水利工程測量2測量學(xué)基礎(chǔ)知識講義（36頁圖文豐富）

1、水利工程測量第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識主講教師：高飛7/18/20221 合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利學(xué)院測量工程系第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識 2.1 地球的形狀和大小 7/18/20222 合肥工業(yè)大學(xué)第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識 2.1 地球的形狀和大小 7/18/20223 合肥工業(yè)大學(xué)第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識 2.1 地球的形狀和大小 7/18/20224 合肥工業(yè)大學(xué)第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識 2.1 地球的形狀和大小 7/18/20225 合肥工業(yè)大學(xué)第2章 測量學(xué)的基礎(chǔ)知識 2.1 地球的形狀和大小一、地球形狀和大小 1. 地球是一個表面起伏較大的橢球 地球表面最高峰： 8844.43m 海洋

2、底部最深處: 11022.00m 地球表面最大高差近20km 2. 地球又是一個近似光滑的水球 大陸面積: 占 29% 海洋面積: 占 71% 3. 地球平均半徑: 6371km 7/18/20226 合肥工業(yè)大學(xué)測量工作是在地球表面進(jìn)行的。地球表面雖然很不規(guī)則，有高山、平原、丘陵、海洋等。但這些起伏相對于地球本身十分微小。 7/18/20227 合肥工業(yè)大學(xué)抽象一、地球的形狀 7/18/20228 合肥工業(yè)大學(xué)實際地球地球表面大地體旋轉(zhuǎn)橢球體大地水準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球面一、地球的形狀 7/18/20229 合肥工業(yè)大學(xué)大地體旋轉(zhuǎn)橢球體大地水準(zhǔn)面參考橢球面？為什么需要抽象出兩個橢球一、地球的形狀 7/

3、18/202210 合肥工業(yè)大學(xué) 2.1 地球的形狀和大小二、基本概念1. 重力方向線 即鉛垂線, 是測量工作的基準(zhǔn)線2. 水準(zhǔn)面 自由靜止的水面; 是等位面, 有無數(shù)個地心O離心力地心引力重力G重力的方向線稱為鉛垂線 7/18/202211 合肥工業(yè)大學(xué) 2.1 地球的形狀和大小二、基本概念3. 大地水準(zhǔn)面 靜止平衡狀態(tài)下的平均海水面, 向大陸島嶼延伸而形成的閉合水準(zhǔn)面. 特性: 唯一性、等位面、 不規(guī)則曲面 作用：測量野外工作的基準(zhǔn)面4. 大地體 由大地水準(zhǔn)面包圍 的地球形體，是不規(guī)則球體。 7/18/202212 合肥工業(yè)大學(xué)二、基本概念5. 旋轉(zhuǎn)橢球 與大地體非常接近的 數(shù)學(xué)橢球 長半

4、徑為a，短半徑為b 扁率 數(shù)學(xué)模型 地球平均半徑 R=6371km 2.1 地球的形狀和大小ZYX 7/18/202213 合肥工業(yè)大學(xué) 2.2 地球橢球參考橢球體旋轉(zhuǎn)橢球理論上是唯一的數(shù)學(xué)球體旋轉(zhuǎn)橢球參數(shù)，難以全球統(tǒng)一確定；各國自己測定并采用的旋轉(zhuǎn)橢球稱為參考橢球同時顧及地球幾何參數(shù)和物理參數(shù)的旋轉(zhuǎn)橢球稱為地球橢球體，又稱為參考橢球體參考橢球面是測量計算和制圖的基準(zhǔn)面 7/18/202214 合肥工業(yè)大學(xué) 2.3 地面點位的確定地球表面所有地理空間信息總稱為地形。地形包括 地物和地貌兩大部分 7/18/202215 合肥工業(yè)大學(xué) 2.3 地面點位的確定地物：地面上人造和天然的固定物體將地物特

5、征點按比例縮小在圖紙上，并用一定的地物符號繪制在地形圖上。 7/18/202216 合肥工業(yè)大學(xué) 2.3 地面點位的確定地貌：地面高低起伏的形態(tài)在地形圖上通常用等高線來表示地貌 7/18/202217 合肥工業(yè)大學(xué) 2.3 地面點位的確定 地面點的空間位置由三維坐標(biāo)確定，包括 球面坐標(biāo)（L，B，H）或（X，Y，Z）平面坐標(biāo) (x, y)和高程H，可寫為(x, y，H) 7/18/202218 合肥工業(yè)大學(xué) 2.4 測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng) 地面點位的坐標(biāo)與選用的地球橢球和坐標(biāo)系統(tǒng)有關(guān)，測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有：天文坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系、高斯平面直角坐標(biāo)系、獨立平面直角坐標(biāo)系一、天文坐標(biāo)系 球面坐標(biāo)，稱

6、為地理坐標(biāo) 基準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面 基準(zhǔn)線：鉛垂線 地面點位用天文經(jīng)度和天文緯度來表示 7/18/202219 合肥工業(yè)大學(xué)二、大地坐標(biāo)系 基準(zhǔn)面：參考橢球面 基準(zhǔn)線：法線 地面點位用大地經(jīng)度和大地緯度來表示1.1954年北京坐標(biāo)系2.1980國家大地坐標(biāo)系3.WGS-84世界大地坐標(biāo)系 2.4 測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)三、空間直角坐標(biāo)系 三維坐標(biāo)(X,Y,Z) 7/18/202220 合肥工業(yè)大學(xué)1980國家大地坐標(biāo)系大地原點位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn) 7/18/202221 合肥工業(yè)大學(xué) 2.4 測量中常用的坐標(biāo)系統(tǒng)四、大地坐標(biāo)和空間直角坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換五、高斯投影和高斯平面直角坐標(biāo)系1.高斯投影橫切橢圓柱

7、正形投影。又稱為高斯克呂格投影。同時滿足等角和高斯投影條件。 目的：將球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)。 7/18/202222 合肥工業(yè)大學(xué)OSN赤道面中央子午線M高斯投影的概念 7/18/202223 合肥工業(yè)大學(xué)1.高斯投影中央子午線和赤道投影后成相互垂直的直線。中央子午線長度不變，離中央子午線越遠(yuǎn)變形越大。為保證投影精度，必須采用分帶投影。6度投影帶：中央子午線經(jīng)度為 7/18/202224 合肥工業(yè)大學(xué)2.高斯投影分帶（1）6度投影帶：中央子午線經(jīng)度為（2）3度投影帶：中央子午線經(jīng)度為 7/18/202225 合肥工業(yè)大學(xué)五、高斯投影和高斯平面直角坐標(biāo)系3.高斯平面直角坐標(biāo)系x坐標(biāo)：中央子午線

8、向西平移500km，向北為正。y坐標(biāo)：赤道，向東為正。為區(qū)分點位所在的高斯投影帶，在Y坐標(biāo)前必須加兩位數(shù)的帶號。如： 我國六度帶帶號 N=1323，三度帶帶號 n=2545 7/18/202226 合肥工業(yè)大學(xué) x y 高斯平面直角坐標(biāo)系 y x 笛卡爾平面直角坐標(biāo)系 3. 測量高斯平面直角坐標(biāo)系與 數(shù)學(xué)笛卡爾平面直角坐標(biāo)系的區(qū)別 7/18/202227 合肥工業(yè)大學(xué)六、墨卡托投影等角正圓柱投影在半徑R10km的范圍內(nèi)，可用水平面代替大地水準(zhǔn)面作為基準(zhǔn)面。以磁子午線的方向作為X軸，向北為正；其垂直方向為Y軸，向東為正。坐標(biāo)原點選在測區(qū)西南角。 x 測區(qū) o y七、獨立平面直角坐標(biāo)系 7/18/

9、202228 合肥工業(yè)大學(xué) 2.5 地面點的高程一、高程 地面點沿鉛垂線方向到高程基準(zhǔn)面的距離絕對高程H（海拔）：地面點沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離相對高程H：地面點沿鉛垂線方向到任意水準(zhǔn)面的距離高差h：地面兩點高程之差 7/18/202229 合肥工業(yè)大學(xué)二、我國的高程系統(tǒng)國家水準(zhǔn)原點 又稱高程零點H。位于青島觀象山，黃海平均海水面為高程基準(zhǔn)面1956黃海高程系：H。=72.289m1985國家高程基準(zhǔn)：H。=72.260m，相差29mm合肥市目前仍采用上海吳淞高程系 如合肥市某點: 吳淞高程1.856m=85黃海高程 7/18/202230 合肥工業(yè)大學(xué) 2.6 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度

10、一、對距離的影響大地水準(zhǔn)面上：在水平面上：誤差值：相對誤差：結(jié)論：當(dāng)測區(qū)半徑 r10km時, 誤差僅為1/120萬，可用水平面 代替大地水準(zhǔn)面 7/18/202231 合肥工業(yè)大學(xué)二、對水平角的影響球面三角形 內(nèi)角和 球面角超P球面三角形面積R地球半徑， 結(jié)論：當(dāng)測區(qū)范圍在100km2，用水平面代替水準(zhǔn)面時，對角度影響僅為0.51，在普通測量工作中可以忽略不計 7/18/202232 合肥工業(yè)大學(xué)三、對高程的影響用水平面代替水準(zhǔn)面對高程的影響就是地球曲率對高程的影響 結(jié)論: 必須顧及其影響,進(jìn)行改正 7/18/202233 合肥工業(yè)大學(xué) 2.7 測量工作的基本概念一、測量三項基本工作測量工作包括測定和測設(shè)兩部分，其實質(zhì)都是確定地面點的點位確定點位的三要素：高差、水平角、水平距離測量三項基本工作