測量學(xué)的基本知識

測量學(xué)的基本知識第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)的產(chǎn)生與組成測量學(xué)的發(fā)展與作用地球的形狀和大小地面點(diǎn)位置的確定測量工作的原則及基本的測量工作第2

頁第一章緒論第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1測量學(xué)的產(chǎn)生與組成測量學(xué)的產(chǎn)生生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等公元前二十七世紀(jì)埃及大金字塔二千多年前夏商時(shí)代夏禹治水秦代李冰父子都江堰水利樞紐工程北宋沈括治理汴渠……軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰f里長城指南針……第3

頁第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)（Surveying)的定義定義:

測量學(xué)是研究對地球整體及其表面和外層空間中的各種自然和人造物體上與地理空間分布有關(guān)的信息進(jìn)行采集處理、管理、更新和利用的科學(xué)和技術(shù)。

它的主要任務(wù)有三個(gè)方面：研究確定地球的形狀和大小，為地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料將地球表面的地物地貌測繪成圖(測定)將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測設(shè)至現(xiàn)場（測設(shè)）第4

頁第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)科的組成大地測量學(xué)(Geodesy)

是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運(yùn)動和地表面點(diǎn)的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報(bào)等提供重要資料。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(xué)等。第5

頁第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)科的組成（續(xù)）地圖制圖學(xué)(Cartography)

是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技術(shù)、方法以及應(yīng)用的學(xué)科。它的基本任務(wù)是利用各種測量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。攝影測量與遙感

研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語義和非語義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。其基本任務(wù)是通過對攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測量學(xué)，航空攝影測量學(xué)和航天遙感測量等。

第6

頁第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)科的組成（續(xù)）

工程測量學(xué)(Engineeringsurveying)定義一：工程測量學(xué)是研究各項(xiàng)工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。各項(xiàng)工程包括：工業(yè)建設(shè)、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電線、輸油管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的工程建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營管理三個(gè)階段。工程測量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測量工作。第7

頁第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)科的組成（續(xù)）

定義二：工程測量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測分析和預(yù)報(bào)等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測繪學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。定義三：工程測量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測量描繪和抽象幾何實(shí)體的測設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對象。第8

頁第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)科的組成（續(xù)）

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。第9

頁第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第10

頁測量學(xué)科的組成（續(xù)）地形測量學(xué)是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。按成圖方式的不同地形測圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2測量學(xué)的發(fā)展與作用測量學(xué)在人類認(rèn)識地球中的作用“地球的形狀是甚么樣的？”

Whatistheshapeoftheearth?這是人類長期探索的問題。早在公元前6世紀(jì)古希臘的畢達(dá)哥拉斯（Pythagoras）就出了地的球形狀的概念。兩世紀(jì)后，亞里士多德（Aristotle）作了進(jìn)一步論證，支持這一學(xué)說。又一世紀(jì)后，埃拉托斯特尼用在南北兩地同時(shí)觀測日影的辦法首次推算出地球子午圈的周長。

第11

頁第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)在軍事的作用“天時(shí)，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點(diǎn)等地形和地物，具有確定位置、辨識方向的作用。地圖一直在軍事活動中起著重要的作用，這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。傳統(tǒng)上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當(dāng)多國家的測繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測繪技術(shù)在各方面的應(yīng)用愈來愈廣泛，測繪科技國際間的交流日益頻繁，不少國家終于建立了民用的測繪機(jī)構(gòu)第12

頁測量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)在國土管理中的作用測量學(xué)的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復(fù)土地的界線很早就采用了測量技術(shù)地籍測量。用以測定地塊的邊界和坐落，求算地塊的面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會里，國家為了征稅而開展地籍測量，同時(shí)記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國,地籍測量是國家管理土地的基礎(chǔ)地籍測量的成果不僅用于征稅，還用于管理土地的權(quán)屬以保障用地的秩序，為了提高土地利用的效益、合理和節(jié)約利用十分珍貴和有限的土地。測量學(xué)還服務(wù)于國家領(lǐng)土的管理。第13

頁測量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學(xué)在工程建設(shè)中的作用勘測設(shè)計(jì)階段：為選線測制帶狀地形圖。施工階段：把線路和各種建筑物正確地測設(shè)到地面上。竣工測量：對建筑物進(jìn)行竣工測量。運(yùn)營階段：為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測量。變形觀測：為安全運(yùn)營，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測量。現(xiàn)代的測量學(xué)作為一門能采集和表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等幾何信息，以及能把設(shè)計(jì)的建筑物、設(shè)備等按設(shè)計(jì)的形狀、大小和位置準(zhǔn)確地在實(shí)地標(biāo)定出來的技術(shù)，在各種工程建設(shè)中的應(yīng)用愈來愈廣泛。第14

頁測量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月認(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，或作為參考系。第15

頁

§1-3地球的形狀和大小第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月地球自然表面不規(guī)則曲面平均半徑6371km

珠峰8848.13m，馬里亞那海溝11022m，海洋71%大地水準(zhǔn)面（meansealevel）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。第16

頁第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過陸地而形成的封閉曲面稱為大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱為大地體（Geoid）第17

頁配合最佳的參考橢球面

大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面差距N第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月大地水準(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(gè)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。第18

頁第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球體（ellipse）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。稱參考橢球體。（見下頁）第19

頁配合最佳的參考橢球面

大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面差距N第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

第20

頁P(yáng)

P旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)）

長半徑a=6378137m

短半徑b=6356752m

扁率f=(a-b)/a=1/298.257第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)）經(jīng)度與緯度子午面：地球上任一點(diǎn)的法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）的夾角緯度：所在點(diǎn)的法線與赤道平面之間的夾角。第21

頁lB第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-4地面點(diǎn)位置的確定

一、球面坐標(biāo)系統(tǒng)第22

頁大地經(jīng)度大地緯度大地高第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、平面坐標(biāo)系地圖投影為了簡化計(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(gè)問題的學(xué)科，是數(shù)學(xué)也是地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科基本類型有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。第23

頁第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高斯平面直角坐標(biāo)系高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。等角投影就是正形投影。所謂，正形投影，就是在極小的區(qū)域內(nèi)橢球面上的圖形投影后保持形狀相似。即投影后角度不變形。第24

頁第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第25

頁（一）高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）標(biāo)準(zhǔn)地形圖的分幅和編號：第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值理論上中央子午線的投影是X軸，赤道的投影是Y軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)的X坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距離；點(diǎn)的Y坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線的距離，設(shè)為y’；y’有正有負(fù)。為了避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，把原點(diǎn)向西平移500公里。為了區(qū)分不同投影帶中的點(diǎn)，在點(diǎn)的Y坐標(biāo)值上加帶號N所以點(diǎn)的橫坐標(biāo)通用值為

y=N*1000000+500000+y’第26

頁第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱為中央子午線）中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線。中央子午線的投影為縱軸X，赤道的投影為橫軸Y，它們的交點(diǎn)為原點(diǎn)O。高斯平面直角坐標(biāo)系常簡稱高斯坐標(biāo)系中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對稱軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極第27

頁第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)（續(xù)）把曲面上的圖形投影到平面上必然會伴有變形。變形有三類：角度變形，長度變形，面積變形高斯投影是正形投影，無角度變形所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交中央經(jīng)線投影后長度不變其它經(jīng)緯線投影后均變長，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長度變形越大有長度變形也就有面積變形第28

頁第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯坐標(biāo)系的作用使較復(fù)雜的橢球面上的計(jì)算變?yōu)楸容^簡單的平面上的計(jì)算便于地圖按經(jīng)緯線分幅。如將圖廓點(diǎn)（其地理坐標(biāo)為經(jīng)緯度）按其相應(yīng)的高斯坐標(biāo)展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。將大地控制點(diǎn)按其高斯坐標(biāo)展在平面上，作為工程測量和地形測量的起始點(diǎn)第29

頁第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（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)第30

頁第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、空間三維坐標(biāo)系（一）地心坐標(biāo)系地心平坐標(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。第31

頁xoyz第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）參心坐標(biāo)系參心平坐標(biāo)系是以參考橢球體的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以橢球修整軸（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。第32

頁xoyz配合最佳的參考橢球面

大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面差距N第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、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。第33

頁假定水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面高差第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第34

頁d1、對水平距離的影響β五、地球表面曲率對測量工作的影響第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第35

頁d2、對高差的影響第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-5測量的基本原則與工作（一）原則1．從整體到局部，先控制后碎部；

2．前一步工作未檢核不進(jìn)行后一步工作。（二）內(nèi)容1．測定——地面——圖上

2．測設(shè)——圖上——地面控制測量地形測量施工放樣第36

頁一、基本概念第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）基本測量工作

1．測量水平距離

2．測量水平角

3．測量直線的方向

4．測量點(diǎn)的高程第37

頁第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量(觀測)值為了求得待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)至少需要兩個(gè)測量值：水平距離，水平角。例如：極坐標(biāo)法距離交會法角度交會法為了求得第三維的坐標(biāo)，還需要另一個(gè)測量值：高差h測量作業(yè)就在于使用不同精度的測量儀器，測得‘角度’‘距離’和‘高差’第38

頁第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第39

頁第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量儀器綜述特點(diǎn)：精度高能在野外條件下長期穩(wěn)定使用自動化程度高，操作方便發(fā)展過程：精密機(jī)械光學(xué)+精密機(jī)械微電子+光學(xué)+精密機(jī)械第40

頁第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）長度單位英制單位：海里、碼、英尺、英寸市制單位：里、丈、尺、寸、公制單位：公里、米、分米、厘米、毫米第41

頁二、測量單位的產(chǎn)生第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月長度單位“米”的定義米的最早的科學(xué)定義是子午線長度的/40000000十八世紀(jì)法國科學(xué)院派測量隊(duì)進(jìn)行“弧度測量”。隨后以測得的子午線弧長的四千萬分子一作為長度的基本單位，稱為“米”。為了使用方便，用鉑金屬制造了幾根長一米的尺子，稱為米的原尺。當(dāng)時(shí)，世界各國的長度標(biāo)準(zhǔn)都是由這幾根米尺派生復(fù)制出來。我國在六十年代之前也一直使用這樣的復(fù)制尺第42

頁第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)間單位“秒”的定義經(jīng)典的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是用天文測量方法測定的。設(shè)將測量儀器的望遠(yuǎn)鏡指向天頂，則某一天體連續(xù)兩次