西南交大《工程測(cè)量學(xué)》精品課程課件01-(1)概況

1、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)生與組成生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等 公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，說(shuō)明當(dāng)時(shí)已有放，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，說(shuō)明當(dāng)時(shí)已有放樣的工具和方法。樣的工具和方法。 我國(guó)我國(guó)二千多年前的夏商時(shí)代二千多年前的夏商時(shí)代，為了治水開始了水利工程測(cè)量工作。司馬遷在，為了治水開始了水利工程測(cè)量工作。司馬遷在史記史記中對(duì)夏禹治水有這樣的描述：中對(duì)夏禹治水有這樣的描述：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬

2、，山行乘攆（jj），），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時(shí)，以開九州，通九道，陂九澤，度九山?！彼涗浀氖钱?dāng)所記錄的是當(dāng)時(shí)的工程勘測(cè)情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用的測(cè)量工具，準(zhǔn)是可揆（時(shí)的工程勘測(cè)情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)時(shí)所用的測(cè)量工具，準(zhǔn)是可揆（kiukiu）平的水）平的水準(zhǔn)器，繩是丈量距離的工具，規(guī)是畫圓的器具，矩則是一種可定平、測(cè)長(zhǎng)度、高度、準(zhǔn)器，繩是丈量距離的工具，規(guī)是畫圓的器具，矩則是一種可定平、測(cè)長(zhǎng)度、高度、深度和畫圓畫矩形的通用測(cè)量?jī)x器。早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，以利防洪和深度和畫圓畫矩形的通用測(cè)量?jī)x器。早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，

3、以利防洪和灌溉，其主要的測(cè)量工作是確定水位和堤壩的高度。灌溉，其主要的測(cè)量工作是確定水位和堤壩的高度。秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰堰水利樞紐工程，曾用一個(gè)石頭人來(lái)標(biāo)定水位，當(dāng)水位超過(guò)石頭人的肩時(shí)，下游將水利樞紐工程，曾用一個(gè)石頭人來(lái)標(biāo)定水位，當(dāng)水位超過(guò)石頭人的肩時(shí)，下游將受到洪水的威脅；當(dāng)水位低于石頭人的腳背時(shí)，下游將出現(xiàn)干旱。這種標(biāo)定水位的受到洪水的威脅；當(dāng)水位低于石頭人的腳背時(shí)，下游將出現(xiàn)干旱。這種標(biāo)定水位的辦法與現(xiàn)代水位測(cè)量的原理完全一樣。辦法與現(xiàn)代水位測(cè)量的原理完全一樣。北宋時(shí)沈括北宋時(shí)沈括為了治理汴渠，測(cè)得為了治理汴渠，測(cè)得“京師之地京師之地比泗州凡高十九丈

4、四尺八寸六分比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果。，是水準(zhǔn)測(cè)量的結(jié)果。19731973年從年從長(zhǎng)沙馬王堆漢墓長(zhǎng)沙馬王堆漢墓出土的地圖出土的地圖包括了地形圖、駐軍圖和城邑圖三種，不僅所表示的內(nèi)容相當(dāng)豐富，繪包括了地形圖、駐軍圖和城邑圖三種，不僅所表示的內(nèi)容相當(dāng)豐富，繪制技術(shù)也非常熟練，在顏色使用、符號(hào)設(shè)計(jì)、內(nèi)容分類和簡(jiǎn)化等方面都達(dá)到了很高制技術(shù)也非常熟練，在顏色使用、符號(hào)設(shè)計(jì)、內(nèi)容分類和簡(jiǎn)化等方面都達(dá)到了很高水平，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖，這與當(dāng)時(shí)測(cè)繪術(shù)的發(fā)達(dá)分不開。水平，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖，這與當(dāng)時(shí)測(cè)繪術(shù)的發(fā)達(dá)分不開。公元前十四世紀(jì)，在公元前十四世紀(jì)，在幼發(fā)拉底河與尼

5、羅河流域曾進(jìn)行過(guò)土地邊界的劃分測(cè)量幼發(fā)拉底河與尼羅河流域曾進(jìn)行過(guò)土地邊界的劃分測(cè)量。我國(guó)的地。我國(guó)的地籍管理和土地測(cè)量最早出現(xiàn)在籍管理和土地測(cè)量最早出現(xiàn)在殷周時(shí)期，秦、漢殷周時(shí)期，秦、漢過(guò)渡到私田制。過(guò)渡到私田制。隋唐實(shí)行均田制隋唐實(shí)行均田制，建立戶籍冊(cè)。建立戶籍冊(cè)。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武四年，全國(guó)進(jìn)到了明朝洪武四年，全國(guó)進(jìn)行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊(cè)，是世界最早的地籍圖冊(cè)。行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊(cè)，是世界最早的地籍圖冊(cè)。一、測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生一、測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生一、測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生一、測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰娛隆⒔煌ㄟ\(yùn)

6、輸?shù)男枰?旅行、航海等旅行、航海等 工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的促進(jìn)。中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期修筑的午道，工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的促進(jìn)。中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期修筑的午道，公元前公元前210210年秦始年秦始皇修建的皇修建的“塹山堙谷，千八百里塹山堙谷，千八百里”直道，古羅馬構(gòu)筑的兵道，以及公元前直道，古羅馬構(gòu)筑的兵道，以及公元前218218年歐洲修年歐洲修建的通向意大利的建的通向意大利的“漢尼撥通道漢尼撥通道”等，都是著名的軍用道路。等，都是著名的軍用道路。修建中應(yīng)用了測(cè)量工具進(jìn)修建中應(yīng)用了測(cè)量工具進(jìn)行地形勘測(cè)、定線測(cè)量和隧道定向開挖測(cè)量。行地形勘測(cè)、定線測(cè)量和隧道定向開挖測(cè)量。唐代李筌指出唐代李筌指出“以

7、水佐攻者強(qiáng)，以水佐攻者強(qiáng)，先設(shè)水平測(cè)其高下，可以漂城，灌軍，浸營(yíng)，敗，先設(shè)水平測(cè)其高下，可以漂城，灌軍，浸營(yíng)，敗將也將也”，說(shuō)明了測(cè)量地勢(shì)高低對(duì)軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬(wàn)里長(zhǎng)城修建于，說(shuō)明了測(cè)量地勢(shì)高低對(duì)軍事成敗的作用。中華民族偉大象征的萬(wàn)里長(zhǎng)城修建于秦漢時(shí)期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑，都進(jìn)行了詳細(xì)的勘察測(cè)量和秦漢時(shí)期，這一規(guī)模巨大的防御工程，從整體布局到修筑，都進(jìn)行了詳細(xì)的勘察測(cè)量和施工放樣工作。施工放樣工作。 我國(guó)的采礦業(yè)是世界上發(fā)展最早的國(guó)家，在公元前二千多年的黃帝時(shí)代就已開始應(yīng)用我國(guó)的采礦業(yè)是世界上發(fā)展最早的國(guó)家，在公元前二千多年的黃帝時(shí)代就已開始應(yīng)用金屬如銅

8、器、鐵器等，到了周代金屬工具已普遍應(yīng)用。據(jù)金屬如銅器、鐵器等，到了周代金屬工具已普遍應(yīng)用。據(jù)周禮周禮記載，在周朝已建立記載，在周朝已建立了專門的采礦部門，開采時(shí)很重視礦體形狀，并使用礦產(chǎn)地質(zhì)圖來(lái)辨別礦產(chǎn)的分布。了專門的采礦部門，開采時(shí)很重視礦體形狀，并使用礦產(chǎn)地質(zhì)圖來(lái)辨別礦產(chǎn)的分布。我國(guó)四大發(fā)明之一的指南針，從司南、指南魚算起，有二千多年的歷史，對(duì)礦山測(cè)量和我國(guó)四大發(fā)明之一的指南針，從司南、指南魚算起，有二千多年的歷史，對(duì)礦山測(cè)量和其它工程勘測(cè)有很大的貢獻(xiàn)。在國(guó)外，意大利都靈保存有公元前十五世紀(jì)的金礦巷道圖。其它工程勘測(cè)有很大的貢獻(xiàn)。在國(guó)外，意大利都靈保存有公元前十五世紀(jì)的金礦巷道圖。公元前十

9、三世紀(jì)埃及也有按比例縮小的巷道圖。公元前一世紀(jì)，希臘學(xué)者格羅公元前十三世紀(jì)埃及也有按比例縮小的巷道圖。公元前一世紀(jì)，希臘學(xué)者格羅亞里山亞里山德里斯基對(duì)地下測(cè)量和定向進(jìn)行了敘述。德國(guó)在礦山測(cè)量方面有很大貢獻(xiàn)，德里斯基對(duì)地下測(cè)量和定向進(jìn)行了敘述。德國(guó)在礦山測(cè)量方面有很大貢獻(xiàn)，15561556年年格格阿格里柯拉出版的阿格里柯拉出版的采礦與冶金采礦與冶金一書，專門論述了開采中用羅盤測(cè)量井下巷道的一書，專門論述了開采中用羅盤測(cè)量井下巷道的一些問(wèn)題。一些問(wèn)題。 二、測(cè)量學(xué)（二、測(cè)量學(xué)（Surveying)Surveying)的定義的定義定義定義: : 測(cè)量學(xué)是研究對(duì)地球整體及其表面和外層測(cè)量學(xué)是研究對(duì)地球

10、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)行采集處理、管理、更新分布有關(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)。和利用的科學(xué)和技術(shù)。 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： 一是研究確定地球的形狀和大小，為地球科一是研究確定地球的形狀和大小，為地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料；學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料； 二是將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖；二是將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖； 三是將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)。三是將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)。 三、測(cè)量學(xué)科的組成三、測(cè)量學(xué)科的組成 大地測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué)( (Geode

11、sy )Geodesy ) 是研究和確定地球形狀、大小、重力場(chǎng)、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變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國(guó)家大地控制網(wǎng)，測(cè)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、大小和重力場(chǎng)，為地形定地球的形狀、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)起算數(shù)據(jù)；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)及研究地殼變形、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)

12、量學(xué)又分為常規(guī)大地段的不同，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)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。量學(xué)等。 地圖制圖學(xué)地圖制圖學(xué)( (Cartography) Cartography) 是研究模擬和數(shù)字地圖的基是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的技礎(chǔ)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)量成果編基本任務(wù)是利用各種測(cè)量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。地圖制印等分支。 攝影測(cè)量與遙感攝影測(cè)量

13、與遙感( (Photogrammetry and remote sensing) Photogrammetry and remote sensing) 是研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影是研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息，像數(shù)據(jù)，從中提取語(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。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)攝影像片或遙感圖其基本任務(wù)是通過(guò)對(duì)攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測(cè)、解譯，以測(cè)定物體像進(jìn)行處理、量測(cè)、解譯，以測(cè)定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同

14、，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)量學(xué)，航空攝本學(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。影測(cè)量學(xué)和航天遙感測(cè)量等。工程測(cè)量學(xué)工程測(cè)量學(xué)( (Engineering surveying) Engineering surveying) 定義一：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)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)管理階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作的學(xué)科。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：工業(yè)建設(shè)、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地各項(xiàng)工程包括：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

15、線、輸油管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的下工程、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)階段。工程測(cè)量學(xué)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。是研究這三階段所進(jìn)行的各種測(cè)量工作。定義二定義二：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，施工放樣、設(shè)開發(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)備安裝、變形監(jiān)測(cè)

16、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)量和工程有關(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)中的直接應(yīng)用。和國(guó)防建設(shè)中的直接應(yīng)用。定義三：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、工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、空中）中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對(duì)象。究服務(wù)對(duì)象。 測(cè)量?jī)x

17、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)新的學(xué)科。研究測(cè)量?jī)x器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。 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、是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測(cè)繪成地形圖的理地貌及其它有關(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)圖可分為模擬化測(cè)圖和數(shù)字不同地形測(cè)圖可分為模擬化測(cè)圖和數(shù)字化測(cè)圖?；瘻y(cè)圖。1-21-2測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用測(cè)量學(xué)的發(fā)展與作用這這 是人是人 類類 長(zhǎng)長(zhǎng) 期期 探探 索索 的的 問(wèn)問(wèn) 題題 。 早早 在在 公公 元元 前前 6 6 世世 紀(jì)紀(jì) 古古 希希 臘臘 的的

18、畢畢 達(dá)達(dá) 哥哥 拉拉 斯（斯（PythagorasPythagoras） 就就 提提 出出 了了 地地的的球球 形形 狀的狀的 概概 念念 。一、測(cè)量學(xué)在人類認(rèn)識(shí)地球中的作用一、測(cè)量學(xué)在人類認(rèn)識(shí)地球中的作用“地球地球 的的 形形 狀狀 是是 甚甚 么樣的？么樣的？” What is the shape of the earth? What is the shape of the earth? 兩兩 世世 紀(jì)紀(jì) 后后 ， 亞亞 里里 士士 多多 德（德（AristotleAristotle） 作作 了了 進(jìn)進(jìn) 一一 步步 論論 證證 ， 支支 持持 這這 一一 學(xué)學(xué) 說(shuō)說(shuō) 。 又又 一一 世世

19、 紀(jì)紀(jì) 后后 ， 埃埃 拉拉 托托 斯斯 特特 尼（尼（EratosthenesEratosthenes） 用用 在在 南南 北北 兩兩 地地 同同 時(shí)時(shí) 觀觀 測(cè)測(cè) 日日 影影 的的 辦辦 法法 首首 次次 推推 算算 出出 地地 球球 子子 午午 圈圈 的的 周周 長(zhǎng)長(zhǎng) 。 其其 想想 法法 很很 簡(jiǎn)簡(jiǎn) 單單 ， 先先 測(cè)測(cè) 量地面上一段量地面上一段( ( 子子 午午 線線) ) 的的 弧弧 長(zhǎng)長(zhǎng) l l， 再再 測(cè)測(cè) 量量 該該 弧弧 長(zhǎng)所長(zhǎng)所 對(duì)對(duì) 的的 中中 心心 角角 。 則則 地地 球球 的的 半半 徑徑R R 就就 可求可求 得得 ： R=l/l/ 地地 球球 子子 午午 線線

20、 的的 周周 長(zhǎng)長(zhǎng) 可可 等等 于于 L=2RL=2R 這這 里里 關(guān)關(guān) 鍵鍵 在在 于于 如如 何何 求求 。 為為 此此 要要 同同 時(shí)時(shí) 在在 南南 北北 兩兩 點(diǎn)點(diǎn) 測(cè)測(cè) 量量 豎豎 桿桿 影影 子子 的的 長(zhǎng)長(zhǎng) 度度 。 憑憑 影影 長(zhǎng)和長(zhǎng)和 桿桿 高高 就就 可可 以以 求求 得得 兩兩 個(gè)桿個(gè)桿 子子 與與 陽(yáng)陽(yáng) 光光 的的 夾夾 角角 1 1 和和 2 2。 設(shè)設(shè) 在在 同同 一一 時(shí)時(shí) 刻刻 兩兩 地地 的的 陽(yáng)陽(yáng) 光光 相相 互互 平平 行行則則 = = 2 2 - - 1 11 12 2 = = 2 2 - - 1 1lRR=l/l/L=2RL=2Rl l=R=R 在人類

21、認(rèn)識(shí)地測(cè)球形狀和大小的過(guò)在人類認(rèn)識(shí)地測(cè)球形狀和大小的過(guò)程中，測(cè)量學(xué)獲得了飛速的發(fā)展。程中，測(cè)量學(xué)獲得了飛速的發(fā)展。 例如：三角測(cè)量和天文測(cè)量的理論例如：三角測(cè)量和天文測(cè)量的理論和技術(shù)、高精度經(jīng)緯儀制作的技術(shù)、和技術(shù)、高精度經(jīng)緯儀制作的技術(shù)、距離丈量的技術(shù)及有關(guān)理論、測(cè)量距離丈量的技術(shù)及有關(guān)理論、測(cè)量數(shù)據(jù)處理的理論以及誤差理論等。數(shù)據(jù)處理的理論以及誤差理論等。 在測(cè)量學(xué)發(fā)展的過(guò)程中很多數(shù)學(xué)家、在測(cè)量學(xué)發(fā)展的過(guò)程中很多數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家作出了巨大的貢獻(xiàn)，如托物理學(xué)家作出了巨大的貢獻(xiàn)，如托勒密、墨卡托等。勒密、墨卡托等。二、二、 測(cè)量學(xué)測(cè)量學(xué)在軍事在軍事的作用的作用“天時(shí)，地利，人和天時(shí)，地利，人和”

22、是打勝仗是打勝仗的三大要素。的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。要有地利就要了解和利用地利。地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、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。有確定位置、辨識(shí)方向的作用。 地圖一直在軍事活動(dòng)中起著地圖一直在軍事活動(dòng)中起著重要的作用，這對(duì)于行軍、重要的作用，這對(duì)于行軍、布防以及了解敵情等軍事活布防以及了解敵情等軍事活動(dòng)都是十分重要的。因此，動(dòng)都是十分重要的。因此，早就成為軍事上不可缺少的早就成為軍事上不可缺少的工具，獲得廣泛的應(yīng)用。工具，獲得廣泛的應(yīng)用。 人造衛(wèi)星定位技術(shù)早期用于軍事人造衛(wèi)星定位技術(shù)早期

23、用于軍事部門，后逐步解密才在測(cè)繪及其部門，后逐步解密才在測(cè)繪及其它眾多部門中獲得應(yīng)用、海洋測(cè)它眾多部門中獲得應(yīng)用、海洋測(cè)量技術(shù)首先是由航海的需要而產(chǎn)量技術(shù)首先是由航海的需要而產(chǎn)生，但其高速發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)生，但其高速發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自軍事部門的需要自軍事部門的需要等等。至等等。至今軍事測(cè)繪部門仍在測(cè)繪領(lǐng)域科今軍事測(cè)繪部門仍在測(cè)繪領(lǐng)域科技前沿對(duì)重大課題進(jìn)行探索和研技前沿對(duì)重大課題進(jìn)行探索和研究究傳統(tǒng)上各國(guó)測(cè)繪部門隸屬于軍事傳統(tǒng)上各國(guó)測(cè)繪部門隸屬于軍事部門。至今相當(dāng)多國(guó)家的測(cè)繪部部門。至今相當(dāng)多國(guó)家的測(cè)繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測(cè)門仍然隸屬于軍事部門。隨著測(cè)繪技術(shù)在各方面的應(yīng)用愈來(lái)愈廣繪技術(shù)在

24、各方面的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，測(cè)繪科技國(guó)際間的交流日益泛，測(cè)繪科技國(guó)際間的交流日益頻繁，不少國(guó)家終于建立了民用頻繁，不少國(guó)家終于建立了民用的測(cè)繪機(jī)構(gòu)的測(cè)繪機(jī)構(gòu) 三、三、 測(cè)量學(xué)在國(guó)土管理中測(cè)量學(xué)在國(guó)土管理中的作用的作用測(cè)量學(xué)的起源和土地界線的劃定測(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每年恢復(fù)土地的界線很早就采用了測(cè)量技術(shù)了測(cè)量技術(shù)早期亦稱“土地測(cè)量”、“土地清丈”等。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)家為了征稅而開展地籍測(cè)量，同時(shí)記錄業(yè)主姓名

25、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)約利用十分珍貴和有限的土地。地籍測(cè)量 測(cè)量學(xué)還服務(wù)于國(guó)家領(lǐng)土的管理。戰(zhàn)國(guó)策燕策中關(guān)于荊軻刺秦王，“圖窮而匕首見(jiàn)”的記述，表明在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期地圖在政治上象征著國(guó)家的領(lǐng)土和主權(quán)。當(dāng)代，在一些國(guó)家間的領(lǐng)土爭(zhēng)執(zhí)中，也常以對(duì)方出版的地圖上對(duì)國(guó)境線的表示作為有利于己方的證據(jù)或者用測(cè)量技術(shù)為手段標(biāo)定國(guó)界四、四、 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 1 1勘測(cè)設(shè)計(jì)階段勘測(cè)設(shè)計(jì)階段 為選線測(cè)制帶狀地形為選線測(cè)制帶狀地形圖。圖。 2 2施工階段施工階段 把

26、線路和各種建筑物正確把線路和各種建筑物正確地測(cè)設(shè)到地面上。地測(cè)設(shè)到地面上。 3 3竣工測(cè)量竣工測(cè)量 對(duì)建筑物進(jìn)行竣工測(cè)量。對(duì)建筑物進(jìn)行竣工測(cè)量。 4 4運(yùn)營(yíng)階段運(yùn)營(yíng)階段 為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測(cè)量。各種測(cè)量。 5 5變形觀測(cè)變形觀測(cè) 為安全運(yùn)營(yíng)，防止災(zāi)害進(jìn)為安全運(yùn)營(yíng)，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測(cè)量。行變形測(cè)量。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)中的作用在修建宮殿、陵墓時(shí)須要平整地基，開在修建宮殿、陵墓時(shí)須要平整地基，開鑿渠道修建運(yùn)河須要了解地形的起伏，鑿渠道修建運(yùn)河須要了解地形的起伏，建造城市時(shí)中心線常要定向，開挖地道建造城市時(shí)中心線常要定向，開挖地道更需仔細(xì)的定向定位定

27、高度更需仔細(xì)的定向定位定高度等等。等等。我國(guó)的考古工作者研究證實(shí)，早在我國(guó)的考古工作者研究證實(shí)，早在20002000多年前已經(jīng)在修建宮殿時(shí)有平整地基的多年前已經(jīng)在修建宮殿時(shí)有平整地基的措施。措施。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)中的作用現(xiàn)代的測(cè)量學(xué)作為一門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)的建筑物、設(shè)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)用愈來(lái)愈廣泛。 例如，粒子加速器的磁塊必須以0.1mm的精度安放在設(shè)計(jì)的位置上。某些飛行器的助飛軌道要求其準(zhǔn)直度的偏差小于長(zhǎng)度的10-6。建筑物建成后（甚至在施工期間）會(huì)因地基承載

28、力弱或因自重和外力的作用而產(chǎn)生變形。如大壩可能位移、高層建筑物可能傾斜等。測(cè)量學(xué)在工程建設(shè)中的作測(cè)量學(xué)在工程建設(shè)中的作用用 為了保障建筑物的安全運(yùn)行，往往需要測(cè)量工作者以技術(shù)上可行的最高精度監(jiān)測(cè)建筑物的變形量和變形速度的發(fā)展情況。有時(shí)還要求在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，為此要使用自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和記錄的儀器。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)中的作用工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是非常緩慢的。直到二十世紀(jì)初，由于西方的第一、在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是非常緩慢的。直到二十世紀(jì)初，由于西方的第一、二次技術(shù)革命和工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程測(cè)量學(xué)才受到人們的重視，二次技術(shù)革命和工程建設(shè)規(guī)

29、模的不斷擴(kuò)大，工程測(cè)量學(xué)才受到人們的重視，并發(fā)展成為測(cè)繪學(xué)的一個(gè)重要分支。以核子、電子和空間技術(shù)為標(biāo)志的第三并發(fā)展成為測(cè)繪學(xué)的一個(gè)重要分支。以核子、電子和空間技術(shù)為標(biāo)志的第三次技術(shù)革命，使工程測(cè)量學(xué)獲得了迅速的發(fā)展。次技術(shù)革命，使工程測(cè)量學(xué)獲得了迅速的發(fā)展。2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代年代，世界各國(guó)在建設(shè)大型水工建筑物、長(zhǎng)隧道、城市地鐵中，世界各國(guó)在建設(shè)大型水工建筑物、長(zhǎng)隧道、城市地鐵中，對(duì)工程測(cè)量提出了一系列要求；對(duì)工程測(cè)量提出了一系列要求；2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代，空間技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)建設(shè)促使工程測(cè)量進(jìn)一步發(fā)，空間技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)建設(shè)促使工程測(cè)量進(jìn)一步發(fā)展；展；2020

30、世紀(jì)世紀(jì)7070年代以來(lái)年代以來(lái)，高能物理、天體物理、人造衛(wèi)星、宇宙飛行、遠(yuǎn)程武，高能物理、天體物理、人造衛(wèi)星、宇宙飛行、遠(yuǎn)程武器發(fā)射等，需要建設(shè)各種巨型實(shí)驗(yàn)室，從測(cè)量精度和儀器自動(dòng)化方面都對(duì)工器發(fā)射等，需要建設(shè)各種巨型實(shí)驗(yàn)室，從測(cè)量精度和儀器自動(dòng)化方面都對(duì)工程測(cè)量提出了更高的要求。二十世紀(jì)末，人類科學(xué)技術(shù)不斷向著宏觀宇宙和程測(cè)量提出了更高的要求。二十世紀(jì)末，人類科學(xué)技術(shù)不斷向著宏觀宇宙和微觀粒子世界延伸，測(cè)量對(duì)象不僅限于地面而且深入地下、水域、空間和宇微觀粒子世界延伸，測(cè)量對(duì)象不僅限于地面而且深入地下、水域、空間和宇宙，如核電站、摩天大樓、海底隧道、跨海大橋、大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等。宙，如核電

31、站、摩天大樓、海底隧道、跨海大橋、大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)等。由于儀器的進(jìn)步和測(cè)量精度的提高，工程測(cè)量的領(lǐng)域日益擴(kuò)大，除了傳統(tǒng)的由于儀器的進(jìn)步和測(cè)量精度的提高，工程測(cè)量的領(lǐng)域日益擴(kuò)大，除了傳統(tǒng)的工程建設(shè)三階段的測(cè)量工作外，在地震觀測(cè)、海底探測(cè)、巨型機(jī)器、車床、工程建設(shè)三階段的測(cè)量工作外，在地震觀測(cè)、海底探測(cè)、巨型機(jī)器、車床、設(shè)備的荷載試驗(yàn)、高大建筑物（電視發(fā)射塔、冷卻塔）變形觀測(cè)、文物保護(hù)設(shè)備的荷載試驗(yàn)、高大建筑物（電視發(fā)射塔、冷卻塔）變形觀測(cè)、文物保護(hù)，甚至在醫(yī)學(xué)上和罪證調(diào)查中，都應(yīng)用了最新的精密工程測(cè)量?jī)x器和方法。，甚至在醫(yī)學(xué)上和罪證調(diào)查中，都應(yīng)用了最新的精密工程測(cè)量?jī)x器和方法。19641964

32、年年國(guó)際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)（國(guó)際測(cè)量師聯(lián)合會(huì)（FIGFIG）為了促進(jìn)和繁榮工程測(cè)量，成立了工程測(cè)）為了促進(jìn)和繁榮工程測(cè)量，成立了工程測(cè)量委員會(huì)（第六委員會(huì)），從此，工程測(cè)量學(xué)在國(guó)際上作為一門獨(dú)立的學(xué)科量委員會(huì)（第六委員會(huì)），從此，工程測(cè)量學(xué)在國(guó)際上作為一門獨(dú)立的學(xué)科開展活動(dòng)。開展活動(dòng)。 認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一，也是測(cè)量學(xué) 的任務(wù)之一。 絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或作為參考系。1-3 1-3 地球的形狀和大小地球的形狀和大小( (the shape and size of the earth) 一、地球自然表面 不規(guī)則曲面 平均半徑6371km 珠峰8848.13m，馬里亞那海溝11022

33、m，海洋71%二、大地水準(zhǔn)面（二、大地水準(zhǔn)面（mean sea level） 液體受重力而形成的靜止表面稱為水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面。 同一水準(zhǔn)面上的重力位處處相等； 同一水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。 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為大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面 大地水準(zhǔn)面包圍的形體大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱為稱為大地體大地體(Geoid)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大地水準(zhǔn)面（續(xù)）大地水準(zhǔn)面（續(xù)） 由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜的曲面 水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。三、旋轉(zhuǎn)橢球體（ellipse） 由

34、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。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三、旋轉(zhuǎn)橢球體因此，用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面-旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球。稱參考橢球體。P PP P長(zhǎng)半徑 a=6378137m短半徑b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.257經(jīng)度與緯度Latitude and Latitude 子午面-地球上任一點(diǎn)的鉛垂線與地軸所組成的平面。 經(jīng)度-所在的子午面與首子午面（過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái)）的夾角l l 緯度-所在點(diǎn)的鉛垂線與赤道平面之間的夾角。1-41-4地面地位的確定地面

35、地位的確定一、球面坐標(biāo)系統(tǒng)（一）、天文地理坐標(biāo)系 測(cè)量（天文經(jīng)緯度）的外業(yè)以鉛垂線為準(zhǔn) 大地水準(zhǔn)面和鉛垂線是天文地理坐標(biāo)系的主要面和線 地面點(diǎn)的坐標(biāo)是它沿鉛垂線在大地水準(zhǔn)面上投影點(diǎn)的經(jīng)度 和緯度（二）、大地地理坐標(biāo)系 大地地理坐標(biāo)系是建立在地球橢球面上的坐標(biāo)系 地球橢球面和法線是大地地理坐標(biāo)系的主要面和線 地面點(diǎn)的大地坐標(biāo)是它沿法線在地球橢球面上投影點(diǎn)的經(jīng)度L和緯度B二、地圖投影 平面坐標(biāo)系 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。 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。 地圖投影學(xué)就是研究這個(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。 基本類型

36、有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。（一）高斯平面直角坐標(biāo)系 高斯投影是等角等角橫切橢圓柱投影。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。即投影后角投影后角度不變形度不變形。標(biāo)準(zhǔn)地形圖的分幅和編號(hào)360 N點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 理論上中央子午線的投影是X軸，赤道的投影是Y軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)的X坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距離；點(diǎn)的Y坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線的距離，設(shè)為y；y有正有負(fù)。 為了避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，把原點(diǎn)向西平移500公里。 為了區(qū)分不同投影帶中的點(diǎn)，在點(diǎn)的Y坐標(biāo)值上加帶號(hào)N 所以點(diǎn)的橫坐標(biāo)通用值為 y=N*1000000+

37、500000+y高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié) 橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱為中央子午線） 中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線。 中央子午線的投影為縱軸X，赤道的投影為橫軸Y，它們的交點(diǎn)為原點(diǎn)O。 高斯平面直角坐標(biāo)系常簡(jiǎn)稱高斯坐標(biāo)系 中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線 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)稱軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極 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：角度變形，長(zhǎng)度變形，面積變形 高斯投影是正形投影，無(wú)角度變形 例：所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交 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)，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長(zhǎng)度變形越

38、大 有長(zhǎng)度變形也就有面積變形高斯平面直角坐標(biāo)系高斯坐標(biāo)系的作用 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 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)展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。 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)（二）地平坐標(biāo)系 地平坐標(biāo)系是平面直角坐標(biāo)系 地平坐標(biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃矫鏋橹饕?不需要投影) 通常以當(dāng)?shù)氐谋狈较驗(yàn)樽鴺?biāo)軸的正方向 地平坐標(biāo)系只用于小的局部地區(qū)三、空間三維坐標(biāo)系（一）、地心坐標(biāo)系 地心平坐標(biāo)系是以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以地軸為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面 。（二）

39、、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)，以橢球修整軸（短軸）為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面 。四、地面點(diǎn)的高程四、地面點(diǎn)的高程(Elevation) 高程（絕對(duì)高程、海拔）高程（絕對(duì)高程、海拔）-地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面的鉛垂距離的鉛垂距離。 假定（相對(duì)）高程假定（相對(duì)）高程-地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的假定水準(zhǔn)面的鉛鉛垂距離。垂距離。 高差高差-兩點(diǎn)間的各處之差。假定水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面高差高差1-51-5地球表面曲率對(duì)測(cè)量工作地球表面曲率對(duì)測(cè)量工作的的 影響影響dRsRtgd23331)31(RsRRRtgsdS2Rsss對(duì)水平距離的影

40、響對(duì)水平距離的影響d對(duì)高差的影響對(duì)高差的影響hRdhdRhR2)(2222Rdh221-4 測(cè)量工作的原則及基本測(cè)量工作的原則及基本的測(cè)量工作的測(cè)量工作（一）、原則 1先控制后碎部，從整體到局部 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)繪地面圖上 2、測(cè)設(shè)圖上地面 控制測(cè)量 地形測(cè)量 施工放樣一、基本概念一、基本概念1-4 測(cè)量工作的原則及基本測(cè)量工作的原則及基本的測(cè)量工作的測(cè)量工作（三）、基本測(cè)量工作 1測(cè)量水平距離 2測(cè)量水平角 3測(cè)量直線的方向 4測(cè)量點(diǎn)的高程測(cè)量(觀測(cè))值 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S，水平夾角 。例如： 極坐標(biāo)法-S, 距離交會(huì)法- 角度交會(huì)法- 為了求得第三維的坐標(biāo)，還需要另一個(gè)測(cè)量值： 高差h 測(cè)量作業(yè)就在于使用不同精度的測(cè)量?jī)x器，測(cè)得角度 距離S和高差h21,SS21,測(cè)量高差測(cè)量水平角測(cè)量距離水準(zhǔn)