《测量学基础》PPT课件.ppt

测量学基础 宋涛2012 02 24 绪论 测量学概述 1 10 测量学概述 2 10 测量学 Surveying 的定义测绘学 研究地球表面测绘的基本原理 技术 方法及应用 测量学的研究目的测定地物点的位置 2D或3D 和形状 地物点间距离和角度 地物点坐标标定以及地图制图测设将地图上设计好的点位通过坐标查找出在实际世界中的位置测量工作的作用先行性和基础性精确性和重要性 测量学概述 3 10 测量学的分类地形测量学和大地测量学 常规和遥感卫星等方式 测量学概述 4 10 测量学的分类摄影测量学地面摄影测量和航空摄影测量 测量学概述 5 10 测量学的分类工程测量学地面摄影测量和航空摄影测量 测量学概述 6 10 测量学的发展历史测量与地图制图在传统阶段密不可分 是获取地图数据的主要渠道现代科技技术的发展打破了地图制图对测量的单一依赖传统测量技术 东方 东汉张衡的水运浑象仪和候风地动仪 测量学概述 7 10 测量学的发展历史传统测量技术 东方 魏晋时期刘徽的 海岛算经 测量学概述 8 10 测量学的发展历史传统测量技术 东方 魏晋时期裴秀的计里画方和制图六体唐代僧一行的子午线弧长测量宋代沈括的分层筑堰法元代郭守敬的天文测量 测量学概述 9 10 测量学的发展历史传统测量技术 西方 17世纪起初望远镜应用于天象观测17世纪的三角测量和弧度测量高斯的最小二乘理论和横圆柱投影 测量学概述 10 10 测量的主要任务测定地面点的位置 平面位置及高程 确定测量的基准面和坐标系统基准面地球体近似椭球体如何用数学表达方式 测量学的基本知识 1 21 基准面大地水准面 Geoid 每一点的切线与其重力方向垂直假设没有波浪 潮汐 洋流 气压变化等现象的存在静止平均海水面并向大陆底部延伸所形成的不规则封闭曲面海拔高程的起算面海拔 正高 大地体长半轴6378km 短半轴6357km表面起伏不平 反映内部构造和密度难以用数学方式表述 测量学的基本知识 2 21 基准面似大地水准面 Quasi Geoid 大地水准面的表面规则化海洋部分与大地水准面重合计算辅助面正常高正常高与正高差距分布使用与推算近似与模糊 测量学的基本知识 3 21 基准面地球椭球 EarthEllipsoid 大地体的整体定义假设大地体绕短轴飞速旋转所形成的光滑椭球体地球椭球参数长半轴短半轴扁率第一偏心率第二偏心率 测量学的基本知识 4 21 基准面地球椭球 EarthEllipsoid 地球椭球的最优条件地球椭球的中心与地球的质心重合地球椭球的短轴与地球的地轴重合地球椭球的起始大地子午面与起始天文子午面重合长短轴及扁率的误差平方和为最小最优条件的逼近不断精确地球椭球的多样性和区域性 测量学的基本知识 5 21 基准面参考椭球 ReferenceEllipsoid 根据不同的椭球体参数会得出不同的地球椭球体每个国家或组织选择相适用的地球椭球作为测量和定位的标准大地高的起算面大地高 由地球椭球面起算的陆地高度高程异常 似大地水准面与参考椭球面的差距大地高 正常高 高程异常 测量学的基本知识 6 21 坐标系统高程系统平面 或球面 的坐标系统高程系统高程地面上某点沿铅垂线方向到高程基准面的距离不同的高程基准面会产生不同的高程测量值以大地水准面为高程基准面最为标准以似大地水准面或任意水准面为高程基准面对问题的简化相同基准面下两点间的高程差值为高差 与基准面无关 测量学的基本知识 7 21 高程系统1985国家高程基准以青岛验潮站历年记录的黄海平均海水面为基准水准原点 测量学的基本知识 8 21 高程系统1985国家高程基准水准原点高程为72 260m正常高系统黄海平均海水面是似大地水准面 测量学的基本知识 9 21 高程系统其它国家的水准原点韩国仁荷 INHA 大学 测量学的基本知识 10 21 坐标系统地理坐标系经纬度系统地轴 北极和南极纬线赤道 北纬和南纬经线本初子午线 西经和东经 测量学的基本知识 11 21 坐标系统地理坐标系天文经纬度 大地经纬度和地心经纬度 测量学的基本知识 12 21 坐标系统平面直角坐标系当测量工作局限在一个很小区域内时 可以近似地视为平面与解析几何中的平面直角坐标系基本相同以X轴为纵轴 表示南北 以Y轴为横轴 表示东西测量中的方位角以北方向为基准按顺时针计算数学极坐标的方位角以横轴为基准按逆时针计算互换XY可以方便平面三角学公式在测量中直接使用 测量学的基本知识 13 21 坐标系统高斯平面直角坐标系当测量工作范围很大而不能视为平面时使用地图投影的方式 将地理坐标转换为高斯平面直角坐标高斯 克吕格投影等角横切椭圆柱投影中央经线和赤道分别投影为X和Y轴投影后没有角度变形中央经线保持不变 测量学的基本知识 14 21 坐标系统高斯平面直角坐标系高斯 克吕格投影 测量学的基本知识 15 21 坐标系统高斯平面直角坐标系高斯 克吕格投影6度分带和3度分带高斯平面直角坐标值坐标原点西移500km坐标值由带号 500km和原始坐标值组成 测量学的基本知识 16 21 测量基本要素测量的主要任务测定地面点的位置 平面位置及高程 极坐标法和直角坐标法极坐标法 测量学的基本知识 17 21 测量基本要素直角坐标法直接由GPS 全站仪等仪器得出测量的基本要素水平角 水平距离 高差和坐标测量工作概述角度测量 距离测量 高程测量和坐标测量从整体到局部 先控制后碎部的原则建立控制网和碎部测量两部分 测量学的基本知识 18 21 测量工作概述碎部测量碎部点 地物点或地貌点误差产生不可避免若由碎部点开始逐一观测 误差会累积越来越大建立控制网选择测区内一些具有意义的点作为控制点精密测出控制点的高程和平面 或球面 坐标 测量学的基本知识 19 21 测量工作概述国家基本平面控制三角测量和导线测量 测量学的基本知识 20 21 测量工作概述国家基本高程控制三角测量和导线测量水准面曲率的影响对水平距离的影响对水平角度的影响对高差的影响 测量学的基本知识 21 21 直线丈量与定向 直线丈量确定是哪两点间的距离标明直线装量的走向地面点的标定贯穿于整个测量工作将控制点和地面点在地面上标定出来临时点和永久点桩记的找寻和保存测量时使用花杆标明 地面点的标定与定线 1 2 直线定线借助仪器目测两地面点间定线两地面点延长线上定线两不易到达或不通视的地面点间定线 地面点的标定与定线 2 2 直线工具钢尺和皮尺钢尺更为精确 直线丈量 1 7 直线工具钢尺的名义长度20m 30m和50m钢尺的分划厘米 用于一般丈量毫米 用于精密丈量端点尺和刻线尺 直线丈量 2 7 直线工具钢尺的检定温度和拉力20m 30m和50m其它丈量工具测钎垂球花杆弹簧秤温度计 直线丈量 3 7 一般丈量方法精度只要求到厘米的丈量地面平坦的一般丈量沿地面直接丈量 即得水平距离沿着定线方向 钢尺拉紧伸直无卷曲尽量用整尺段丈量 记清尺段数 只是最末一段用零尺段往返测 一测回 计算相对误差 不能大于1 2000 若满足精度要求 则取平均值为最终丈量结果 直线丈量 4 7 一般丈量方法地势倾斜的一般丈量 将尺子一端或两端同时抬高 使钢尺水平一端靠地面 另一端用垂球 分划的水平投影对准某尺段点尽量将尺子拉紧 尺端抬高不宜过大若坡度平缓 可整尺段或分段丈量若坡度较大 分段丈量 直线丈量 5 7 精密丈量方法与一般丈量的方法类似使用尺长方程式将丈量长度改正为实际长度以检定时的拉力拉尺 用弹簧秤衡量测量温度读数方式读数法划线法 直线丈量 6 7 精密丈量方法 直线丈量 7 7 尺长方程式将丈量长度改正为实际长度尺长改正和温差改正没有考虑拉力的影响丈量时要保证拉力与检定时的拉力相同 通常为10千克力 钢尺检定比长检定法基线场检定法 钢尺的尺长方程式与检定 1 1 直线丈量的误差来源尺长误差温度误差拉力误差丈量误差垂曲误差倾斜误差定线误差 直线丈量的误差来源与成果整理 1 3 直线丈量的成果整理水平距离的成果整理尺长改正温差改正实际水平距离 直线丈量的误差来源与成果整理 2 3 直线丈量的成果整理倾斜距离的改正先进行尺长改正和温差改正 得出实际的倾斜距离倾斜改正