西南交大《測量學(xué)》課件

1、Nanjing University of Technology測量學(xué)測量學(xué)課件課件南京工業(yè)大學(xué)南京工業(yè)大學(xué)地理信息與測繪工程系地理信息與測繪工程系Nanjing University of Technology1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容1、定義： 研究地球的形狀和大小以及確定地面（包含空中、地下和水下）點空間位置的科學(xué)。 2、內(nèi)容： 測定測定： 使用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)或成果，將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、國防建設(shè)及科學(xué)研究使用。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度

2、5.測量工作概述（ 地面地面圖紙圖紙 ）Nanjing University of Technology 2、內(nèi)容： 測設(shè)：測設(shè)： 測設(shè)是指用一定的測量方法，按照一定的精度，把設(shè)計圖紙上劃設(shè)計好的建(構(gòu))筑物的平面位置和高程標(biāo)定在實地上，作為施工的依據(jù)。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容（ 圖紙圖紙地面地面 ）Nanjing University of Technology3.測量學(xué)的學(xué)科分類 大地測量學(xué)大地測量學(xué)：研究地球表面廣大區(qū)域點位測定的理論和方法。包括地球的大小和形

3、狀的測定、大地區(qū)控制測量、天文和重力測量。 普通測量學(xué)：普通測量學(xué)：研究確定地球表面小范圍（1025公里）內(nèi)點位的理論和方法，不顧及地球曲率，把地球表面當(dāng)作平面看待。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容Nanjing University of Technology3.測量學(xué)的學(xué)科分類 攝影測量學(xué)：攝影測量學(xué)：利用攝影相片或遙感技術(shù)來確定地面物體的形狀、大小、性質(zhì)、特征和空間位置的學(xué)科。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測

4、量工作概述1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容Nanjing University of Technology3.測量學(xué)的學(xué)科分類 工程測量學(xué)：工程測量學(xué)：研究工程建設(shè)中所進(jìn)行的各種測量工作的理論和方法的學(xué)科。（城市建設(shè)、大型廠礦建筑、農(nóng)田水利及道路修建等在勘測設(shè)計、施工放樣、竣工驗收和工程監(jiān)測保養(yǎng)等方面的測繪工作。） 海洋測量學(xué)海洋測量學(xué)、及地圖制圖學(xué)地圖制圖學(xué)等。 本課件主要介紹普通測量學(xué)普通測量學(xué)及部分工程測量學(xué)部分工程測量學(xué)的內(nèi)容，以便能為土木工程、土地管理、房地產(chǎn)開發(fā)、城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計等提供測量專業(yè)服務(wù)。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4

5、.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容Nanjing University of Technology 科學(xué)研究：科學(xué)研究： 國防建設(shè)：國防建設(shè)： 經(jīng)濟(jì)建設(shè)：經(jīng)濟(jì)建設(shè)：5、測量學(xué)的發(fā)展： 古代：古代： 現(xiàn)代：現(xiàn)代：4、測量學(xué)的作用：1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-1.1-1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容測量學(xué)的定義及內(nèi)容Nanjing University of Technology1-2.1-2.地球的形狀和大小地球的形狀和大小 1、大地水準(zhǔn)面 設(shè)想以一個靜止不動的水面向陸地

6、延伸，形成一個閉合的曲面包圍整個地球，稱這個閉合曲面為水準(zhǔn)面。 水準(zhǔn)面有無數(shù)個，其中通過平均海水面的一個水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是測量工作的基準(zhǔn)面。由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體稱為大地體。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述WENS橢球面橢球面大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面Nanjing University of Technology 2、特點： 水準(zhǔn)面是受地球重力影響而形成的，其特點是水準(zhǔn)面上任意一點的鉛垂線(重力作用線)都垂直于該點的曲面。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，重力也受其影響，故引起了鉛垂線方向的改變，致使大地水準(zhǔn)面成

7、為一個有微小起伏的復(fù)雜曲面。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-2.1-2.地球的形狀和大小地球的形狀和大小鉛垂線鉛垂線法線法線地球自然表面地球自然表面大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面地球橢球面地球橢球面Nanjing University of Technology 3、地球橢球或旋轉(zhuǎn)橢球： 經(jīng)測量實踐證明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球的形狀十分近似，而旋轉(zhuǎn)橢球是可以用數(shù)學(xué)式嚴(yán)格表示的，測量工作便取大小和大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的參考形狀和大小。（計算的基準(zhǔn)面）1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位

8、的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-2.1-2.地球的形狀和大小地球的形狀和大小WENSaboNanjing University of Technology 4、參考橢球體的定位： 確定橢球體與大地體之間相互關(guān)系并固定下來的工作。以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點為大地原點進(jìn)行定位，建立了全國統(tǒng)一坐標(biāo)系，即“1980年國家大地坐標(biāo)系”。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-2.1-2.地球的形狀和大小地球的形狀和大小Nanjing University of Technology1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的

9、確定 測量工作的實質(zhì)是確定地面點的空間位置實質(zhì)是確定地面點的空間位置，首先必須了解測量的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。1、二維坐標(biāo)系統(tǒng) 表示地面點在地球橢球面或投影在水平面上的位置，通常有下列三種坐標(biāo)系統(tǒng):（1 1）地理坐標(biāo)（球面坐標(biāo)）地理坐標(biāo)（球面坐標(biāo)） 天文地理坐標(biāo)：表示地面點在大地水準(zhǔn)面上的位置，用天文經(jīng)度和天文緯度表示。用天文測量的方法直接測定。 1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定（1 1）地理坐標(biāo)（球面坐標(biāo)）地理坐標(biāo)（球

10、面坐標(biāo)） 大地地理坐標(biāo)： 表示地面點在地球橢球面上的位置，用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology（2 2）高斯平面直角坐標(biāo)）高斯平面直角坐標(biāo)高斯投影首先是將地球按經(jīng)線分為若干帶，稱為投影帶。它從首子午線(零子午線)開始，自西向東每隔6劃為一帶，用表示帶號，位于各投影帶中央的子午線稱中央子午線()；也可由東經(jīng)130開始，自西向東每隔3劃為一帶，用n表示帶號，我國國土所屬范圍即帶號=l323（n =2446）。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的

11、形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定Nanjing University of Technology6帶中央子午線經(jīng)度 =6-33帶中央子午線經(jīng)度 =3n。例如，南京市處于東經(jīng)11847 ，即 =(11847+3)/6= 20 = 620-3 = 117 即 n = 11847/3= 40 = 3 = 340 = 1201.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定Nanjing University of Techn

12、ology高斯投影：高斯投影： 設(shè)想將一個橫圓柱體套在橢球外面，使橫圓柱的軸心通過橢球的中心，并與橢球面上某投影帶的中央子午線相切，然后將這個投影帶上的點線投影到橫圓柱面上。 再順著過南北極的母線將圓柱面剪開，并展開為平面，這個平面稱為高斯投影平面。在高斯投影平面上，中央子午線和赤道的投影是兩條相互垂直的直線。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定Nanjing University of Technology1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)

13、面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定高斯投影：高斯投影：中央子午線的投影為高斯平面直角坐標(biāo)系的x軸赤道的投影為高斯平面直角坐標(biāo)系的y軸。Nanjing University of Technology 由于我國國土全部位于北半球(赤道以北)，x坐標(biāo)值均為正值，而y坐標(biāo)值則有正有負(fù)。為了避免y坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值，我國規(guī)定將每帶的坐標(biāo)原點向西移500km。由于各投影帶上的坐標(biāo)系是采用相對獨立的高斯平面直角坐標(biāo)系，為了能正確區(qū)分某點所處投影帶的位置，規(guī)定在橫坐標(biāo)值前面冠以投影帶帶號。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.

14、測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyxNanjing University of Technology B點真正橫坐標(biāo)yb-124625.723m 按照上述規(guī)定，y值應(yīng)改寫為 yb 20(-124625.723+500000) 20375374.2771.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx 例: B點位于6帶(20)Nanjing Universi

15、ty of Technology 補(bǔ)充：高斯投影是正形投影，即角度保持不變的投影。其中央子午線投影后長度無變形，但離中央子午線越遠(yuǎn)長度變形越大。實踐證明，6投影帶邊緣部分的變形能滿足1：25000或更小比例尺測圖精度，當(dāng)進(jìn)行1：10000或更大比例尺測圖時，采用3帶投影。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定Nanjing University of Technology（3 3）獨立平面直角坐標(biāo)）獨立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測量范圍較小時(如半徑不大于l0km的范圍)，可以將該測區(qū)的球面看作平

16、面，直接將地面點沿鉛垂線方向投影到水平面上。在實際測量中，一般將坐標(biāo)原點選在測區(qū)的西南角，使測區(qū)內(nèi)的點位坐標(biāo)均為正值，并以該測區(qū)的子午線(或磁子午線)的投影為X軸，向北為正，與之相垂直的為Y軸，向東為正，由此建立了該測區(qū)的獨立平面直角坐標(biāo)系。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定yA西y (東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AxAo(西南角)x(北)Nanjing University of Technology1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的

17、確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定平面直角坐標(biāo)平面直角坐標(biāo) 西y (東)x (北)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AyAxAoNanjing University of Technology2、高程系統(tǒng)確定該點沿鉛垂方向到某基準(zhǔn)面的距離。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定ABHAHBHAHB黃海平均海水面大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面hAB絕對高程（海拔）絕對高程（海拔）：指某點沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離，用表示。相

18、對高程：相對高程：某點距假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。高差：高差：地面上兩點間的高程之差。Nanjing University of Technology 高程基準(zhǔn)面如何確定，基準(zhǔn)點的高程為多少呢？1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-3.1-3.地面點位的確定地面點位的確定 以青島驗潮站多年的觀測資料求得黃海黃海平均海水面平均海水面，作為我國的高程基準(zhǔn)面，建立了“1956年黃海高程系”，并在青島市觀象山上建立了國家水準(zhǔn)基點（72.289m）。在1987年啟用“19851985國家高程國家高程基準(zhǔn)基準(zhǔn)”，此時測定的國家水準(zhǔn)基點高程72

19、.26072.260m m。Nanjing University of Technology1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度 在普通測量中：大地水準(zhǔn)面（投影）圓球面（投影）平面圖紙上 就理論上而言，將極小部分的水準(zhǔn)面(曲面)當(dāng)作水平面是要產(chǎn)生變形的，必然對測量觀測值(如距離、高差等)帶來影響。 本節(jié)主要討論用水平面代替水準(zhǔn)面對距離和高差的影響(或稱地球曲率的影響)，以便給出限制水平面代替水準(zhǔn)面的限度。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology1

20、、對距離的影響1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度設(shè)球面(水準(zhǔn)面)與水平面在點相切、兩點在球面上弧長為，水平距離為 ，即,tg,以水平距離代替弧長所產(chǎn)生的誤差為，則 （tg ）取637lkm，以不同的代入式中，得出距離誤差和相應(yīng)相對誤差代入上式Nanjing University of Technology表表1 1水平面代替水準(zhǔn)面的距離誤差和相對誤差水平面代替水準(zhǔn)面的距離誤差和相對誤差 距離D/km距離誤差D/mm相對誤差D/D1081/1 220 000251281

21、/200 0005010261/49 00010082121/12 000由表可知，在半徑為10km的范圍內(nèi)（相當(dāng)于面積320km2），用水平面代替水準(zhǔn)面可不考慮地球曲率對距離的影響。當(dāng)精度要求較低時，還可以將測量范圍的半徑擴(kuò)大到25km(相當(dāng)于面積2000km2)。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度Nanjing University of Technology2、對高差的影響在圖中，、兩點在同一球面(水準(zhǔn)面)上，其高程應(yīng)相等(即高差為零)。點投影到水平面上得點。則

22、即為水平面代替水準(zhǔn)面產(chǎn)生的高差誤差。設(shè) h，則 即 1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度Nanjing University of Technology取R637lkm，則得相應(yīng)的高差誤差值，如表所列。 表表2 2 水平面代替水準(zhǔn)面的高差誤差水平面代替水準(zhǔn)面的高差誤差由表可知，在進(jìn)行水準(zhǔn)在進(jìn)行水準(zhǔn)( (高程高程) )測量時，應(yīng)當(dāng)測量時，應(yīng)當(dāng)用水準(zhǔn)面作為測量的基準(zhǔn)面。用水準(zhǔn)面作為測量的基準(zhǔn)面。1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度距離距離D/kmD/

23、km0.l0.l0.20.20.30.30.40.40.50.51 12 25 51010h /mm h /mm 0.80.83 37 713132020787831431419621962784878481.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology3、對水平角度的影響由球面三角學(xué)知識知道，同一空間多邊形在球面上投影的各內(nèi)角之和，較其在平面上投影的各內(nèi)角之和大一個球面角超 P為球面多邊形的面積當(dāng)P=100平方公里，=0.51，當(dāng)P=400平方公里，=2.03。所以，地球曲率

24、對水平角度的影響在一般地球曲率對水平角度的影響在一般測量工作中不必考慮，只有在最精密測量測量工作中不必考慮，只有在最精密測量中才需要考慮中才需要考慮。1-4.1-4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology1-5.1-5.測量工作概述測量工作概述測量工作的主要任務(wù)是：測繪地形圖測繪地形圖 施工放樣施工放樣1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing Uni

25、versity of Technology1、測量工作的基本原則地形包括：地物地物:地面上固定性物體，如河流、房屋、道路、湖泊等；地貌地貌:地面的高低起伏的形態(tài)，如山嶺、谷地和陡崖等。1-5.1-5.測量工作概述測量工作概述1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述Nanjing University of Technology在實際測量工作中應(yīng)當(dāng)遵守以下基本原則:在測量布局上，應(yīng)遵循“由整體到局部”的原則；在測量精度上，應(yīng)遵循“由高級到低級”的原則；在測量程序上，應(yīng)遵循“先控制后碎部”的原則。在測量過程中，應(yīng)遵循“隨時檢查，杜絕錯誤”的原則。1.測量學(xué)的定義及內(nèi)容2.地球的形狀和大小3.地面點位的確定4.水平面代替水準(zhǔn)面的限度5.測量工作概述1-5.1-5.測量工作概述測量工作概述Nanjing University of Technology2、控制測量的概念控制測量：控制測量：測定測區(qū)內(nèi)若干個具有控制意義的控制點的平面位置(坐標(biāo))和高程，作為測繪地形圖或施工放樣的依據(jù)。平面控制測量：平面控制測量：確定測區(qū)中一系列控制點的坐標(biāo)（x、y），形式有導(dǎo)線測量、邊角測量及交會定點等。高程控制測量：高程控制測量：測定各控制點間的高差，從而求出各控制點高程，方法有水準(zhǔn)測量、光電測距三角高程