高斯平面直角坐標系課件

第1章緒論

1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用

1.2確定地面點位

1.3測量工作概述江西財經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院第1章緒論1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用江西財1課程簡介一、課程性質(zhì)

應(yīng)用科學(xué)的范疇——地球科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)課研究地球系統(tǒng)在復(fù)雜的相互作用中運轉(zhuǎn)的機制；地球系統(tǒng)變化的規(guī)律和控制這些變化的機理；從而為全球環(huán)境變化預(yù)測建立科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的科學(xué)管理提供依據(jù)。什么是地球系統(tǒng)科學(xué)？課程簡介一、課程性質(zhì)研究地球系統(tǒng)在復(fù)雜的相互作用中運2二、要求掌握測量學(xué)的基本理論知識和測繪、測設(shè)方法掌握常用測量儀器的操作方法掌握觀測數(shù)據(jù)處理和地面點坐標的計算方法掌握小地區(qū)大比例尺地形圖的測繪方法能夠進行一般的施工放樣工作初步掌握道路工程測量的技術(shù)方法了解測繪新技術(shù)課程簡介二、要求課程簡介3（一）測量的基本工作高程測量角度測量距離測量和定向測量課程簡介三、課程的基本內(nèi)容（一）測量的基本工作高程測量角度測量距離測量和定向測量課程簡4課程簡介（二）觀測數(shù)據(jù)處理和坐標計算（三）地形圖的測繪與應(yīng)用（四）測設(shè)的基本方法（五）施工測量（六）道路工程測量課程簡介（二）觀測數(shù)據(jù)處理和坐標計算5§1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用一.定義1.測量學(xué):研究地球的形狀和大小以及確定地面點位置的科學(xué)。2.學(xué)科類別:

自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用科學(xué)的范疇——地球科學(xué)。

3.研究對象:地球表面、擴展到空間星際§1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用一.定義6二.分支學(xué)科

1.大地測量學(xué)2.普通測量學(xué)3.攝影測量與遙感4.工程測量學(xué)5.地圖制圖學(xué)研究整個地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地球重力場問題的學(xué)科。分為常規(guī)大地測量學(xué)和衛(wèi)星大地測量學(xué)。研究地球表面小區(qū)域的形狀和大小并縮繪成圖的理論和方法。又稱地形測量學(xué)。研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的形狀、大小和空間位置（影像或數(shù)字形式），進行分析處理，繪制地形圖或獲得數(shù)字化信息的理論和方法的學(xué)科。研究各種工程在規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行和管理等各個階段測量工作的理論和方法的科學(xué)。研究利用測量的成果來繪制地圖的理論和方法。二.分支學(xué)科研究整個地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地7三、測量學(xué)的任務(wù)

1、測繪和應(yīng)用地形圖。把工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)地球表面的地物、地貌的形狀、大小及地表的其他信息，按規(guī)定的符號測繪成大比例尺地形圖，為各種工程規(guī)劃、設(shè)計提供圖紙資料——測圖2、施工放樣和竣工測量。把圖紙上設(shè)計好的建筑物，將其位置在實地上標定出來，作為施工的依據(jù)——放樣3、建筑物變形觀測。三、測量學(xué)的任務(wù)8

四、作用

測量遍布國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的各部門和各方面，同時與生活息息相關(guān)。任何工程建設(shè)如果沒有測量工作提供數(shù)據(jù)和圖紙，并與之配合和指揮，都將無法進展和完成。

1、城鄉(xiāng)規(guī)劃和發(fā)展離不開測繪

在規(guī)劃和勘測設(shè)計的各階段，要提供各種比例尺的地形圖。

在施工階段要將建筑物的平面位置和高程測設(shè)于實地上，作為施工依據(jù)。

工程結(jié)束后要進行竣工測量，高層建筑物還要進行沉降觀測。

四、作用92、資源勘察和開發(fā)離不開測繪

在地質(zhì)普查、勘探時期：測繪勘探區(qū)和礦區(qū)地形圖，為儲量計算和勘探設(shè)計提供測量資料?；窘ㄔO(shè)時期：根據(jù)設(shè)計的施工詳圖，在地面和井下測設(shè)各工程和設(shè)備的位置，以便施工。生產(chǎn)時期：標定工作面位置、巷道的掘進位置和方向、測定采空區(qū)等。3、交通運輸、水利建設(shè)離不開測繪

鐵路、公路建設(shè)：選線、勘測設(shè)計、施工建設(shè)。大、中水利工程：圖上選定渠道和水庫位置、劃定流域面積、流量、庫容計算等。2、資源勘察和開發(fā)離不開測繪104、國土資源調(diào)查、土地利用、土壤改良和環(huán)境監(jiān)測離不開測繪。

地貌圖：反映地表形態(tài)特征

土壤圖：反映各類土壤及其地表分布

衛(wèi)星遙感：農(nóng)作物估產(chǎn)、海洋赤潮監(jiān)測，森林、草原、耕地面積變化、土地荒漠化等監(jiān)測。4、國土資源調(diào)查、土地利用、土壤改良和環(huán)境監(jiān)測離不開測繪。115、科學(xué)實驗、高科技發(fā)展離不開測繪

發(fā)射人造地球衛(wèi)星，首先進行設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、軌道計算等，再發(fā)射。通過測繪提供衛(wèi)星發(fā)射地點、發(fā)射方向、監(jiān)測衛(wèi)星的飛行、保證衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。6、邊界談判、地震預(yù)報、搶險救災(zāi)等離不開測繪

國界：中越地界：江西省——南昌市——昌北經(jīng)濟開發(fā)區(qū)地震：板塊構(gòu)造運動，監(jiān)測移動速度和加速度。災(zāi)害：監(jiān)測預(yù)報滑坡、泥石流等，利用GPS定位技術(shù)和衛(wèi)星通訊可建立災(zāi)難事件救援系統(tǒng)。5、科學(xué)實驗、高科技發(fā)展離不開測繪127、國防建設(shè)離不開測繪

地圖是軍隊的眼睛。用于研究戰(zhàn)略方向，作為戰(zhàn)略部署的依據(jù)；用于戰(zhàn)術(shù)研究：選擇陣地、兵器部署和工事構(gòu)筑等用于作戰(zhàn)指揮，多兵種協(xié)同作戰(zhàn)：各兵種所處空間不同，要保證協(xié)調(diào)指揮，必須在同一個三維空間地圖中標定自己的位置。美軍1:25萬多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)圖，我軍1:50萬協(xié)同作戰(zhàn)圖。用于高科技武器裝備：巡航導(dǎo)彈裝備有數(shù)字地圖，在飛行過程中，將遙感器探測到的地面信息與數(shù)字地圖比較，修正飛行路線，直至命中目標。7、國防建設(shè)離不開測繪13§1.2地面點位的確定一、地球形狀和大小1、地球的自然表面2、地球的物理表面——水準面3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面§1.2地面點位的確定一、地球形狀和大小1、地球的自然表面14地球的形狀地球的形狀151、地球的自然表面由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形。地球表面并不光滑，形狀十分復(fù)雜。但是這樣的高低變化與地球本身相比，變化是微小的。所以我們可以認為地球是被靜止的海水面包圍的球體。地球上的最高峰珠峰高出海水面8846.27m（1992年測定）；最低點(太平洋西部)馬里亞納海溝低于海水面11022m，遠遠小于地球的平均半徑6371km。若把地球縮小為直徑為1米的球體，則山峰和海溝在球面上的凹凸不到1毫米。地球表面海洋占71%，陸地僅占29%。1、地球的自然表面由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢161、地球的自然表面

地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質(zhì)心吸引力的作用，這兩個力的合力稱為重力，重力方向即為鉛垂線方向。鉛垂線是測量工作的基準線。重力引力離心力1、地球的自然表面地球上的物體將受到地球、太陽、月172、地球的物理表面——水準面特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面。

水準面：自由、靜止的水面。處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面。水準面地球自然表面2、地球的物理表面——水準面特點：1.重力等位面，其表面處182、地球的物理表面——水準面大地水準面：與平均海水面吻合的水準面。將它向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。大地水準面是測量工作的基準面。作用：高程起算面。2、地球的物理表面——水準面大地水準面：與平均海水面吻合19大地水準面是一個不規(guī)則的非數(shù)學(xué)曲面,測量數(shù)據(jù)在這個不規(guī)則的曲面上是無法進行運算的。參考橢球體面是與大地水準面非常接近的數(shù)學(xué)形體，由一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成。參考橢球體面是規(guī)則曲面，是測量計算的基準面。橢球元素：用長半軸a、短半軸b和扁率α表征。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面大地水準面是一個不規(guī)則的非數(shù)學(xué)曲面,測量數(shù)據(jù)在這個不規(guī)則的曲203、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面建國初我國曾經(jīng)采用蘇聯(lián)的克洛索夫斯基元素值，a=6378245m，α=1:298.3，建立“1954年北京坐標系”。大地原點位于俄羅斯的普爾科沃。該坐標系的大地坐標是經(jīng)過局部分區(qū)平差得到的，因此，全國的控制點不能形成一個整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的空隙，在有的接合部中，同一點在不同的區(qū)坐標值相差1m-2m，坐標傳遞是從東北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為坐標起算點，具有明顯的坐標累積誤差。該坐標系存在很多缺點:克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)差異較大。橢球定向不十分明確,參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜,東部高程異常達60多米。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面建國初我國曾經(jīng)采用蘇聯(lián)的213、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面在小范圍內(nèi)，可以把橢球體近似看作球體，其半徑為1980年以后采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會推薦值。a=6378140m，α=（a-b）/a=1:298.257，大地原點設(shè)在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)，建立了“1980年國家大地坐標系”。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面在小范圍內(nèi)，可以把橢球體22

大地原點坐落在距離西安市北40公里的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，大地原點標志在主建筑的地下室里，居中有一座紅色大理石基座，“為了保證原點的穩(wěn)定性，基座下灌注有四根13米高的水泥樁柱，直達地球內(nèi)部巖層”；大理石基座的中心部位刻有一個“+”字，這正是“大地原點”的標志，“+”的交點就是原點。

坐標為東經(jīng)108°55’、北緯34°32’，海拔高度417.20米。

大地原點坐落在距離西安市北40公里的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，大23二、地面點的高程1.絕對高程(海拔)：地面點到大地水準面的鉛垂距離。2.相對高程(假定高程)：地面點到任意水準面的鉛垂距離。3.高差：兩個地面點高程之差HAB=HB-HA=HB′-HA′A大地

水

準

面HAHA’HB’假

設(shè)

水

準

面BHABHB二、地面點的高程1.絕對高程(海拔)：地面點到大地水準面的鉛241956年黃海高程系統(tǒng)：根據(jù)青島驗潮站1950－1956年的驗潮資料推算的黃海平均海水面為我國高程起算面（以此為零）H0=72.289m1985年國家高程基準：根據(jù)1953－1979年青島驗潮站的潮汐觀測資料，推算出新的黃海平均海水面零位置，并以此為起算面，測得國家水準原點的高程為：H0=72.2604m水準原點H0驗潮站大地水準面4.國家高程系統(tǒng)1956年黃海高程系統(tǒng)：根據(jù)青島驗潮站1950－1956年的25其它高程系統(tǒng)見教材表1-2換算：兩個高程系統(tǒng)相差:72.289-72.2604=0.0286m如1956年黃海高程系中某一點的高程為63.280m，在1985年高程基準中的高程即為63.251m。其它高程系統(tǒng)見教材表1-2換算：26§1.2地面點位的確定三、地面點的坐標1.地理坐標2.空間直角坐標3.平面直角坐標§1.2地面點位的確定三、地面點的坐標1.地理坐標27首子午線格林威治oPP′三、地面點的坐標1.地理坐標天文坐標：天文坐標是以鉛垂線為基準線，以大地水準面為基準面。地面點的位置用天文經(jīng)度（λ）和天文緯度（Φ）表示。例：北京某地的地理坐標為東經(jīng)116o20′50″，北緯39o55′37″。λφ地面上任意點N（λ、Φ）首子午線格林威治oPP′三、地面點的坐標1.地理坐標天文坐標28三、地面點的坐標1.地理坐標大地坐標：大地坐標是以法線為基準線，以旋轉(zhuǎn)橢球面為基準面。地面點的位置用大地經(jīng)度（L）和大地緯度（B）表示。天文經(jīng)緯度是用天文方法測定的。大地經(jīng)緯度是根據(jù)一個起始的大地點（大地原點）的大地坐標，按大地測量所得的數(shù)據(jù)推算而得的?，F(xiàn)在我國以永樂鎮(zhèn)的大地原點為起算點，由此建立新的統(tǒng)一坐標系，稱為1980年國家大地坐標系。在國家各等級平面控制測量中，實際測定和應(yīng)用的是大地坐標。三、地面點的坐標1.地理坐標大地坐標：大地坐標是以法線為基準29三、地面點的坐標2.空間直角坐標坐標原點O：地球橢球體中心（與質(zhì)心重合）Z軸方向：指向地球北極X軸方向：指向格林尼治子午面與地球赤道面之交點Y軸方向：垂直于XOZ平面，構(gòu)成右手坐標系。例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）YPXYZZXO(X、Y、Z)三、地面點的坐標2.空間直角坐標坐標原點O：地球橢球體中心（303.平面直角坐標怎樣建立平面直角坐標？為什么要進行投影?

投影面地球投影。地球橢球體為不可展曲面。由于地理坐標是球面坐標，在工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工中，測量和計算十分不便。三、地面點的坐標3.平面直角坐標怎樣建立平面直角坐標？投影面地球投影。由于地31三、地面點的坐標3.平面直角坐標高斯-克呂格投影：它是由德國數(shù)學(xué)家高斯(Gauss，1777~1855)提出，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格(Kruger，1857～1923)加以補充完善，故又稱“高斯—克呂格投影”，簡稱“高斯投影”。是正形投影的一種。正形投影特點：投影后角度不變;投影后長度比為一個常數(shù)。方法：將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上（即分帶投影）。三、地面點的坐標3.平面直角坐標高斯-克呂格投影：它是由德32NSc中央子午線赤道高斯投影的原理：

高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進行投影。NSc中央子午線赤道高斯投影的原理：高斯投影采用分帶33高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為直線，且長度不變。（2）除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對稱軸。投影后有長度變形。（3）赤道線投影后為直線，但有長度變形。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為直線，且長度不變。赤道34（4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。（5）經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。（6）所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。（7）離中央子午線愈遠，長度變形愈大。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy（4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道35三、地面點的坐標3.平面直角坐標分帶投影：各帶中央子午線經(jīng)度計算公式：六度帶：L0=6N-3（N為6°帶的帶號）三度帶：L0=3n（n為3°帶的帶號）3°6°115324233°9°15°六度帶三度帶13°9°15°2312°18°123456°0°兩種分帶之間的關(guān)系：三、地面點的坐標3.平面直角坐標分帶投影：各帶中央子午線經(jīng)36根據(jù)已知點的經(jīng)度計算投影帶的帶號：若已知某點的經(jīng)度為L，則該點的6o帶的帶號N由下式計算：

N＝（取整）+1

該點所在3o帶的帶號按下式計算：

n＝（四舍五入）根據(jù)已知點的經(jīng)度計算投影帶的帶號：若已知某點的經(jīng)度為3712°15°高斯平面直角坐標系坐標系的建立：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OxyP（X，Y）高斯自然坐標注：X軸向北為正，

y軸向東為正。赤道中央子午線12°15°高斯平面直角坐標系坐標系的建立：OxyP（X，Y38國家統(tǒng)一坐標（通用坐標）：由于我國位于北半球，所以在高斯平面直角坐標系內(nèi)，縱坐標X均為正值，橫坐標Y有正有負。為了避免橫坐標出現(xiàn)負值，因此規(guī)定將坐標縱軸X西移500km，并在橫坐標Y前標注帶號。

YXXmYm500kmomX例：xm=1346216.985mym=19634527.165m國家統(tǒng)一坐標（通用坐標）：由于我國位于北半球，所以在39不同點：1、坐標軸互換。2、坐標象限不同。3、表示直線方向的方位角定義不同。相同點：坐標計算公式相同。

高斯平面直角坐標系與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標系的異同點：高斯平面直角坐標系αoyxⅠⅡⅣⅢpx=Dcosαy=DsinαD笛卡爾坐標系αoyxⅠⅢⅡⅣpx=Dcosαy=DsinαD不同點：高斯平面直角坐標系與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標系的異40獨立平面直角坐標當測區(qū)范圍較小時，可將大地水準面看作平面，并在平面上建立獨立平面直角坐標系；地面點的位置可用平面直角坐標確定；坐標系原點一般選在測區(qū)西南角（測區(qū)內(nèi)X、Y均為正值）；原點坐標值可以假定，也可以采用高斯平面直角坐標；規(guī)定：X軸向北為正，Y軸向東為正。OXY測區(qū)北獨立平面直角坐標OXY測區(qū)北41四、用水平面代替水準面的限度BAatSp′pb′

bR四、用水平面代替水準面的限度BAatSp′pb′bR42四、用水平面代替水準面的限度1.對水平距離的影響S(km)S(cm)S/S10.00——100.821/120萬152.771/54萬206.571/30萬2512.831/19萬BAatSp′pb′

bR在半徑10km范圍內(nèi),對距離的影響可以忽略不計。BAatSp′pb′

bR四、用水平面代替水準面的限度1.對水平距離的影響S(km)43四、用水平面代替水準面的限度2.對水平角的影響在半徑10km范圍內(nèi),對水平角的影響可以忽略不計。球面角超

：P=

10km2

時，ε″=0.05″P=

100km2

時，ε″

=0.51″P=

400km2時，ε″=2.03″P=2500km2

時，ε″=12.70″式中P——球面多邊形面積

ρ——206265″BAatSp′pb′

bR四、用水平面代替水準面的限度2.對水平角的影響在半徑10k44四、用水平面代替水準面的限度3.對高程的影響在高程測量中,即使距離很短也應(yīng)考慮地球曲率的影響。BAatSp′pb′

bR四、用水平面代替水準面的限度3.對高程的影響在高程測量中,即45§1.3測繪工作概述一、測量工作的內(nèi)容⑴測定：使用測量儀器和工具，通過測量和計算將地物和地貌的位置按一定比例尺、規(guī)定的符號縮小繪制成地形圖，供科學(xué)研究和工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計使用。⑵測設(shè)：將在地形圖上設(shè)計出的建筑物和構(gòu)筑物的位置在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。

§1.3測繪工作概述一、測量工作的內(nèi)容⑴測定：使用測量儀46二、測量工作的原則從整體到局部；由高級到低級；先控制后碎部。二、測量工作的原則從整體到局部；由高級到低級；先控制后碎部。47三、普通測量的基本工作三項基本工作★高程測量★水平角測量★距離測量三個基本元素★高差★水平角★水平距離ABA′B′DβhAB地面課件制作：何尤剛二00八年十二月三、普通測量的基本工作三項基本工作ABA′B′Dβ48第1章緒論

1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用

1.2確定地面點位

1.3測量工作概述江西財經(jīng)大學(xué)旅游與城市管理學(xué)院第1章緒論1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用江西財49課程簡介一、課程性質(zhì)

應(yīng)用科學(xué)的范疇——地球科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)課研究地球系統(tǒng)在復(fù)雜的相互作用中運轉(zhuǎn)的機制；地球系統(tǒng)變化的規(guī)律和控制這些變化的機理；從而為全球環(huán)境變化預(yù)測建立科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的科學(xué)管理提供依據(jù)。什么是地球系統(tǒng)科學(xué)？課程簡介一、課程性質(zhì)研究地球系統(tǒng)在復(fù)雜的相互作用中運50二、要求掌握測量學(xué)的基本理論知識和測繪、測設(shè)方法掌握常用測量儀器的操作方法掌握觀測數(shù)據(jù)處理和地面點坐標的計算方法掌握小地區(qū)大比例尺地形圖的測繪方法能夠進行一般的施工放樣工作初步掌握道路工程測量的技術(shù)方法了解測繪新技術(shù)課程簡介二、要求課程簡介51（一）測量的基本工作高程測量角度測量距離測量和定向測量課程簡介三、課程的基本內(nèi)容（一）測量的基本工作高程測量角度測量距離測量和定向測量課程簡52課程簡介（二）觀測數(shù)據(jù)處理和坐標計算（三）地形圖的測繪與應(yīng)用（四）測設(shè)的基本方法（五）施工測量（六）道路工程測量課程簡介（二）觀測數(shù)據(jù)處理和坐標計算53§1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用一.定義1.測量學(xué):研究地球的形狀和大小以及確定地面點位置的科學(xué)。2.學(xué)科類別:

自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用科學(xué)的范疇——地球科學(xué)。

3.研究對象:地球表面、擴展到空間星際§1.1測量學(xué)的任務(wù)與作用一.定義54二.分支學(xué)科

1.大地測量學(xué)2.普通測量學(xué)3.攝影測量與遙感4.工程測量學(xué)5.地圖制圖學(xué)研究整個地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地球重力場問題的學(xué)科。分為常規(guī)大地測量學(xué)和衛(wèi)星大地測量學(xué)。研究地球表面小區(qū)域的形狀和大小并縮繪成圖的理論和方法。又稱地形測量學(xué)。研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的形狀、大小和空間位置（影像或數(shù)字形式），進行分析處理，繪制地形圖或獲得數(shù)字化信息的理論和方法的學(xué)科。研究各種工程在規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行和管理等各個階段測量工作的理論和方法的科學(xué)。研究利用測量的成果來繪制地圖的理論和方法。二.分支學(xué)科研究整個地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地55三、測量學(xué)的任務(wù)

1、測繪和應(yīng)用地形圖。把工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)地球表面的地物、地貌的形狀、大小及地表的其他信息，按規(guī)定的符號測繪成大比例尺地形圖，為各種工程規(guī)劃、設(shè)計提供圖紙資料——測圖2、施工放樣和竣工測量。把圖紙上設(shè)計好的建筑物，將其位置在實地上標定出來，作為施工的依據(jù)——放樣3、建筑物變形觀測。三、測量學(xué)的任務(wù)56

四、作用

測量遍布國民經(jīng)濟建設(shè)和國防建設(shè)的各部門和各方面，同時與生活息息相關(guān)。任何工程建設(shè)如果沒有測量工作提供數(shù)據(jù)和圖紙，并與之配合和指揮，都將無法進展和完成。

1、城鄉(xiāng)規(guī)劃和發(fā)展離不開測繪

在規(guī)劃和勘測設(shè)計的各階段，要提供各種比例尺的地形圖。

在施工階段要將建筑物的平面位置和高程測設(shè)于實地上，作為施工依據(jù)。

工程結(jié)束后要進行竣工測量，高層建筑物還要進行沉降觀測。

四、作用572、資源勘察和開發(fā)離不開測繪

在地質(zhì)普查、勘探時期：測繪勘探區(qū)和礦區(qū)地形圖，為儲量計算和勘探設(shè)計提供測量資料?；窘ㄔO(shè)時期：根據(jù)設(shè)計的施工詳圖，在地面和井下測設(shè)各工程和設(shè)備的位置，以便施工。生產(chǎn)時期：標定工作面位置、巷道的掘進位置和方向、測定采空區(qū)等。3、交通運輸、水利建設(shè)離不開測繪

鐵路、公路建設(shè)：選線、勘測設(shè)計、施工建設(shè)。大、中水利工程：圖上選定渠道和水庫位置、劃定流域面積、流量、庫容計算等。2、資源勘察和開發(fā)離不開測繪584、國土資源調(diào)查、土地利用、土壤改良和環(huán)境監(jiān)測離不開測繪。

地貌圖：反映地表形態(tài)特征

土壤圖：反映各類土壤及其地表分布

衛(wèi)星遙感：農(nóng)作物估產(chǎn)、海洋赤潮監(jiān)測，森林、草原、耕地面積變化、土地荒漠化等監(jiān)測。4、國土資源調(diào)查、土地利用、土壤改良和環(huán)境監(jiān)測離不開測繪。595、科學(xué)實驗、高科技發(fā)展離不開測繪

發(fā)射人造地球衛(wèi)星，首先進行設(shè)計、制造、安裝、調(diào)試、軌道計算等，再發(fā)射。通過測繪提供衛(wèi)星發(fā)射地點、發(fā)射方向、監(jiān)測衛(wèi)星的飛行、保證衛(wèi)星進入預(yù)定軌道。6、邊界談判、地震預(yù)報、搶險救災(zāi)等離不開測繪

國界：中越地界：江西省——南昌市——昌北經(jīng)濟開發(fā)區(qū)地震：板塊構(gòu)造運動，監(jiān)測移動速度和加速度。災(zāi)害：監(jiān)測預(yù)報滑坡、泥石流等，利用GPS定位技術(shù)和衛(wèi)星通訊可建立災(zāi)難事件救援系統(tǒng)。5、科學(xué)實驗、高科技發(fā)展離不開測繪607、國防建設(shè)離不開測繪

地圖是軍隊的眼睛。用于研究戰(zhàn)略方向，作為戰(zhàn)略部署的依據(jù)；用于戰(zhàn)術(shù)研究：選擇陣地、兵器部署和工事構(gòu)筑等用于作戰(zhàn)指揮，多兵種協(xié)同作戰(zhàn)：各兵種所處空間不同，要保證協(xié)調(diào)指揮，必須在同一個三維空間地圖中標定自己的位置。美軍1:25萬多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)圖，我軍1:50萬協(xié)同作戰(zhàn)圖。用于高科技武器裝備：巡航導(dǎo)彈裝備有數(shù)字地圖，在飛行過程中，將遙感器探測到的地面信息與數(shù)字地圖比較，修正飛行路線，直至命中目標。7、國防建設(shè)離不開測繪61§1.2地面點位的確定一、地球形狀和大小1、地球的自然表面2、地球的物理表面——水準面3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面§1.2地面點位的確定一、地球形狀和大小1、地球的自然表面62地球的形狀地球的形狀631、地球的自然表面由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形。地球表面并不光滑，形狀十分復(fù)雜。但是這樣的高低變化與地球本身相比，變化是微小的。所以我們可以認為地球是被靜止的海水面包圍的球體。地球上的最高峰珠峰高出海水面8846.27m（1992年測定）；最低點(太平洋西部)馬里亞納海溝低于海水面11022m，遠遠小于地球的平均半徑6371km。若把地球縮小為直徑為1米的球體，則山峰和海溝在球面上的凹凸不到1毫米。地球表面海洋占71%，陸地僅占29%。1、地球的自然表面由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢641、地球的自然表面

地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質(zhì)心吸引力的作用，這兩個力的合力稱為重力，重力方向即為鉛垂線方向。鉛垂線是測量工作的基準線。重力引力離心力1、地球的自然表面地球上的物體將受到地球、太陽、月652、地球的物理表面——水準面特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面。

水準面：自由、靜止的水面。處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面。水準面地球自然表面2、地球的物理表面——水準面特點：1.重力等位面，其表面處662、地球的物理表面——水準面大地水準面：與平均海水面吻合的水準面。將它向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。大地水準面是測量工作的基準面。作用：高程起算面。2、地球的物理表面——水準面大地水準面：與平均海水面吻合67大地水準面是一個不規(guī)則的非數(shù)學(xué)曲面,測量數(shù)據(jù)在這個不規(guī)則的曲面上是無法進行運算的。參考橢球體面是與大地水準面非常接近的數(shù)學(xué)形體，由一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成。參考橢球體面是規(guī)則曲面，是測量計算的基準面。橢球元素：用長半軸a、短半軸b和扁率α表征。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面大地水準面是一個不規(guī)則的非數(shù)學(xué)曲面,測量數(shù)據(jù)在這個不規(guī)則的曲683、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面建國初我國曾經(jīng)采用蘇聯(lián)的克洛索夫斯基元素值，a=6378245m，α=1:298.3，建立“1954年北京坐標系”。大地原點位于俄羅斯的普爾科沃。該坐標系的大地坐標是經(jīng)過局部分區(qū)平差得到的，因此，全國的控制點不能形成一個整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的空隙，在有的接合部中，同一點在不同的區(qū)坐標值相差1m-2m，坐標傳遞是從東北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為坐標起算點，具有明顯的坐標累積誤差。該坐標系存在很多缺點:克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)差異較大。橢球定向不十分明確,參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜,東部高程異常達60多米。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面建國初我國曾經(jīng)采用蘇聯(lián)的693、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面在小范圍內(nèi)，可以把橢球體近似看作球體，其半徑為1980年以后采用1975年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會推薦值。a=6378140m，α=（a-b）/a=1:298.257，大地原點設(shè)在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)，建立了“1980年國家大地坐標系”。3、地球的數(shù)學(xué)表面——參考橢球體面在小范圍內(nèi)，可以把橢球體70

大地原點坐落在距離西安市北40公里的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，大地原點標志在主建筑的地下室里，居中有一座紅色大理石基座，“為了保證原點的穩(wěn)定性，基座下灌注有四根13米高的水泥樁柱，直達地球內(nèi)部巖層”；大理石基座的中心部位刻有一個“+”字，這正是“大地原點”的標志，“+”的交點就是原點。

坐標為東經(jīng)108°55’、北緯34°32’，海拔高度417.20米。

大地原點坐落在距離西安市北40公里的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，大71二、地面點的高程1.絕對高程(海拔)：地面點到大地水準面的鉛垂距離。2.相對高程(假定高程)：地面點到任意水準面的鉛垂距離。3.高差：兩個地面點高程之差HAB=HB-HA=HB′-HA′A大地

水

準

面HAHA’HB’假

設(shè)

水

準

面BHABHB二、地面點的高程1.絕對高程(海拔)：地面點到大地水準面的鉛721956年黃海高程系統(tǒng)：根據(jù)青島驗潮站1950－1956年的驗潮資料推算的黃海平均海水面為我國高程起算面（以此為零）H0=72.289m1985年國家高程基準：根據(jù)1953－1979年青島驗潮站的潮汐觀測資料，推算出新的黃海平均海水面零位置，并以此為起算面，測得國家水準原點的高程為：H0=72.2604m水準原點H0驗潮站大地水準面4.國家高程系統(tǒng)1956年黃海高程系統(tǒng)：根據(jù)青島驗潮站1950－1956年的73其它高程系統(tǒng)見教材表1-2換算：兩個高程系統(tǒng)相差:72.289-72.2604=0.0286m如1956年黃海高程系中某一點的高程為63.280m，在1985年高程基準中的高程即為63.251m。其它高程系統(tǒng)見教材表1-2換算：74§1.2地面點位的確定三、地面點的坐標1.地理坐標2.空間直角坐標3.平面直角坐標§1.2地面點位的確定三、地面點的坐標1.地理坐標75首子午線格林威治oPP′三、地面點的坐標1.地理坐標天文坐標：天文坐標是以鉛垂線為基準線，以大地水準面為基準面。地面點的位置用天文經(jīng)度（λ）和天文緯度（Φ）表示。例：北京某地的地理坐標為東經(jīng)116o20′50″，北緯39o55′37″。λφ地面上任意點N（λ、Φ）首子午線格林威治oPP′三、地面點的坐標1.地理坐標天文坐標76三、地面點的坐標1.地理坐標大地坐標：大地坐標是以法線為基準線，以旋轉(zhuǎn)橢球面為基準面。地面點的位置用大地經(jīng)度（L）和大地緯度（B）表示。天文經(jīng)緯度是用天文方法測定的。大地經(jīng)緯度是根據(jù)一個起始的大地點（大地原點）的大地坐標，按大地測量所得的數(shù)據(jù)推算而得的。現(xiàn)在我國以永樂鎮(zhèn)的大地原點為起算點，由此建立新的統(tǒng)一坐標系，稱為1980年國家大地坐標系。在國家各等級平面控制測量中，實際測定和應(yīng)用的是大地坐標。三、地面點的坐標1.地理坐標大地坐標：大地坐標是以法線為基準77三、地面點的坐標2.空間直角坐標坐標原點O：地球橢球體中心（與質(zhì)心重合）Z軸方向：指向地球北極X軸方向：指向格林尼治子午面與地球赤道面之交點Y軸方向：垂直于XOZ平面，構(gòu)成右手坐標系。例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）YPXYZZXO(X、Y、Z)三、地面點的坐標2.空間直角坐標坐標原點O：地球橢球體中心（783.平面直角坐標怎樣建立平面直角坐標？為什么要進行投影?

投影面地球投影。地球橢球體為不可展曲面。由于地理坐標是球面坐標，在工程建設(shè)規(guī)劃、設(shè)計、施工中，測量和計算十分不便。三、地面點的坐標3.平面直角坐標怎樣建立平面直角坐標？投影面地球投影。由于地79三、地面點的坐標3.平面直角坐標高斯-克呂格投影：它是由德國數(shù)學(xué)家高斯(Gauss，1777~1855)提出，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格(Kruger，1857～1923)加以補充完善，故又稱“高斯—克呂格投影”，簡稱“高斯投影”。是正形投影的一種。正形投影特點：投影后角度不變;投影后長度比為一個常數(shù)。方法：將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上（即分帶投影）。三、地面點的坐標3.平面直角坐標高斯-克呂格投影：它是由德80NSc中央子午線赤道高斯投影的原理：

高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進行投影。NSc中央子午線赤道高斯投影的原理：高斯投影采用分帶81高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為直線，且長度不變。（2）除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對稱軸。投影后有長度變形。（3）赤道線投影后為直線，但有長度變形。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為直線，且長度不變。赤道82（4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。（5）經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。（6）所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。（7）離中央子午線愈遠，長度變形愈大。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy（4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道83三、地面點的坐標3.平面直角坐標分帶投影：各帶中央子午線經(jīng)度計算公式：六度帶：L0=6N-3（N為6°帶的帶號）三度帶：L0=3n（n為3°帶的帶號）3°6°115324233°9°15°六度帶三度帶13°9°15°2312°18°123456°0°兩種分帶之間的關(guān)系：三、地面點的坐標3.平面直角坐標分帶投影：各帶中央子午線經(jīng)84根據(jù)已知點的經(jīng)度計算投影帶的帶號：若已知某點的經(jīng)度為L，則該點的6o帶的帶號N由下式計算：

N＝（取整）+1

該點所在3o帶的帶號按下式計算：

n＝（四舍五入）根據(jù)已知點的經(jīng)度計算投影帶的帶號：若已知某點的經(jīng)度為8512°15°高斯平面直角坐標系坐標系的建立：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OxyP（X，Y）高斯自然坐標注：X軸向北為正，

y軸向東為正。赤道中央子午線12°15°高斯平面直角坐標系坐標系的建立：OxyP（X，Y86國家統(tǒng)一坐標（通用坐標）：由