測(cè)量學(xué)第1章40214

1、 第一章 測(cè)量學(xué)概述內(nèi)容提要：第一章第一章 測(cè)量學(xué)概述測(cè)量學(xué)概述 學(xué)習(xí)要點(diǎn) 測(cè)量學(xué)的概念 測(cè)量學(xué)的基本任務(wù) 測(cè)量學(xué)的特點(diǎn) 測(cè)量的基準(zhǔn)面 地面點(diǎn)位的確定 測(cè)量的程序與原則測(cè)量學(xué)的基本概念測(cè)量學(xué)的概念測(cè)量學(xué)的概念測(cè)量學(xué)的作用測(cè)量學(xué)的作用測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類1.測(cè)量學(xué)的概念 測(cè)量學(xué)是研究地面上點(diǎn)與點(diǎn)之間相對(duì)位置關(guān)相對(duì)位置關(guān) 系系的科學(xué)（包括地面、地下、空間）。 測(cè)量學(xué)利用測(cè)量儀器和工具，用測(cè)量的方法 和手段，來確定點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)關(guān)系，主要 是指地面點(diǎn)之間的角度與距離角度與距離關(guān)系。而在多個(gè) 點(diǎn)之間，它們又構(gòu)成線和面線和面的關(guān)系。 通過計(jì)算，地面點(diǎn)的位置可用坐標(biāo)和高程數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)來表示，根

2、據(jù)工程需要，也用圖圖來表示，如 地形圖、斷面圖，等。1.測(cè)量學(xué)的概念測(cè)量學(xué)的概念 測(cè)量工作主要為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)為國民 經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供各類地形圖地形圖，以及所需的地面 現(xiàn)狀度量數(shù)據(jù)，供工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)、 國防建設(shè)及各類工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管 理等使用；同時(shí)也為各類工程建設(shè)的實(shí)施提 供現(xiàn)場(chǎng)的精確定位精確定位。 此外，在國防、公安、地震與災(zāi)情監(jiān)測(cè)等 領(lǐng)域，測(cè)量工作的配合起著越來越重要的作 用。2.測(cè)量學(xué)的作用測(cè)量學(xué)的作用3.測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類測(cè)量學(xué)的學(xué)科分類大地測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué) 研究全球全球或廣大地區(qū)廣大地區(qū)的大范圍的定位測(cè)量，考慮地球曲 率、重力。分常規(guī)大地測(cè)量和衛(wèi)星大地測(cè)

3、量。地形測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué) 研究各種比例尺的地形圖、地籍圖測(cè)繪。主要 研究小地小地區(qū)區(qū)大比例尺地形圖的測(cè)繪。攝影測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué) 對(duì)地面進(jìn)行航空攝影或遙感，利用地面的影像和光譜資 料繪制地形圖。工程測(cè)量學(xué)工程測(cè)量學(xué) 研究為各類工程的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等各階段所需進(jìn)行的 測(cè)量工作與方法。制圖學(xué)制圖學(xué) 研究地圖、地形圖編繪。測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)測(cè)量學(xué)的基本任務(wù) 兩個(gè)任務(wù)：測(cè)定、測(cè)設(shè)。兩個(gè)任務(wù)：測(cè)定、測(cè)設(shè)。 測(cè)定地面現(xiàn)狀的位置。測(cè)定的成果：測(cè)定地面現(xiàn)狀的位置。測(cè)定的成果：(1).數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 坐標(biāo)(球面坐標(biāo)、平面坐標(biāo)) 、高程、 角度、距離、地面直線的方位角、坡度、 面積、 等。(2).圖圖 地形圖、平面圖、

4、地籍圖、斷面圖、 沉降圖，工程圖， 等。1.1.測(cè)定測(cè)定（地面（地面 圖紙）圖紙） 將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物、將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物、 構(gòu)筑物的平面位置和高程，放構(gòu)筑物的平面位置和高程，放 樣于實(shí)地，作為施工的依據(jù)。樣于實(shí)地，作為施工的依據(jù)。 也叫也叫施工放樣施工放樣。測(cè)設(shè)的成果：測(cè)設(shè)的成果： 體現(xiàn)設(shè)計(jì)的平面位置和高程 的現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)志。 2.測(cè)設(shè)測(cè)設(shè)（圖紙（圖紙 地面）地面）測(cè)量學(xué)的特點(diǎn)和要求 一一.特點(diǎn)特點(diǎn) 實(shí)踐性強(qiáng)，責(zé)任性要求高， 必須遵照測(cè)量的規(guī)范和規(guī)則。 內(nèi)容多：測(cè)量學(xué)基本原理、誤差理 論、儀器使用、作業(yè)方法、基本計(jì) 算，等。 1.1.學(xué)會(huì)和掌握測(cè)量的基本作業(yè)方法：學(xué)會(huì)和掌握測(cè)量的基本作

5、業(yè)方法： 角度測(cè)量、距離測(cè)量、高程測(cè)量 （儀器的基本操作、作業(yè)程序、記錄、成果整理） 2.2.掌握測(cè)量儀器的檢驗(yàn)和校正方法掌握測(cè)量儀器的檢驗(yàn)和校正方法 （測(cè)量儀器的軸線關(guān)系、檢驗(yàn)和校正的作業(yè)方法） 3.3.學(xué)會(huì)控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工放樣學(xué)會(huì)控制測(cè)量、地形測(cè)量、施工放樣 的基本作業(yè)方法的基本作業(yè)方法 （外業(yè)測(cè)量、內(nèi)業(yè)計(jì)算與繪圖） 4.4.建立測(cè)量誤差的基本概念建立測(cè)量誤差的基本概念 （掌握測(cè)量誤差的基本理論和測(cè)量誤差的計(jì)算）二二.學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)要求：要求： 野外作業(yè)：野外作業(yè)：嚴(yán)格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序。 記記 錄：錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改 （按規(guī)定方式改數(shù)）。 計(jì)計(jì) 算：算：按平差規(guī)則、

6、作計(jì)算檢核、保證計(jì)算精度 （小數(shù)取位）。 正正 負(fù)負(fù) 號(hào)：號(hào)：在以下數(shù)據(jù)前，加“+、-”號(hào)：高差、豎 直角、指標(biāo)差、坐標(biāo)增量、所有的閉合 差、改正數(shù)。5.其他要求其他要求測(cè)量的基準(zhǔn)面測(cè)量的基準(zhǔn)面 測(cè)量工作使用兩個(gè)基準(zhǔn)面：測(cè)量工作使用兩個(gè)基準(zhǔn)面： 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面 旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面 一一.大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面特性（特性（3個(gè)）：個(gè)）：l絕對(duì)高程高程的起算面l處處與鉛垂線相垂 直 l不規(guī)則、封閉的大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面：平均海水面向陸地延伸包圍整個(gè)：平均海水面向陸地延伸包圍整個(gè) 地球而形成一個(gè)封閉的曲面地球而形成一個(gè)封閉的曲面。二二.旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面可用數(shù)學(xué)式表示的光

7、滑曲面，代替大地體， 且非常接近于大地體。旋轉(zhuǎn)橢球體面作為 建立坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)的基準(zhǔn)面。目前已知： a=6378137m b=6356752m 扁率 f=1/298.257以地球自轉(zhuǎn)軸為短軸pp1的橢圓pep1q繞pp1旋轉(zhuǎn)而 成的橢球體；我國1980年大地測(cè)量坐標(biāo)系采用： a=6378140m b=6356755m 扁率 f=1/298.257二二.旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面地面點(diǎn)位的確定三個(gè)數(shù)據(jù)表示一個(gè)空間點(diǎn)位： 平面坐標(biāo)x x、y y(或球面坐標(biāo)經(jīng) 度、緯度)，由坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)系統(tǒng)表示。 高程h h，由高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)表示。地面點(diǎn)位的確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)地面點(diǎn)的高程采用地心坐標(biāo)系時(shí)，表示為空 間三

8、維直角坐標(biāo)x x、y y、z z。一一.地面點(diǎn)的坐地面點(diǎn)的坐標(biāo)標(biāo)三種表示方法：1.1.天文坐標(biāo)天文坐標(biāo) 2.大地坐標(biāo)大地坐標(biāo)3.高斯高斯(gauss)平面直角坐標(biāo)平面直角坐標(biāo)一一.地面點(diǎn)的坐標(biāo)地面點(diǎn)的坐標(biāo)1.天文坐標(biāo)天文坐標(biāo) 天文經(jīng)度 ，0180 天文緯度 ，090 點(diǎn)投影在大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面上的位置， 天文方法測(cè)定。名詞：首子午線、東經(jīng)、西經(jīng)；赤道、北緯、南緯。1.1.天文坐標(biāo)天文坐標(biāo)2.大地坐標(biāo)大地坐標(biāo) 大地緯度b b 大地經(jīng)度l l點(diǎn)投影在參考橢球面參考橢球面上的位置。我國目 前使用“19801980年國家大地坐標(biāo)系年國家大地坐標(biāo)系”。2.2.大地坐標(biāo)大地坐標(biāo)3.高斯平面直角坐標(biāo)高斯平

9、面直角坐標(biāo)3.高斯高斯(gauss)平面直角坐標(biāo)平面直角坐標(biāo)測(cè)量平面直角坐標(biāo)系o yx象限 象限象限 象限（1）測(cè)量平面直角坐標(biāo)系）測(cè)量平面直角坐標(biāo)系 及點(diǎn)的坐標(biāo)：及點(diǎn)的坐標(biāo)： 測(cè)量平面直角坐標(biāo)系如右圖， 所有平面三角學(xué)公式平面三角學(xué)公式都同樣能 在測(cè)量坐標(biāo)系計(jì)算中應(yīng)用。pxpyp 采用高斯投影的方法，將旋轉(zhuǎn)橢球體面 投影到平面上表示。高斯坐標(biāo)系建立高斯坐標(biāo)系建立1高斯投影方法：高斯投影方法：將橢球面投影到平面上。 在橢球面上劃分投影帶劃分投影帶逐帶投影到圓柱面 上展開圓柱面成平面直角坐標(biāo)系； 特點(diǎn)：采用正形投影正形投影（即保角變換、保角影 射）(2).高斯平面直角坐標(biāo)系的建立高斯平面直角坐標(biāo)

10、系的建立高斯坐標(biāo)系建立高斯坐標(biāo)系建立2使投影帶的中央子午線中央子午線與圓柱體相切，投影時(shí)其 長度不變，展開后為x軸軸，向北為正； 赤道赤道與中 央子午線正 交，展開后為y軸軸向東為正。高斯投影示意圖高斯坐標(biāo)表示高斯坐標(biāo)表示(3).高斯平面直角坐標(biāo)的表示高斯平面直角坐標(biāo)的表示 a）將以中央子午線為x軸的橫坐標(biāo)加上500000米； （縱坐標(biāo)不變）（縱坐標(biāo)不變） b）為區(qū)分各坐標(biāo)帶，再在各點(diǎn)橫坐標(biāo)之前加上坐 標(biāo)帶的帶號(hào)。 為使用方便，將x軸向西移500km例：例：設(shè)第21投影帶內(nèi)a、b投 影的橫坐標(biāo)分別為： ya=+ 224567m yb=245678m 則則： ya =500000+224567=

11、724567m yb =500000-245678=254322m即即： ya =21724567m yb=21254322m二二.地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程二二. .地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)1.地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程1.1.地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程 相對(duì)高程相對(duì)高程假定高程(多用于建筑施工)絕對(duì)高程絕對(duì)高程 地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的距離。2.高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)我國國家高程系統(tǒng)：高程系統(tǒng)：黃海高程系黃海高程系我國國家高程基準(zhǔn)：高程基準(zhǔn)： 1985年年國家國家高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)我國取青島附近黃海平均海水面為大地水準(zhǔn)面

12、； 人為而定，相對(duì)穩(wěn)定(我國1956年取前6年的平 均潮位作為大地水準(zhǔn)面；1985年取1953年1979 年共26年觀測(cè)的平均潮位作為大地水準(zhǔn)面)；水準(zhǔn)原點(diǎn)水準(zhǔn)原點(diǎn)建在青島市內(nèi)，作為我國的國家高程 基準(zhǔn)。1956年高程基準(zhǔn)的高程為72.289米， 1985年高程基準(zhǔn)的高程為72.260米。上海地區(qū)高程系統(tǒng)：上海地區(qū)高程系統(tǒng)：吳淞高程系吳淞高程系2.高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)測(cè)量程序與原則測(cè)量工作的基本原則測(cè)量工作的基本原則測(cè)量工作的程序測(cè)量工作的程序確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素水準(zhǔn)面曲率對(duì)觀測(cè)量的影響水準(zhǔn)面曲率對(duì)觀測(cè)量的影響測(cè)量的程序與原則布局上：由整體到局部

13、由整體到局部精度上：由高級(jí)到低級(jí)由高級(jí)到低級(jí)次序上：先控制后細(xì)部先控制后細(xì)部 一一.測(cè)量工作的基本原則測(cè)量工作的基本原則(p14圖示)所有測(cè)量工作都必須遵循以上原則，也 是測(cè)量的工作程序。二二.測(cè)量工作的程序測(cè)量工作的程序由整體到局部由高級(jí)到低級(jí)先控制后細(xì)部控制測(cè)量與細(xì)部測(cè)量三三.確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素稱為三個(gè)基本觀測(cè)量水平距離 s水平夾角高 差 h1.地面點(diǎn)投影到水平面上以后的關(guān)系地面點(diǎn)投影到水平面上以后的關(guān)系地面點(diǎn)投影到水平面上以后，它們之間的 關(guān)系就是水平距離水平距離s s和水平角水平角 的關(guān)系。abcabcsabsbc水平面觀測(cè)s s和 ，可用于計(jì)算 點(diǎn)的

14、坐標(biāo)x、y。不管地面點(diǎn)之間相隔多遠(yuǎn)，它們?cè)诟叱躺?的關(guān)系就是高差高差h h。 大地水準(zhǔn)面abhabha hb高差h用于確定(計(jì)算)地面點(diǎn)的高程h。如 果a點(diǎn)高程ha已知，只要測(cè)定b點(diǎn)與a點(diǎn)的 高差高差hab，就可以計(jì)算出b點(diǎn)高程高程hb ： hb = ha + hab2.地面點(diǎn)之間的高差關(guān)系地面點(diǎn)之間的高差關(guān)系四四. .水準(zhǔn)面曲率對(duì)觀測(cè)量的影響據(jù)此確定可用水平面代替 水準(zhǔn)面的最大范圍。簡化計(jì)算，對(duì)精度無影響。在小測(cè)區(qū)內(nèi)，用水平面代替水準(zhǔn)面，討論由 此對(duì)距離、角度、高差的影響； s(km) s(cm) s/ss(km) s(cm) s/s10 0.8 1：120萬 25 12.8 1：20萬 5

15、0 102.7 1：49000 100 821.2 1：12000結(jié)論結(jié)論1 1：在半徑小于10km的范 圍內(nèi)量距，不必考慮 地球曲率改正。由 圖：式中取： 顧 及 s/s=s2/3r2 (1-5-2) )(tantanrrrsds得：,/ rs3533115231tan1.水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平距離的影響水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平距離的影響 p(kmp(km2 2) ) 10 0.05 *100 0.51 400 2.03 2500 12.70 結(jié)論結(jié)論2 2： 在半徑小于10km的范圍內(nèi) 進(jìn)行水平角測(cè)量，不必考 慮地球曲率改正。 由結(jié)論1、2知，在半徑小于10km的 范圍內(nèi)進(jìn)行一般工程的平面測(cè)量與 計(jì)算，不必考慮地球曲率改正。2.2.水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平角度的影響水準(zhǔn)面曲率對(duì)水平角度的影響對(duì)球面上面積為p的圖形，有球面角超公式：2rp3.3.水準(zhǔn)面曲率對(duì)高差的影響水準(zhǔn)面曲率對(duì)高差的影響 s（km) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1 2 5 10h(mm) 0.8 3.1 7.1 13 20 78 314 1962 7848 水平面代替水準(zhǔn)面的高程誤差結(jié)論結(jié)論3 3：高程測(cè)量時(shí)，哪怕距離很近， 也必須考慮地球曲率的影響。(1-5-3)由圖：rdhrdhdrhhd