测量学第一章 绪论.pptx

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1、测量学（第五版）测量学（第五版）长安大学公路学院长安大学公路学院测量学（第五版）测量学（第五版）课程性质：专业基础课总学时数：54学时 其中：课堂理论教学40学时 实验14学时使用教材：测量学（第五版）人民交通出版社（许娅娅等主编相关课程：测量教学实习（2周）测量学（第五版）测量学（第五版）分为两大部分第一部分：基本部分（前7章）第1章测量学基本概念第2、3章测量三项基本工作(H、D）第4章测量误差基础第5章GNSS测量第6章控制测量第7章 地形图基本知识、地形图测绘与应用第二部分：专业部分（后3章）第8章施工测设的基本工作第9、10章道路中线测量及纵横断面测量测量学（第五版）测量学（第五版）

2、第一章第一章 绪绪 论论长安大学公路学院长安大学公路学院1-1 测量学的任务与作用测量学的任务与作用一、定义一、定义 测量学：研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和水下）点空间位置的科学二、任务二、任务1.测定（地面测定（地面 图纸）图纸）：使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防建设及科学研究使用。1-1 测量学的任务与应用测量学的任务与应用二、任务二、任务2.测设：（图纸（图纸地面）地面）是指用一定的测量方法，按照一定的精度，把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的

3、依据。1-1 测量学的任务与应用测量学的任务与应用 三、测量学的分类三、测量学的分类1.1.普通测量学普通测量学（General surveyGeneral survey）研究确定地球表面小范围（1025公里）内点位的理论和方法，不顾及地球曲率，把地球表面当作平面看待。2.2.大地测量学大地测量学(geodetic survey)(geodetic survey)研究地球表面广大区域点位测定的理论和方法。包括地球的大小和形状的测定、大地区控制测量、天文和重力测量。3.3.摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学(Photogrammetry and remote sensing)(Photogramm

4、etry and remote sensing)利用摄影相片或遥感技术来确定地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位置的学科。1-1 测量学的任务与应用测量学的任务与应用三、测量学的分类三、测量学的分类4.4.海洋测绘学海洋测绘学(Marine surveying)(Marine surveying)以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编绘工作，属于海洋测绘学的范畴。5 5.工程测量学工程测量学(Engineering surveying)(Engineering surveying)研究工程建设和资源开发中，在规划、设计、施工、管理各阶段进行的控制测量、地形测绘和施工放样、变形监测的理论

5、、技术和方法的学科。6.6.制图学制图学(map cartography)(map cartography)是利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。本书主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容。1-1 测量学的任务与应用测量学的任务与应用四、测量学的作用四、测量学的作用l勘测设计阶段勘测设计阶段:测绘各种比例尺的地形图,供规划、设计使用。l施工阶段施工阶段:施工测量、测设(施工放样)、竣工测量和变形观测。l运营管理阶段运营管理阶段:建（构）筑物变形观测和安全监测预报、扩建改建。1-1 测量学的任务与应用测量学的任务与应用 测量学是一门实践性很强的课程，

6、在教学过程中，除了课堂讲授之外，还有实验课和教学实习。学生在掌握讲授内容的同时，要认真参加实验课，以巩固和验证所学理论。教学实习是一个系统的实践环节，要自始至终完成各项作业的实习，才能对测量学的系统知识和实践过程有一个完整的、系统的认识。1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小1.地球的形状和大小地球的形状和大小 地球是一个表面起伏较大的椭球，地球表面最高峰：8844.43m，海洋底部最深处:11022.00m，地球表面最大高差近20km，地球平均半径:6371km，地球又是一个近似光滑的水球，大陆面积占29%，海洋面积:占71%1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球

7、的形状和大小一、地球的形状和大小2.测量基准面测量基准面（1）大地水准面 水准面：设想有一个自由平静的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把自由平静的海水面称为水准面。水准面是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小2.测量基准面测量基准面（1）大地水准面大地水准面：水准面有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。由大地水准面所包围的地球形体 称为大地体。大地水准面和铅垂线是测量工 作的基准面和基准线。1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小2.测量基准面测量基准面（2）参考椭球面为

8、使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体（即地球椭球）来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称为旋转椭球。1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小2.测量基准面测量基准面（2）参考椭球面椭球的基本元素有：长半径为a，短半径为b，扁率旋转椭球理论上是唯一的数学球体；旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为参考椭球。1-2 测量坐标系测量坐标系一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小2.测量基准面测量基准面（2）参考椭球面：根据一定的条件，确定参考椭球与大地水准

9、面的相对位置，所作的测量工作，称为参考椭球体的定位。我国大地原点位于陕西泾阳永乐镇境内，南距西安市区约，具体位置为：北纬，东经。中华人民共和国大地原点是国家坐标系（西安坐标系）的基准点。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系 测量的基本任务就是确定地面点的位置。在测量工作中，通常采用地面点在基准面（如椭球体面）上的投影位置及该点沿投影方向到基准面（如椭球体面、大地水准面）的距离来表示。在一般测量工作中，常将地面点的空间位置用大地经度、纬度（或高斯平面直角坐标）和高程表示，它们分别从属于大地坐标系（或高斯平面直角坐标系）和指定的高程系统，即使用一个二维坐标系（椭球面或平面）与一

10、个一维坐标系的组合来表示。此外，地面点的空间位置也可采用三维的空间直角坐标表示。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系1大地坐标系大地坐标系 表示地面点在地球椭球面上的位置，用大地经度L和大地纬度B表示。基准面：参考椭球面基准线：法线1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系 2空间直角坐标系空间直角坐标系 以椭球体中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与 X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，指向符合右手规则。在该坐标系中，P点的点位用OP在这三个坐标轴上的投影x,y,z表示。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系3 3独

11、立平面直角坐标系独立平面直角坐标系 独立平面直角坐标系，是以测区平均水准面的切平面为投影面而建立起来的，原点可在切平面上任意选取，但为避免坐标值为负，通常选在测区的西南角；过原点的子午线切线方向取为纵轴，规定为 轴，向北为正；过原点与 轴垂直的方向为横轴，规定为 轴，向东为正；角度从 轴正向顺时针方向量取。yA西y(东)南（第四象限(第三象限第三象限)(第一象限)象限)(第二象限)AxAo(西南角)(第二象限x(北)1-2 测量坐标系测量坐标系二、地面点位的确定二、地面点位的确定3 3独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系4高斯平面直角坐标

12、系高斯平面直角坐标系（1）高斯投影 高斯投影：横切椭圆柱正形投影。又称为高斯克吕格投影。目的：将球面坐标转换为平面坐标。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系4高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系（1）高斯投影 中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。为保证投影精度，必须采用分带投影。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系4高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系（2）高斯平面直角坐标系 坐标原点：中央子午线和赤道的交点x坐标：中央子午线的投影向北为正。y坐标：赤道的投影，向东为正。1-2 测量坐标系测量坐标系二、测

13、量坐标系二、测量坐标系4高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系（3）投影带中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。为保证投影精度，必须采用分带投影。带宽一般分为经差、，分别称为带、带1-2 测量坐标系测量坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系4高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系（）邻带坐标换算 在高斯投影中，为了限制长度变形采用了分带投影的方法。由于各带独立投影，各带形成了独立的坐标系，在测量中若需要利用不同投影带的控制点，就必须进行两个坐标系之间的坐标换算，将不同带（坐标系）的点换算到同一坐标系中。这种相邻带和不同投影带之间的坐标换算，称为邻带坐标换算

14、，简称坐标换带（坐标换带计算见第六章控制测量）1-2 测量坐标系测量坐标系4高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系（5）国家统一坐标 我国位于北半球(赤道以北)，x坐标值均为正值，而y坐标值则有正有负。为了避免y坐标值出现负值，我国规定将每带的坐标原点向西移500km。由于各投影带上的坐标系是采用相对独立的高斯平面直角坐标系，为了能正确区分某点所处投影带的位置，规定在横坐标值前面冠以投影带带号。例如：B点真正横坐标（横坐标的自然值）yb-124625.723m；按照上述规定，B点横坐标的通用值应改写为yb 20(-124625.723+500000)20375374.2771-2 测量坐标系测量

15、坐标系二、测量坐标系二、测量坐标系 5 高程系统高程系统 高程是指地面点沿基准线到基准面的距离。地面点位于基准面以上，高程为正；地面点位于基准面以下，高程为负。根据选择的基准面和基准线的不同，可得到不同的高程系统，如下图所示。两点同类高程之差称为高差。1-2 测量坐标系测量坐标系三、我国常用的坐标系统三、我国常用的坐标系统.北京坐标系北京坐标系 大地原点位于苏联的普尔科沃，采用了克拉索夫椭球参数，建立了 北京坐标系。该坐标系属于参心坐标系，是苏联坐标系的延伸。.西安坐标系西安坐标系 大地原点位于陕西省西安市以北 处的泾阳县永乐镇，简称西安原点。椭球参数采用 年国际大地测量与地球物理联合会第 届

16、大会推荐值。使用时需注意区别于 北京坐标系1-2 测量坐标系测量坐标系三、我国常用的坐标系统三、我国常用的坐标系统3.国家大地坐标系国家大地坐标系 是我国当前最新的国家大地坐标系，英文名称为 ，英文缩写为。国家坐标系是一种地心坐标系，坐标原点在地球质心，轴指向由（国际时间服务机构）所定义协议地极方向，轴指向 所定义的零子午面与协议地极赤道的交点，轴按右手坐标系确定。.坐标系坐标系 美国全球定位系统（）采用的坐标系，属地心坐标系。坐标系采用 年国际大地测量与地球物理联合会第 届大会推荐的椭球参数。.独立坐标系独立坐标系 分为地方独立坐标系和局部独立坐标系两种。1-2 测量坐标系测量坐标系三、我国

17、常用的坐标系统三、我国常用的坐标系统6、高程基准、高程基准 为了建立全国统一的高程系统，必须确定一个高程基准面。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“1956年黄海高程系”，并在青岛市观象山上建立了国家水准基点（=72.289m）。在1987年启用“1985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程=72.260m。1-3 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度 就理论上而言，将极小部分的水准面(曲面)当作水平面是要产生变形的，必然对测量观测值(如距离、高差等)带来影响。1水准面曲率对水平距离的影响水准面曲率对水平距离的影响大地水准面上：在水平面

18、上：误差值：相对误差：1-3 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度1水准面曲率水准面曲率对对水平距离的影响水平距离的影响 表1水平面代替水准面的距离误差和相对误差结论：由表可知，在半径为10km的范围内（相当于面积320km2），用水平面代替水准面可不考虑地球曲率对距离的影响。当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(相当于面积2000km2)。1-3 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度2水准面曲率对水平角的影响水准面曲率对水平角的影响 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，其中 水平面

19、代替水准面对角度的影响 结论：地球曲率对水平角度的影响在一般测量工作中不必考虑，只有在最精密测量中才需要考虑。1-3 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度3水准面曲率对高差的影响水准面曲率对高差的影响 水平面代替水准面的高程误差 结论:由表可知，在进行水准(高程)测量时必须顾及其影响,进行改正。1-4 测量工作的基本概念测量工作的基本概念一、测量工作的基本原则一、测量工作的基本原则 测量工作中将地球表面的形态分为地物和地貌两类。地面上的河流、道路、房屋等称为地物；地面高低起伏的山峰、沟、谷等称为地貌。地物和地貌总称为地形。测量学的主要任务是测绘地形图和施工放样。不论采用何种方法，使

20、用何种仪器进行测定或放样，都会给其成果带来误差。为了防止测量误差的逐渐传递，累计增大到不能容许的程度，要求测量工作遵循在布局上“由整体到局部”、在精度上“由高级到低级”、在次序上“先控制后碎部”的原则。1-4 测量工作的基本概念测量工作的基本概念二、控制测量的概念二、控制测量的概念 控制测量包括平面控制测量和高程控制测量。1.平面控制测量平面控制测量 ：平面控制测量又分为三角测量和导线测量。导线测量按其精度分为精密导线测量和图根导线测量。精密导线测量可以代替同级的三角测量；而图根导线测量则直接用于加密测图控制点，在小区域内，也可以作为独立的测图控制。1-4 测量工作的基本概念测量工作的基本概念

21、二、控制测量的概念二、控制测量的概念2.高程控制测量高程控制测量 高程控制测量分为水准测量和三角高程测量。我国高程控制测量是用水准测量的方法建立的，按其精度分为四等。一等水准测量的精度最高，三、四等水准测量除了用于加密二等水准网以外，还直接为地形测量和工程测量提供高程控制点。1-4 测量工作的基本概念测量工作的基本概念三、测量的基本工作三、测量的基本工作 测量工作有外业与内业之分。在野外利用测量仪器和工具测定地面上两点的水平距离、角度、高差，称为测量的外业工作。在室内将外业的测量成果进行数据处理、计算和绘图，称为测量的内业工作。其实质是确定地面点的点位。第一章第一章 教学内容回顾教学内容回顾1、测量学的任务与作用2、测量坐标系、测量坐标系3、用水平面代替水准面的限度4、测量工作的基本概念