土木工程測(cè)量第一章緒論33

1、土 木 工 程 測(cè) 量土 木 工 程 測(cè) 量主講：陸益軍主講：陸益軍參考課本：參考課本：工程測(cè)量工程測(cè)量 科學(xué)出版社，主編：岳建平科學(xué)出版社，主編：岳建平教學(xué)要求及考核：教學(xué)要求及考核：1、按時(shí)上課，不遲到、不早退，上課注意課堂紀(jì)律，按時(shí)完成作業(yè)。2、該課程以理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作為主，注意多動(dòng)手、多動(dòng)腦，多動(dòng)口。3、平時(shí)成績(jī)3070開(kāi)始成績(jī)4、安排兩次課程實(shí)習(xí)（測(cè)水平角，測(cè)高程），按時(shí)完成實(shí)習(xí)內(nèi)容，注意儀器的保管。1.1 土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)測(cè)繪科學(xué)應(yīng)用很廣：在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃中，測(cè)量信息測(cè)繪科學(xué)應(yīng)用很廣：在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃中，測(cè)量信息是

2、最重要的基礎(chǔ)信息之一，各種是最重要的基礎(chǔ)信息之一，各種規(guī)劃規(guī)劃及及地籍管理地籍管理，首先要有地形圖，首先要有地形圖和地籍圖。另外，在各項(xiàng)工農(nóng)業(yè)基本建設(shè)中，從和地籍圖。另外，在各項(xiàng)工農(nóng)業(yè)基本建設(shè)中，從勘測(cè)設(shè)計(jì)勘測(cè)設(shè)計(jì)階段到階段到施施工工、竣工竣工階段，都需要進(jìn)行大量的測(cè)繪工作。在國(guó)防建設(shè)中，階段，都需要進(jìn)行大量的測(cè)繪工作。在國(guó)防建設(shè)中，軍事軍事測(cè)量測(cè)量和和軍用地圖軍用地圖是現(xiàn)代大規(guī)模的諸兵種協(xié)同作戰(zhàn)不可缺少的重要保是現(xiàn)代大規(guī)模的諸兵種協(xié)同作戰(zhàn)不可缺少的重要保障。至于障。至于遠(yuǎn)程導(dǎo)彈遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、空間武器空間武器、人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星或或航天器航天器的發(fā)射，要保證的發(fā)射，要保證它精確入軌，隨時(shí)校正軌道和命

3、中目標(biāo)，除了應(yīng)測(cè)算出發(fā)射點(diǎn)和目它精確入軌，隨時(shí)校正軌道和命中目標(biāo)，除了應(yīng)測(cè)算出發(fā)射點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的標(biāo)點(diǎn)的精確坐標(biāo)精確坐標(biāo)、方位方位、距離距離外，還必須掌握外，還必須掌握地球形狀地球形狀、大小大小的精的精確數(shù)據(jù)和有關(guān)地域的重力場(chǎng)資料。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，諸如空間科學(xué)確數(shù)據(jù)和有關(guān)地域的重力場(chǎng)資料。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，諸如空間科學(xué)技術(shù)的研究，地殼的變形、地震的預(yù)報(bào)等都要應(yīng)用測(cè)繪資料。即使技術(shù)的研究，地殼的變形、地震的預(yù)報(bào)等都要應(yīng)用測(cè)繪資料。即使在國(guó)家的各級(jí)管理工作中，測(cè)量和地圖資料也是不可缺少的重要工在國(guó)家的各級(jí)管理工作中，測(cè)量和地圖資料也是不可缺少的重要工具。具。1 緒論測(cè)繪科學(xué)在建筑類各專業(yè)的工作中有著廣泛

4、的應(yīng)用。測(cè)繪科學(xué)在建筑類各專業(yè)的工作中有著廣泛的應(yīng)用。在在勘測(cè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，勘測(cè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，要求有各種比例尺的地形圖，供城鎮(zhèn)要求有各種比例尺的地形圖，供城鎮(zhèn)規(guī)劃、選擇廠址、管道及交通線路選線以及總平面圖設(shè)計(jì)和豎向設(shè)規(guī)劃、選擇廠址、管道及交通線路選線以及總平面圖設(shè)計(jì)和豎向設(shè)計(jì)之用。計(jì)之用。在在施工階段施工階段，要將設(shè)計(jì)的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程測(cè)，要將設(shè)計(jì)的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高程測(cè)設(shè)于實(shí)地，以便進(jìn)行施工。設(shè)于實(shí)地，以便進(jìn)行施工。施工結(jié)束后，還要進(jìn)行施工結(jié)束后，還要進(jìn)行竣工測(cè)量竣工測(cè)量，繪制竣工圖，供日后擴(kuò)建和，繪制竣工圖，供日后擴(kuò)建和維修之用。維修之用。即使是竣工以后，對(duì)某些

5、大型及重要的建筑物和構(gòu)筑物還要進(jìn)即使是竣工以后，對(duì)某些大型及重要的建筑物和構(gòu)筑物還要進(jìn)行行變形變形、沉降觀測(cè)沉降觀測(cè)，以保證建筑物的安全使用。，以保證建筑物的安全使用。1.1 土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)測(cè)定測(cè)定是指使用測(cè)量?jī)x器和工具，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，得到一是指使用測(cè)量?jī)x器和工具，通過(guò)測(cè)量和計(jì)算，得到一系列測(cè)量數(shù)據(jù)，或把地球表面的地形縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、系列測(cè)量數(shù)據(jù)，或把地球表面的地形縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、科學(xué)研究和國(guó)防建設(shè)使用。規(guī)劃設(shè)計(jì)、科學(xué)研究和國(guó)防建設(shè)使用。測(cè)繪測(cè)繪( (量量) )學(xué)學(xué)研究地球的研究地球的形狀和大小形狀和大小以及確定地面以及確定地面( (包

6、括空包括空中、地表、地下和海底中、地表、地下和海底) ) 點(diǎn)位的科學(xué)。點(diǎn)位的科學(xué)。它的內(nèi)容包括測(cè)定和測(cè)設(shè)兩個(gè)部分。它的內(nèi)容包括測(cè)定和測(cè)設(shè)兩個(gè)部分。1.1 土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)測(cè)設(shè)測(cè)設(shè)是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來(lái)，作為施工的依據(jù)。地面上標(biāo)定出來(lái)，作為施工的依據(jù)。大地測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué)研究整個(gè)地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制研究整個(gè)地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測(cè)量和地球重力場(chǎng)問(wèn)題。測(cè)量和地球重力場(chǎng)問(wèn)題。常規(guī)常規(guī)大地測(cè)量和大地測(cè)量和衛(wèi)星衛(wèi)星大地測(cè)量。大地測(cè)量。1.1 土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)

7、的任務(wù)測(cè)量學(xué)按照研究范圍和對(duì)象的不同，產(chǎn)生了許多分支科學(xué)。測(cè)量學(xué)按照研究范圍和對(duì)象的不同，產(chǎn)生了許多分支科學(xué)。普通測(cè)量學(xué)（地形）普通測(cè)量學(xué)（地形）測(cè)量小范圍地球表面形狀時(shí)，不顧及測(cè)量小范圍地球表面形狀時(shí)，不顧及地球曲率的影響，把地球局部表面當(dāng)作平面看待所進(jìn)行的測(cè)量工作。地球曲率的影響，把地球局部表面當(dāng)作平面看待所進(jìn)行的測(cè)量工作。攝影測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)利用攝影像片來(lái)測(cè)定物體的形狀、大小和空間利用攝影像片來(lái)測(cè)定物體的形狀、大小和空間位置的工作，屬于攝影測(cè)量學(xué)的范疇。由于獲得像片的方式不同，位置的工作，屬于攝影測(cè)量學(xué)的范疇。由于獲得像片的方式不同，可分為可分為地面地面、航空航空、水下水下和和航天航天攝

8、影測(cè)量學(xué)。攝影測(cè)量學(xué)。海洋測(cè)繪學(xué)海洋測(cè)繪學(xué)以海洋和陸地水域?yàn)閷?duì)象所進(jìn)行的測(cè)量和海圖以海洋和陸地水域?yàn)閷?duì)象所進(jìn)行的測(cè)量和海圖編制工作，屬于海洋測(cè)繪學(xué)的范疇。編制工作，屬于海洋測(cè)繪學(xué)的范疇。工程測(cè)量學(xué)工程測(cè)量學(xué)研究工程建設(shè)中所進(jìn)行的各種測(cè)量工作，屬于研究工程建設(shè)中所進(jìn)行的各種測(cè)量工作，屬于工程測(cè)量學(xué)的范疇。工程測(cè)量學(xué)的范疇。1.1 土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)制圖學(xué)制圖學(xué)利用測(cè)量所得的成果資料，研究如何投影編繪和制利用測(cè)量所得的成果資料，研究如何投影編繪和制印各種地圖的工作，屬于制圖學(xué)的范疇。印各種地圖的工作，屬于制圖學(xué)的范疇。本課程主要介紹普通測(cè)量學(xué)和部分工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容。本課程主要

9、介紹普通測(cè)量學(xué)和部分工程測(cè)量學(xué)的內(nèi)容。學(xué)習(xí)本課程之后，要求達(dá)到掌握普通測(cè)量學(xué)的基本知識(shí)和基礎(chǔ)學(xué)習(xí)本課程之后，要求達(dá)到掌握普通測(cè)量學(xué)的基本知識(shí)和基礎(chǔ)理論，能正確使用工程水準(zhǔn)儀、工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大理論，能正確使用工程水準(zhǔn)儀、工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大比例尺地形圖的成圖原理和方法，在工程設(shè)計(jì)和施工中，具有正確比例尺地形圖的成圖原理和方法，在工程設(shè)計(jì)和施工中，具有正確應(yīng)用地形圖和有關(guān)測(cè)量資料的能力和進(jìn)行一般工程施工測(cè)設(shè)的能力，應(yīng)用地形圖和有關(guān)測(cè)量資料的能力和進(jìn)行一般工程施工測(cè)設(shè)的能力，以便能靈活應(yīng)用所學(xué)的測(cè)量知識(shí)為其專業(yè)工作服務(wù)。以便能靈活應(yīng)用所學(xué)的測(cè)量知識(shí)為其專業(yè)工作服務(wù)。1.1 土

10、木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)土木工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)工程測(cè)量學(xué)的主要任務(wù)：工程測(cè)量學(xué)的主要任務(wù)：研究測(cè)繪地形圖的理論和方法研究測(cè)繪地形圖的理論和方法研究在地形圖上進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)的基本原理和方法研究在地形圖上進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)的基本原理和方法研究建研究建(構(gòu)構(gòu))筑物施工放樣、建筑質(zhì)量檢驗(yàn)的技術(shù)和筑物施工放樣、建筑質(zhì)量檢驗(yàn)的技術(shù)和 方法方法對(duì)大型建筑物的安全性進(jìn)行位移和變形監(jiān)測(cè)對(duì)大型建筑物的安全性進(jìn)行位移和變形監(jiān)測(cè)1.2 地球的形狀和大小地球的形狀和大小測(cè)量工作是在地球的表面進(jìn)行的，而地球自然表面很不規(guī)則，測(cè)量工作是在地球的表面進(jìn)行的，而地球自然表面很不規(guī)則，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面達(dá)有高

11、山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面達(dá)8848.13m，最低的馬里亞納海溝低于海水面達(dá)，最低的馬里亞納海溝低于海水面達(dá)11022m。但是這樣。但是這樣的高低起伏，相對(duì)于地球半徑的高低起伏，相對(duì)于地球半徑6371km來(lái)說(shuō)還是很小的。再顧及到來(lái)說(shuō)還是很小的。再顧及到海洋約占整個(gè)地球表面的海洋約占整個(gè)地球表面的71%，因此，人們把，因此，人們把海水面所包圍的地球海水面所包圍的地球形體形體看著地球的形狀?？粗厍虻男螤睢Ｓ捎诘厍虻淖赞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由于地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，地球上任一點(diǎn)都要受到離地球上任一點(diǎn)都要受到離心力和地球引力的雙重作心力和地球引力的雙重作用，這兩個(gè)力的合力稱為用，這兩個(gè)力的合力稱為重

12、力重力，重力的方向線稱為，重力的方向線稱為鉛垂線鉛垂線。鉛垂線是測(cè)量工。鉛垂線是測(cè)量工作的作的基準(zhǔn)線基準(zhǔn)線。水準(zhǔn)面：水準(zhǔn)面：以一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面延伸穿越陸地，形成一個(gè)閉以一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面延伸穿越陸地，形成一個(gè)閉合的曲面包圍整個(gè)地球，這個(gè)閉合曲面稱為合的曲面包圍整個(gè)地球，這個(gè)閉合曲面稱為水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面，水準(zhǔn)面是受地，水準(zhǔn)面是受地球重力影響而形成的，是一個(gè)處處與重力方向垂直的球重力影響而形成的，是一個(gè)處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面連續(xù)曲面，水平面：水平面：與水準(zhǔn)面相切的平面。水平面可高可低，與水準(zhǔn)面相切的平面。水平面可高可低，大地水準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面：水準(zhǔn)面有無(wú)數(shù)多個(gè)，其中與平均海水面吻合并向水準(zhǔn)

13、面有無(wú)數(shù)多個(gè)，其中與平均海水面吻合并向大陸、島嶼內(nèi)延伸而形成的閉合曲面。大陸、島嶼內(nèi)延伸而形成的閉合曲面。大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面是測(cè)量工作的基準(zhǔn)面是測(cè)量工作的基準(zhǔn)面。由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體，稱為由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體，稱為大地體大地體。1.2 地球的形狀和大小地球的形狀和大小通常用一個(gè)非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何通常用一個(gè)非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何形體形體(即地球橢球即地球橢球)來(lái)代替地球的形狀，作為測(cè)量計(jì)算工作的來(lái)代替地球的形狀，作為測(cè)量計(jì)算工作的基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面。地球橢球是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的形體，故地球橢球又稱地球橢球是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而

14、成的形體，故地球橢球又稱旋旋轉(zhuǎn)橢球轉(zhuǎn)橢球。1.2 地球的形狀和大小地球的形狀和大小這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體稱為這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體稱為參考橢球體參考橢球體，為一規(guī)則的曲面體?？捎脭?shù)，為一規(guī)則的曲面體?？捎脭?shù)學(xué)公式表示：學(xué)公式表示：1.2 地球的形狀和大小地球的形狀和大小a為長(zhǎng)半徑，為長(zhǎng)半徑，b為短半徑。參考橢球體扁率為短半徑。參考橢球體扁率應(yīng)滿足下式：應(yīng)滿足下式：aba 我國(guó)目前采用的元素值為我國(guó)目前采用的元素值為長(zhǎng)半徑長(zhǎng)半徑a=6378140m扁扁 率率 =1:298.275 由于由于很小，在精度要求不高時(shí)，可近似將地球當(dāng)作圓球體，很小，在精度要求不高時(shí)，可近似將地球當(dāng)作圓球體，其半徑為平均值其半徑為平均值

15、6371km。并選擇陜西涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)某點(diǎn)為并選擇陜西涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)某點(diǎn)為大地原點(diǎn)大地原點(diǎn)，進(jìn)行了大，進(jìn)行了大地定位。由此而建立起來(lái)全國(guó)統(tǒng)一坐標(biāo)系，這就是現(xiàn)在使地定位。由此而建立起來(lái)全國(guó)統(tǒng)一坐標(biāo)系，這就是現(xiàn)在使用的用的“1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系年國(guó)家大地坐標(biāo)系”。由于地球橢球的扁率很小，因此當(dāng)測(cè)區(qū)范圍不大時(shí)，由于地球橢球的扁率很小，因此當(dāng)測(cè)區(qū)范圍不大時(shí)，可近似地把地球橢球作為圓球，其半徑為可近似地把地球橢球作為圓球，其半徑為6371km1.2 地球的形狀和大小地球的形狀和大小地面點(diǎn)的空間位置都與一定的坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。在測(cè)地面點(diǎn)的空間位置都與一定的坐標(biāo)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。在測(cè)量上常用的坐標(biāo)系有量上常用的坐標(biāo)

16、系有大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系、高斯投影平面坐標(biāo)系高斯投影平面坐標(biāo)系、平面獨(dú)立直角坐標(biāo)系平面獨(dú)立直角坐標(biāo)系等。等。地面點(diǎn)位常用三個(gè)量表示?；鶞?zhǔn)線、基準(zhǔn)面。地面點(diǎn)位常用三個(gè)量表示?；鶞?zhǔn)線、基準(zhǔn)面。1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.1 1.3.1 大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系以參考橢球體面為基以參考橢球體面為基準(zhǔn)面。用大地經(jīng)度準(zhǔn)面。用大地經(jīng)度L、緯、緯度度B、大地高、大地高H表示地面表示地面點(diǎn)的空間位置。點(diǎn)的空間位置。基準(zhǔn)線為法線?；鶞?zhǔn)線為法線。經(jīng)度自零子午面向東為正、經(jīng)度自零子午面向東為正、向西為負(fù)。緯度向西為負(fù)。緯度橢球體面上的大地高為零。橢球體面上的大地高為零。1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)

17、測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系高斯投影的概念高斯投影的概念中央子午線是中央子午線是直直線線，其，其長(zhǎng)度不變形長(zhǎng)度不變形，離，離開(kāi)中央子午線的其他子開(kāi)中央子午線的其他子午線是弧形，凹向中央午線是弧形，凹向中央.子午線。離開(kāi)中央子午子午線。離開(kāi)中央子午線越遠(yuǎn)，變形越大。線越遠(yuǎn)，變形越大。投影后投影后赤道是一赤道是一直線直線，并與中央子午線，并與中央子午線正交。正交。離開(kāi)赤道的緯線離開(kāi)赤道的緯線是弧線，凸向赤道。是弧線，凸向赤道。在高斯投影平面上在高斯投影平面上：1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯

18、平面直角坐標(biāo)系高斯投影可將橢球面變成平面，但離開(kāi)中央子午線越遠(yuǎn)變形越高斯投影可將橢球面變成平面，但離開(kāi)中央子午線越遠(yuǎn)變形越大，這種變形將會(huì)影響測(cè)圖和施工的精度。為對(duì)長(zhǎng)度變形加以控制，大，這種變形將會(huì)影響測(cè)圖和施工的精度。為對(duì)長(zhǎng)度變形加以控制，測(cè)量中采用限制投影寬度的方法測(cè)量中采用限制投影寬度的方法分帶投影。投影帶寬以相鄰兩分帶投影。投影帶寬以相鄰兩子午線的徑差子午線的徑差l來(lái)劃分。有來(lái)劃分。有6、3帶等不同投影方法。帶等不同投影方法。6帶帶 投影是從英格林尼治子午線開(kāi)始，自西向東，每隔投影是從英格林尼治子午線開(kāi)始，自西向東，每隔6投影一次。將橢球分成投影一次。將橢球分成60個(gè)帶，編號(hào)為個(gè)帶，編

19、號(hào)為160帶。帶。6帶帶1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系各帶中央子午線經(jīng)度各帶中央子午線經(jīng)度(L06)按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：3660nL已知某點(diǎn)大地經(jīng)度已知某點(diǎn)大地經(jīng)度L，可按下式計(jì)算所屬的帶號(hào)：，可按下式計(jì)算所屬的帶號(hào)： (的整數(shù)商的整數(shù)商)+1(有余數(shù)時(shí)有余數(shù)時(shí))6Ln1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系3帶帶 是在是在6帶基礎(chǔ)上劃分的，其中央子午線在帶基礎(chǔ)上劃分的，其中央子午線在奇數(shù)奇數(shù)帶時(shí)與帶時(shí)與6帶中央子午線重合，每隔帶中央子午線重合，每隔3為

20、一帶，共為一帶，共120帶，各帶中央子午帶，各帶中央子午線經(jīng)度為：線經(jīng)度為：各帶中央子午線經(jīng)度各帶中央子午線經(jīng)度(L03)按下式計(jì)算：按下式計(jì)算：3帶帶303nL 已知某點(diǎn)大地經(jīng)度已知某點(diǎn)大地經(jīng)度L，可按下式計(jì)算所屬的帶號(hào)：，可按下式計(jì)算所屬的帶號(hào)： (的整數(shù)商的整數(shù)商)+1(有余數(shù)時(shí)有余數(shù)時(shí))35.1Ln1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)的建立高斯平面直角坐標(biāo)的建立以赤道和中央的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)以赤道和中央的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O，中央子午線方向?yàn)?，中央子午線方向?yàn)閤軸，北軸，北方向?yàn)檎３嗟劳队熬€為方向?yàn)檎３嗟?/p>

21、投影線為y軸，東方向?yàn)檎Ｏ笙薨错槙r(shí)針排列，軸，東方向?yàn)檎?。象限按順時(shí)針排列，同一投影帶內(nèi)同一投影帶內(nèi)y軸有正有負(fù)。軸有正有負(fù)。為使為使y值都為正，將縱坐標(biāo)軸西值都為正，將縱坐標(biāo)軸西移移500km,并在并在y坐標(biāo)前面冠以帶號(hào)，坐標(biāo)前面冠以帶號(hào)，第第20帶，中央子午線以西帶，中央子午線以西P點(diǎn)：點(diǎn)：在在20帶中高斯直角坐帶中高斯直角坐標(biāo)為：標(biāo)為：xp=4429757.075myp=-58269.593m xp=4429757.075m yp=441730.407m1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.2 1.3.2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)的建立高斯平面

22、直角坐標(biāo)的建立高斯直角高斯直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)中的笛卡爾坐中的笛卡爾坐標(biāo)系不同。標(biāo)系不同。這樣的做這樣的做法是為了將數(shù)法是為了將數(shù)學(xué)上的三角和學(xué)上的三角和解析幾何公式解析幾何公式直接用至測(cè)量直接用至測(cè)量的計(jì)算上。的計(jì)算上。1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)1.3.3 1.3.3 平面直角坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系當(dāng)測(cè)區(qū)的范圍較小時(shí)，可以把測(cè)區(qū)球面當(dāng)作平面處理，直接將當(dāng)測(cè)區(qū)的范圍較小時(shí)，可以把測(cè)區(qū)球面當(dāng)作平面處理，直接將地面點(diǎn)沿鉛垂線投影到水平面上，用平面直角坐標(biāo)來(lái)表示。平面直地面點(diǎn)沿鉛垂線投影到水平面上，用平面直角坐標(biāo)來(lái)表示。平面直角坐標(biāo)角坐標(biāo)原點(diǎn)原點(diǎn)一般選在測(cè)區(qū)西南方，一般選在測(cè)

23、區(qū)西南方，以該測(cè)區(qū)子午線方向以該測(cè)區(qū)子午線方向(真子午線真子午線或磁子午線或磁子午線)為為x軸，北方向?yàn)檎?。軸，北方向?yàn)檎?。y軸與軸與x軸垂直，東方向?yàn)檎?。軸垂直，東方向?yàn)檎?。?jīng)度與帶號(hào)計(jì)算經(jīng)度與帶號(hào)計(jì)算1 1、某點(diǎn)所在經(jīng)度為、某點(diǎn)所在經(jīng)度為1121218，試求其在，試求其在6帶的帶帶的帶號(hào)及中央子午線經(jīng)度。號(hào)及中央子午線經(jīng)度。2 2、若、若P P點(diǎn)經(jīng)度點(diǎn)經(jīng)度1181920 ，其在，其在6帶內(nèi)的自然坐標(biāo)帶內(nèi)的自然坐標(biāo)xp110089.110m，yp -186230.228m。試求其在試求其在6帶內(nèi)的通用坐標(biāo)。帶內(nèi)的通用坐標(biāo)。例題例題大地高大地高：以：以參考橢球體面參考橢球體面為高程基準(zhǔn)面。大地

24、高是地面點(diǎn)沿為高程基準(zhǔn)面。大地高是地面點(diǎn)沿法法線線到橢球體面的距離，用到橢球體面的距離，用H大大表示。表示。1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)地面點(diǎn)的地面點(diǎn)的高程高程是指地面點(diǎn)到某一高程基準(zhǔn)面的垂直距離。是指地面點(diǎn)到某一高程基準(zhǔn)面的垂直距離。1.3.4 1.3.4 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)測(cè)量上常用的高程基準(zhǔn)面有測(cè)量上常用的高程基準(zhǔn)面有參考橢球體面參考橢球體面和和大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面。大地高大地高海拔高海拔高：以：以大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)面。即地面點(diǎn)沿為高程基準(zhǔn)面。即地面點(diǎn)沿鉛垂線鉛垂線到大到大地水準(zhǔn)面的距離，也稱為地水準(zhǔn)面的距離，也稱為絕對(duì)高程絕對(duì)高程，用，用H表示。表示。海拔高海

25、拔高在局部地區(qū)特殊條件下，不需要和國(guó)家高程系統(tǒng)聯(lián)系，可采用在局部地區(qū)特殊條件下，不需要和國(guó)家高程系統(tǒng)聯(lián)系，可采用一個(gè)一個(gè)假設(shè)水準(zhǔn)面假設(shè)水準(zhǔn)面為高程起算面。所得到的地面高程稱為假設(shè)高程或?yàn)楦叱唐鹚忝妗Ｋ玫降牡孛娓叱谭Q為假設(shè)高程或相對(duì)高程。相對(duì)高程。1.3 測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)測(cè)量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)“1956年黃海高程系年黃海高程系”，青島市觀家山水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為，青島市觀家山水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m。1.3.4 1.3.4 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)假設(shè)高程假設(shè)高程“1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)年國(guó)家高程基準(zhǔn)”，青島市觀家山水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為，青島市觀家山水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。1987年后啟用此基準(zhǔn)。年后啟用

26、此基準(zhǔn)。相對(duì)高程相對(duì)高程地面兩點(diǎn)的高程差稱為地面兩點(diǎn)的高程差稱為高差高差，用，用h表示。表示。A、B兩點(diǎn)的高差為：兩點(diǎn)的高差為：hAB=HB-HAhAB=HB-HA=HB-HA由此可見(jiàn)由此可見(jiàn)兩點(diǎn)間的高差與高程起算面無(wú)關(guān)兩點(diǎn)間的高差與高程起算面無(wú)關(guān)。1.4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面代替水準(zhǔn)面，使測(cè)量和繪圖工作大為減化，下面來(lái)討用水平面代替水準(zhǔn)面，使測(cè)量和繪圖工作大為減化，下面來(lái)討論由此引起的影響。論由此引起的影響。1.4.1 1.4.1 對(duì)距離的影響對(duì)距離的影響如圖，由平面代替曲面產(chǎn)生的如圖，由平面代替曲面產(chǎn)生的誤差為誤差為D。D=D-D=Rtan-R=R(ta

27、n-)在小范圍測(cè)區(qū)在小范圍測(cè)區(qū)角很小。角很小。tan用用級(jí)數(shù)展開(kāi)，略去五次方項(xiàng)，則級(jí)數(shù)展開(kāi)，略去五次方項(xiàng)，則23131)(23RDRDDDD33313)(RRD1.4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.4.1 1.4.1 對(duì)距離的影響對(duì)距離的影響取地球半徑取地球半徑R=6371km。D用不同距離代入，計(jì)算結(jié)果如下：用不同距離代入，計(jì)算結(jié)果如下：23131)(23RDRDDDD1/19萬(wàn)12.83251/30萬(wàn)6.57201/54萬(wàn)2.77151/120萬(wàn)0.8210-0.001D/DD(cm)D(km)結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)當(dāng)D=10km時(shí)，時(shí)，所產(chǎn)生的相對(duì)誤差為所產(chǎn)生的相對(duì)誤差為1

28、:120萬(wàn)，這樣小的誤差，對(duì)精萬(wàn)，這樣小的誤差，對(duì)精密量距來(lái)說(shuō)也是密量距來(lái)說(shuō)也是允許允許的。的。因此，在因此，在10km為半徑的圓為半徑的圓面積之內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，面積之內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量時(shí)，可以把水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面可以把水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面看待，而不考慮地球曲率看待，而不考慮地球曲率對(duì)距離的影響。對(duì)距離的影響。1.4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.4.2 1.4.2 對(duì)水平角測(cè)量的影響對(duì)水平角測(cè)量的影響從球面三角測(cè)量中可知，球面上多邊形內(nèi)角之和比平面上多邊從球面三角測(cè)量中可知，球面上多邊形內(nèi)角之和比平面上多邊形內(nèi)角之和多一個(gè)球面超角形內(nèi)角之和多一個(gè)球面超角。其值可用多邊形面積求得

29、：。其值可用多邊形面積求得：2RP式中：式中：P球面多邊形面積；球面多邊形面積； R地球半徑；地球半徑； 一弧度的秒值，一弧度的秒值，=206265。以不同面積代入，可求出球面角超如下：以不同面積代入，可求出球面角超如下：P(km2)()100.05500.251000.513001.52結(jié)論結(jié)論:100km2可忽略可忽略1.4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.4.3 1.4.3 對(duì)高程的影響對(duì)高程的影響從圖可見(jiàn)了，用平面代替大地水準(zhǔn)面時(shí)，產(chǎn)生從圖可見(jiàn)了，用平面代替大地水準(zhǔn)面時(shí)，產(chǎn)生高程誤差高程誤差BB=h,也稱為也稱為地球曲率影響地球曲率影響。在在OAB中中上式中因上式中

30、因h相對(duì)于相對(duì)于R很小，可略去。很小，可略去。D用大地水準(zhǔn)面上距離用大地水準(zhǔn)面上距離D代替，則代替，則結(jié)論結(jié)論:高程測(cè)量中應(yīng)考慮地高程測(cè)量中應(yīng)考慮地球曲率的影響球曲率的影響hRDhDRhR2)(2222RDh22D(m) 10 50 100 150 200h(mm) 0.0 0.2 0.8 1.77 3.1 測(cè)量中將地物和地貌統(tǒng)稱為測(cè)量中將地物和地貌統(tǒng)稱為 地形地形。測(cè)定地物和地貌的三維坐標(biāo)，并用平面圖形表示，稱為測(cè)定地物和地貌的三維坐標(biāo)，并用平面圖形表示，稱為地形圖地形圖地貌地貌指地球表面高低起伏的形態(tài)，如山峰、河谷、指地球表面高低起伏的形態(tài)，如山峰、河谷、臺(tái)地、懸崖等臺(tái)地、懸崖等地物地物包

31、括地面上人造或天然固定物體，如房屋、包括地面上人造或天然固定物體，如房屋、道路、河流、湖泊等道路、河流、湖泊等1.5 測(cè)量工作概述測(cè)量工作概述地形測(cè)量是在地物和地貌上選擇一些有地形測(cè)量是在地物和地貌上選擇一些有代表性的點(diǎn)代表性的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量點(diǎn)投影到平面上，然后用點(diǎn)、折線、曲線連接起來(lái)表示地物將測(cè)量點(diǎn)投影到平面上，然后用點(diǎn)、折線、曲線連接起來(lái)表示地物和地貌。這些能表現(xiàn)地物和地貌特征的點(diǎn)稱為和地貌。這些能表現(xiàn)地物和地貌特征的點(diǎn)稱為特征點(diǎn)特征點(diǎn)。所以測(cè)量實(shí)。所以測(cè)量實(shí)際是測(cè)定這些特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。際是測(cè)定這些特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)。1.5測(cè)量工作概述測(cè)量工作概述特征點(diǎn)的測(cè)定方法：特征點(diǎn)的測(cè)

32、定方法：1.5測(cè)量工作概述測(cè)量工作概述衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位幾何測(cè)量定位幾何測(cè)量定位利用衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)，同時(shí)接收多顆定位衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行利用衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)，同時(shí)接收多顆定位衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行定位，稱為定位，稱為衛(wèi)星定位衛(wèi)星定位。若在待測(cè)點(diǎn)若在待測(cè)點(diǎn)P安置衛(wèi)星安置衛(wèi)星接收機(jī)，在某時(shí)刻同時(shí)接接收機(jī)，在某時(shí)刻同時(shí)接收三顆衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)定衛(wèi)收三顆衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)定衛(wèi)星至接收的距離星至接收的距離Rip。已知。已知該時(shí)衛(wèi)星空間三維坐標(biāo)，該時(shí)衛(wèi)星空間三維坐標(biāo)，即可用下式求出待測(cè)點(diǎn)三即可用下式求出待測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)：維坐標(biāo)：222ipipipipzzyyxxR幾何測(cè)量定位幾何測(cè)量定位：1.5測(cè)量工作概述測(cè)量工作概述如地面上

33、有三個(gè)點(diǎn)如地面上有三個(gè)點(diǎn)A、B、C，其中，其中A點(diǎn)坐標(biāo)已知，待求點(diǎn)為點(diǎn)坐標(biāo)已知，待求點(diǎn)為B、C。測(cè)定。測(cè)定a、b間平距間平距Dab,及及x縱坐標(biāo)北方向與縱坐標(biāo)北方向與ab邊的夾角邊的夾角ab(稱為方稱為方位角位角)，即可求定，即可求定b點(diǎn)平面坐標(biāo)：點(diǎn)平面坐標(biāo)：若已知若已知A、B坐標(biāo)，只要測(cè)定坐標(biāo)，只要測(cè)定角和距離角和距離Dbc,即可確定即可確定C點(diǎn)位置。點(diǎn)位置。sincosababababDyyDxx常規(guī)測(cè)量中，常規(guī)測(cè)量中，量距、測(cè)角和量距、測(cè)角和測(cè)高差測(cè)高差是確定地面點(diǎn)位的是確定地面點(diǎn)位的基本測(cè)基本測(cè)量工作量工作。測(cè)量工作遵循的原則測(cè)量工作遵循的原則1.5測(cè)量工作概述測(cè)量工作概述不論地物或地貌，它們的形狀和大小都是由一些不論地物或地貌，它們的形狀和大小都是由一些特征點(diǎn)特征點(diǎn)的位置的位置所決定。這些特征點(diǎn)也稱為所決定。這些特征點(diǎn)也稱為碎部點(diǎn)碎部點(diǎn)。測(cè)圖時(shí)，主要是。測(cè)圖時(shí)，主要是測(cè)定測(cè)定這些碎部這些碎部點(diǎn)的平面位置和高程。點(diǎn)的平面位置和高程。測(cè)定碎部點(diǎn)的位置，其程序通常分為兩步：測(cè)定碎部點(diǎn)的位置，其程序通常分為兩步：控制測(cè)量控制測(cè)量，先在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇若干具有控制意義的點(diǎn)作為控制，先在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇若干具有控制意義的點(diǎn)作為控制點(diǎn)，以較精確的儀器和方法測(cè)定各控制點(diǎn)的距離點(diǎn)，以較精確的儀