第二章-地图的测量基础17

第二章测量与地图学基础知识,第一节地球的形状与大小第二节地面点的位置表示方法第三节地图的特性与构成要素第四节地图的分类与功能,一、地球自然表面地球真正的形状并不是一个完美的标准的圆球体，而是一个两极略扁的，赤道半径略长，北级略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。由于只有地球具有这种独特的形状，有人称之为地球体,第一节地球形状和大小,机舱窗口俯视大地:地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。,由于地球的自然表面凸凹不平，形态极为复杂，显然不能作为测量与制图的基准面。应该寻求一种与地球自然表面非常接近的规则曲面，来代替这种不规则的曲面。,地球的自然表面并非光滑，珠穆朗玛与马里亚纳海沟之间的高差达近20km。,二、地球体的物理表面在此掌握几个概念：1.水准面：为了寻求一种规则的曲面来取代地球的自然表面，人们设想当海水在“完全”静止状态下，把它延伸到大陆内部，形成包围整个地球的连续闭合表面，它处处与铅垂线(重力方向)正交，这个静止的水面叫做水准面（处处与重力方向线垂直的连续曲面）,海水因有潮汐，时高时低，水准面便有无数个，其中与平均海水面吻合的水准面(大地水准面(Ceoid)作为地球形状与大小的依据。2、大地水准面(Ceoid)：自由静止的平均海水面延伸到大陆、岛屿内而形成的闭合曲面。大地水准面实际上一个起伏不平的重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程的起算面。大地水准面是测量工作的基准面。,地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力(gravity)，重力的方向称为铅垂线(plumbline)方向。,3、大地体或大地球体(GeoidalEarth)大地水准面所包围的地球形体称为大地体。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。,三、地球体的数学表面1、椭球体(EllipsoidalEarth)以大地体短轴（地轴）为旋转轴所成的椭球体，通常称地球椭球体，或旋转椭球体，简称椭球体或椭球。在测量和制图中就用旋转椭球体来代替大地球体。它是一个规则的数学表面，所以人们视其为地球体的数学表面即是个可以用数学模型定义和表达的曲面,幻灯片6,地球椭球体表面可以称为对地球形体的二级逼近。用于测量计算的基准面。以后谈的地球都是指椭球体。,地球椭球的基本几何参数,椭圆的长半轴：a椭圆的短半轴：b椭圆的扁率：,(椭圆的第一偏心率：,椭圆的第二偏心率：,五个基本几何参数,a、b称为长度元素,扁率反映了椭球体的扁平程度,e和e反映椭球体的扁平程度，偏心率越大，椭球愈扁,由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种,国际主要的椭球参数,中国1952年前采用海福特（Hayford）椭球体；,全球定位系统GPS采用,中国1954年北京坐标系采用,中国1980年西安坐标系采用,坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台,陕西泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点,-由地表任一点向参考椭球面所作的垂线称法线(normalline)，除大地原点以外，地表任一点的铅垂线和法线一般不重合，其夹角称为垂线偏差(deflectionofthevertical)。,参考椭球的形状和大小一旦确定以后，还需要确定参考椭球与大地体之间的位置。椭球定位：是指确定椭球中心的位置可分为两类：局部定位和地心定位局部定位：要求在一定范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，而对椭球的中心位置无特殊要求；地心定位：要求在全球范围内椭球面与大地水准面有最佳的符合，同时要求椭球中心与地球质心一致，或最为接近。椭球定向：是指确定椭球旋转轴的方向不论是局部定位还是地心定位，都应满足两个平行条件：1.椭球短轴平行于地球自转轴；2.大地起始子午面平行于天文起始子午面这两个平行条件是人为规定的，其目的在于简化大地坐标、大地方位角同天文坐标、天文方位角之间的换算,2、参考椭球体：确定与局部地区大地水准面符合最好的一个地球椭球体参考椭球体，这项工作就是参考椭球体定位,是指确定椭球中心的位置。3、总椭球体：在全球范围选用一个非常接近大地水准面，并可用数学表达式表示的规则几何体来表示地球总的形状，这样的椭球体称为总椭球体。总椭球体必须满足以下几个条件：1、总椭球体中心与地心重合；2、总椭球体的旋转轴与地球自转轴重合，赤道与地球赤道一致；3、总椭球体的体积与地球体积近似相等4、总椭球体的质量地球质量,确定大地水准面与椭球体面之间的相对位置的方法是在地球表面适当位置选择一点p,假设椭球体和大地球体相切于P,P位于P点的铅垂线上，过椭球体面上p的法线与该点对于大地水准面的铅垂线相重合，椭球体的形状和大小与大地球体很接近，从而也就确定了椭球体与大地球体的相互关系。这种与局部地区的大地水准面符合得最好的一个地球椭球体，称为参考椭球体。确定参考椭球体，进而获得大地测量基准面和大地起算数据的工作，称为参考椭球体定位。地球形体三级逼近,四、圆球体、椭球体和大地水准面在制图中的意义制图者在不同的情况下可以采用地球真实形状的三种近似形状。圆球体用于制作国家、大洲、世界或较大区域的小比例尺地图的参考表面。因为制作大区域小比例尺地图时，圆球体与椭球体之间的差异可以忽略不计,所以在制作小比例尺地图时，可忽略地球扁率，将地球视为圆球体，地球半径为6371km。若采用椭球体，使得地图投影公式的复杂性大大增加，另外对于特殊的地图投影，由圆球体和椭球体计算小比例尺地图投影坐标，其结果基本相同椭球体是用做大比例尺地图的参考表面。在进行大比例尺制图时，必须考虑地球的扁率，对于小区域详细的大比例尺地图，例如地形图和航海图，采用圆球体或椭球体，,计算出的位置坐标是有差异的，这要求在计算中要考虑地球的扁率。如果采用等面积球体，在大比例尺地图上进行距离、方向和面积量测时，其结果在某些地方就会不正确，因此椭球体是用做大比例尺地图的参考表面。使用椭球体也与大比例尺制图的现代数据收集方法关系紧密，例如全球定位卫星接受机，就是采用WGS84椭球体作为参考面计算经度、纬度和高程的。大地水准面是进行平面和高程地面测量时的参考面。然而由于大地水准面的不规则，使得地图投影和其它数学计算非常复杂，因而在大地水准面上测得的地面点的位置必须转换到椭球体表面上。需确定大地水准面与椭球体面之间的相对位置。,第二节地面点位置的表示方法,经线和纬线在地球上构成的假想网格，叫做地理网格。它们具有如下几何特点：椭球体上经线圈的形状为椭圆，所有经线圈长度都相等。在赤道上经线互相平行，随着纬度的增加而收敛于极点。纬线圈都是平行圈，形状为圆。赤道为大圆，其余的纬线圈长度随纬度的增大而缩短。经线和纬线互相垂直。在同纬度带内，相同经差构成的球面梯形，形状相同，面积相等。不同纬度带内的球面梯形面积由低纬度向高纬度缩小。地理坐标系统对地球是一种主要的定位参考系统，它的发明使得地球上所有的空间要素的唯一性定位成为可能。,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：过地球某点与地轴所组成的平面。,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,S,纬线,N,O,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午线,G,确定地面点在地球椭球体上的位置。包括两个方面：一是点在地球椭球体面上的平面位置，即经度和纬度；二是确定点到大地水准面的高度，即高程。确定地面点或空间目标位置所采用的参考系称为坐标系。坐标系的种类很多，现在地图上一般采用的坐标系系有二种，地理坐标系和平面直角坐标系确二、坐标(一)地理坐标系子午圈与纬圈在椭球面上是两组正交的曲线，它们在椭球面上构成的坐标系称为地理坐标系地理坐标系的规定：不论采用圆球体还是椭球体代替真实的地球体，S、N都代表地球的南极和北极，NSH代表地轴，0为地球的中心。地理坐标系的构成如图所示,地理坐标系：用经纬度表示地面点位的球面坐标系。天文经纬度：天文经度：本初子午面与过观测点的子午面所夹的二面角；天文纬度：过某点的铅垂线与赤道面间的夹角。天文经纬度通过天文测量方法得到，可作为大地测量中定向控制及校核数据之用。测有天文经纬度坐标的地面点，称天文点；它是一种地面控制点，是在各地面点上独立观测而直接得到的；地图上通常用五角星符号表示之。,大地经纬度：大地经度（L）：过参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面之间的二面角。大地纬度（B）：指过参考椭球面上某一点的法线与赤道面的夹角。大地经纬度是以地球椭球面和法线为依据，在大地测量中得到广泛采用。地图学中常采用大地经纬度。,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,不论是大地经度还是天文经度都是从通过格林威治天文台的子午面起算(本初子午面)起算，该线的经度为0。规定由该起始子午面向东计，0。至180。，称东经，为正；向西计，由0。至180。，称西经，为负。实际上东经180与西经180是同一个子午面，我国各地的经度均是东经。不论是大地纬度还是天文纬度都是从赤道面起算，向南北度量，在赤道上纬度为0。，纬线离赤道愈远，纬度愈大。由赤道向两极计，均从0。至90。，在赤道以北，称北纬，为正；在赤道以南，称南纬，为负。我国疆域全部在赤道以北，各地的纬度都是北纬。大地高如果点不在椭球面上，表示点的位置除L、B外，还要附加另一参数“大地高”。,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）平面直角坐标，是用平面上的长度值表示地面点位置的直角坐标。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。,高斯平面直角坐标系,坐标系的建立：首先根据一种投影系统将球面转修为平面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,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。,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；,O,X,Y,测区,北,坐标系原点一般选在测区西南角,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。,测绘工作中通常采用的平面直角坐标与数学上的平面直角坐标有所不同（如图)。不同的是：纵轴为X轴，横轴为Y轴，象限按顺时针划分。在测绘上通常令坐标纵轴与指定的中央经线的投影一致，由原点向北为正，向南为负；坐标横轴与赤道投影一致，由原点向东为正，向西为负。,通常情况下平面直角坐标只用于大比例尺地图因为由球面转换为平面时会产生变形。区域越大，变形往往越大，从而使得小比例尺地图不适合于进行图上量测与计算，因而在这种图上一般仅标明地理坐标。对于大比例尺地图往往要标注两种坐标网格，一般以平面直角坐标为主，地理坐标为辅，有些地图甚至仅表示平面直角坐标网格。,三、高程系确定高程系即要确定地面高程的起算基准面和原点1、高程高程是表示地球上一点空间位置的量值之一，地球表面的地物点是三维空间的点，因此确定地面点位置除了确定其在椭球体面上的平面位置外，还要确定它到参考面的垂直距离，它和平面坐标一起，统一地表达了点的位置。而高程是对于某一具有特定性质的参考面而言，没有参考面，高程就失去意义，同一点其参考面不同，高程的意义和数值就不同。大地高正常高,正常高-绝对高程和相对高程,表示地面点高程位置的方法有两种：绝对高程：即地面点到大地水准面的垂直距离称为该点的绝对高程也称为海拔亦称高程相对高程：即地面点到任一水准面的距离（如图）。高差A，B地面点间的高程之差，称为高差；高差有正负之分，若测点高于起算点，则高差为正，反之为负。知道了地面点的经纬度和绝对高程，则该点的位置就可以完全确定了。,四、我国的大地坐标系和高程系(一)我国的大地坐标系世界各国采用的坐标系比较复杂，往往在一个国家或地区，不同时期分别采用不同的坐标系；因此在使用不同时期的地形图时，对坐标系的历史状况必须要有所了解。我国目前沿用过大地坐标系1、1954年北京坐标系采用克拉索夫斯基椭球体，以北京为全国的大地坐标原点，确定的临时过渡性的大地坐标系，于1954年建立的，称1954年北京坐标系。我国在1949年以前，实际上没有统一的大地坐标系统。1954年北京坐标系实际是前苏联1942年坐标系的延伸，它真正的坐标原点并不是在北京而是苏联的普尔科夫为坐标原点，经平差计算而引伸到我国。我国二十世纪九十年代以前出版的地图与海图大多采用的坐标系都是“1954年北京坐标系”。,可归结为：a属参心大地坐标系；b采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数；c.大地原点在原苏联的普尔科沃；d采用多点定位法进行椭球定位；e高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面f高程异常以原苏联1955年大地水准面重新平差结果为起算数据。按我国天文水准路线推算而得。其缺点：椭球体面与我国大地水准面不能很好地符合，产生误差较大；1954年北京坐标系的大地控制点坐标多为局部平差逐次获得的，实际上连不成一个统一的整体，已经不能很好地满足我国大地测量工作的要求。我国于1978年决定建立中国国家大地坐标系。,2、1980年国家大地坐标系（1）大地原点在我国中部，具体地点是陕西省西安市径阳县永乐镇，所以也简称1980年西安原点，（2）采用1978年采用新的椭球体参数GRS(1975)（3）多点定位；（4）大地高程以1956年青岛验潮站求出的黄海平均水面为基准。,陕西省泾阳县永乐镇北洪流村为“1980西安坐标系”大地坐标的起算点大地原点。,GRS75椭球参数a=6378140mb=6356755mf=1/298.257,1980年至今：1980西安坐标系参考椭球体：GRS(1975)大地原点：陕西省泾阳县永乐镇,参考椭球体,大地原点,大地原点坐标,大地控制网和大地点坐标,1980西安坐标系国家大地原点,优点：椭球体参数精度高；定位采用的椭球体面与我国大地水准面符合好；天文大地坐标网传算误差和天文重力水准路线传算误差都不太大，而且天文大地坐标网坐标经过了全国性整体平差，坐标统一，精度优良，可以满足1：5000甚至更大比例尺测图的要求等。与当今社会发展存在的矛盾：坐标维的矛盾。随着卫星定位导航技术在我国的广泛使用，二维不能适应现代的三维定位技术；精度的矛盾。卫星定位技术可达10-710-8的点位相对精度，而西安80系只能保证310-6；坐标系统（框架）的矛盾。数字地球的发展要求用户需要提供与全球总体适配的地心坐标系统。,3、2000年国家大地坐标系2000国家大地坐标系，是我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称为ChinaGeodeticCoordinateSystem2000，英文缩写为CGCS2000。2000国家大地坐标系的原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心；2000国家大地坐标系的Z轴指向BIH1984.0定义的协议极地方向（BIH国际时间局）X轴指向：由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元2000.0）的交点；Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。,(二)我国的高程系1949年以前，我国没有统一的高程起算基准面，高程系统非常紊乱，有大沽零点、吴淞零点、坎门平均海水面等近十种起算点(表2-2)，致使所测地图的高程互不相接，使用困难。为了使一个国家或地区的绝对高程的测算取得统一，国家或地区测绘主管部门决定确定一个大地水准面，作为统一的高程起算基准面。1、1956年黄海高程系根据1950至1956年七年间在青岛黄海验潮站的验潮资料推算的平均值作为我国高程的起算面，由此面起算出的高程系统，称为1956黄海高程系。其高程起算点水准原点位于青岛市万象山上，高程为72.289m,1956年以前按旧高程系测定的高程，若要转换成1956年黄海高程系的高程，则加上相应的改正数就成了。2、1985年国家高程基准1985年决定采用青岛验朝站于1953至1979这27年验潮资料所计算的平均海水面作为我国新的高程起算面，命名为1985年国家高程基准，依此推算出国家水准原点值72.260m，与旧水准点相差28.6毫米。1988年1月正式启用。,高程起算基准面：黄海平均海水面,1985国家高程：72.2604m1956年黄海高程：72.289m,国家水准原点：山东青岛,为了统一全国的高程系统和满足各种测量的需要，测绘部门在全国各地埋设并测定了很多高程点，这些点称为水准点(BenchMark)，简记为BM。水准测量通常是从水准点引测其它点的高程。水准点有永久性和临时性两种。国家等级水准点一般用石料或钢筋混凝土制成，深埋到地面冻结线以下。在标石的顶面设有用不锈钢或其它不易锈蚀材料制成的半球状标志。有些水准点也可设置在稳定的墙脚上，称为墙上水准点。,混凝土桩（永久性）,木桩（临时性）,点之记,点之记,三、我国的大地控制网大地控制网简称大地网在广袤的区域上进行测量与制图，不可能独家一次完成，需要分若干单元测区进行，而且测量的精度又要符合统一要求，又能互相衔接，为此，首先必须在全国范围内选取若干有控制意义的点，并且精确测定其平面位置和高程，构成统一的大地控制网。大地控制点：简称大地点，指有统一而精确的平面和高程位置，并对全国或全区的整体起控制作用的地面点。国家大地控制网包括平面控制网和高程控制网；具有精确测定平面位置和高程的典型的具有控制意义的点，它是测制地图的基础。采用逐级控制、分级布设的原则，分一、二、三、四等级。(一)平面控制网，亦称水平控制网，建立国家平面大地控制网的方法：1、常规大地测量法：,三角测量法：建立国家平面控制网，主要采用三角测量的方法。优点：图形简单、精度高、多余观测量多、便于计算。缺点：布网困难大是以大地原点为基础，在地面上选择一系列控制点，并建立起一系列相连接的三角形，组成三角锁和三角网。国家平面控制网按其精度可分为一、二、三、四等四个等级。已知大地原点坐标(x1,y1)和以大地原点至邻近一大地点连线作为起始边的长度(S12)及方位角(a12)，就可用三角形正弦定理依次推算出三角网中其他所有边长，各边的坐标方位角及各点的坐标,正弦定理,大地测量,1.三角测量,以大地原点为基础，在地面上选择一系列控制点，并建立起一系列三角形，组成三角锁和三角网。,大地原点,各三角形边长及三角形顶点坐标,三角锁的起始边基线端点,三角形各内角,天文经纬度天文方向角,三角测量示意图,国家三角网的布设原则国家三角网：用三角测量方法建立的国家平面控制网1分级布网，逐级控制以高精度而稀疏的一等三角锁，尽可能沿经纬线方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布设二、三、四等三角网。在此基础上，可布设一、二级小三角或一、二、三级导线作为区域控制（或局部控制网）。2要有足够的精度3要有足够的密度4应有统一的规格,国家三角锁、网的布设方案1一等三角锁国家大地控制网的骨干，主要作用是控制二等以下各级三角测量，并为研究地球形状和大小提供资料。,一等三角测量(精度最高)布设：基本按经纬线方向。构成：约等边三角形，边长2025km。锁段：长约200km，1620个三角形。,国家控制网设置：一、二、三、四等三角网。,2二等三角锁、网国家平面控制网的基础，同时又是地形测图的基本控制。它和一等三角锁同属国家级控制点。方案一：先在一等锁环内沿经纬线纵横交叉的二等基本锁，再在其控制下布设平均边长约为13km的二等补充网。,方案二：以连续三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。（新方案）平均边长：13km（10-18）全国需布设6万个,3、三、四等三角网加密控制网，满足测图和工程建设的需要，采用插网或插点方法布设，也可以越级布网。三等网平均边长：8km四等网平均边长：2-6km,保证测绘110万、15万地形图时，每150km内有一个大地控制点，即每幅图内不少于3个大地控制点。,保证l2.5万测图时，每50km内有一个大地控制点，即每幅图内有23个控制点。,保证在11万测图时，每点可以控制20km，即每幅内有12个控制点。,在建立大地控制网时，还隔一定距离选测若干大地点的天文经纬度、天文方位角和起始边长。图中用粗线表示的)作为定向控制及校核数据等方面使用，故大地控制网又有天文大地控制网之称。,现已发展到利用卫星大地测量的方法来布设全国性的、洲际的或全世界的卫星大地控制网，使大地坐标的获得更加方便、经济和自动化。导线测量是把各个控制点连接成连续的折线，然后测定这些折线的边长和转角，最后根据起算点的坐标和方位角推算其他各点坐标。如图：,导线测量是建立小地区平面控制网常用的一种方法，特别是地物分布较复杂的建筑区、视线障碍较多的隐蔽区和带状地区，多采用导线测量的方法。根据测区的不同情况和要求导线测量有形式:1、闭合导线：从一个已知高等级控制点出发开始测量，最后再回到这个控制点，形成一个闭合多边形，称为闭合导线；起讫于同一已知点的导线，称为闭合导线。2、附合导线：当导线从一个已知高等级控制点开始测量，最后附合到另一个高等级控制点，则称为附合导线。布设在两已知点间的导线，称为附合导线。细分有三种形式3.支导线：由一己知点和一已知边的方向出发，既不附合到另一已知点，又不回到原起始点的导线，称为支导线。,导线网与三角网相比，主要优点在于：,网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。,导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。,导线网的缺点主要是：导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发现观测值中的粗差，因而可靠性不高。,用导线测量方法建立小地区平面控制网，通常分为一等导线、二等导线、三等、四等导线等。通常将一、二等导线测量为精密导线测量。一等导线主要沿交通干线布设，构成纵横交叉的导线环，几个导线环构成导线网。导线网与一等三角锁妥善衔接，构成统一的控制网，二等导线布置在一等导线环或二等三角锁内，在测量条件特殊困难地区，可用精密导线测量代替一、二等三角测量，组成三角导线联合网，作为国家大地网的基础。三边测量法：三边测量法的网形结构同三角测量法一样，只是观测量不是角度而是所有三角形的边长，各内角是通过三角形的余弦定理计算而得到的。常规大地测量法：主要有三角测量法、导线测量法、三边测量法,国家平面控制网,国家平面控制网含三角点、导线点共154348个，构成1954北京坐标系、1980西安坐标系两套系统。,O,2、天文测量法：天文测量法是在地面上架设仪器，通过观测天体(主要是恒星)，并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点的天文方位角。因其定位精度不高，所以它不是建立国家平面大地控制网的基本方法。然而，在大地控制网中，天文测量却是不可缺少的。3、现在定位新技术GPS（全球定位系统）共包括三个部分：GPS卫星星座（空间部分）、地面监控系统（地面控制部分）、GPS信号接收机（用户设备部分）,卫星定位优势：无需通视及觇标提供三维坐标定位精度高观测时间短全天候作业操作简便,目前的卫星定位系统美国：GPS俄罗斯：GLONASS（格鲁纳斯）欧盟：GALILEO（加利略）中国：北斗卫星导航系统,GPS的组成,1.空间星座,GPS：由24颗卫星组成，分布在20200km高空6个等间隔的轨道上。一般情况下可见到68颗，全天在地球上任何地点都能进行GPS定位。,GLONASS：由24颗工作卫星和3颗备份卫星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100km。,GALILEO：星座由30颗卫星组成。卫星采用中等地球轨道，均匀地分布在高度约为2.3万km的3个轨道面上，星座包括27颗工作卫星，另加3颗备份卫星。,北斗一号：卫星导航试验系统：由4颗卫星组成，具备中国及其周边地区的导航定位及通讯能力。,北斗卫星导航系统：(BeiDou（COMPASS）NavigationSatelliteSystem),中国自主研发、独立运行、正在建设中的全球卫星导航系统。2012年，系统具备覆盖亚太地区的服务能力；2020年前后，整个系统将具备覆盖全球的定位、导航和授时服务能力。,2004年成功将第三颗“北斗一号”导航定位卫星送上太空。两颗分别于2000年10月31日和12月21日发射升空。,“北斗一号”与GPS和GLONASS,使用范围不同：“北斗一号”是区域卫星导航系统，只能用于中国及其周边地区；而GPS和GLONASS都是全球导航定位系统，在全球的任何一点，只要卫星信号未被遮蔽或干扰，都能接收到三维坐标。卫星数量和轨道不同：“北斗”是3颗，位于高度近3.6万Km的地球同步轨道。GPS和GLONASS是24颗，位于2万Km高度，分别在6个和3个轨道面上。定位原理不同：“北斗”是用户先发射需定位的信号，通过卫星转发至地面控制中心，控制中心解算出位置后再通过卫星转发给用户；而GPS和GLONASS只需要接收4个卫星的位置信息，由自己解算出三维坐标。“北斗”本身是两维导航系统，仅靠2颗星的观测量尚不能定位，观测量的取得及定位解算均在地面中心站进行，卫星和用户机需具有转发或收发信号功能，这实际上也就具有了一定的通信功能。,2.地面监控部分,监控站主控站注入站,2.地面监控部分,注入站又称地面天线站，主要任务是通过一台直径为36m的天线，将来自主控站的卫星星历、钟差、导航电文和其它控制指令注入到相应卫星的存储系统，并监测注入信息的正确性。注入站现有3个，分别设在印度洋的迭哥加西亚、南太平洋的卡瓦加兰和南大西洋的阿松森群岛。,2.地面监控部分,夏威夷设有一个监测站。主要任务是连续观测和接收所有GPS卫星发出的信号并监测卫星的工作状况，将采集到的数据连同当地气象观测资料和时间信息经初步处理后传送到主控站。地面监控系统除主控站外均由计算机自动控制，勿需人工操作。各地面站间由现代化通讯系统联系，实现了高度自动化和标准化。,3.用户设备部分,GPS接收机GPS数据处理软件微处理机及终端设备,GPS的应用,主要体现在GPS卫星定位和导航：静态定位和动态定位。在飞机、轮船、车辆上广泛应用的导航就是一种广义上的动态定位。,GPS在大地测量领域主要完成了：建立和维持了全球统一的地心坐标系统。在局部大地网之间进行了联测和转换。与水准测量、重力测量相结合，研究与精化大地水准面。测量全球性的地球动力参数四维大地测量。建立新的城市、矿山等控制测量系统。,我国在20世纪末已建立了国家高精度GPS-A级网、B级网和高精度GPS测量控制网，进行海岛与陆地的GPS联测。,国家高精度GPS网,(二)高程控制网：是在全国范围内按统一规范，由一系列经统一和精确测定高程的水准点所组成的网，构成国家高程控制网，即由青岛水准原点起，用水准测量方法进行逐点传算；分一、二、三、四等，逐级建立；各级精度不一，一等点最精确。是全国测定其他所有地面点高程的控制基础。高程控制点通常分水准点和埋石点二种,高程起算基准面：黄海平均海水面,1985国家高程：72.2604m1956年黄海高程：72.289m,国家水准原点：山东青岛,设后视A尺读数为a，前视B尺读数为b，则A、B两点高差为hAB=a-b高差法：HB=HA+hAB视线高法：HB=(HA+a)-b,建立高程控制网的方法，主要由水准测量来完成。1、水准测量方法：是借助仪器所提供的水平视线来测定两点间的高差。,水准测量所使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3和DSl0等四个等级,高程点距水准点较远或高差很大时，就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。,2、三角高程测量方法：是根据三角原理求得两点间高差的一种方法。(如图)：,三角高程测量的精度低于水准测量，在地面通行条件特殊困难，难以实施水准测量的地区，高程控制网点的高程可用三角高程测量方法来完成。,国家高程控制网：一、二、三、四等。城市高程控制网：二、三、四等。小地区高程控制网：三、四等各级高程控制网均采用水准测量、高山地区可采用三角高程测量。,一等水准网,二等水准网,三等水准网,四等水准网,加密,高程控制网的布设形式,原则:由高级到低级、从整体到局部，逐级控制、逐级加密。,一等水准路线是国家高程控制骨干，沿地质构造稳定和坡度平缓的交通线布满全国，构成网状。二等水准路线，一般沿铁路、公路和河流布设，同样也构成网状，是高程控制的全面基础。二等水准环线布设在一等水准环内；一、二等水淮测量称为精密水准测量，三、四等水准直接为测制地形图和各项工程建设用，直接提供地形测量的高程,国家高程控制网使用的是1985国家高程系统共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619.1km。,第三节地图的特性与构成要素一、地图的基本特征地图是地球表面在平面上的缩小图形，那么是不是说凡是地球表面缩小在平面上的图形都可以称作是地图吗？从严格的意义上回答是否定的。地面风景照片和风景画也是实地景物在平面上的缩小，但是与地图有着本质的区别，主要体现在下面几个方面。,、地图必须遵循一定的数学法则地图是按严格的数学法则编制的，它具有地图投影、比例尺、各种坐标系统等数学法则，为什么采用依靠数学法则呢？地球的自然表面是一个极不规则的三维空间曲面，而地图是一个二维平面，要把地球上的各种事物和现象表示在有限的地图上，而且还要便于分析与量算，首先必须解决两个问题，一是将地球按一定的比例缩小；二是将地球球面变换成地图平面。,1.可量测性特殊的数学法则,地球自然表面上的点垂直投影地球椭球面地图投影可展面（圆柱、圆锥、平面）,地图投影比例尺地图定向,2.直观性地图语言,符号注记颜色,3.一览性制图综合（概括）两次抽象：符号化过程和选取和概括（比例尺缩小）,、地图是地理信息的载体地图容纳和贮存了数量巨大的信息，这些地图信息不仅能被积累，复制、组合、传递，还能被使用者根据自身的需要加以理解，提取及应用。地图的信息：位置：描述了空间事物所处的位置。属性：反映空间事物和现象的性质、数量时间：时间信息也可以反映出来。开放信息；潜在信息,二.地图的构成要素图形要素（地理要素）：是地图构成要素中的主体部分，表达地理信息的各种图形符号、文字注记。数学要素：确定地图空间信息的依据地图投影：通过数学方法建立地球平面与地图平面之间的关系，将地球表面的点、线、面一一对应地转移到地图平面上。坐标网：以便制作地图和使用地图，是地图上不可缺少的要素。通常在地图上绘有一种或两种坐标网，即经纬网（地理坐标网）和方里网（平面直角坐标网）,1：5万,1：50万至1：100万地形图,小于1：1万的地形图上内外图廓间以1为单位给出分度带短线,10为单位给出加密用的十字线,控制点：用以控制地图内容的平面位置和高程精度控制点有平面控制点、高程控制点和天文控制点之分，在地图上均用不同的符号区分表示，一般来说，控制点只用于大比例尺地图的制作和表示。定向的指标线：通常以三北方向线作为地图定向的依据,比例尺：比例尺决定了实地地理事物的尺度投影地图上时的缩小程度。辅助要素：辅助要素是指除地图主题内容以外的其它内容，一般情况下，辅助要素往往被置于制图区域之外，所以辅助要有时也被称为图外要素工具性内容的辅助要素：图例、分度带、比例尺、坡度尺等。说明性内容的辅助要素：图名、图号、按图表、地图编制和出版的时间与单位、所用资料情况等。补充性内容的辅助要素有：附图（包括地图、统计图、剖面图等）、图像、表格和段落文字说明等,测定地面坡度的工具是坡度尺,1.地图要素2.数学要素3.辅助要素4.补充说明,认知功能形成整体、全局的概念获得制图对象定性与定量特征建立制图对象之间的空间关系建立制图对象正确的空间图像,一、地图的功能,第四节现代地图的作用与类型,模拟功能,信息的负载及传递,1.经济建设2.科学研究3.国防建设4.政治、文化教育及日常生活,二、地图的作用,经济及科学研究用图,军事用图政治用图,地形图,旅游图,三、地图的类型1、按地图信息存储形式分类模拟地图(AnalogMap)传统意义上的地图。纸制、照片、布上的、可看的，摸着到的。数字地图(DigalogMap)也称电子地图，是用电子设备记录地图信息的一种地图，必要进可通过计算机图形输出设备恢复为地图图形。2、按内容分类普通地图(GeneralMap)以相对均衡的详细程度，比较全面地反映制图区域内的各种自然和社会经济现象的地图，按比例尺可进一步划分为地形图和地理图。六大地理要素：水系、居民地、交通网、地貌、土质植被、境界和各种独立目标。,普通地图,专题地图,地理图：反映地理事物的基本轮廓极其分布规律；地形图：按照国家制定的统一规格、用指定的方法测制或根据可靠的资料编制的详细表达普通地理要素的地图。平面图：涵盖的实地范围很小,比例尺很大,在一幅图内比例尺处处相同.专题地图(ThematicMap)是突出而详细地表示一种或几种主题要素或现象的地图。自然专题地图：地质图、地貌图等人文专题地图：政区图、人口图、经济图等其他专题地图,3、按比例尺分类在我国地图学领域的习惯划分是：比例尺1:10万的地图为大比例尺地图1:10万比例尺1l00万的地图为中比例尺地图比例尺l:100万的地图为小比例尺地图。,4、按地图体系结构分类单幅地图(SingleMap)为整个制图区域独立设计的一幅地图。系列地图(MapSeries)按统一的设计要求，以相同的比例尺，反映同一制图区域各种要素（或现象）的一组地图