《普通测量学》--第1章概述(1)(2)

1、1普通测量学普通测量学资环学院资环学院(GIS(GIS专业专业) )况代智况代智2010.92010.921-1 1-1 测量学的内容和任务测量学的内容和任务 一、测量一、测量 是指用一定的仪器，有是指用一定的仪器，有对象、有目的地进行某种实际操作及其对象、有目的地进行某种实际操作及其过程。通过这样的操作及过程，可以产过程。通过这样的操作及过程，可以产生能用数字表示的结果，称其为观测值生能用数字表示的结果，称其为观测值第一章第一章 测量学概述测量学概述 3测量学与其他测量的联系区别测量学与其他测量的联系区别 本质是一样的，都是把被测对象与本质

2、是一样的，都是把被测对象与标准比较，而不同的是它们各自的研标准比较，而不同的是它们各自的研究究对象不同。我们测量学的研究对象是对象不同。我们测量学的研究对象是地地球。球。4二、二、 测量学的研究对象测量学的研究对象主要是主要是地球的形状地球的形状、大小大小和地和地球表面的各种球表面的各种物体的几何形状物体的几何形状及其及其空间位置空间位置关系。关系。5三、测量学的定义和内容三、测量学的定义和内容1 1、定义、定义: : 测量学是一门研究如何确定地面点测量学是一门研究如何确定地面点位的空间位置，将地球表面的地貌、地位的空间位置，将地球表面的地貌、地物、行政和权属界线测绘成图，以及将物、行政和权属

3、界线测绘成图，以及将规划设计的点和线在实地定位的科学。规划设计的点和线在实地定位的科学。6一是确定地球的形状和大小；一是确定地球的形状和大小；二是将地球表面的地形及其它信息测绘二是将地球表面的地形及其它信息测绘成图；成图； 三是进行经济建设、国防建设和科学管三是进行经济建设、国防建设和科学管理所必须的测绘工作。理所必须的测绘工作。 2 2、内容：、内容：7一、测绘学科一、测绘学科 1 1、内涵内涵 2 2、研究内容和任务研究内容和任务： (1) (1) 测定重力场，建立坐标系统，表示测定重力场，建立坐标系统，表示点点 的位置。的位置。 (2) (2) 控制测量和地形测量控制测量和地形测量 (3

4、) (3) 工程测量工程测量1-2 1-2 测绘学科的内涵与发展概况测绘学科的内涵与发展概况 83 3、发展概况发展概况世界上古时代，中国利用指南针来测定方位和世界上古时代，中国利用指南针来测定方位和埃及金字塔的建立。埃及金字塔的建立。 近代光学仪器的产生，使测量科学迈了一近代光学仪器的产生，使测量科学迈了一大步大步上世纪上世纪6060年代，电子测绘仪器的出现，人造卫年代，电子测绘仪器的出现，人造卫星的发射，星的发射，GPSGPS的出现，都大大促进了测量学的出现，都大大促进了测量学的发展。的发展。9二、测量学科的几个分支二、测量学科的几个分支 大地测量学大地测量学 摄影测量学摄影测量学 工程测

5、量学工程测量学地形测量学地形测量学 制图学制图学 海洋测绘学海洋测绘学10111213141、在军事上的应用；、在军事上的应用；2、在房产、国土管理方面的应用、在房产、国土管理方面的应用3、在工程建设中的应用：、在工程建设中的应用： 公路、铁路的测量公路、铁路的测量 桥墩的放样定位桥墩的放样定位 隧道的贯通隧道的贯通 城市规划、给水排水等市政工程的建设城市规划、给水排水等市政工程的建设 建筑物的施工图、竣工图及变形观测建筑物的施工图、竣工图及变形观测三、测量学在社会主义建设中的作用三、测量学在社会主义建设中的作用151-3 1-3 地面点位的确定和坐标系地面点位的确定和坐标系一、地球的形状和大

6、小一、地球的形状和大小(the shape and size of the earth)(the shape and size of the earth)认识地球是人类探索的目标之一，认识地球是人类探索的目标之一， 也是测量学也是测量学 的任务之一。的任务之一。绝大多数测量工作是在地球上进行，或绝大多数测量工作是在地球上进行，或作为参考系。作为参考系。测量学要解决的问题实质上是确定地面测量学要解决的问题实质上是确定地面点的位置。因此我们必须先了解地球的点的位置。因此我们必须先了解地球的形状和大小。形状和大小。16( (一一) )地球自然表面地球自然表面不规则曲面，海洋不规则曲面，海洋71%平均

7、半径平均半径6371km 珠峰海拔珠峰海拔8848.13m马里亚那海沟深马里亚那海沟深11022m新高：新高：8844.43m8844.43m17( (二二) )大地水准面大地水准面(mean sea level)(mean sea level) 假设某个静止不动的水假设某个静止不动的水面延伸而穿过陆地，包面延伸而穿过陆地，包围整个地球，形成一个围整个地球，形成一个闭合曲面称为闭合曲面称为水准面水准面。 水准面上是重力等势面水准面上是重力等势面 水准面上任一点的铅垂水准面上任一点的铅垂 线都垂直该点上曲面的切面线都垂直该点上曲面的切面 与平静的平均海水面相与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆

8、地重合、并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为而形成的封闭曲面称为大地水准面大地水准面 大地水准面包围的形体大地水准面包围的形体称为称为大地体大地体(Geoid) 最佳的参考最佳的参考 椭球面椭球面 大地大地水准面水准面大地水准大地水准面差距面差距N18大地水准面大地水准面(续续)由于地表起伏以及由于地表起伏以及地球内质量分布不地球内质量分布不均匀，所以大地水均匀，所以大地水准面是个复杂的曲准面是个复杂的曲面面水准面和铅垂线是水准面和铅垂线是野外观测的基准面野外观测的基准面和基准线。和基准线。19( (三三) ) 旋转椭球体旋转椭球体 由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描述由于大地水准面是不规则

9、曲面，无法准确描述和计算，也难以在其面上处理测量成果。和计算，也难以在其面上处理测量成果。配合最佳的参考椭球面 大地水准面大地水准大地水准面差距面差距N20( (三三) ) 旋转椭球体旋转椭球体 因此，用一非常因此，用一非常接近大地水准面的数接近大地水准面的数学面学面-旋转椭球面旋转椭球面代代替大地水准面，用旋替大地水准面，用旋转椭球体描述地球，转椭球体描述地球，称称参考椭球体参考椭球体。P PP P0长半径长半径 a=6378137ma=6378137m 短半径短半径b=6356752mb=6356752m扁率扁率f=(a-b)/bf=(a-b)/b=1/298.257=1/298.257当

10、测区面积不大时，可把地球当作圆球看待当测区面积不大时，可把地球当作圆球看待Q Q21二、地面点位的确定二、地面点位的确定地理坐标系地理坐标系地心坐标系地心坐标系平面直角坐标系平面直角坐标系天文地理坐标系天文地理坐标系大地地理坐标系大地地理坐标系高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系地区平面直角坐标系地区平面直角坐标系建筑坐标系建筑坐标系22地面点位的表示方法地面点位的表示方法 以基准面为准，用以基准面为准，用三维坐标三维坐标表示表示 2）小范围内点位的）小范围内点位的 表示表示1）大范围内点位的表示）大范围内点位的表示 球面坐标系球面坐标系平面坐标系平面坐标系点点 投投 影影 球面坐标系球面坐标

11、系平面坐标系平面坐标系用用2个坐标值表示点的位置个坐标值表示点的位置第第3个坐标值用个坐标值用绝对高程绝对高程/海拔海拔表示表示 23( (一一) )地理坐标系地理坐标系1）天文地理坐标）天文地理坐标2）大地地理坐标）大地地理坐标- -经度；经度； - -纬度纬度确定确定 、的基本线为：的基本线为：铅垂线铅垂线L-大地经度；大地经度；B-大地纬度大地纬度确定确定L、B的基本线为：的基本线为：法法线线L= -（/COS ） 东西方向的偏差分量东西方向的偏差分量B= 南北方向的偏差分量南北方向的偏差分量图图24天文地理坐标系天文地理坐标系- -经度经度- -纬度纬度天文测量方法测定天文测量方法测定

12、PPQQ首子午线首子午线铅垂线铅垂线25大地地理坐标系大地地理坐标系L L- -大地经度大地经度B B- -大地纬度大地纬度PPQQBL首子午线首子午线法线法线26基本线基本线椭球面的法线椭球面的法线基本面基本面包含法线和南包含法线和南北极北极 的大地子午面的大地子午面(L,B)(L,B)是根据大地原点的是根据大地原点的坐标推算出来的。坐标推算出来的。该原点在陕西省泾阳县该原点在陕西省泾阳县其其(L,B)(L,B)与与(,(,) )相一致相一致以该大地原点建立的坐以该大地原点建立的坐标系称为标系称为8080国家大地坐国家大地坐标系标系27( (二二) )地心坐标系地心坐标系属于属于空间三维直角

13、坐标空间三维直角坐标系系，A A点位置可用点位置可用(Xa, Ya(Xa, Ya, , Za Za) )来表示。来表示。起始子午面起始子午面x yz A2835759 600 0 = 6 N 3 Y(三三)高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系1、6 带的划分带的划分X格林威治格林威治天文台天文台15913217 1810599赤道赤道中央子午线中央子午线经度经度6 带号带号N3 0 6 290中央子午线中央子午线NS赤道赤道母线母线303 3、点在高斯坐标系中的坐标值、点在高斯坐标系中的坐标值中央子午线中央子午线( (X X轴轴),),赤道赤道( (Y Y轴轴),),交点为原点交点为原点18B

14、 A坐标值的表示方法坐标值的表示方法纵坐标值纵坐标值X XA A=X=XB B=3 236 107.860m=3 236 107.860m设设YYA A= =- -YYB B=056 103.445m=056 103.445m横坐标值横坐标值Y YA A= =1818 5 5 56103.44556103.4451818带号带号, , 5-X5-X轴西移轴西移500km500km原横坐标值原横坐标值Y+500 000,Y+500 000,再冠以带号再冠以带号= = 18 18 ( ( 500 0000-56 103.445)500 0000-56 103.445)= = 1818 443 89

15、6.555 443 896.555Y YB B18YX031高斯坐标系小结：高斯坐标系小结：1 1、中央子午线和赤道被投影成互相、中央子午线和赤道被投影成互相正交正交的的 直线。直线。2 2、其它经线投影成凹向中央子午线，且以、其它经线投影成凹向中央子午线，且以 它为对称轴的曲线。它为对称轴的曲线。3 3、曲面上的图形投影到平面上伴有三类变、曲面上的图形投影到平面上伴有三类变 形：角度变形、长度变形、面积变形形：角度变形、长度变形、面积变形4 4、高斯投影是正形投影，无角度变形、高斯投影是正形投影，无角度变形5 5、中央经线投影后长度不变，其它经线投、中央经线投影后长度不变，其它经线投 影后均

16、变长，离之越远，变形越大。影后均变长，离之越远，变形越大。32( (四四) )独立直角坐标系（假设直角坐标系）独立直角坐标系（假设直角坐标系）Y（东，正值）（东，正值） 西（负值）西（负值）南（负值）南（负值） X（东，正值）（东，正值） 0一般将原点设于测区的西南角一般将原点设于测区的西南角 小小范范围围测测图图33( (五五) ) 地面点的高程地面点的高程绝对高程绝对高程(高程或海拔高程或海拔) ：地面点到大地水准面的铅地面点到大地水准面的铅垂距离垂距离 。H相对高程相对高程 H高差：高差：两点之间的高程两点之间的高程之差。之差。h标高标高341-4 1-4 测量工作的程序及基本内容测量工作的程序及基本内容一、基本概念一、基本概念 地形地形地貌地貌：地球表面的形状，自然而成的，如山岭、沟堑、：地球表面的形状，自然而成的，如山岭、沟堑、河谷河谷地物地物：地球表面上的各种物体，由人工建造而成，如：地球表面上的各种物体，由人工建造而成，如桥梁、房屋桥梁、房屋351、测量工作的基本原则、测量工作的基本原则在测量布局上在测量布局上“由整体到局部由整体到局部”在精度上在精度上“由高级到低级由高级到低级”在程序上在程序上“先控制后碎部先控制后碎部”处处有检查，以保