水利工程测量2测量学基础知识讲义（36图文丰富）

水利工程程测量第2章测测量学的的基础知知识主讲教师师：高飞10/27/20221合肥工业业大学土木与水水利学院院测量工工程系第2章测测量学的的基础知知识§2.1地地球球的形状状和大小小10/27/20222合肥工业业大学第2章测测量学的的基础知知识§2.1地地球球的形状状和大小小10/27/20223合肥工业业大学第2章测测量学的的基础知知识§2.1地地球球的形状状和大小小10/27/20224合肥肥工工业业大大学学第2章测测量量学学的的基基础础知知识识§2.1地地球球的的形形状状和和大大小小10/27/20225合肥肥工工业业大大学学第2章测测量量学学的的基基础础知知识识§2.1地球球的的形形状状和和大大小小一、、地地球球形形状状和和大大小小1.地球球是是一一个个表表面面起起伏伏较较大大的的椭椭球球地球球表表面面最最高高峰峰：：8844.43m海洋洋底底部部最最深深处处:11022.00m地球球表表面面最最大大高高差差近近20km2.地球球又又是是一一个个近近似似光光滑滑的的水水球球大陆陆面面积积:占29%海洋洋面面积积:占71%3.地球球平平均均半半径径:6371km10/27/20226合肥肥工工业业大大学学测量量工工作作是是在在地地球球表表面面进进行行的的。。地地球球表表面面虽虽然然很很不不规规则则，，有有高高山山、、平平原原、、丘丘陵陵、、海海洋洋等等。。但但这这些些起起伏伏相相对对于于地地球球本本身身十十分分微微小小。。10/27/20227合肥工业业大学抽象一、地球球的形状状10/27/20228合肥工业业大学实际地球球地球表面面大地体旋转椭球球体大地水准准面旋转椭球球面一、地球球的形状状10/27/20229合肥工业业大学大地体旋转椭球球体大地水准准面参考椭球球面？为什么需要抽象出两个‘椭球’一、地球球的形状状10/27/202210合肥工业业大学§2.1地球的形形状和大大小二、基本本概念1.重力方向向线即铅垂线线,是测量工工作的基准线2.水准面自由静止止的水面面;是等位面面,有无数个个地心O离心力地心引力力重力G重力的方向线称为铅垂线10/27/202211合肥工业业大学§2.1地球的形形状和大大小二、基本本概念3.大地水准准面静止平衡衡状态下下的平均均海水面面,向大陆岛岛屿延伸伸而形成成的闭合合水准面面.特性:唯一性、、等位面面、不不规则曲曲面作用：测量野外外工作的的基准面4.大地体由大地水水准面包包围的的地地球形体体，是不不规则球球体。10/27/202212合肥工业业大学二、基本本概念5.旋旋转椭球球与大地体体非常接接近的数学椭球球长半径为为a，短半径为为b扁率数学模型型地地球平均均半径R=6371km§2.1地地球球的形状状和大小小ZYX10/27/202213合肥工业业大学§2.2地球椭球球——参考椭球球体旋转椭球球理论上上是唯一一的数学学球体旋转椭球球参数，，难以全全球统一一确定；；各国自自己测定定并采用用的旋转转椭球称称为参考椭球球同时顾及及地球几几何参数数和物理理参数的的旋转椭椭球称为为地球椭椭球体，，又称为为参考椭球球体参考椭球球面是测量计计算和制制图的基基准面10/27/202214合肥工业业大学§2.3地面点位位的确定定地球表面面所有地地理空间间信息总总称为地形。地形包括地物和地貌两大部分分10/27/202215合肥工业业大学§2.3地面点位位的确定定地物：地面上上人造和和天然的的固定物物体将地物特征点按比例缩缩小在图图纸上，，并用一一定的地地物符号号绘制在在地形图图上。10/27/202216合肥工业业大学§2.3地面点位位的确定定地貌：地面高高低起伏伏的形态态在地形图图上通常常用等高线来表示地地貌10/27/202217合肥工业业大学§2.3地面点位位的确定定地面点的的空间位位置由三三维坐标标确定，，包括球面坐坐标（L，B，H）或（X，Y，Z）平面坐坐标(x,y)和高程H，可写为为(x,y，H)10/27/202218合肥工工业大大学§2.4测量中中常用用的坐坐标系系统地面点点位的的坐标标与选选用的的地球球椭球球和坐坐标系系统有有关，，测量量中常常用的的坐标标系统统有：：天文文坐标标系、、大地地坐标标系、、高斯斯平面面直角角坐标标系、、独立立平面面直角角坐标标系一、天天文坐坐标系系球面坐坐标，，称为为地理理坐标标基准面面：大地地水准准面基准线线：铅垂垂线地面点点位用用天文文经度度和天天文纬纬度来来表示示10/27/202219合肥工工业大大学二、大大地坐坐标系系基准面面：参考考椭球球面基准线线：法线线地面点点位用用大地地经度和大地地纬度来表示示1.1954年北京京坐标标系2.1980国家大大地坐坐标系系3.WGS-84世界大大地坐坐标系系§2.4测量中中常用用的坐坐标系系统三、空间直直角坐坐标系系三维坐坐标(X,Y,Z)10/27/202220合肥工工业大大学1980国国家大大地坐坐标系系大地原原点——位位于陕陕西省省泾阳阳县永永乐镇镇10/27/202221合肥工工业大大学§2.4测测量量中常常用的的坐标标系统统四、大大地坐坐标和和空间间直角角坐标标的转转换五、高高斯投投影和和高斯斯平面面直角角坐标标系1.高高斯投投影———横切椭椭圆柱柱正形形投影影。又又称为为高斯斯—克克吕格格投影影。同同时满满足等等角和和高斯斯投影影条件件。目的：：将球面面坐标标转换换为平平面坐坐标。。10/27/202222合肥工工业大大学OSN赤道面中央子子午线线M高斯投投影的的概念念10/27/202223合肥工工业大大学1.高斯投投影中央子子午线线和赤赤道投投影后后成相相互垂垂直的的直线线。中央子子午线线长度度不变变，离离中央央子午午线越越远变变形越越大。。为保证证投影影精度度，必必须采采用分带投投影。6度投影影带：：中央子子午线线经度度为10/27/202224合肥工工业大大学2.高斯投投影分分带（1）6度投影影带：：中央子子午线线经度度为（2）3度投影影带：：中央子子午线线经度度为10/27/202225合肥工工业大大学五、高高斯投投影和和高斯斯平面面直角角坐标标系3.高斯平平面直直角坐坐标系系x坐标：中央央子午午线向向西平平移500km，向北为为正。。y坐标：赤道道，向向东为为正。。为区分分点位位所在在的高高斯投投影带带，在在Y坐标前前必须须加两两位数数的带号。如：我国六六度带带带号号N=13~23，三度带带带号号n=25~4510/27/202226合肥工工业大大学xⅣαⅠyⅢⅡⅡ高斯平面直直角坐坐标系系yⅡⅠⅠαxⅢⅣⅣ笛卡尔尔平面直直角坐坐标系系3.测量高斯平平面直直角坐坐标系系与数学笛卡尔尔平面直直角坐坐标系系的区区别10/27/202227合肥工工业大大学六、墨墨卡托托投影影——等角正正圆柱柱投影影在半径R<10km的范围围内，，可用用水平平面代代替大大地水水准面面作为为基准准面。。以磁子子午线线的方方向作作为X轴，向向北为为正；；其垂垂直方方向为为Y轴，向向东为为正。。坐标原原点选选在测测区西西南角角。x测区oy七、独独立平平面直直角坐坐标系系10/27/202228合肥工工业大大学§2.5地面点点的高高程一、高程地面点点沿铅铅垂线线方向向到高程基基准面面的距离离绝对高高程H（海拔））：地面点点沿铅铅垂线线方向向到大地水水准面面的距离离相对高高程H'：地面点点沿铅铅垂线线方向向到任意水水准面面的距离离高差h：地面两两点高高程之之差10/27/202229合肥工工业大大学二、我我国的的高程程系统统国家水水准原原点又称高高程零零点H。位于青青岛观观象山山，黄黄海平平均海海水面面为高高程基基准面面1956黄海高高程系系：H。=72.289m1985国家高高程基基准：H。=72.260m，相差29mm合肥市市目前前仍采采用上上海吴淞高高程系系如合肥肥市某某点:吴淞高高程—1.856m=85黄海高高程10/27/202230合肥工业大大学§2.6用水平面代代替水准面面的限度一、对距离离的影响大地水准面面上：在水平面上上：误差值：相对误差：：结论：当测区半径径r<10km时,误差仅为1/120万，可用水水平面代替大地水水准面10/27/202231合肥工业大大学二、对水平平角的影响响球面三角形形内角和球面角超P—球面三角形形面积R—地球半径，，结论：当测区范围围在100km2，用水平面代代替水准面面时，对角角度影响仅仅为0.51″″，在普通测测量工作中中可以忽略略不计10/27/202232合肥工业大大学三、对高程程的影响用水平面代替替水准面对对高程的影影响就是地球曲率对高程的影影响结论:必须顾及其其影响,进行改正10/27/202233合肥工业大大学§2.7测量工作的的基本概念念一、测量三三项基本工工作测量工作包包括测定和测设两部分，其其实质都是是确定地面面点的点位位确定点位