第二章测量学的基本知识.pptx

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1、地球的制高点地球的制高点 珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰海拔高程海拔高程 8844.43m8844.43m1101101 1第1页/共69页 马里亚纳海沟 斐查兹海渊剖面图1101102 2地球海面下最深处地球海面下最深处高程为高程为 11000 m11000 m第2页/共69页地球形状与地球椭球体地球形状与地球椭球体 将地球表面的地物和地貌测绘成地形图，必将地球表面的地物和地貌测绘成地形图，必须确定地面点的位置，因此要建立一个基准框须确定地面点的位置，因此要建立一个基准框架。架。一、地球的形状及大小一、地球的形状及大小地球自然表面地球自然表面：形状非常复杂，有高山、丘陵、：形状非常复杂，有高山、丘陵、

2、平原、河谷、湖泊及海洋。地球表面海洋面积平原、河谷、湖泊及海洋。地球表面海洋面积约约7171，陆地面积约，陆地面积约2929。地球可看作是被海。地球可看作是被海水包围的球体。水包围的球体。第3页/共69页水准面水准面：静止的海水面向大陆延伸所形成的一个封闭的曲面。水准面有无穷多个。：静止的海水面向大陆延伸所形成的一个封闭的曲面。水准面有无穷多个。大地水准面大地水准面：与平均海水面重合的一个水准面。：与平均海水面重合的一个水准面。大地体大地体：由大地水准面所包围的形体。：由大地水准面所包围的形体。WENS椭球面大地水准面第4页/共69页第5页/共69页水准面大地水准面的特点水准面大地水准面的特点

3、 水准面：水准面：是静止的水面，是受地球重力影响而形成的，处处与重力方向垂直的连是静止的水面，是受地球重力影响而形成的，处处与重力方向垂直的连续曲面续曲面.其特点是其特点是水准面上任意一点的铅垂线水准面上任意一点的铅垂线(重力作用线重力作用线)都垂直于该点的曲面都垂直于该点的曲面。大地水准面：大地水准面：由于地球内部质量分布不均匀，重力也受其影响，故引起了铅垂线由于地球内部质量分布不均匀，重力也受其影响，故引起了铅垂线方向的改变，致使方向的改变，致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面。水准面有无穷个，而大地水准面是唯一的。水准面有无穷个，而大地水准面是

4、唯一的。第6页/共69页二、地球椭球体二、地球椭球体地球椭球体地球椭球体：以接近大地体的旋转椭球体来代替大地体的旋转椭球。以接近大地体的旋转椭球体来代替大地体的旋转椭球。a a表示椭球体的长半表示椭球体的长半轴，轴，b b表示短半轴，表示短半轴，f f表示地球椭球的扁率。表示地球椭球的扁率。总地球椭球体总地球椭球体：与大地体最接近的地球椭球。与大地体最接近的地球椭球。参考椭球体参考椭球体：局部与大地体密合最好的地球椭球。局部与大地体密合最好的地球椭球。WENSabo第7页/共69页表表 几个著名的椭球体几个著名的椭球体椭球名称年代长半轴a/m扁率f附注德兰布尔18006 375 6531:33

5、4.0法国白塞尔18416 377 397.1551:299.152 812 8德国克拉克18806 378 249 1:293.459英国海福特19096 378 3881:297.0美国克拉索夫斯基19406 378 2451:298.3前苏联1980年大地测量参考系统19796 378 1401:298.257IUGG第17届大会推荐值WGS-84系统19846 378 1371:298.257 223 563美国国防部制图局（DMA）第8页/共69页 我国采用的参考椭球体我国采用的参考椭球体 19781978年我国根据自己实测的天文大地资料年我国根据自己实测的天文大地资料推算出适合本地

6、区的地球椭球体参数，建立了推算出适合本地区的地球椭球体参数，建立了“19801980年西安大地坐标系年西安大地坐标系”。该坐标系以。该坐标系以陕西省泾陕西省泾阳县永乐镇阳县永乐镇某点为大地原点进行定位，建立了全国某点为大地原点进行定位，建立了全国统一坐标系。统一坐标系。第9页/共69页 2.2 2.2 地面点位的确定 测量工作的实质是确定地面点的空间位置。通常采用地面点在基准面测量工作的实质是确定地面点的空间位置。通常采用地面点在基准面（如椭球体、水准面）上的投影位置及投影距离来表示。（如椭球体、水准面）上的投影位置及投影距离来表示。坐标系统：坐标系统：用于表示地面点在基准面上的位置。用于表示

7、地面点在基准面上的位置。第10页/共69页地理坐标系地理坐标系地理坐标系：地理坐标系：以经纬度表示地面点位置的球面坐标系以经纬度表示地面点位置的球面坐标系地理坐标系地理坐标系分为分为大地坐标系大地坐标系和和天文坐标系天文坐标系大地坐标系：大地坐标系：以以大地水准面大地水准面和和铅垂线铅垂线为基准建立起来的坐标系为基准建立起来的坐标系天文坐标系：天文坐标系：以以参考椭球体面及其法线参考椭球体面及其法线为基准建立起来的坐标系为基准建立起来的坐标系第11页/共69页子午面子午面 地球上任一点与地球上任一点与 地球旋转轴所组地球旋转轴所组 成的平面。成的平面。首子午面首子午面 通过英国格林尼通过英国格

8、林尼 治治(Greenwich)(Greenwich)天文台的子午面。天文台的子午面。1212G几个概念几个概念A首子午面首子午面地球旋转轴地球旋转轴赤道平面赤道平面赤道平面赤道平面 格林尼治格林尼治A点子午面点子午面第12页/共69页第13页/共69页英国格林尼治英国格林尼治(Greenwich)(Greenwich)天文台天文台1101101414第14页/共69页1101101515英英 国国格林尼治格林尼治皇家天文台皇家天文台世界时世界时授时钟授时钟第15页/共69页宜春鼓楼-公元1219年建造山西省陶寺遗址-距今4100年 河南告成观星台-1276年，元郭守敬 第16页/共69页一、

9、大地坐标系一、大地坐标系1 1、定义：以参考椭球面及其法线为基准建立、定义：以参考椭球面及其法线为基准建立起来的坐标系统。起来的坐标系统。2 2、基准面基准面：参考椭球面；：参考椭球面；基准线：基准线：法线法线 参考面参考面：起始子午面、：起始子午面、赤道面赤道面3 3、表示：大地经度、表示：大地经度L L，大地纬度大地纬度B B、大地高、大地高H HPNSLBO 赤赤 道道地地轴轴H第17页/共69页大地经度大地经度(L)(L)通过通过A A点的子午面与首子午面之间的夹角点的子午面与首子午面之间的夹角(L)(L)大地纬度大地纬度(B)(B)通过通过A A点的椭球面法线与赤道平面的交角点的椭球

10、面法线与赤道平面的交角(B)(B)大地高大地高(H(H）-沿沿P P点的椭球体面法线到椭球体面的距离点的椭球体面法线到椭球体面的距离第18页/共69页二、天文坐标系二、天文坐标系1 1、定义：以大地水准面和铅垂线为基准建、定义：以大地水准面和铅垂线为基准建立起来的坐标系。立起来的坐标系。2 2、基准面基准面：大地水准面；：大地水准面；基准线：基准线：铅垂线铅垂线 参考面参考面：起始子午面、：起始子午面、赤道面赤道面3 3、表示：表示：天文经度天文经度，天文纬度天文纬度、正高、正高H H正。正。PNSO 赤赤 道道地地轴轴H第19页/共69页天文经度天文经度(L)(L)通过通过A A点的子午面与

11、首子午面之间的夹角点的子午面与首子午面之间的夹角(L)(L)天文纬度天文纬度(B)(B)通过通过A A点的铅垂线与赤道平面的交角点的铅垂线与赤道平面的交角(B)(B)正高正高(H(H）-沿沿P P点的铅垂线到椭球体面的距离点的铅垂线到椭球体面的距离第20页/共69页三、空间直角坐标系三、空间直角坐标系1 1、定义：原点、定义：原点O O位于椭球中心，位于椭球中心，Z Z轴与椭球体轴与椭球体的旋转轴重合并指向地球北极，的旋转轴重合并指向地球北极，X X轴指向起始轴指向起始子午面与赤道面交点子午面与赤道面交点E E，Y Y轴垂直于轴垂直于XOZXOZ平面构平面构成右手坐标系。成右手坐标系。2 2、

12、表示：、表示：x,y,zx,y,z。ZXYxOLBHPz y第21页/共69页ZXY第22页/共69页四、平面直角坐标系四、平面直角坐标系1 1、定义：由平面内两条相互垂直的直线构成，、定义：由平面内两条相互垂直的直线构成，南北方向的直线为平面坐标系的纵轴，即南北方向的直线为平面坐标系的纵轴，即X X轴，轴，向北为正；东西方向的直线为坐标系的横轴，向北为正；东西方向的直线为坐标系的横轴，即即Y Y轴，向东为正；纵、横坐标轴的交点轴，向东为正；纵、横坐标轴的交点O O为坐为坐标原点。标原点。2 2、表示：、表示：x x，y y。第23页/共69页3 3、平面直角坐标系与笛卡儿坐标系的异同、平面直

13、角坐标系与笛卡儿坐标系的异同1)1)坐标轴方向不同；坐标轴方向不同；2)2)方位角不同；方位角不同；3)3)象限不同。象限不同。xxyyIIIIIIIIIIIIIVIV第24页/共69页五、高斯投影及高斯平面直角坐标系五、高斯投影及高斯平面直角坐标系1、地图投影地图投影1)、定义：将椭球面上的图形、数据按一定的数学法、定义：将椭球面上的图形、数据按一定的数学法则转换到平面上的方法。则转换到平面上的方法。2)、分类：、分类：等角投影（正形投影）、等面积投影和任等角投影（正形投影）、等面积投影和任意投影意投影投影类型投影类型投影性质投影性质等角投影等角投影等角、伸长固定性等角、伸长固定性(ds/d

14、S=k)等面积投影等面积投影等面积等面积任意投影任意投影某方向长度变形为零某方向长度变形为零第25页/共69页2）高斯投影 设想将一个横切圆柱体套在椭球外面，使横圆柱的轴心通过椭球的中心，并与椭球面上某投影带的中央子午线相切，然后将这个投影带上的点线投影到横圆柱面上。再顺着过南北极的母线将圆柱面剪开，并展开为平面，这个平面称为高斯投影平面。第26页/共69页特点：特点：等角投影性质；等角投影性质；中央子午线投影后为一条直线，且其长度保持不变；中央子午线投影后为一条直线，且其长度保持不变；在椭球上除中央子午线外，其余子午线投影后均向中在椭球上除中央子午线外，其余子午线投影后均向中央子午线弯曲，并

15、且对称于中央子午线和赤道，而收敛央子午线弯曲，并且对称于中央子午线和赤道，而收敛于两极；于两极；赤道投影后为一条直线；赤道投影后为一条直线；在椭球面上凡对称于赤道的纬圈，其投影后仍为对称在椭球面上凡对称于赤道的纬圈，其投影后仍为对称的曲线，且垂直于子午线的投影曲线，并凹向两极的曲线，且垂直于子午线的投影曲线，并凹向两极第27页/共69页 3)、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系 在高斯投影面上，中央子午线和赤道的投影都是在高斯投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并将中央子午线与赤道的交点直线，并将中央子午线与赤道的交点O作为坐标原点，作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴以中央子

16、午线的投影为纵坐标轴X，并规定其北向为，并规定其北向为正；以赤道的投影作为横坐标轴正；以赤道的投影作为横坐标轴Y，并规定其东向为，并规定其东向为正的正的平面直角坐标系统平面直角坐标系统。XYSNO第28页/共69页4)、分带投影 为了控制长度变形，将地球椭球面按一定的经度差分成若干投影带。带宽一般为经差6或3，分别称为6带或3带。位于各投影带中央的子午线称中央子午线(0)。第29页/共69页66带中央子午线经度 =6=6-3-333带中央子午线经度 =3=3n n33带的中央子午线经度在奇数时与66带中央子午线重合。我国国土所属范围即带号：=13=1323(n=2423(n=2446)46)。

17、例如，南京市处于东经1184711847，即 =(11847=(11847+3)/6=20+3)/6=20 =620-3=117=620-3=117 即 n=11847/3=39.54n=11847/3=39.54 =3n=340=120=3n=340=120第30页/共69页 5)、高斯坐标通用值、高斯坐标通用值 我国领土南起北纬我国领土南起北纬4，北至北纬，北至北纬54，西由东经，西由东经74起，东至东经起，东至东经135，东西横跨，东西横跨11（13-23）个）个6带，带，21（25-45）个）个3带。由于我国领土全部位于赤带。由于我国领土全部位于赤道以北，因此道以北，因此X值永为正值，

18、而值永为正值，而Y值则有正有负，为值则有正有负，为了计算方便，使了计算方便，使Y坐标恒为正值，则将坐标纵轴西移坐标恒为正值，则将坐标纵轴西移500km，并在，并在Y坐标前冠以带号坐标前冠以带号XYSNO500KmX第31页/共69页如如:某点某点P的坐标的坐标p(3467668.988,19668533.165)P点实际坐标点实际坐标p(3467668.988,168533.165)，在在6度分带的度分带的19带。带。XYSNO500KmX第32页/共69页 我国某点B B，其真正横坐标y yb b-124625.723m124625.723m用6带标示B B点的坐标 WENSABoybyay

19、xWENSABoybya500kmyx 例例:B:B点位于点位于66带带(20)20)第33页/共69页 B B点真正横坐标y yb b-124625.723m-124625.723m 按照上述规定，y y值应改写为 y yb b 20(-124625.723+500000)20(-124625.723+500000)20375374.27720375374.277 例例:B:B点位于点位于66带带(20)20)WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx第34页/共69页六、高程系统 确定该点确定该点沿铅垂方向沿铅垂方向到某基准面的距离。到某基准面的距离。ABHAHBHAH

20、B黄海平均海水面大地水准面假定水准面hAB绝对高程（海拔）：指某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用表示。相对高程：某点距假定水准面的铅垂距离。高差：地面上两点间的高程之差。第35页/共69页 我国的高程基准点在哪里，基准点的高程为多少？以青岛验潮站多年的观测资料求得黄海平均海水面，作为我国的高程基准面，建立了“19561956年黄海高程系”，并在青岛市观象山上建立了国家水准基点（72.289m72.289m）。在19871987年启用“19851985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程72.260m72.260m。第36页/共69页青岛观象山水准原点1101103737第37页/共6

21、9页水准原点旱井1101103838第38页/共69页水准原点玛瑙石标志1101103939第39页/共69页水准原点标牌水准原点标牌1101104040第40页/共69页 2.3 WGS-84坐标系主要应用于全球卫星定位系统中，卫星的瞬间位置也应换算到统一的地球坐标系统。卫星的瞬间位置计算采用坐标系：WGS-72坐标系和WGS-84坐标系WGS-84坐标系：地球质心M为坐标系的原点，Z轴指向协议地级，X轴指向CTP定义的零子午面与相应赤道的交点，Y轴垂直于XMZ平面，且与X、Z构成右手坐标系。第41页/共69页 2.4 2.4 水平面代替水准面的限度 理论上，将极小部分的水准面理论上，将极小

22、部分的水准面(曲面曲面)当作当作水平面将产生变形，必然对测量观测值水平面将产生变形，必然对测量观测值(如距离、如距离、高差等高差等)带来影响。带来影响。本节主要讨论用水平面代替水准面对距离本节主要讨论用水平面代替水准面对距离和高差测量产生的影响和高差测量产生的影响(地球曲率的影响地球曲率的影响)，并，并给出水平面代替水准面的限度。给出水平面代替水准面的限度。第42页/共69页1、对距离的影响设球面(水准面)与水平面 在点相切,、两点在球面上弧长为，水平距离为。tgtg,误差：(tg(tg)/代入上式相对误差为第43页/共69页表1水平面代替水准面的距离误差和相对误差 距离距离D/km距离误差距

23、离误差D/mm相对误差相对误差D/D108.21/1 217 700251281/200 0005010261/49 00010082121/12 000在半径为10km10km的范围内（相当于面积314km314km2 2）用水平面代替水准面满足精密测距要求。可不考虑地球曲率对距离测量的影响。当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(25km(面积约2000km2000km2 2)。取637lkm637lkm，以不同的代入式中，得出距离误差和相应相对误差/。第44页/共69页2、对 高 差 的 影 响在图中，、两点在同一球面(水准面)上，其高程应相等(即高差为零)。点投影到水平

24、面上得点。则即为水平面代替水准面产生的高程误差。设 h，则 即 高程误差为 第45页/共69页取R6371km，则得相应的高差误差值，如表所列。表2 水平面代替水准面的高差误差 由表可知，地球曲率对高程测量的影响很大。在进行水准(高程)测量时，应当用水准面作为测量的基准面。距离距离D/kmD/km0.l0.l0.20.2 0.30.3 0.40.4 0.50.51 12 25 51010h/mm h/mm 0.80.83 37 7131320207878314314 1962196278487848第46页/共69页3 3、对水平角度的影响 由球面三角学知识知道，同一空间多边形在球面上投影的各

25、内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面角超()。P P为球面多边形的面积 当P=100P=100平方公里，=0.51=0.51，当P=400P=400平方公里，=2.03=2.03。所以，地球曲率对水平角度测量的影响在普通测量工作中可忽略不计，只在精密测量中需要考虑。ABC第47页/共69页 2.5 测量工作概述测量工作概述一、测量工作原则一、测量工作原则 先整体后局部；先整体后局部；先控制后碎部；先控制后碎部；二、测量工作内容二、测量工作内容 1、距离测量；、距离测量；2、高程测量；、高程测量；3、角度测量。、角度测量。三、测量工作程序三、测量工作程序 1、控制测量；、控制测量；2

26、、碎部测量。、碎部测量。第48页/共69页布局上：布局上：由整体到局部由整体到局部精度上：精度上：由高级到低级由高级到低级次序上：次序上：先控制后细部先控制后细部 一一.测量工作的基本原则测量工作的基本原则 所有测量工作都必须遵循以上原则所有测量工作都必须遵循以上原则 也是测量的工作程序也是测量的工作程序1101104949第49页/共69页测量工作的程序由整体到局部由高级到低级先控制后细部1105050第50页/共69页2.一 等 三 角 锁二 等 连 续 网1101105151一等三角锁为国家平面控制网的基础一等三角锁为国家平面控制网的基础传统平面控制网布置形式传统平面控制网布置形式二二.

27、控制测量控制测量第51页/共69页1101105252第52页/共69页2.一 等 三 角 锁二 等 连 续 网1101105353 A级级 GNSS 网为国家平面控制网的基础网为国家平面控制网的基础现代现代 GNSS 控制网布置形式控制网布置形式第53页/共69页 中国法定大地坐标中心 中华人民共和国大地原点，坐落在西安之北约100公里的泾阳县内。大地原点的地面海拔高程为417.7米，它距我国陆边正北880公里，东北2500公里，正东1000公里，正南1750公里，西南2250公里，正西2930公里，西北2500公里。大致位于我国大陆领土的中心。1101105454第54页/共69页1101

28、105555我国大地坐标系原点所在地的大门第55页/共69页国家测绘局建立的国家测绘局建立的“大地原点大地原点”1101105656中国大地坐标系的基准点建筑外观第56页/共69页1101105757国家大地原点地面标志第57页/共69页1101105858大地原点玛瑙中心标志第58页/共69页三三.细部测量细部测量1101105959 在控制测量基础上，测绘地形细部在控制测量基础上，测绘地形细部或进行建筑物的细部放样。或进行建筑物的细部放样。第59页/共69页浦东运河小湾桥扩建工程细部测浦东运河小湾桥扩建工程细部测绘绘 1101106060第60页/共69页四.基本观测量 确定地面点位的三个

29、基本要素:1101106161距离-S角度-,高差-h第61页/共69页四、测量工作的主要任务是测绘地形图测绘地形图选择一些起控制作用的点，将它们的平面位置和高程精确地测量计算出来，这些点被称为控制点，由控制点构成的几何图形称为控制网。根据这些控制点分别测量各自周围的碎部点（地物点和地貌点）的平面位置和高程，然后按一定的比例，应用地形图符号和注记缩绘而成。将所有的碎部点拼接绘制成一幅完整的地形图。施工放样施工放样(测设测设)把设计图上建(构)筑物位置在实地标定出来，作为施工的依据。第62页/共69页思 考1 1什么叫大地水准面什么叫大地水准面?它有什么特点和作用它有什么特点和作用?2 2什么叫

30、绝对高程、相对高程及高差什么叫绝对高程、相对高程及高差?3 3测量上的平面直角坐标系和数学上的平面直测量上的平面直角坐标系和数学上的平面直角坐标系有什么区别角坐标系有什么区别?4 4什么叫高斯投影？高斯平面直角坐标系是怎什么叫高斯投影？高斯平面直角坐标系是怎样建立的样建立的?5.5.已知某点位于高斯投影已知某点位于高斯投影66带第带第2020号带，若该号带，若该点在该投影带高斯平面直角坐标系中的横坐标点在该投影带高斯平面直角坐标系中的横坐标 y y-306579.210m-306579.210m，写出该点不包含负值且含，写出该点不包含负值且含有带号的横坐标有带号的横坐标y y及该带的中央子午线

31、经度。及该带的中央子午线经度。第63页/共69页 本章完第64页/共69页2 2、测量工作的基本原则（1 1）测量目标包括：地物:地面上固定性物体，如河流、房屋、道路等；地貌:地面的高低起伏的形态，如山岭、谷地和陡崖等。（2 2）在实际测量工作中应当遵守以下基本原则:在测量布局上，应遵循“由整体到局部”的原则；在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则；在测量程序上，应遵循“先控制后碎部”的原则。在测量过程中，应遵循“随时检查，杜绝错误”的原则。第65页/共69页地形图的测绘控制测量与碎部测量第66页/共69页3 3、控制测量的概念 控制测量控制测量：测定测区内若干个具有控制意义的控制点的平面位置(坐标)和高程，作为测绘地形图或施工放样的依据。平面控制测量平面控制测量：确定测区中一系列控制点的坐标（x x、y y），形式有导线测量、边角测量及交会定点等。高程控制测量高程控制测量：测定各控制点间的高差，从而求出各控制点高程，方法有水准测量、光电测距三角高程测量等。第67页/共69页4 4、碎部测量的概念 碎部测量碎部测量：以控制点为依据，测定控制点至碎部点(地形的特征点)之间的水平距离、高差及其相对于某一已知方向的角度，来确定碎部点的位置。按一定的比例尺将这些碎部点位标绘在图纸上，绘制成图。第68页/共69页感谢您的观看！第69页/共69页