測量與地圖學(xué)基礎(chǔ)知識全

1、緒論1.測繪的定義：研究地球的形狀和大小，以及確定地面點（近地點、地下點等）相對位置的科學(xué) 測繪的任務(wù)：1、測定：又名測繪，測定地球表面的地物和地貌的位置與高程，并用圖的形式表達(dá)出來。2、測設(shè)：又稱放樣，將工程設(shè)計在實地標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。3、變形監(jiān)測：測量學(xué)的分支：1、 大地測量學(xué)：1 研究在地球表面大范圍建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀與大小及其重力場的科學(xué)。2 研究對象：地球表面一個較大的區(qū)域甚至整個地球，必須考慮地球的曲率。3 基本任務(wù)：建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和研究地球的重力場理論、技術(shù)和方法。2、地形測量學(xué)1 研究小地區(qū)地表各類地物形狀和大小的科學(xué)2 研究對

2、象：地球自然表面上一個區(qū)域，由于地球半徑很大，可以把這塊球面當(dāng)作平面看待而不考慮其曲率 。3 基本任務(wù)：測繪地表面各類物體形狀和大小。3、攝影測量與遙感學(xué)1利用攝影象片來研究地表形狀與大小的科學(xué)。其任務(wù)與地形測量學(xué)相同，只是采用的方法不同。 4、工程測量學(xué)5、海洋大地測量和制圖學(xué)新的地圖產(chǎn)品形式數(shù)字高程模型DEM數(shù)字線劃地圖DLG數(shù)字柵格地圖DRG數(shù)字正射影像DOM地圖學(xué)概念 :地圖學(xué)是地圖制作的藝術(shù)、科學(xué)和技術(shù)，以及將地圖作為科學(xué)文獻(xiàn)和藝術(shù)作品的研究。它概括了以上各種觀點著重強(qiáng)調(diào)了藝術(shù)；強(qiáng)調(diào)了地圖的制作；度地圖的類型1、按地圖信息存儲形式分類：模擬地圖、數(shù)字地圖2、按內(nèi)容分類：普通地圖、專題

3、地圖3、按比例尺分類 在我國地圖學(xué)領(lǐng)域的習(xí)慣劃分是： 比例尺1:10萬的地圖為大比例尺地圖 1:10萬比例尺1l00萬的地圖為中比例尺地圖 比例尺l:100萬的地圖為小比例尺地圖。1 / 26第一章 測量與地圖學(xué)基礎(chǔ)知識第一節(jié)：地球的形狀和大小一、地球自然表面地球真正的形狀并不是一個完美的標(biāo)準(zhǔn)的圓球體，而是一個兩極略扁的，赤道半徑略長，北級略突出、南極略扁平，近于梨形的橢球體。由于只有地球具有這種獨特的形狀，稱之為地球體二、地球體的物理表面 1.水準(zhǔn)面 ：為了尋求一種規(guī)則的曲面來取代地球的自然表面，人們設(shè)想當(dāng)海水在“完全”靜止?fàn)顟B(tài)下，把它延伸到大陸內(nèi)部，形成包圍整個地球的連續(xù)閉合表面，它處處與

4、鉛垂線(重力方向)正交，這個靜止的水面叫做水準(zhǔn)面（處處與重力方向線垂直的連續(xù)曲面）2、大地水準(zhǔn)面：設(shè)想處于完全靜止的平均海水面向陸地和島嶼延伸所形成的閉合曲面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是海拔高程的起算面。大地水準(zhǔn)面是測量工作的基準(zhǔn)面。地球上的質(zhì)點所受的萬有引力與離心力的合力稱為重力(gravity)，重力的方向稱為鉛垂線(plumb line)方3、大地體：大地水準(zhǔn)面所包圍的代表地球形狀和大小的形體該幾何體必須滿足兩個條件： 形狀接近地球自然形體； 可以用簡單的數(shù)學(xué)公式表示。三、地球體的數(shù)學(xué)表面：1、橢球體以大地體短軸（地軸）為旋轉(zhuǎn)軸所成的橢球體，通常稱地球橢球體，或旋轉(zhuǎn)橢球體，簡

5、稱橢球體或橢球。在測量和制圖中就用旋轉(zhuǎn)橢球體來代替大地球體。它是一個規(guī)則的數(shù)學(xué)表面，所以人們視其為地球體的數(shù)學(xué)表面即是個可以用數(shù)學(xué)模型定義和表達(dá)的曲面橢球體 三要素: 長軸 a（赤道半徑）、短軸 b（極半徑）和橢球的扁率 f 第二節(jié) 地面點位置的表示方法確定地面點在地球橢球體上的位置。包括兩個方面：一是點在地球橢球體面上的平面位置，即經(jīng)度和緯度；二是確定點到大地水準(zhǔn)面的高度，即高程。坐標(biāo)(一) 地理坐標(biāo)系子午圈與緯圈在橢球面上是兩組正交的曲線，它們在橢球面上構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為地理坐標(biāo)系1、天文坐標(biāo)：表示地面點在大地水準(zhǔn)面上的位置。2、大地地理坐標(biāo)：表示地面點在參考橢球面上的位置。（LB）（二）

6、平面直角坐標(biāo)由于地理坐標(biāo)是球面坐標(biāo)，在工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計 、施工中，測量和計算十分不便。投影：將球面坐標(biāo)按一定的數(shù)學(xué)法則歸算到平面上。即 X= F 1（L，B）Y= F 2（L，B）平面直角坐標(biāo)，是用平面上的長度值表示地面點位置的直角坐標(biāo)。（三） 高斯平面直角坐標(biāo)系 坐標(biāo)系的建立：首先根據(jù)一種投影系統(tǒng)將球面轉(zhuǎn)修為平面x軸 中央子午線的投影y軸 赤道的投影原點O 兩軸的交點注：X軸向北為正，表示地面點高程位置的方法有兩種：絕對高程：即地面點到大地水準(zhǔn)面的垂直距離稱為該點的絕對高程也稱為海拔亦稱高程相對高程：即地面點到任一水準(zhǔn)面的距離（如圖）。高差：A，B地面點間的高程之差，稱為高差；高差有正負(fù)之

7、分，若測點高于起算點，則高差為正，反之為負(fù)。（四）要素：地面點間的位置關(guān)系是以距離、水平角（方向）和高程來確定的。第四節(jié) 測量工作概述一、測量的原則：從整體到局部，先控制后碎部；步步檢核二、地圖的構(gòu)成要素一）數(shù)學(xué)要素：1、地理坐標(biāo)網(wǎng) 2、控制點 3、比例尺 4、定向指標(biāo)線二）地理要素：1、自然地理要素 2、社會經(jīng)濟(jì)要素三）輔助要素第二章地圖數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié) 地圖投影基本概念一、 地圖投影的概念地圖投影：建立地圖平面上的點和地球表面上的點之間的函數(shù)關(guān)系。二、 用數(shù)學(xué)式表達(dá)這種關(guān)系，就是： 1（，） 2（，）地圖投影的實質(zhì)： 就是將地球橢球體表面上的經(jīng)緯網(wǎng)按一定的數(shù)學(xué)法則轉(zhuǎn)換到平面上，研究地球曲面表

8、示到平面所采用的各種數(shù)學(xué)法則便成為地圖投影的主要內(nèi)容。二、地圖投影的基本方法 1.幾何投影（透視投影） 2.數(shù)學(xué)解析法三、變形 1、長度變形： 2、面積變形： 3、角度變形：在地圖投影中產(chǎn)生變形的根本原因是什么？原因是由于地球是一個不可展開的曲面，即不可能展開成平面，而地圖又必須是一個連續(xù)完整的平面，所以將地球曲面展開成地圖平面時不可避免地會產(chǎn)生裂隙或褶皺三、 變形橢圓取地面上一個微分圓（小到可忽略地球曲面的影響，把它當(dāng)作平面看待），它投影到平面上通常會變?yōu)闄E圓，通過對這個橢圓的研究，分析地圖投影的變形狀況。這種圖解方法就叫變形橢圓變形橢圓是常用來論述和顯示投影變形的幾何圖形m=X/X為經(jīng)線長

9、度比n=Y/Y為緯線長度比地球面上的微小圓，投影后通常會變?yōu)闄E圓，即：以O(shè)為原點，以相交成q角的兩共軛直徑為坐標(biāo)軸的橢圓方程式。標(biāo)準(zhǔn)點:地圖投影面上沒有任何變形的點,即投影面與地球橢球體面相切的切點標(biāo)準(zhǔn)線:地圖投影面上沒有任何變形的線,即投影面與地球橢球體面相切或相割的線等變形線:投影面上變形值相等的各點的連線.四、 地圖投影分類1.按投影變形性質(zhì)分類等角投影：投影面上某點的任意兩方向線夾角與橢球面上相應(yīng)兩線 段夾角相等，即角度變形為零 =0（或 a=b，m=n）。等積投影: 投影面與橢球面上相應(yīng)區(qū)域的面積相等，即面積變形為零 Vp=0（或 P=1，a=1/b）。任意投影: 投影圖上，長度、面

10、積和角度都有變形，它既不等角又不等積。其中，等距投影是在特定方向上沒有長度變形的任意投影（m=1）2、按經(jīng)緯網(wǎng)形狀分類（1）幾何投影: 將橢球面上的經(jīng)緯線網(wǎng)投影到幾何面上，然后將幾何面展為平面 1.方位投影: 以平面作投影面，使平面與球面相切或相割，將球面上的經(jīng)緯線投影到平面上而成。2.圓柱投影: 以圓柱面作投影面，使圓柱面與球面相切或相割，將球面上的經(jīng)緯線投影到圓柱面上，然后將圓柱面展為平面而成。3.圓錐投影: 以圓錐面作投影面，使圓錐面與球面相切或相割，將球面上的經(jīng)緯線投影到圓錐面上，然后將圓錐面展為平面而成（2）非幾何投影： 根據(jù)某些條件，用數(shù)學(xué)解析法確定球面與平面之間點與點的函數(shù)關(guān)系。

11、偽方位投影：在方位投影的基礎(chǔ)上，根據(jù)某些條件改變經(jīng)線形狀而成，除中央經(jīng)線為直線外，其余均投影為對稱中央經(jīng)線的曲線。偽圓柱投影：在圓柱投影基礎(chǔ)上，根據(jù)某些條件改變經(jīng)線形狀而成，無等角投影。除中央經(jīng)線為直線外，其余均投影為對稱中央經(jīng)線的曲線。偽圓錐投影：在圓錐投影基礎(chǔ)上，根據(jù)某些條件改變經(jīng)線形狀而成，無等角投影。除中央經(jīng)線為直線外，其余均投影為對稱中央經(jīng)線的曲線。多圓錐投影：設(shè)想有更多的圓錐面與球面相切，投影后沿一母線剪開展平。緯線投影為同軸圓弧，其圓心都在中央經(jīng)線的延長線上。中央經(jīng)線為直線，其余經(jīng)線投影為對稱于中央經(jīng)線的曲線。第三節(jié) 高斯投影幾何名稱：等角橫切橢圓柱投影一分帶規(guī)定6度帶：1：25

12、000 1：500000系列比例尺地形圖3度帶：1：10000 及大于1：10000比例尺地形圖高斯計算：6帶自首子午線開始，按6的經(jīng)差自西向東分成60個帶。依次以1、2、3、 60進(jìn)行編號 3帶自1.5 開始，按3的經(jīng)差自西向東分成120個帶。將全球劃分成120個 投影帶，依次以1、2、3、120進(jìn)行編號。我國所跨3 帶號為2445 ，共計22個。投影帶的劃分：按照6帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號的關(guān)系是：東半球L。=6N3 （N為6帶的帶號） 例：20帶中央子午線的經(jīng)度為 L。6 203117 按照3帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶

13、中央子午線經(jīng)度與帶號的關(guān)系是：東半球 L。=3n （n為3帶的帶號） 例：120帶中央子午線的經(jīng)度為 L。3 120360 帶號計算：若已知某點的經(jīng)度為L，則該點的6帶的帶號N由下式計算： 東半球NL/6（取整）+1若已知某點的經(jīng)度為L，則該點所在3帶的帶號按下式計算：東半球n L/3（四舍五入）由于我國的位于北半球，東西橫跨11個6帶，各帶又獨自構(gòu)成直角坐標(biāo)系。故：X值均為正， 而Y值則有正有負(fù)。坐標(biāo)規(guī)定1、將各帶的坐標(biāo)縱軸西移500公里。 Y=y+500000m2、加上投影帶號。 Y通=n*1000000+Y例：有一國家控制點的坐標(biāo):x=3102467.280m ,y=1936762238

14、0m，（1）該點位于6 帶的第幾帶？（第19帶）（2）該帶中央子午線經(jīng)度是多少？（L。=619-3=111）（3）該點在中央子午線的哪一側(cè)？（先去掉帶號，原來橫坐標(biāo)y367622.380500000-132377.620m，在西側(cè)）（4）該點距中央子午線和赤道的距離為多少？（距中央子午線132377.620m，距赤道3102467.280m）第七節(jié) 地圖方位方位角三北方向線：真子午線、磁子午線和坐標(biāo)縱線第八節(jié) 地圖比例尺地圖比例尺是衡量地圖與地面物體縮小倍數(shù)的尺度主比例尺指在投影面上沒有變形的點或線上的比例尺。第九節(jié) 地圖分圖編號1991年實施的國家基本比例尺地形圖分幅編號系統(tǒng) 2、地形圖的編

15、號1：100萬地形圖新的編號方法：除行號與列號連寫外，沒有任何變化 ，如北京所在的1：100萬地形圖的圖號由J-50改為J501：50萬-1：5000地形圖的編號：為了使各種比例尺不至混淆，分別采用不同的字符作為各種比例尺的代碼(如表)采用行列編號方法，即將1：100萬地形圖按所含各比例尺地形圖的經(jīng)差和緯差劃分成若干行和列，橫行從上到下，縱列從左到右按順序分別用阿拉伯?dāng)?shù)字(數(shù)字碼)編號。新編號系統(tǒng)的應(yīng)用 1）由已知某地地理坐標(biāo)（，），則按下列程序計算其所在某比例尺地形圖的圖號： 由（2-24）式先求出基礎(chǔ)圖1100萬圖幅的圖號。 按下式計算所求圖號的地形圖在基礎(chǔ)圖幅內(nèi)位于的行號和列號：h =

16、/ (/ ) l = ( /) +1 將計算的結(jié)果引入欲求圖號那地形圖的比例尺代碼，按圖號構(gòu)成規(guī)律，寫出所求的圖號。例：設(shè)某地的地理坐標(biāo)E 1143345，N392230 ，求其所在110萬地形圖的圖號。已知圖號計算該圖幅的經(jīng)緯度即地理位置1）按下式計算該圖幅左上角點的經(jīng)緯度 = h h 1 = l 31 l 1 2)根據(jù)已知圖號比例尺地形圖的經(jīng)緯差,寫出該地形圖所含經(jīng)緯度的幅度例：已知某圖幅的圖號為J50D002002，求其所在地理位置第三章地圖語言第一節(jié) 地圖符號地圖符號：人類用于表達(dá)思維活動的各種符號中的一種，具有約定俗成的屬性地圖符號的作用：1）地圖符號能保證所表示的地理事物的空間位置

17、具有較高的幾何精度，提供可量測性2）便于對地理事物的抽象、概括和簡化3）地圖符號可以賦予地圖極大的表現(xiàn)力4）提高地圖的應(yīng)用效果，通過地圖符號可以在平面上建立地理事物的空間模型地圖符號的構(gòu)成要素： 圖形、尺寸、顏色地圖符號的分類：按圖形特征分類：正形符號、側(cè)形符號、象征符號按比例關(guān)系分類：依比例符號、不依比例符號、半依比例符號按定位情況分類：定位符號、非定位符號按空間分布特征分類：點狀符號、線狀符號、面狀符號地圖符號的設(shè)計原則：適應(yīng)地圖主題與用途圖案化邏輯性精確性系統(tǒng)性對比與協(xié)調(diào)色彩象征性考慮視力、繪圖與制印條件考慮符號標(biāo)準(zhǔn)化和一體化等高線、等高距：等高線是地面上高程相等的點所連成的閉合曲線等高

18、距：相鄰兩等高線的高程差，常以h表示等高線種類：首曲線：基本等高線，按相應(yīng)比例尺地圖規(guī)定的基本等高距，由零點起算而測繪的等高線，用0.1mm細(xì)線表示計曲線：加粗等高線，為了讀圖時判讀等高線高程的方便和使加粗等高線的高程為整數(shù)，由零點起算每隔3根或4根首曲線加粗描繪的(4倍或5倍等高距的)首曲線，圖上用0.2mm粗線表示間曲線：半距等高線，當(dāng)用基本等高線難以顯示某些重要的地形碎部，如小山頭、階坡、鞍部、小凹地等，則用1/2等高距的等高線予以補(bǔ)充描繪，在圖上用0.1mm細(xì)長虛線表示助曲線：輔助等高線，當(dāng)首曲線和間曲線都不能顯示出的某些重要的微型地貌，則采用1/4等高距的等高線予以輔助描繪，在圖上用

19、0.1mm的短虛線表示草繪曲線：草繪等高線，長虛線繪制首曲線和計曲線七、地圖注記地圖注記種類名稱注記：用文字注明制圖對象專有名稱的注記質(zhì)量注記：用文字說明制圖對象種類、性質(zhì)或特征的注記數(shù)量注記：用數(shù)字說明制圖對象數(shù)量特征的注記說明注記：圖廓外所附的各種文字說明或圖表的注記第四章制圖綜合一、制圖綜合：就是采取簡單扼要的手法，把空間信息中主要的、本質(zhì)的數(shù)據(jù)提取后聯(lián)系在一起，形成新的概念二、影響制圖綜合的因素1、地圖比例尺2、地圖用途3、制圖區(qū)域地理特征4、地圖符號特點5、制圖資料三、制圖綜合的主要內(nèi)容和方法制圖綜合的主要內(nèi)容和方法表現(xiàn)為制圖內(nèi)容的選取、地圖圖形的化簡，數(shù)量和質(zhì)量特征的概括、符號化等

20、。制圖綜合的主要方法1、地圖內(nèi)容的取舍2、形狀與數(shù)量質(zhì)量特征的概括3、制圖內(nèi)容符號化4、地物的移位5、統(tǒng)一協(xié)調(diào)第五章 水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)測量第一節(jié)水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量原理1、 水準(zhǔn)測量利用水準(zhǔn)儀建立一條水平視線，借助水準(zhǔn)尺來測定兩點間的高差，從而由已知點高程及測得的高差求出待測點的高程。高程計算：（1） 高差法：HB=HA+hAB=HA+（ab）（2） 視線高法 Hi=HA+a （Hi為視線高程）HB=Hib當(dāng)a b時，hAB 為正，B高于A ；當(dāng)a b時， hAB 為負(fù)，B低于A。水準(zhǔn)儀的主要部件有：望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)鏡、基座操作程序與方法安置粗平瞄準(zhǔn)精平讀數(shù)十字絲與物鏡光心的交點為視準(zhǔn)軸連續(xù)高程測量，

21、兩點間距離較長或高差較大時，在兩點間設(shè)若干轉(zhuǎn)點，分段測量高差， 取各分段高差的總和hAB=h1+ h2+LL+ hn =(a1-b1)+(a2-b2)+LL+(an-bn)=Sa-Sb第六章 經(jīng)緯儀與角度測量一、經(jīng)緯儀的整置經(jīng)緯儀的操作步驟：對中整平瞄準(zhǔn)整置檢查第七章 小區(qū)域控制測量方法控制測量概述測量控制網(wǎng)：在測區(qū)范圍內(nèi)選擇具有控制作用的若干點構(gòu)成不同的幾何圖形， 通過測 量角度、邊長或高差以求得各點的坐標(biāo)或高程控制點：構(gòu)成控制網(wǎng)的點控制網(wǎng)分為平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)控制測量的目的：控制誤差累積和提高測量精度。控制測量是測量工作的開始導(dǎo)線測量導(dǎo)線的布置形式1、閉合導(dǎo)線2、附合導(dǎo)線3、支導(dǎo)線附合

22、導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算交會測量：前方交會、側(cè)方交會、后方交會第八章地形圖的測繪與測設(shè)地形表示方法地物：地表形態(tài)中，大多自然形成或人工建筑的物體地貌：反映地面起伏狀態(tài)的地形元素地物的表示：比例符號，非比例符號，半比例符號，地物注記地貌的表示：在平坦地區(qū)，地貌上用高程注記點表示；在丘陵山區(qū)，地貌主要用等高線表示。局部微小地貌用規(guī)定符號加以突出表示，如沖溝、滑坡及峭壁等地貌特征點：在地面上坡度或方向變化的點稱為地貌特征點地性線：兩相鄰傾斜面相交處所構(gòu)成的棱線又稱地貌特征線，特征點和特征線構(gòu)成地貌的骨架，他們決定了等高線的形狀和位置。在地貌測繪中，測定地貌特征點的平面位置和高程，連接地性線，便可得到地貌整個骨

23、架的基本輪廓，按等高線的性質(zhì)，依據(jù)平距與高差成比例的關(guān)系進(jìn)行內(nèi)差，對照實地情況就能描繪出地貌的等高線第十二章 普通地圖地貌及其表示實景法、暈滃法、暈渲法、等高線法、分層設(shè)色社會經(jīng)濟(jì)要素的表示居民地及其表示：意義和要求：居民地是人類居住和從事政治、經(jīng)濟(jì)、文化活動的場所。應(yīng)反映出其類型、形狀、質(zhì)量、行政意義和人口數(shù)量等特征分類：城市、集鎮(zhèn)、村莊分級：按行政意義、按人口數(shù)量表示方法境界線及其表示及其表示政區(qū)界線其他 第十三章 專題地圖與地圖集專題地圖定義：專題地圖是為滿足某種專門需要而著重表示制圖區(qū)域內(nèi)一種或幾種自然現(xiàn)象或社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的地圖，由地理底圖和專題內(nèi)容構(gòu)成特征：專題地圖詳細(xì)表示普通地圖要素

24、中的一種或幾種相互關(guān)聯(lián)的要素，其他要素概略表示，甚至不表示主要內(nèi)容，大部分是普通地圖上沒有的，以及在地面上不能直接觀察到的專題地圖內(nèi)容取材廣泛，遍及人類社會的各個領(lǐng)域；編圖資料多為各個學(xué)科的科研成果專題地圖除應(yīng)用普通地圖的部分符號外，還有眾多的專用符號，采用了特殊的表示專題內(nèi)容表示方法定點符號法定點符號法：采用不同形狀、顏色和大小的符號，表示圖上符號所在的地點上的各自獨立的，呈點狀分布現(xiàn)象的數(shù)量與質(zhì)量特征的一種表示方法符號的形狀、顏色、符號尺寸、符號結(jié)構(gòu)、符號定位缺點：符號圖形在圖上所占的位置較大，容易發(fā)生重疊或擠壓 專題內(nèi)容表示方法線狀符號法線狀符號法：用不同形狀或不同寬窄、長短和顏色的線狀符號表示呈線狀或帶狀分布專題現(xiàn)象的主要方向、數(shù)量質(zhì)量特征與時間變化的一種方法.線狀符號法一般不表示數(shù)量指標(biāo)，符號的粗細(xì)只代表現(xiàn)象質(zhì)量等級的差異 專題內(nèi)容表示方法質(zhì)地法質(zhì)地法：以不同的底色顯示連續(xù)而布滿整個制圖區(qū)域某種現(xiàn)象在各地分布的質(zhì)量差別的一種方法分類或分區(qū)擬定圖例的用色、暈線或其它符號劃分成若干部分 勾繪各部分的范圍界線填繪相應(yīng)的顏色或暈線或其他符號成圖 專題內(nèi)容表示方法等值線法等值線法：用一組連接數(shù)值相等各點的連線顯示現(xiàn)象數(shù)量連續(xù)分布逐漸變化特征的一種方法 專題內(nèi)容表示方法定位圖表法定位圖表法：