《普通測(cè)量學(xué)》--第1章概述(1)(2)

1、1普通測(cè)量學(xué)普通測(cè)量學(xué)資環(huán)學(xué)院資環(huán)學(xué)院(GIS(GIS專業(yè)專業(yè)) )況代智況代智2010.92010.921-1 1-1 測(cè)量學(xué)的內(nèi)容和任務(wù)測(cè)量學(xué)的內(nèi)容和任務(wù) 一、測(cè)量一、測(cè)量 是指用一定的儀器，有是指用一定的儀器，有對(duì)象、有目的地進(jìn)行某種實(shí)際操作及其對(duì)象、有目的地進(jìn)行某種實(shí)際操作及其過(guò)程。通過(guò)這樣的操作及過(guò)程，可以產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)這樣的操作及過(guò)程，可以產(chǎn)生能用數(shù)字表示的結(jié)果，稱其為觀測(cè)值生能用數(shù)字表示的結(jié)果，稱其為觀測(cè)值第一章第一章 測(cè)量學(xué)概述測(cè)量學(xué)概述 3測(cè)量學(xué)與其他測(cè)量的聯(lián)系區(qū)別測(cè)量學(xué)與其他測(cè)量的聯(lián)系區(qū)別 本質(zhì)是一樣的，都是把被測(cè)對(duì)象與本質(zhì)

2、是一樣的，都是把被測(cè)對(duì)象與標(biāo)準(zhǔn)比較，而不同的是它們各自的研標(biāo)準(zhǔn)比較，而不同的是它們各自的研究究對(duì)象不同。我們測(cè)量學(xué)的研究對(duì)象是對(duì)象不同。我們測(cè)量學(xué)的研究對(duì)象是地地球。球。4二、二、 測(cè)量學(xué)的研究對(duì)象測(cè)量學(xué)的研究對(duì)象主要是主要是地球的形狀地球的形狀、大小大小和地和地球表面的各種球表面的各種物體的幾何形狀物體的幾何形狀及其及其空間位置空間位置關(guān)系。關(guān)系。5三、測(cè)量學(xué)的定義和內(nèi)容三、測(cè)量學(xué)的定義和內(nèi)容1 1、定義、定義: : 測(cè)量學(xué)是一門(mén)研究如何確定地面點(diǎn)測(cè)量學(xué)是一門(mén)研究如何確定地面點(diǎn)位的空間位置，將地球表面的地貌、地位的空間位置，將地球表面的地貌、地物、行政和權(quán)屬界線測(cè)繪成圖，以及將物、行政和權(quán)屬

3、界線測(cè)繪成圖，以及將規(guī)劃設(shè)計(jì)的點(diǎn)和線在實(shí)地定位的科學(xué)。規(guī)劃設(shè)計(jì)的點(diǎn)和線在實(shí)地定位的科學(xué)。6一是確定地球的形狀和大小；一是確定地球的形狀和大小；二是將地球表面的地形及其它信息測(cè)繪二是將地球表面的地形及其它信息測(cè)繪成圖；成圖； 三是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)管三是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和科學(xué)管理所必須的測(cè)繪工作。理所必須的測(cè)繪工作。 2 2、內(nèi)容：、內(nèi)容：7一、測(cè)繪學(xué)科一、測(cè)繪學(xué)科 1 1、內(nèi)涵內(nèi)涵 2 2、研究?jī)?nèi)容和任務(wù)研究?jī)?nèi)容和任務(wù)： (1) (1) 測(cè)定重力場(chǎng)，建立坐標(biāo)系統(tǒng)，表示測(cè)定重力場(chǎng)，建立坐標(biāo)系統(tǒng)，表示點(diǎn)點(diǎn) 的位置。的位置。 (2) (2) 控制測(cè)量和地形測(cè)量控制測(cè)量和地形測(cè)量 (3

4、) (3) 工程測(cè)量工程測(cè)量1-2 1-2 測(cè)繪學(xué)科的內(nèi)涵與發(fā)展概況測(cè)繪學(xué)科的內(nèi)涵與發(fā)展概況 83 3、發(fā)展概況發(fā)展概況世界上古時(shí)代，中國(guó)利用指南針來(lái)測(cè)定方位和世界上古時(shí)代，中國(guó)利用指南針來(lái)測(cè)定方位和埃及金字塔的建立。埃及金字塔的建立。 近代光學(xué)儀器的產(chǎn)生，使測(cè)量科學(xué)邁了一近代光學(xué)儀器的產(chǎn)生，使測(cè)量科學(xué)邁了一大步大步上世紀(jì)上世紀(jì)6060年代，電子測(cè)繪儀器的出現(xiàn)，人造衛(wèi)年代，電子測(cè)繪儀器的出現(xiàn)，人造衛(wèi)星的發(fā)射，星的發(fā)射，GPSGPS的出現(xiàn)，都大大促進(jìn)了測(cè)量學(xué)的出現(xiàn)，都大大促進(jìn)了測(cè)量學(xué)的發(fā)展。的發(fā)展。9二、測(cè)量學(xué)科的幾個(gè)分支二、測(cè)量學(xué)科的幾個(gè)分支 大地測(cè)量學(xué)大地測(cè)量學(xué) 攝影測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué) 工程測(cè)

5、量學(xué)工程測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué) 制圖學(xué)制圖學(xué) 海洋測(cè)繪學(xué)海洋測(cè)繪學(xué)10111213141、在軍事上的應(yīng)用；、在軍事上的應(yīng)用；2、在房產(chǎn)、國(guó)土管理方面的應(yīng)用、在房產(chǎn)、國(guó)土管理方面的應(yīng)用3、在工程建設(shè)中的應(yīng)用：、在工程建設(shè)中的應(yīng)用： 公路、鐵路的測(cè)量公路、鐵路的測(cè)量 橋墩的放樣定位橋墩的放樣定位 隧道的貫通隧道的貫通 城市規(guī)劃、給水排水等市政工程的建設(shè)城市規(guī)劃、給水排水等市政工程的建設(shè) 建筑物的施工圖、竣工圖及變形觀測(cè)建筑物的施工圖、竣工圖及變形觀測(cè)三、測(cè)量學(xué)在社會(huì)主義建設(shè)中的作用三、測(cè)量學(xué)在社會(huì)主義建設(shè)中的作用151-3 1-3 地面點(diǎn)位的確定和坐標(biāo)系地面點(diǎn)位的確定和坐標(biāo)系一、地球的形狀和大

6、小一、地球的形狀和大小(the shape and size of the earth)(the shape and size of the earth)認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一，認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一， 也是測(cè)量學(xué)也是測(cè)量學(xué) 的任務(wù)之一。的任務(wù)之一。絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或作為參考系。作為參考系。測(cè)量學(xué)要解決的問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是確定地面測(cè)量學(xué)要解決的問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是確定地面點(diǎn)的位置。因此我們必須先了解地球的點(diǎn)的位置。因此我們必須先了解地球的形狀和大小。形狀和大小。16( (一一) )地球自然表面地球自然表面不規(guī)則曲面，海洋不規(guī)則曲面，海洋71%平均

7、半徑平均半徑6371km 珠峰海拔珠峰海拔8848.13m馬里亞那海溝深馬里亞那海溝深11022m新高：新高：8844.43m8844.43m17( (二二) )大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面(mean sea level)(mean sea level) 假設(shè)某個(gè)靜止不動(dòng)的水假設(shè)某個(gè)靜止不動(dòng)的水面延伸而穿過(guò)陸地，包面延伸而穿過(guò)陸地，包圍整個(gè)地球，形成一個(gè)圍整個(gè)地球，形成一個(gè)閉合曲面稱為閉合曲面稱為水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面。 水準(zhǔn)面上是重力等勢(shì)面水準(zhǔn)面上是重力等勢(shì)面 水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂水準(zhǔn)面上任一點(diǎn)的鉛垂 線都垂直該點(diǎn)上曲面的切面線都垂直該點(diǎn)上曲面的切面 與平靜的平均海水面相與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過(guò)陸

8、地重合、并延伸通過(guò)陸地而形成的封閉曲面稱為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) 最佳的參考最佳的參考 橢球面橢球面 大地大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面差距面差距N18大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面(續(xù)續(xù))由于地表起伏以及由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水均勻，所以大地水準(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜的曲準(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜的曲面面水準(zhǔn)面和鉛垂線是水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。和基準(zhǔn)線。19( (三三) ) 旋轉(zhuǎn)橢球體旋轉(zhuǎn)橢球體 由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，無(wú)法準(zhǔn)確描述由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則

9、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。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N20( (三三) ) 旋轉(zhuǎn)橢球體旋轉(zhuǎn)橢球體 因此，用一非常因此，用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面學(xué)面-旋轉(zhuǎn)橢球面旋轉(zhuǎn)橢球面代代替大地水準(zhǔn)面，用旋替大地水準(zhǔn)面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球，轉(zhuǎn)橢球體描述地球，稱稱參考橢球體參考橢球體。P PP P0長(zhǎng)半徑長(zhǎng)半徑 a=6378137ma=6378137m 短半徑短半徑b=6356752mb=6356752m扁率扁率f=(a-b)/bf=(a-b)/b=1/298.257=1/298.257當(dāng)

10、測(cè)區(qū)面積不大時(shí)，可把地球當(dāng)作圓球看待當(dāng)測(cè)區(qū)面積不大時(shí)，可把地球當(dāng)作圓球看待Q Q21二、地面點(diǎn)位的確定二、地面點(diǎn)位的確定地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系平面直角坐標(biāo)系天文地理坐標(biāo)系天文地理坐標(biāo)系大地地理坐標(biāo)系大地地理坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系地區(qū)平面直角坐標(biāo)系地區(qū)平面直角坐標(biāo)系建筑坐標(biāo)系建筑坐標(biāo)系22地面點(diǎn)位的表示方法地面點(diǎn)位的表示方法 以基準(zhǔn)面為準(zhǔn)，用以基準(zhǔn)面為準(zhǔn)，用三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)表示表示 2）小范圍內(nèi)點(diǎn)位的）小范圍內(nèi)點(diǎn)位的 表示表示1）大范圍內(nèi)點(diǎn)位的表示）大范圍內(nèi)點(diǎn)位的表示 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系點(diǎn)點(diǎn) 投投 影影 球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)

11、系平面坐標(biāo)系平面坐標(biāo)系用用2個(gè)坐標(biāo)值表示點(diǎn)的位置個(gè)坐標(biāo)值表示點(diǎn)的位置第第3個(gè)坐標(biāo)值用個(gè)坐標(biāo)值用絕對(duì)高程絕對(duì)高程/海拔海拔表示表示 23( (一一) )地理坐標(biāo)系地理坐標(biāo)系1）天文地理坐標(biāo)）天文地理坐標(biāo)2）大地地理坐標(biāo)）大地地理坐標(biāo)- -經(jīng)度；經(jīng)度； - -緯度緯度確定確定 、的基本線為：的基本線為：鉛垂線鉛垂線L-大地經(jīng)度；大地經(jīng)度；B-大地緯度大地緯度確定確定L、B的基本線為：的基本線為：法法線線L= -（/COS ） 東西方向的偏差分量東西方向的偏差分量B= 南北方向的偏差分量南北方向的偏差分量圖圖24天文地理坐標(biāo)系天文地理坐標(biāo)系- -經(jīng)度經(jīng)度- -緯度緯度天文測(cè)量方法測(cè)定天文測(cè)量方法測(cè)定

12、PPQQ首子午線首子午線鉛垂線鉛垂線25大地地理坐標(biāo)系大地地理坐標(biāo)系L L- -大地經(jīng)度大地經(jīng)度B B- -大地緯度大地緯度PPQQBL首子午線首子午線法線法線26基本線基本線橢球面的法線橢球面的法線基本面基本面包含法線和南包含法線和南北極北極 的大地子午面的大地子午面(L,B)(L,B)是根據(jù)大地原點(diǎn)的是根據(jù)大地原點(diǎn)的坐標(biāo)推算出來(lái)的。坐標(biāo)推算出來(lái)的。該原點(diǎn)在陜西省涇陽(yáng)縣該原點(diǎn)在陜西省涇陽(yáng)縣其其(L,B)(L,B)與與(,(,) )相一致相一致以該大地原點(diǎn)建立的坐以該大地原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系稱為標(biāo)系稱為8080國(guó)家大地坐國(guó)家大地坐標(biāo)系標(biāo)系27( (二二) )地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系屬于屬于空間三維直角

13、坐標(biāo)空間三維直角坐標(biāo)系系，A A點(diǎn)位置可用點(diǎn)位置可用(Xa, Ya(Xa, Ya, , Za Za) )來(lái)表示。來(lái)表示。起始子午面起始子午面x yz A2835759 600 0 = 6 N 3 Y(三三)高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系1、6 帶的劃分帶的劃分X格林威治格林威治天文臺(tái)天文臺(tái)15913217 1810599赤道赤道中央子午線中央子午線經(jīng)度經(jīng)度6 帶號(hào)帶號(hào)N3 0 6 290中央子午線中央子午線NS赤道赤道母線母線303 3、點(diǎn)在高斯坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值、點(diǎn)在高斯坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值中央子午線中央子午線( (X X軸軸),),赤道赤道( (Y Y軸軸),),交點(diǎn)為原點(diǎn)交點(diǎn)為原點(diǎn)18B

14、 A坐標(biāo)值的表示方法坐標(biāo)值的表示方法縱坐標(biāo)值縱坐標(biāo)值X XA A=X=XB B=3 236 107.860m=3 236 107.860m設(shè)設(shè)YYA A= =- -YYB B=056 103.445m=056 103.445m橫坐標(biāo)值橫坐標(biāo)值Y YA A= =1818 5 5 56103.44556103.4451818帶號(hào)帶號(hào), , 5-X5-X軸西移軸西移500km500km原橫坐標(biāo)值原橫坐標(biāo)值Y+500 000,Y+500 000,再冠以帶號(hào)再冠以帶號(hào)= = 18 18 ( ( 500 0000-56 103.445)500 0000-56 103.445)= = 1818 443 89

15、6.555 443 896.555Y YB B18YX031高斯坐標(biāo)系小結(jié)：高斯坐標(biāo)系小結(jié)：1 1、中央子午線和赤道被投影成互相、中央子午線和赤道被投影成互相正交正交的的 直線。直線。2 2、其它經(jīng)線投影成凹向中央子午線，且以、其它經(jīng)線投影成凹向中央子午線，且以 它為對(duì)稱軸的曲線。它為對(duì)稱軸的曲線。3 3、曲面上的圖形投影到平面上伴有三類變、曲面上的圖形投影到平面上伴有三類變 形：角度變形、長(zhǎng)度變形、面積變形形：角度變形、長(zhǎng)度變形、面積變形4 4、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5 5、中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變，其它經(jīng)線投、中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變，其它經(jīng)線投 影后均

16、變長(zhǎng)，離之越遠(yuǎn)，變形越大。影后均變長(zhǎng)，離之越遠(yuǎn)，變形越大。32( (四四) )獨(dú)立直角坐標(biāo)系（假設(shè)直角坐標(biāo)系）獨(dú)立直角坐標(biāo)系（假設(shè)直角坐標(biāo)系）Y（東，正值）（東，正值） 西（負(fù)值）西（負(fù)值）南（負(fù)值）南（負(fù)值） X（東，正值）（東，正值） 0一般將原點(diǎn)設(shè)于測(cè)區(qū)的西南角一般將原點(diǎn)設(shè)于測(cè)區(qū)的西南角 小小范范圍圍測(cè)測(cè)圖圖33( (五五) ) 地面點(diǎn)的高程地面點(diǎn)的高程絕對(duì)高程絕對(duì)高程(高程或海拔高程或海拔) ：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離垂距離 。H相對(duì)高程相對(duì)高程 H高差：高差：兩點(diǎn)之間的高程兩點(diǎn)之間的高程之差。之差。h標(biāo)高標(biāo)高341-4 1-4 測(cè)量工作的程序及基本內(nèi)容測(cè)量工作的程序及基本內(nèi)容一、基本概念一、基本概念 地形地形地貌地貌：地球表面的形狀，自然而成的，如山嶺、溝塹、：地球表面的形狀，自然而成的，如山嶺、溝塹、河谷河谷地物地物：地球表面上的各種物體，由人工建造而成，如：地球表面上的各種物體，由人工建造而成，如橋梁、房屋橋梁、房屋351、測(cè)量工作的基本原則、測(cè)量工作的基本原則在測(cè)量布局上在測(cè)量布局上“由整體到局部由整體到局部”在精度上在精度上“由高級(jí)到低級(jí)由高級(jí)到低級(jí)”在程序上在程序上“先控制后碎部先控制后碎部”處處有檢查，以保