测量学第一章ppt课件.ppt

1,测量学Surveying,2,(1)特点内容多：测量学基本原理、误差理论、仪器使用、作业方法、基本计算实践性强，责任性要求高，必须遵照测量的规范和规则。(2)学习要求学会和掌握测量的基本作业方法角度测量、距离测量、高程测量（仪器的基本操作、作业程序、记录、成果整理）,测量学的特点和要求,3,掌握测量仪器的检验和校正方法（测量仪器的轴线关系、检验和校正的作业方法）学会控制测量、地形测量、施工放样的基本作业方法（外业测量、内业计算与绘图）建立测量误差的基本概念（掌握测量误差的基本理论和测量误差的计算）,测量学的特点和要求,4,实验、实习要求仪器安全：损坏照价赔偿野外作业：严格按照规定的作业和操作程序。记录：字迹清晰、端正，不得任意涂改（按规定方式改数）。计算：按平差规则、作计算检核、保证计算精度小数取位）。正负号：在以下数据前，加“+、-”号：高差、竖直角、指标差、坐标增量、所有的闭合差、改正数。,测量学的特点和要求,5,(3)教材、实验与成绩教材：测量学（第二版），王耀强主编，中国农业出版社，2006年出版测量学实验指导，王耀强主编，内蒙古农业大学自编教材课代表：1位实验（1/4时间）：分组进行，6人1组，选1小组长，自由组合（交名单）。,测量学的特点和要求,6,(3)教材、实验与成绩成绩评定（综合）20%：平时作业80%：期末考试,测量学的特点和要求,实验成绩：仪器操作单独考核（1学分）(4)教学实习：暑假，3周，单独进行（3学分）,理论课考试成绩（3学分）,7,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用1.2地面点位的确定1.3平面图、地形图、地图、断面图1.4比例尺1.5测量工作的基本原则,Chapter1绪论,8,教学目标：了解测量学的定义和水利、土木工程测量的主要任务。了解测量学科的历史、发展现状。重点难点：测量学的基本概念及在工程建设各阶段的主要任务。测量学科的发展现状。教学内容：（1）测量学的概念（2）测量学的作用（3）测量学的分支学科（4）测量工作分类（5）测绘新技术,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,9,一、测量学的概念测量学是研究地球的形状、大小以及地表的几何形状以及研究如何确定地面点的空间位置的科学。,测量学的任务：测绘地形图和为工程建设服务而进行的施工测量。,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,水利工程和土木工程勘测设计阶段控制、测绘地形图施工建设阶段施工放样、竣工测量运营管理阶段安全监测、变形观测,10,二、测量学的作用国民经济建设：资源勘探、能源开发、农田基本建设、城乡规划建设、交通运输等。科学研究：地震预测预报、海底资源勘测、近海油井钻探、地下电缆埋设、土地资源利用监测与管理、农作物估产、气象预报、地壳升降以及海陆变迁等。国防建设和各种工程建设。,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,11,三、测量学的分支学科普通测量学：研究地球自然表面小区域内测绘工作的学科。大地测量学：研究地球表面上一个较大区域甚至整个地球表面，必须考虑地球曲率的影响。地形测量学：研究地形图的基本理论、技术和方法的学科。摄影测量学：研究利用摄影像片来研究地球形状和大小的测绘科学。,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,12,三、测量学的分支学科工程测量学：研究工程建设在勘测设计、施工和管理阶段的各种测量工作的学科。海道测量学：研究和测量地球表面水体及水下地貌的一门综合性学科。制图学：研究利用测量所得资料，研究地图及其制作的理论、工艺和应用的学科。,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,13,四、测量工作分类测量工作包括测定和测设两部分。测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，测定点的坐标，或把地球表面的地形按比例缩绘成地形图。测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物等的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。,图纸,测定,地面,测设,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,14,五、测量学的发展与测绘新技术测量学的产生,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,生产、生活的需要（农业、水利）古埃及尼罗河每年洪水泛滥后，需要重新划定土地界线，开始有测量工作。公元前21世纪，中国夏禹治水就使用简单测量工具测量距离和高低。史记夏本纪中有“左准绳，右规矩”的记载,15,五、测量学的发展与测绘新技术测量学的发展（依赖测量方法和仪器工具的创造和改革）,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,17世纪以前，人们使用简单的工具，如绳尺、木杆尺等进行测量，以量测距离为主。17世纪初发明了望远镜。1617年创立的三角测量法，开始了角度测量。1730年英国的西森制成第一架经纬仪，促进了三角测量的发展。1794年德国的高斯发明了最小二乘法，直到1809年才发表。1806年法国的勒让德也提出了同样的观测数据处理方法。,16,五、测量学的发展与测绘新技术测量学的发展,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,1859年法国的洛斯达首创摄影测量方法。20世纪初，由于航空技术发展，出现了自动连续航空摄影机，可以将航摄像片在立体测图仪上加工成地形图，促进了航空摄影测量的发展。20世纪50年代起，测绘技术朝着电子化和自动化发展。如：电磁波测距仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站仪、测量机器人、3S技术。,17,五、测量学的发展与测绘新技术测绘新技术,1.1测量学的任务及其在工程建设中的作用,测量室内外一体化。GPS（Globalpositioningsystem）RS（Remotesense）GIS(Geographicinformationsystem)3S技术的结合数字地球(DigitalEarth)的概念。,18,教学目标：理解各种坐标系的定义掌握测量工作的基本概念及基本原则。重点难点：各种坐标系的定义及异同。教学内容：（1）地球的形状和大小（2）确定地面点位的方法（3）用水平面代替水准面的限度,1.2地面点位的确定,19,一、地球的形状和大小1地球自然形体：是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。,高山,陆地,丘陵,海洋,1.2地面点位的确定,20,大地体：大地水准面所包围的形体。,水准面：设想处于完全静止的海水面向陆地内部延伸所形成的闭合曲面。大地水准面：通过平均海水面的水准面。,1.2地面点位的确定,21,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：形状接近地球自然形体；可以用简单的数学公式表示。,1.2地面点位的确定,22,2参考椭球体及参考椭球面参考椭球体一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，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。,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。,1.2地面点位的确定,23,测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径R=6371km,旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。我国目前采用的参考椭球体的参数为：长半轴a=6378140m短半轴b=6356755.3m扁率=,1.2地面点位的确定,24,3、测量工作的基准线和基准面测量工作的基准线铅垂线。测量工作的基准面大地水准面。测量内业计算的基准线法线。测量内业计算的基准面参考椭球面。,O,G,大地水准面,铅垂线,1.2地面点位的确定,25,二、地面点位的确定方法地面点的空间位置可以用点在基准面上的投影位置（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。如地面点：A（X，Y，H）,C,Y,1.2地面点位的确定,26,1、地面点的高程地面点的高程：地面点沿铅垂方向到大地水准面的距离。注：地面点在大地水准面以上，H为正；地面点在大地水准面以下，H为负。如图：HA=166.780mHB=-136.680m,A,大地水准面,HA,B,HB,1.2地面点位的确定,27,绝对高程（海拔）：某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。如：HA、HC。相对高程：某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。如：HA、HC。高差：地面上两点高程之差。如：hAC=HCHAhAC=HCHA当hAC为正时，C点高于A点；当hAC为负时，C点低于A点；,1.2地面点位的确定,28,我国的高程系统：水准原点全国高程的起算点。1985年国家高程基准（H0=72.2604m）1956年黄海高程系（H0=72.2893m）目前我国统一采用1985年国家高程基准。,1.2地面点位的确定,29,2、地面点的坐标地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或空间直角坐标表示。（一）地理坐标以参考椭球面为基准面，以椭球面法线为基准线建立的坐标系。地球表面任意一点的经度和纬度，称为该点的地理坐标，可表示为A(L,B)。如：北京东经11628北纬3954,1.2地面点位的确定,30,S,纬线,N,O,地轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。,子午面：过地球上某点与地轴（旋转轴）所组成的平面。,子午线：子午面与地球面的交线，又叫经线。,起始子午面：通过英国格林尼治天文台的子午面NGS。,纬线：垂直于地轴的平面与地球面的交线。,赤道平面：垂直于地轴并通过地球中心的平面WME。,赤道：赤道平面与地球面的交线。,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午线,G,椭球上的基本概念,1.2地面点位的确定,31,大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。,大地纬度：过P点的法线Pn与赤道面的夹角叫做P点的大地纬度，用B表示。,赤道平面,O,P,M,大地经度L,大地纬度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范围：东经0180西经0180B取值范围：北纬090南纬090,32,我国大地原点位于陕省泾阳县永乐镇。我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。,大地原点：全国统一坐标的起算点。,1.2地面点位的确定,33,（二）平面直角坐标由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规划、设计、施工中，测量和计算十分不便。投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到平面上。即X=F1（L，B）Y=F2（L，B）我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内也可采用独立平面直角坐标。,1.2地面点位的确定,34,高斯平面直角坐标系,高斯投影的概念高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影”，简称“高斯投影”。,1.2地面点位的确定,35,测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大量投影计算工作；保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给识图用图带来很大方便。投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。,测量对地图投影的要求：,1.2地面点位的确定,2019/12/4,36,N,S,c,中央,子,午线,赤道,高斯投影的原理,高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。,1.2地面点位的确定,2019/12/4,37,高斯投影必须满足：高斯投影为正形投影，即等角投影；中央子午线投影后为直线，且为投影的对称轴；中央子午线投影后长度不变。,1.2地面点位的确定,38,高斯投影的特性,中央子午线投影后为直线，且长度不变。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，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。赤道线投影后为直线，但有长度变形。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,1.2地面点位的确定,39,除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。经线与纬线投影后仍然保持正交。所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l。离中央子午线愈远，长度变形愈大。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,1.2地面点位的确定,40,投影带的划分,我国规定按经差6和3进行投影分带。6带自首子午线开始，按6的经差自西向东分成60个带。3带自1.5开始，按3的经差自西向东分成120个带。,高斯投影带划分,1.2地面点位的确定,41,6带与3带中央子午线之间的关系如图:,3带的中央子午线与6带中央子午线及分带子午线重合，减少了换带计算。,工程测量采用3带，特殊工程可采用1.5带或任意带。,1.2地面点位的确定,42,按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：L。=6N3（N为6带的带号）,1.2地面点位的确定,例：20带中央子午线的经度为L。6203117此带的范围是多少？（114120）,按照3带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：L。=3n（n为3带的带号）,例：120带中央子午线的经度为L。3120360,43,若已知某点的经度为L，则该点的6带的带号N由下式计算：NINT+1例：已知某点P经度为11326，问该点的6带带号？113266=18.9，N=18+1=19,1.2地面点位的确定,44,若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算：nINT+0.5例：已知某点P经度为11326，问该点的3带带号？113263=37.8，N=38,1.2地面点位的确定,45,高斯平面直角坐标系,坐标系的建立：x轴中央子午线的投影y轴赤道的投影原点O两轴的交点,O,x,y,P,（X，Y）,高斯自然坐标,注：X轴向北为正，y轴向东为正。,赤道,中央子午线,1.2地面点位的确定,46,由于我国的位于北半球，东西横跨12个6带，各带又独自构成直角坐标系。故：X值均为正，而Y值则有正有负。,1.2地面点位的确定,47,1.2地面点位的确定,东经7327135096带1323，3带2445故：根据带号可以判断属于何种投影带,我国统一6带分布情况,48,x,y,o,500km,=500000+=+636780.360m=500000+=+227559.720m,国家统一坐标：,（带号）,（带号）,1.2地面点位的确定,49,例：有一国家控制点的坐标:x=3102467.280m,y=19367622380m，（1）该点位于6带的第几带？（2）该带中央子午线经度是多少？（3）该点在中央子午线的哪一侧？（4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？,（第19带）,（L。=619-3=111）,（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧）,（距中央子午线132377.620m，距赤道3102467.280m）,1.2地面点位的确定,50,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。,高斯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：,1.2地面点位的确定,51,独立平面直角坐标当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面，并在平面上建立独立平面直角坐标系；地面点的位置可用平面直角坐标确定；坐标系原点一般选在测区西南角（测区内X、Y均为正值）；原点坐标值可以假定，也可以采用高斯平面直角坐标；规定：X轴向北为正，Y轴向东为正。,O,X,Y,测区,北,1.2地面点位的确定,52,（三）空间直角坐标如图所示：原点O地球质心Z轴指向地球北极X轴指向首子午面与赤道的交点Y轴过O点与XOZ面垂直,如：A（XA，YA，ZA）,X,Z,Y,O,1.2地面点位的确定,53,三、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水准面上AB弧长为S，其所对圆心角为，地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差值为S。,相对差值：,1.2地面点位的确定,54,上式中取R=6371km，则结论：在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。,1.2地面点位的确定,55,2、水准面曲率对水平角度的影响由球面学知道，同一个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的数值。,结论:在面积P100km2范围内进行水平角测量时，可不考虑地球曲率的影响。,1.2地面点位的确定,56,3、对高差的影响用水平面代替大地水准面时，对