的精度高低的一种指标。,权与定权,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,权的特点和实际意义： 1、选定了一个0值，即有一组对应的权。 2、一组观测值的权，其大小是随0的不同而异的，但不论0选用何值，权之间的比例关系始终不变。 3、为了使权能起到比较精度高低的作用，在同一问题中只能选定一个0值，不能同时选用几个不同的0值。 4、只要事先给定了一定的条件，不一定要知道单位观测精度的具体数值，就可以确定出权的数值。 权的意义不在于它本身数值的大小，而重要的是它们之间所存在的比例关系。,权与定权,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,定权的常用方法： 1、水准测量的权 设有n条水准路线，现沿每条路线测定两点间的高差，得观测高差为h1,h2，hn,各路线的测站数分别为N1,N2,，Nn，设每一站的观测高差精度相同，其中误差均为站，则各路线的观测高差的中误差为 i= 站，设单位权中误差为 站，所以得出Pi=C/Ni,即当各测站观测高差为同精度时，各路线观测高差的权与测站数成反比，如果某段高差的测站数为Ni=1，则Pi=C，而当Pi=1时，有Ni=C，则C表示1测站的观测高差的权，也表示单位权观测高差的测站数。,权与定权,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,定权的常用方法： 1、水准测量的权 水准测量中，如果已知一公里的观测高差的中误差均相等，设为公里，各路线的距离为S1，S2，Sn，则各路线观测高差的中误差为i= = 公里，令。= 公里，则Pi=C/Si，即当每公里观测高差为同精度时，各路线观测高差的权与距离的公里数成反比。如果Si=1，则Pi=C，而当Pi=1时，有Si=C，则C表示1公里的观测高差的权，也表示单位权观测高差的公里数。,权与定权,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,定权的常用方法： 1、水准测量的权 水准测量中，究竟用水准路线的距离S定权还是用测站数N定权，要视情况而定，一般在起伏不大的地区，每公里的测站数大致相同，则可按距离定权，而在起伏较大的地区，每公里的测站数相差较大，则按测站数定权。,权与定权,成都鼎鑫建筑工程有限公司 测量管理部,定权的常用方法： 2、同精度观测值的算术平均值的权 设L1，L2，,Ln，它们分别是N1,N2，Nn次同精度