測量學(xué)第一章

《測量學(xué)》學(xué)習(xí)輔導(dǎo)《測量學(xué)》長安大學(xué)國土工程系第一章第二章第一章

測量學(xué)概述二、測量學(xué)的定義1.傳統(tǒng)的定義：研究確定地面點(diǎn)位相對位置的科學(xué)。2.現(xiàn)今的定義：研究和確定三維空間中各種物體的形狀、大小、位置、方向和其分布等信息的科學(xué)。三、測量學(xué)科的組成天文測量學(xué)研究測定恒星的坐標(biāo)，以及利用恒星確定觀測點(diǎn)的坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度等）的學(xué)科。大地測量學(xué)研究測定地球的形狀和大小及地球表面較大地區(qū)的地位測定和計(jì)算的有關(guān)理論與方法的學(xué)科。物理大地測量學(xué)研究地球的重力場的測量方法、分布情況極其應(yīng)用的學(xué)科。地圖制圖學(xué)研究地圖制圖的理論和方法。攝影測量學(xué)與遙感研究利用航天、航空、地面的攝影和遙感信息，進(jìn)行測量的方法和理論的學(xué)科。工程測量學(xué)研究測量和制圖的理論和技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用。測量儀器學(xué)研究測量儀器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。地形測量學(xué)研究將地球表面局部地區(qū)的地貌、地物測繪成地形圖和編制地形圖的基本理論和方法。提要二測量學(xué)的基本任務(wù)四、測量學(xué)的基本任務(wù)

測定測設(shè)地形圖應(yīng)用1.測定測定地面現(xiàn)狀的位置。測定的成果：(1)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)圖地形圖、平面圖、地籍圖、斷面圖、沉降圖，工程圖等。1.測定（地面圖紙）2.測設(shè)

——將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程，放樣于實(shí)地，作為施工的依據(jù)。也叫施工放樣。測設(shè)的成果：

體現(xiàn)設(shè)計(jì)的平面位置和高程的現(xiàn)場標(biāo)志。

2.測設(shè)（圖紙地面）2.測設(shè)3.地形圖應(yīng)用

地形圖應(yīng)用于廣泛的領(lǐng)域，如國土整治、資源勘測、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通規(guī)劃、土地利用、環(huán)境保護(hù)、工程設(shè)計(jì)、礦藏采掘、河道整理、等，可在地形圖上獲取詳細(xì)的地面現(xiàn)狀信息。在國防和科研方面，更具重要用途。數(shù)字化地形圖使地形圖在管理和使用上體現(xiàn)出圖紙地形圖所無法比擬的優(yōu)越性。提要三測量學(xué)的特點(diǎn)和要求五、測量學(xué)的特點(diǎn)和要求（1）特點(diǎn)

●實(shí)踐性強(qiáng)，責(zé)任性要求高，必須遵照測量的規(guī)范和規(guī)則?！駜?nèi)容多：測量學(xué)基本原理、誤差理論、儀器使用、作業(yè)方法、基本計(jì)算等。二學(xué)習(xí)要求

①學(xué)會和掌握測量的基本作業(yè)方法：角度測量、距離測量、高程測量（儀器的基本操作、作業(yè)程序、記錄、成果整理）

②掌握測量儀器的檢驗(yàn)和校正方法（測量儀器的軸線關(guān)系、檢驗(yàn)和校正的作業(yè)方法）

③學(xué)會控制測量、地形測量、施工放樣的基本作業(yè)方法（外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)計(jì)算與繪圖）

④建立測量誤差的基本概念（掌握測量誤差的基本理論和測量誤差的計(jì)算）（2）學(xué)習(xí)要求：學(xué)習(xí)要求續(xù)

●野外作業(yè)：嚴(yán)格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序。

●記錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改（按規(guī)定方式改數(shù)）。

●計(jì)算：按平差規(guī)則、作計(jì)算檢核、保證計(jì)算精度（小數(shù)取位）。

●正負(fù)號：在以下數(shù)據(jù)前，加“+、-”號：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其它要求發(fā)展階段測量儀器測量理論測量產(chǎn)品古代17世紀(jì)前繩尺、步弓、矩尺

簡單機(jī)械式弧度測量、面積計(jì)算理論原始簡單粗糙的地圖近代17-20世紀(jì)初望遠(yuǎn)鏡、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、平板儀光學(xué)機(jī)械式三角測量、最小二乘法、地圖投影測量走向精確實(shí)測的地圖現(xiàn)代20世紀(jì)至今電子儀器、航空攝影、GPS電子智能儀器GIS、RS、GPS數(shù)字測圖測量走向自動化數(shù)字地圖將來數(shù)字化、自動化、小型化、智能化數(shù)字地球

大眾化的數(shù)字地圖測量學(xué)發(fā)展歷史與趨勢認(rèn)識地球是人類探索的目標(biāo)之一，也是測量學(xué)的任務(wù)之一。絕大多數(shù)測量工作是在地球上進(jìn)行，或用地球作為參考系?！?-2地球的形狀和大小一、地球的自然形體高低起伏，極其復(fù)雜局部特點(diǎn)：1、近似一個兩極略扁的橢球；2、可視為水球（海71%，陸29%）；3、無法用數(shù)學(xué)公式描述。

整體特點(diǎn)：靜止的液體表面，稱為水準(zhǔn)面。特性處處與鉛垂線正交二、水準(zhǔn)面是不規(guī)則的表面，有無窮多水準(zhǔn)面與鉛垂線可作為野外測量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線三、大地水準(zhǔn)面液體受重力而形成的靜止表面稱為水準(zhǔn)面。同一水準(zhǔn)面上的重力位處處相等；同一水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。與平靜的平均海水面相重合、并延伸穿過陸地而形成的封閉曲面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面（續(xù)）由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準(zhǔn)面是個復(fù)雜的曲面水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。大地水準(zhǔn)面（續(xù)）由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無法準(zhǔn)確描述和計(jì)算。也難以在其面上處理測量成果。二、旋轉(zhuǎn)橢球體因此，用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面------旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球。最接近某地區(qū)稱參考橢球體。

PP長半徑a=6378137m短半徑b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.257

當(dāng)范圍較小時，可以把地球看成圓球，其半徑R=（2a+b）/3=6371km經(jīng)度與緯度子午面------地球上任一點(diǎn)的鉛垂線與地軸所組成的平面。經(jīng)度-------所在的子午面與首子午面（過英國格林尼治天文臺）的夾角l

緯度-------所在點(diǎn)的鉛垂線與赤道平面之間的夾角。B§1-3地面點(diǎn)位的確定

一、球面坐標(biāo)系統(tǒng)（一）天文地理坐標(biāo)系外業(yè)測量—天文經(jīng)緯度以鉛垂線為準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面和鉛垂線是天文地理坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面和線地面點(diǎn)的坐標(biāo)是它沿鉛垂線在大地水準(zhǔn)面上投影點(diǎn)的經(jīng)度和緯度

（二）大地地理坐標(biāo)系大地地理坐標(biāo)系是建立在地球橢球面上的坐標(biāo)系地球橢球面和法線是大地地理坐標(biāo)系的主要面和線地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)是它沿法線在地球橢球面上投影點(diǎn)的經(jīng)度L、緯度B以及大地高大地地理坐標(biāo)系NSMP格林尼治天文臺大地經(jīng)度(L)大地緯度(B)大地高(H)LBH過地面點(diǎn)的子午面與起始子午面之間的夾角過地面點(diǎn)的法線與赤道面之間的夾角地面點(diǎn)沿法線至參考橢球面的距離G二、地圖投影平面坐標(biāo)系

為了簡化計(jì)算，要將（橢）球面上的元素歸算（投影）到平面上。所謂投影就是建立起（橢）球面上的點(diǎn)與平面上的點(diǎn)一一對應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。地圖投影學(xué)就是研究這個問題的學(xué)科，是數(shù)學(xué)、也是地理學(xué)的一個分支學(xué)科。投影基本類型有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。3.高斯平面直角坐標(biāo)測量平面直角坐標(biāo)系OYXⅢ象限Ⅱ象限Ⅳ象限Ⅰ象限測量平面直角坐標(biāo)系及點(diǎn)的坐標(biāo)：測量平面直角坐標(biāo)系如右圖，所有平面三角學(xué)公式都同樣能在測量坐標(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。（一）高斯平面直角坐標(biāo)系高斯坐標(biāo)系建立1——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（即保角變換、保角影射）(1)高斯平面直角坐標(biāo)系的建立高斯坐標(biāo)系建立2●使投影帶的中央子午線與圓柱體相切，投影時其長度不變，展開后為X軸，向北為正；赤道與中央子午線正交，展開后為Y軸向東為正。高斯投影示意圖高斯坐標(biāo)表示(2)

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）

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。

為使用方便，將X軸向西移500km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：

ya=500000+224567=724567m

yb=500000-245678=254322m即：

ya=21724567m

yb=21254322m（二）地平坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系是平面直角坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃矫鏋橹饕?不需要投影)通常以當(dāng)?shù)氐谋狈较驗(yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向地平坐標(biāo)系只用于小的局部地區(qū)三、空間三維坐標(biāo)系

地心坐標(biāo)系是以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以地軸為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面。xoyz（一）地心坐標(biāo)系（二）參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系是以參考橢球體的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以橢球短軸為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面。xoyz四、地面點(diǎn)的高程高程（絕對高程、海拔）-----地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。假定（相對）高程-----地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。高差-----兩點(diǎn)間的高程之差。2.高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)我國國家高程系統(tǒng)：黃海高程系我國國家高程基準(zhǔn)：

1985年國家高程基準(zhǔn)◆我國取青島附近黃海平均海水面為大地水準(zhǔn)面；人為而定，相對穩(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年觀測的平均潮位作為大地水準(zhǔn)面)；◆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)：吳淞高程系高程系統(tǒng)與高程基準(zhǔn)§1-4測量工作的基本概念基本原則控制測量地形測量施工放樣基本觀測量距離角度