测量学00绪论

1、第一章 绪 论1 测量学简介2 地球的形状和大小3 测量坐标系与地面点位的确定4 地球曲率对测量工作的影响5 测量工作概述测量学 第一章 绪 论问题：什么是测量学？测量学干什么用？测量学有哪些分支学科？定义：定义：测量学是研究地球的形状和大小，确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置的科学。地物和地貌总称为地形地形。地表物体地物地物：地面上天然或人工形成的物体，如平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、桥梁等； 地貌地貌：地表高低起伏的形态，如山地、丘陵和平原等。任务任务：测定和测设。 测定测定：使用测量仪器和工具，通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小绘制成地形图，供科学

2、研究和工程建设规划设计使用。 测设测设：将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。测量学的分类测量学的分类 大地测量学 摄影测量学 地图制图学 普通测量学 工程测量学大地测量学：以地球表面大区域为研究对象，主要研究地球的形状、大小及地球重力场的理论和测定方法。摄影测量学：以获取地表摄影像片和辐射能的各种图像记录为手段，经过对图像的处理、量测、判读和研究，解决地形图测绘和环境信息的一门学科。地图制图学：利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及地图制作的理论、工艺技术和应用等方面的测绘科学。普通测量学：主要研究测量的基本原理、大比例尺地形图测绘理论、方法和工程

3、测量的基本方法。以地球表面小区域为研究对象。工程测量学：研究各项工程在规划设计、施工放样、竣工验收和运营等阶段的测量理论和方法的一门学科。问题：地球是什么形状？有多大？在测量学中怎么来表示地球的形状和大小？地球的形状和大小：地球的自然表面，地球的自然体。大地水准面，大地体。参考椭球面，参考椭球体。地球的形状：地球形状的物理表达： 重力地球质点受万有引力与离心力的合力 铅垂线方向重力方向离心力万有引力重力南极北极地球形状的物理表达：水准面静止不动的水面延伸穿过陆地包 围整个地球，形成的封闭曲面。水平面与水准面相切的平面称为。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。水准面不唯一水准面不唯一南极北极地球形状

4、的物理表达：3）大地水准面大地水准面是指平均静止的海水面向陆地延伸形成的一个封闭曲面。与平均海水面吻合的水准面。大地水准面唯一大地水准面唯一地球形状的物理表达：测量工作的基准线：铅垂线铅垂线。测量工作的基准面基准面：大地水准面大地水准面。大地体大地体大地水准面所包围的地球形体。大地体代表了地球的形状和大小。地球形状的数学表达：选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面。南极北极法线铅垂线P地球形状的数学表达：参考椭球参考椭球由椭圆绕其短轴旋转而成的旋转椭球。基准面：参考椭球面参考椭球面参考椭球表面。基准线：法线法线由地表任一点向参考椭球面作垂线。地球形状的数学表达：

5、确定椭球大小的参数： 长半轴a和扁率f 椭球定位： 参考椭球相对大地水准面的位置 大地原点大地原点参考椭球面与大地水准面相切的点 在大地原点处，铅垂线与法线重合在大地原点处，铅垂线与法线重合abaf地球形状的数学表达：我国现用的几个参考椭球元素值1975年16届“国际大地测量及地球物理联合会”通过并推荐的椭球，简称IUGG1975椭球1979年17届“国际大地测量及地球物理联合会”通过并推荐的椭球，简称IUGG1979椭球克拉索夫斯基椭球问题：测量中是怎么确定地面点位的？测量坐标系有哪些？测量坐标系是怎么建立的？表示地面点在某空间坐标系的位置需三个参数确定地面点位即确定其在某个空间坐标系的三维

6、坐标。测量学将空间坐标系分为参心坐标系参心坐标系和地心坐标系地心坐标系。以参考椭球中心为坐标原点以地球质量中心为坐标原点1. 确定点的球面位置的坐标系 测量上将空间坐标系分解成确定点的球面位置的坐标系坐标系(二维二维)和高程系高程系(一维一维)。 确定点的球面位置的坐标系有地地理坐标系理坐标系和平面直角坐标平面直角坐标两类。 1）地理坐标天文地理坐标基准线：铅垂线基准面：大地水准面大地地理坐标基准线：法线基准面：参考椭球面（1）天文地理坐标天文子午面过地面点的铅垂线与地球旋转轴形成平面天文子午线天文子午面与大地水准面的交线首子午面过英国格林尼治天文台的天文子午面南极北极P格林尼治天文台首子午线

7、天文经度：过地面点的天文子午面与首子午面的两面角。从首子午面向东或向西计算，范围 0180。首子午线以东为东经，以西为西经。天文纬度：过地面点的铅垂线与赤道面的夹角。自赤道起向南或向北计算，范围 090。赤道以北为北纬，以南为南纬。 用天文测量方法测定地面点的天文经度，用天文测量方法测定地面点的天文经度，天文纬度。天文纬度。南极北极P（2）大地地理坐标格林尼治天文台LLB首子午线大地经度L：过地面点的大地子午面与首子午面的两面角大地纬度B：过地面点的法线与赤道面的夹角大地经、纬度是根据大地经、纬度是根据起始大地点起始大地点的大地坐标按大地测量所得数据推算得到的大地坐标按大地测量所得数据推算得到

8、大地原点该 点 大 地 经纬度与天文经纬度一致2）平面直角坐标系球面坐标对局部测量不方便，为了实用和计算方便起见，常用平面来代替球面。要将曲面展成平面必然会产生破裂和变形。解决方法地图投影（1）高斯投影保持球面上的角度不变边长存在变形等角投影等角投影地球按经线划分为带投影带投影带分带投影分带投影用空心椭圆柱横套在参考椭球外面，椭圆柱的轴与地轴垂直。椭圆柱与某一子午线某一子午线相切。椭球面上图形按保角投影原理投影到椭圆柱体面上。沿过南北极的母线切开椭圆柱体，展开成平面。中央子午线中央子午线投影带道道赤赤中中央央子子午午线线NS66（2）投影带的划分 统一统一6 6带高斯投影带高斯投影首子午线起，

9、每隔经度经度6 6划分为一带(称统一6带)，自西向东划分地球为60个带。带号N从首子午线开始，用阿拉伯数字160表示。带号N与中央子午线经度L0的关系： 360 NL已知任意点经度L，计算6带带号公式 )5 . 063(INTLN 统一统一3 3带高斯投影带高斯投影东经130分起，每隔经度经度3 3划分为一带(称统一3带)，自西向东划分地球为120个带。带号用阿拉伯数字1120表示。带号N与中央子午线经度L0的关系： nL30已知任意点经度L，计算6带带号公式 )5 . 03(INTLn国际上对6带和3带有统一的规定。我国大陆经度范围：东经732713509统一6带投影带号范围1323统一3带

10、投影带号范围2545两种投影带的带号不重复不重复 1.5带投影国际上没有统一规定，通常是使1.5带的中央子午线与统一3带投影的中央子午线或边缘子午线重合。 任意带投影通常用于建立城市独立坐标系。（3）高斯平面直角坐标系 坐标系建立在一个投影带，以中央经线纵坐标轴，以 x 表示，北方向为正；赤道为横坐标轴，以 y 表示，东方向为正；中央经线和赤道交点为原点。象限按顺时针方向编号。道道赤赤中中央央子子午午线线NSxy 与数学坐标系的区别X 轴与轴与Y 轴互换位置，象限轴互换位置，象限顺时针编号。顺时针编号。 自然坐标与通用坐标自然坐标自然坐标：点的坐标的实际值PxPyPQyQxQyxO通用坐标我国

11、位于北半球，x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，最大y坐标负值约为-334km。为保证y坐标恒为正，我国规定：每带坐标原点西移500km。既给每个点的y坐标值加500km。xPyPyPQyQxQyQyP500kmxO为确定投影带位置，y坐标前冠带号。此坐标为通用坐标通用坐标。测绘部门提供的坐标成果均为测绘部门提供的坐标成果均为通用坐标。通用坐标。 例：已知A、B两点位于20带，其坐标自然值为： xA347218.971m yA245863.732m xB347218.971m yB245863.732m则，其通用坐标为： xA通347218.971m yA通20745863.732m xB通3

12、47218.971m yB通20254136.268m（4）假定平面直角坐标系假定平面直角坐标系城市测量规范(CJJ 8-99)规定，面积小于25km2的城镇，可不经投影采用假定平面直角坐标系统在平面上直接进行计算。将测区中心点C沿铅垂线投影到大地水准面上得c点，用过c点的切平面来代替大地水准面，在切平面上建立的测区平面直角坐标系称为“假定平面直角坐标系假定平面直角坐标系”。坐标系的原点选在测区西南角以使测区内点的坐标均为正值，以过测区中心的子午线为轴方向。2. 确定点的高程系 1）高程地面点沿铅垂线到大地水准面的距离称为该点的绝对高程绝对高程或海拔，简称高程高程。通常用加点名作下标表示,如H

13、A、HB。地面点到任意假定水准面的铅垂距离，称为假定高程假定高程。 2）高差两个地面点之间的高程差称为高差高差，记为h。地面点A 和B 的高差：两点间的高差与高程起算面无两点间的高差与高程起算面无关关ABABABHHHHh3）国家高程系统（1） 1956年黄海高程系1954年在青岛市观象山建立了水准原点。1956年，以1950年1956年7年的潮汐记录资料推算出推算出的大地水准面为基准。引测出水准原点的高程为72.289m。以此建立的高程系称为：1956年黄海高程系年黄海高程系简称56黄海系黄海系水准原点至1956年黄海高程系0海平面的高程（2） 1985国家高程基准80年代，以1953年19

14、77年25年的潮汐记录资料推算出推算出的大地水准面为基准。引测出水准原点的高程为72.260m。以此建立的高程系称为：1985国家高程基准国家高程基准简称85高程基准高程基准水准原点至1985国家高程基准0海平面的高程3. WGS-84坐标系原点位于地球质心Z 轴指向 BIH1984.0 定义的协议地球极（CTP）方向X 轴指向BIH1984.0的零度子午面和CTP赤道的交点Y 轴通过右手规则确定问题：当测区范围究竟多大时，用水平面代替大地水准面所产生的距离和高差变形才不超过测图误差的允许范围？1. 对水平距离的影响对水平距离的影响222333333331313131tantantanRDDD

15、RDRRDRRRDDD结论：半径10km圆内，可用切平面代替大地水准面。2. 对高程的影响RDRhRRopopPpPph212124521secsec2242结论：高程的起算面不能用切平面代替问题：怎样完成测量任务？测量的基本问题是什么？确定地面点位需要做哪些工作？测量遵循的原则是什么？1. 测量的任务1）测定首先，在测区内均匀布置一些点，通过测量计算出它们的x，y，H三维坐标。然后，在控制点上安置仪器，测量出地物、地貌特征点的坐标，按一定的比例尺、图式规定的符号缩小展绘在图纸上。控制点碎部点测量与计算控制点坐标的方法与过程 控制测量控制测量测量碎部点坐标的方法与过程 碎部测量碎部测量2）测设将图纸设计的建构筑物放样到实地如图，已设计出P、Q、R三幢建筑物，要将其放样到地面。极坐标法：在控制点A点安置仪器，F点定向，拨角1，在该方向上量距S1。2. 测量工作的原则测定、测设在控制点上进行的 先控制后碎部先控制后碎部测量规范规定，测量控制网由高级向低级分级布设。 由高级到低级由高级到低级控制网等级越高，网点之间的距离就越大，点的密度就越稀、控制的范围就越