第一章測(cè)量學(xué)的基本知識(shí)

1、第第 1 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生與組成測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生與組成n測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用n地球的形狀和大小地球的形狀和大小n地面點(diǎn)位置的確定地面點(diǎn)位置的確定n測(cè)量工作的原則及基本的測(cè)量工作測(cè)量工作的原則及基本的測(cè)量工作第第 2 頁(yè)頁(yè)第一章第一章 緒論緒論1-1 1-1 測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生與組成測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生與組成n測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生n生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等建設(shè)等公元前二十七世紀(jì)公元前二十七世紀(jì) 埃及大金字塔埃及大金字塔二千多年前二千多年前 夏商時(shí)代夏商時(shí)代 夏禹治水夏禹治水 秦代秦代 李冰父子李冰父子 都江堰水利樞紐工程都江堰水利樞紐工程

2、北宋北宋 沈括沈括 治理汴渠治理汴渠n軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰娛?、交通運(yùn)輸?shù)男枰f(wàn)里長(zhǎng)城萬(wàn)里長(zhǎng)城指南針指南針第第 3 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)（測(cè)量學(xué)（surveying)surveying)的定義的定義n定義定義: : 測(cè)量學(xué)是研究對(duì)地球整體及其表面和外層空間中的各測(cè)量學(xué)是研究對(duì)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)。采集處理、管理、更新和利用的科學(xué)和技術(shù)。 n它的主要任務(wù)有三個(gè)方面：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)提供必要研究確定地球的形狀和大小，為

3、地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料的數(shù)據(jù)和資料將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖(測(cè)定測(cè)定)將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)（測(cè)設(shè)）將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)（測(cè)設(shè)）第第 4 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成測(cè)量學(xué)科的組成n大地測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué)(geodesy )(geodesy ) 是研究和確定地球形狀、大小、重力場(chǎng)、整體是研究和確定地球形狀、大小、重力場(chǎng)、整體與局部運(yùn)動(dòng)和地表面點(diǎn)的幾何位置以及它們的與局部運(yùn)動(dòng)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)是建立變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國(guó)家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球的形狀、大小和重國(guó)家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球的形狀、

4、大小和重力場(chǎng)，為地形測(cè)圖和各種工程測(cè)量提供基礎(chǔ)起力場(chǎng)，為地形測(cè)圖和各種工程測(cè)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(cè)量手段形、地震預(yù)報(bào)等提供重要資料。按照測(cè)量手段的不同，大地測(cè)量學(xué)又分為常規(guī)大地測(cè)量學(xué)、的不同，大地測(cè)量學(xué)又分為常規(guī)大地測(cè)量學(xué)、衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)及物理大地測(cè)量學(xué)等。衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)及物理大地測(cè)量學(xué)等。 第第 5 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）n地圖制圖學(xué)地圖制圖學(xué)(cartography)(cartography) 是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)

5、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)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(cè)量成果編制各類(lèi)地圖，其內(nèi)容一般包是利用各種測(cè)量成果編制各類(lèi)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括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。支。n攝影測(cè)量與遙感攝影測(cè)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)，從中中 提取語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字提取語(yǔ)義和非語(yǔ)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(guò)對(duì)攝影像片或形式表達(dá)的學(xué)科。其基本任務(wù)是通過(guò)對(duì)攝影像片或遙感圖像進(jìn)行

6、處理、量測(cè)、解譯，以測(cè)定物體的形遙感圖像進(jìn)行處理、量測(cè)、解譯，以測(cè)定物體的形狀、大小狀、大小 和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方和位置進(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(cè)量式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測(cè)量學(xué)，航空攝影測(cè)量學(xué)和航天遙感測(cè)量等。學(xué)，航空攝影測(cè)量學(xué)和航天遙感測(cè)量等。 第第 6 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)） n工程測(cè)量學(xué)工程測(cè)量學(xué)(engineering (engineering surveying)surveying)定義一：工程測(cè)量學(xué)是研究各項(xiàng)工程在規(guī)定義一：工程測(cè)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(yíng)管理階

7、段所進(jìn)行劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科。各項(xiàng)工程包括：的各種測(cè)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。一般的管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的工程工程建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理三個(gè)階建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理三個(gè)階段。工程測(cè)量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測(cè)段。工程測(cè)量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作。量工作。第第 7 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)） 定義二：工程測(cè)量學(xué)主要

8、研究在工程、工定義二：工程測(cè)量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開(kāi)發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)業(yè)和城市建設(shè)以及資源開(kāi)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(cè)分析和預(yù)報(bào)等放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測(cè)分析和預(yù)報(bào)等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對(duì)測(cè)量和的理論、方法和技術(shù)，以及研究對(duì)測(cè)量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科，它是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的直它是測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用。接應(yīng)用。 定義三：工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間（包定義三：工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中

9、具體幾何括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科?，F(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對(duì)象。務(wù)對(duì)象。第第 8 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)） n測(cè)量?jī)x器學(xué)測(cè)量?jī)x器學(xué) 研究測(cè)量?jī)x器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的研究測(cè)量?jī)x器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。學(xué)科。第第 9 頁(yè)頁(yè)第第 10 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）測(cè)量學(xué)科的組成（續(xù)）n地形測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地是研究如何將地球表面局部區(qū)域

10、內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測(cè)繪成地形圖的理論、方法貌及其它有關(guān)信息測(cè)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(cè)圖可和技術(shù)的學(xué)科。按成圖方式的不同地形測(cè)圖可分為模擬化測(cè)圖和數(shù)字化測(cè)圖。分為模擬化測(cè)圖和數(shù)字化測(cè)圖。1-2 測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用n測(cè)量學(xué)在人類(lèi)認(rèn)識(shí)地球中的作用測(cè)量學(xué)在人類(lèi)認(rèn)識(shí)地球中的作用n“地地 球球 的的 形形 狀狀 是是 甚甚 么么 樣樣 的？的？” what is the shape of the earth?n這是人類(lèi)長(zhǎng)期探索的問(wèn)題。早在公元前這是人類(lèi)長(zhǎng)期探索的問(wèn)題。早在公元前6世世 紀(jì)古希臘的畢達(dá)哥拉斯（紀(jì)古希臘的畢達(dá)哥拉斯（pythagor

11、as）就）就出了地的球形狀的概念。出了地的球形狀的概念。n兩世紀(jì)后，亞里士多德（兩世紀(jì)后，亞里士多德（aristotle）作了進(jìn)）作了進(jìn)一步論證，支持這一學(xué)說(shuō)一步論證，支持這一學(xué)說(shuō) 。n又一世紀(jì)后，埃又一世紀(jì)后，埃 拉拉 托托 斯斯 特特 尼用在南尼用在南 北兩北兩地同時(shí)觀測(cè)日影的辦法首次推算出地地同時(shí)觀測(cè)日影的辦法首次推算出地 球子午球子午圈的周長(zhǎng)。圈的周長(zhǎng)。 第第 11 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量學(xué)在軍事的作用測(cè)量學(xué)在軍事的作用n“天時(shí)，地利，人和天時(shí)，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。利就要了解和利用地利。n地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點(diǎn)等地

12、形地圖上詳細(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(shí)方向的作用。和地物，具有確定位置、辨識(shí)方向的作用。n地圖一直在軍事活動(dòng)中起著重要的作用，這對(duì)于行軍、地圖一直在軍事活動(dòng)中起著重要的作用，這對(duì)于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動(dòng)都是十分重要的。布防以及了解敵情等軍事活動(dòng)都是十分重要的。n傳統(tǒng)上各國(guó)測(cè)繪部門(mén)隸屬于軍事部門(mén)。至今相當(dāng)多國(guó)傳統(tǒng)上各國(guó)測(cè)繪部門(mén)隸屬于軍事部門(mén)。至今相當(dāng)多國(guó)家的測(cè)繪部門(mén)仍然隸屬于軍事部門(mén)。隨著測(cè)繪技術(shù)在家的測(cè)繪部門(mén)仍然隸屬于軍事部門(mén)。隨著測(cè)繪技術(shù)在各方面的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，測(cè)繪科技國(guó)際間的交流日各方面的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，測(cè)繪科技國(guó)際間的交流日益頻繁，不少?lài)?guó)家

13、終于建立了民用的測(cè)繪機(jī)構(gòu)益頻繁，不少?lài)?guó)家終于建立了民用的測(cè)繪機(jī)構(gòu)第第 12 頁(yè)頁(yè)測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n測(cè)量學(xué)在國(guó)土管理中的作用測(cè)量學(xué)在國(guó)土管理中的作用n測(cè)量學(xué)的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼測(cè)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(huì)把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復(fù)羅河每年泛濫會(huì)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(cè)量技術(shù)土地的界線很早就采用了測(cè)量技術(shù)n地籍測(cè)量。用以測(cè)定地塊的邊界和坐落，求算地塊的地籍測(cè)量。用以測(cè)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(huì)里，國(guó)家為了征稅而開(kāi)展地面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會(huì)里，國(guó)家為了征稅而開(kāi)展地籍測(cè)量

14、，同時(shí)記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國(guó)籍測(cè)量，同時(shí)記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國(guó),地籍測(cè)量是國(guó)家管理土地的基礎(chǔ)地籍測(cè)量的成果不僅地籍測(cè)量是國(guó)家管理土地的基礎(chǔ)地籍測(cè)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，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。和有限的土地。n測(cè)量學(xué)還服務(wù)于國(guó)家領(lǐng)土的管理。測(cè)量學(xué)還服務(wù)于國(guó)家領(lǐng)土的管理。第第 13 頁(yè)頁(yè)測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n測(cè)量學(xué)在工程建設(shè)中的作用測(cè)量學(xué)在工程建設(shè)中的作用n勘測(cè)設(shè)計(jì)階段：為選線測(cè)制帶狀地形圖?？睖y(cè)設(shè)計(jì)階

15、段：為選線測(cè)制帶狀地形圖。n施工階段：把線路和各種建筑物正確地測(cè)設(shè)到地面施工階段：把線路和各種建筑物正確地測(cè)設(shè)到地面上。上。n竣工測(cè)量：對(duì)建筑物進(jìn)行竣工測(cè)量?？⒐y(cè)量：對(duì)建筑物進(jìn)行竣工測(cè)量。n運(yùn)營(yíng)階段：為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測(cè)量。運(yùn)營(yíng)階段：為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測(cè)量。n變形觀測(cè)：為安全運(yùn)營(yíng)，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測(cè)量。變形觀測(cè)：為安全運(yùn)營(yíng)，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測(cè)量。n現(xiàn)代的測(cè)量學(xué)作為一門(mén)能采集和表示各種地物和地現(xiàn)代的測(cè)量學(xué)作為一門(mén)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)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)確的建筑物、設(shè)

16、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(lái)的技術(shù)，在各種工程建設(shè)中的應(yīng)地在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)的技術(shù)，在各種工程建設(shè)中的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛。用愈來(lái)愈廣泛。第第 14 頁(yè)頁(yè)測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域測(cè)量學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域n認(rèn)識(shí)地球是人類(lèi)探索的目標(biāo)之一，也是測(cè)量學(xué)的任務(wù)之一。n絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或作為參考系。第第 15 頁(yè)頁(yè) 1-3 地球的形狀和大小地球的形狀和大小n地球自然表面n不規(guī)則曲面不規(guī)則曲面n平均半徑平均半徑6371km 6371km n 珠峰珠峰8848.13m8848.13m，馬里亞那海溝，馬里亞那海溝11022m11022m，海洋，海洋71%71%n大地水準(zhǔn)面（mean sea level

17、）n液體受重力而形成的靜止表面稱(chēng)為水準(zhǔn)面。液體受重力而形成的靜止表面稱(chēng)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。同一水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。第第 16 頁(yè)頁(yè)n與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過(guò)陸地與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過(guò)陸地而形成的封閉曲面稱(chēng)為而形成的封閉曲面稱(chēng)為大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面n大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱(chēng)為大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱(chēng)為大地體（大地體（geoidgeoid）第第 17 頁(yè)頁(yè)配合最佳的參考橢球面 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面差距面差距nn大地水準(zhǔn)面（續(xù)）大地水準(zhǔn)面（續(xù)）n由于地表起伏

18、以及地球由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜以大地水準(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜的曲面的曲面n水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。第第 18 頁(yè)頁(yè)n旋轉(zhuǎn)橢球體（ellipse）n由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無(wú)法準(zhǔn)確描述和計(jì)算。由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無(wú)法準(zhǔn)確描述和計(jì)算。也難以在其面上處理測(cè)量成果因此，用一非常接近大也難以在其面上處理測(cè)量成果因此，用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面-旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面，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(chēng)參考橢球體。（見(jiàn)下頁(yè)）用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球。稱(chēng)參

19、考橢球體。（見(jiàn)下頁(yè)）第第 19 頁(yè)頁(yè)配合最佳的參考橢球面 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面差距面差距n第第 20 頁(yè)頁(yè)p pp pn旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)） 長(zhǎng)半徑 a=6378137m 短半徑b=6356752m 扁率f=(a-b)/ a=1/298.257n旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)）n經(jīng)度與緯度經(jīng)度與緯度子午面：地球上任一點(diǎn)的子午面：地球上任一點(diǎn)的法線與地軸所組成的平面。法線與地軸所組成的平面。經(jīng)度：所在的子午面與首經(jīng)度：所在的子午面與首子午面（過(guò)英國(guó)格林尼治子午面（過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)）的夾角天文臺(tái)）的夾角緯度：所在點(diǎn)的法線與赤緯度：所在點(diǎn)的法線與赤道平面之間的夾角。道平面之間的夾角。第第 21 頁(yè)頁(yè)l l1

20、-4 地面點(diǎn)位置的確定地面點(diǎn)位置的確定一、球面坐標(biāo)系統(tǒng)一、球面坐標(biāo)系統(tǒng)第第 22 頁(yè)頁(yè)大地經(jīng)度大地經(jīng)度大地緯度大地緯度大地高大地高二、平面坐標(biāo)系二、平面坐標(biāo)系 地圖投影地圖投影n為了簡(jiǎn)化計(jì)算，要將（橢）球面上的元素為了簡(jiǎn)化計(jì)算，要將（橢）球面上的元素歸算（投影）到平面上。歸算（投影）到平面上。n所謂投影就是建立起（橢）球面上的點(diǎn)與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(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。平面上的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。 地圖投地圖投影學(xué)就是研究這影學(xué)就是研究這 個(gè)問(wèn)題的學(xué)科，是數(shù)學(xué)也個(gè)問(wèn)題的學(xué)科，是數(shù)學(xué)也是地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科是地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科n基本類(lèi)型有：圓錐投影，圓柱投影，平面基

21、本類(lèi)型有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。投影，任意投影等。第第 23 頁(yè)頁(yè)（一）高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系n高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。n等角投影就是正形投影。所謂，正形投影，就是在極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。投影后角度不變形。第第 24 頁(yè)頁(yè)第第 25 頁(yè)頁(yè)360n（一）高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)） 標(biāo)準(zhǔn)地形圖的標(biāo)準(zhǔn)地形圖的分幅和編號(hào)：分幅和編號(hào)：n高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）

22、n點(diǎn)在點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值中的坐標(biāo)值n理論上中央子午線的投影是理論上中央子午線的投影是x軸，軸，赤道的投影是赤道的投影是y軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)。原點(diǎn)。點(diǎn)的點(diǎn)的x坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距離離；點(diǎn)的；點(diǎn)的y坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線的距離，設(shè)為的距離，設(shè)為y；y有正有負(fù)。有正有負(fù)。n為了避免為了避免y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，把原點(diǎn)坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，把原點(diǎn)向西平移向西平移500公里。公里。n為了區(qū)分不同投影帶中的點(diǎn)，在為了區(qū)分不同投影帶中的點(diǎn)，在點(diǎn)的點(diǎn)的y坐標(biāo)值上加帶號(hào)坐標(biāo)值上加帶號(hào)nn所以點(diǎn)的所以點(diǎn)的橫坐標(biāo)通用值橫坐標(biāo)通用值為為 y=n*1

23、000000+500000+y第第 26 頁(yè)頁(yè)n高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)n橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱(chēng)為橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱(chēng)為中央子午中央子午線線）n中央子午線和赤道中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線。的投影為相互正交的兩條直線。n中央子午線的投影為縱軸中央子午線的投影為縱軸x x，赤道的投影為橫軸，赤道的投影為橫軸y y，它，它們的交點(diǎn)為原點(diǎn)們的交點(diǎn)為原點(diǎn)o o。n高斯平面直角坐高斯平面直角坐標(biāo)系常簡(jiǎn)稱(chēng)高斯坐標(biāo)系標(biāo)系常簡(jiǎn)稱(chēng)高斯坐標(biāo)系n中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線n其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線

24、，且以中央子午線為其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對(duì)稱(chēng)軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極對(duì)稱(chēng)軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極第第 27 頁(yè)頁(yè)n高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)（續(xù)）高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié)（續(xù)）n把曲面上的圖形投影到平面上必然會(huì)伴有變形。變形有把曲面上的圖形投影到平面上必然會(huì)伴有變形。變形有三類(lèi)：角度變形，長(zhǎng)度變形，面積變形三類(lèi)：角度變形，長(zhǎng)度變形，面積變形n高斯投影是正形投影，無(wú)角度變形高斯投影是正形投影，無(wú)角度變形所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交n中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變其它經(jīng)緯線投影后均變長(zhǎng)，其它經(jīng)緯線投影后均

25、變長(zhǎng)，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長(zhǎng)度離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長(zhǎng)度變形越大變形越大有長(zhǎng)度變形也就有面積變形有長(zhǎng)度變形也就有面積變形第第 28 頁(yè)頁(yè)n高斯坐標(biāo)系的作用高斯坐標(biāo)系的作用n使較復(fù)雜的橢球面上的計(jì)算變?yōu)楸容^簡(jiǎn)單使較復(fù)雜的橢球面上的計(jì)算變?yōu)楸容^簡(jiǎn)單的平面上的計(jì)算的平面上的計(jì)算n便于地圖按經(jīng)緯線分幅。如將圖廓點(diǎn)（其便于地圖按經(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)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。展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。n將大地控制點(diǎn)按其高斯坐標(biāo)展在平面上，將大地控制點(diǎn)按其高斯坐標(biāo)展在平面上，作為工程測(cè)量和地形測(cè)量的起始點(diǎn)作為工程測(cè)量和地形測(cè)

26、量的起始點(diǎn)第第 29 頁(yè)頁(yè)（二）地平坐標(biāo)系（二）地平坐標(biāo)系n地平坐標(biāo)系是平面直角坐地平坐標(biāo)系是平面直角坐標(biāo)系標(biāo)系n地平坐標(biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃降仄阶鴺?biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃矫鏋橹饕婷鏋橹饕?不需要投影不需要投影)n通常以當(dāng)?shù)氐谋狈较驗(yàn)樽ǔＲ援?dāng)?shù)氐谋狈较驗(yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向標(biāo)軸的正方向n地平坐標(biāo)系只用于小的局地平坐標(biāo)系只用于小的局部地區(qū)部地區(qū)第第 30 頁(yè)頁(yè) 三、空間三維坐標(biāo)系三、空間三維坐標(biāo)系（一）地心坐標(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)，以地軸為為坐標(biāo)原點(diǎn)，以地軸為z軸，軸， 正向指向北極；正向指向北極；xy平面與赤平面與赤 道面重合，道面重合，x軸指向起

27、始子軸指向起始子 午面午面 。第第 31 頁(yè)頁(yè)（二）參心坐標(biāo)系（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)，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）為以橢球修整軸（短軸）為z軸，正向指向北極；軸，正向指向北極；xy平面與赤道面重合，平面與赤道面重合，x軸指向起始子午面軸指向起始子午面 。第第 32 頁(yè)頁(yè)配合最佳的參考橢球面 大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面差距面差距n四、地面點(diǎn)的高程n高程（絕對(duì)高程、海拔）：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。n假定（相對(duì)）高程：地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。n高差：兩點(diǎn)間的 高程之差。第第 33 頁(yè)頁(yè)假定水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)

28、面水準(zhǔn)面高差高差第第 34 頁(yè)頁(yè)drsrtgd23331)31(rsrrrtgsds2rsss1 1、對(duì)水平距離的影響、對(duì)水平距離的影響五、地球表面曲率對(duì)測(cè)量工作的影響第第 35 頁(yè)頁(yè)d2 2、對(duì)高差的影響、對(duì)高差的影響hrdhdrhr2)(2222rdh221-5 測(cè)量的基本原則與工作測(cè)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(cè)定地面圖上 2 測(cè)設(shè)圖上地面n控制測(cè)量n地形測(cè)量n施工放樣第第 36 頁(yè)頁(yè)一、基本概念一、基本概念（三）基本測(cè)量工作三）基本測(cè)量工作 1測(cè)量水平距離測(cè)量水平距離 2測(cè)量水平角測(cè)量水平角 3測(cè)量直

29、線的方向測(cè)量直線的方向 4測(cè)量點(diǎn)的高程測(cè)量點(diǎn)的高程第第 37 頁(yè)頁(yè)n測(cè)量測(cè)量(觀測(cè)觀測(cè))值值n為了求得待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)至少需要兩個(gè)測(cè)量為了求得待定點(diǎn)的平面坐標(biāo)至少需要兩個(gè)測(cè)量值：水平距離，水平角值：水平距離，水平角 。例如：。例如：n極坐標(biāo)法極坐標(biāo)法n距離交會(huì)法距離交會(huì)法n角度交會(huì)法角度交會(huì)法n為了求得第三維的坐標(biāo)，還需要另一個(gè)測(cè)量值：為了求得第三維的坐標(biāo)，還需要另一個(gè)測(cè)量值： 高差高差hn測(cè)量作業(yè)就在于使用不同精度的測(cè)量?jī)x器，測(cè)測(cè)量作業(yè)就在于使用不同精度的測(cè)量?jī)x器，測(cè)得得角度角度距離距離和和高差高差第第 38 頁(yè)頁(yè)第第 39 頁(yè)頁(yè)測(cè)量高差測(cè)量水平角測(cè)量距離水準(zhǔn)儀經(jīng)緯儀測(cè)豎直角+距離測(cè)量經(jīng)緯儀

30、竹尺，皮尺，鏈尺，鋼尺光學(xué)測(cè)距儀電磁波測(cè)距儀n測(cè)量?jī)x器綜述測(cè)量?jī)x器綜述n特點(diǎn)：特點(diǎn)：n精度高精度高n能在野外條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用能在野外條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定使用n自動(dòng)化程度高，操作方便自動(dòng)化程度高，操作方便n發(fā)展過(guò)程：發(fā)展過(guò)程：n精密機(jī)械精密機(jī)械n光學(xué)光學(xué)+精密機(jī)械精密機(jī)械n微電子微電子+光學(xué)光學(xué)+精密機(jī)械精密機(jī)械第第 40 頁(yè)頁(yè)水準(zhǔn)儀s05s1s2s3經(jīng)緯儀j05j1j2j6j15測(cè)距2+2ppm5+5ppm1:20001:1000（一）（一）長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度單位n英制單位：海里、碼、英尺、英寸英制單位：海里、碼、英尺、英寸n市制單位：里、丈、尺、寸、市制單位：里、丈、尺、寸、n公制單位：公里、米、分米

31、、厘米、毫米公制單位：公里、米、分米、厘米、毫米第第 41 頁(yè)頁(yè)二、測(cè)量單位的產(chǎn)生二、測(cè)量單位的產(chǎn)生n長(zhǎng)度單位長(zhǎng)度單位“米米”的定義的定義n米的最早的科學(xué)定義是子午線長(zhǎng)度的米的最早的科學(xué)定義是子午線長(zhǎng)度的/40000000/40000000n十八世紀(jì)法國(guó)科學(xué)院派測(cè)量隊(duì)進(jìn)行十八世紀(jì)法國(guó)科學(xué)院派測(cè)量隊(duì)進(jìn)行“弧度測(cè)量弧度測(cè)量”。 隨后以測(cè)得的子午線弧長(zhǎng)的四千萬(wàn)分子一作為隨后以測(cè)得的子午線弧長(zhǎng)的四千萬(wàn)分子一作為 長(zhǎng)度的基本單位，稱(chēng)為長(zhǎng)度的基本單位，稱(chēng)為“米米”。n為了使用方便，用鉑金屬制造了幾根長(zhǎng)一米的為了使用方便，用鉑金屬制造了幾根長(zhǎng)一米的 尺子，稱(chēng)為米的原尺。尺子，稱(chēng)為米的原尺。n當(dāng)時(shí)，世界各國(guó)的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)都是由這幾根米