測量學(xué)知識(shí)交流

1、 測繪學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)簡介 測繪知識(shí)互動(dòng)交流學(xué)習(xí)1第一節(jié) 測繪學(xué)的概念、歷史發(fā)展和學(xué)科地位2 研究測定和推算地面及其外層空間點(diǎn)的幾何位置，確定地球形狀和地球重力場，獲取地球自然表面形態(tài)和人工設(shè)施的幾何分布以及與其屬性有關(guān)的信息，編制全球或局部地區(qū)的各種比例尺的普通地圖和專題地圖，為建立國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)。測繪學(xué)的基本概念3 測繪學(xué)是最古老的科學(xué)技術(shù)之一，早在2000多年前，隨著我國黃河流域堤防和灌溉工程的興建，出現(xiàn)了原始的農(nóng)田水利地圖測繪。 現(xiàn)代測繪學(xué)的發(fā)展從17世紀(jì)初開始，望遠(yuǎn)鏡開始運(yùn)用在天象觀測，此后便依次出現(xiàn)三角測量法、高斯提出的最小二乘理論、高斯直角坐標(biāo)系、以及攝影測量等技術(shù)方法。 測

2、量技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)測距儀，電磁波測距儀，自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，數(shù)字水準(zhǔn)儀，光學(xué)經(jīng)緯儀，電子經(jīng)緯儀，全站儀，攝影測量，遙感技術(shù)，以及現(xiàn)代應(yīng)用較廣的GPS定位系統(tǒng)等。測繪學(xué)歷史發(fā)展4 涉及面廣，應(yīng)用價(jià)值強(qiáng)。工程規(guī)劃、勘察設(shè)計(jì)，施工建設(shè)，管理運(yùn)營階段都離不開測量工作。測量工作為我們的城市建設(shè)規(guī)劃，交通土木工程設(shè)計(jì)，采礦、地質(zhì)、環(huán)境研究提供大量詳細(xì)的地面基礎(chǔ)信息，也在機(jī)械安裝，道路定線及建筑物放樣發(fā)揮著不可替代的作用，也是檢驗(yàn)工程質(zhì)量、監(jiān)視重要交通、土木工程設(shè)施安全運(yùn)營的重要措施。測繪學(xué)的學(xué)科地位5第二節(jié) 測繪學(xué)的學(xué)科分支測繪學(xué)大地測量學(xué)地圖制圖學(xué)工程測量學(xué)攝影測量學(xué)海洋測量學(xué)6 研究地球的形狀、大小及其重

3、力場的科學(xué)。傳統(tǒng)的大地測量的任務(wù)就是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小，研究關(guān)于地球重力場的理論、技術(shù)和方法。 大地測量學(xué)又可分為數(shù)學(xué)大地測量、物理大地測量、衛(wèi)星大地測量、大地動(dòng)力學(xué)、大地天文學(xué)，慣性測量和導(dǎo)航學(xué)等。大地測量學(xué)7 地圖是測量成果的主要表現(xiàn)手段之一。地圖制圖學(xué)主要研究模擬地圖和數(shù)字地圖的基本理論、設(shè)計(jì)、測繪和印刷，包括地圖的基本特征、表示內(nèi)容、地圖投影的理論方法、地圖數(shù)據(jù)和符號(hào)、地圖圖形、色彩和注記的設(shè)計(jì)、制圖綜合、地圖的編輯與編繪、地圖的出版印刷與分析應(yīng)用等。地圖制圖學(xué)8 傳統(tǒng)的攝影測量學(xué)是利用光學(xué)攝影機(jī)攝取像片，通過像片來研究和確定被攝物體的形狀、打小、位置和互相關(guān)系的

4、一門學(xué)科技術(shù)。它的主要內(nèi)容是：獲取被攝物體的影像，研究單張或多張像片影像的處理的理論、設(shè)備和技術(shù)，以及將所有測得的結(jié)果以圖解的形式或數(shù)字形式輸出的方法和設(shè)備。攝影測量學(xué)9 海洋測繪是海洋測量和海圖繪制的總稱，其任務(wù)是對海洋及其鄰近陸地和江河湖泊進(jìn)行測量和調(diào)查，獲取海洋地理信息，編制各種海圖和航海資料，為航海、國防建設(shè)、海洋開發(fā)和海洋研究服務(wù)的一門科學(xué)。 海洋測繪的主要內(nèi)容有：海洋大地測量、水深測量、海洋工程測量、海底地形測量、障礙物探測、水文要素調(diào)查、海洋重力、磁力、海洋專題測量，以及各種海圖、海圖集、海洋資料的編制和海洋地理信息的分析處理及應(yīng)用等海洋測量學(xué)10第三節(jié) 測量工作的主要內(nèi)容 和基

5、本準(zhǔn)則11 確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素（水平角、距離、高差）主要內(nèi)容：基本準(zhǔn)則： 先整體后局部，先控制后碎部，從高級(jí)到低級(jí)，隨時(shí)檢查的原則以及又一原則，即前一步工作未作檢核，不進(jìn)行下一步工作。12 確定一個(gè)點(diǎn)的空間位置，可以通過確定這個(gè)點(diǎn)在某個(gè)基準(zhǔn)面上的投影以及該點(diǎn)沿基準(zhǔn)線到該基準(zhǔn)面的距離來進(jìn)行。第四節(jié) 測量坐標(biāo)系的建立13 在測量外業(yè)工作中采用的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線分別是水準(zhǔn)面和與之垂直的重力線；而內(nèi)業(yè)計(jì)算采用的是總橢球面或參考橢球面作為基準(zhǔn)面，采用與橢球面處處垂直的法線作為基準(zhǔn)線。測量工作中的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線14 設(shè)想靜止的海水面，稱為大地水準(zhǔn)面，大地水準(zhǔn)面包裹的形體叫做大地體。由于地球形狀不規(guī)則

6、，內(nèi)部的質(zhì)量分布不均勻，引起地面上各點(diǎn)的重力線方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，而水準(zhǔn)面處處與重力線方向正交，所以水準(zhǔn)面是不規(guī)則的曲面。為了測量的便利，各國建立的接近地球某一局部區(qū)域平均海水面的水準(zhǔn)面也叫做大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面和大地體15 與大地體最接近的地球橢球，叫做總橢球體，其表面叫做總橢球面。 1984年，國際大地測量與地球物理聯(lián)合會(huì)通過的模擬地球的橢球體-WGS84橢球體，是目前應(yīng)用比較廣泛的總橢球體，全球定位系統(tǒng)GPS觀測采用的就是該橢球體。 由于推求全球范圍內(nèi)與大地水準(zhǔn)面最符合最好的總橢球體是很難做到的，所以僅用本國的天文、大地和重力測量資料推算出的與所用資料區(qū)域的局部大地水準(zhǔn)面密切符合的橢

7、球面稱作參考橢球面，這種橢球體被稱作參考橢球體。總橢球體、WGS84橢球體與參考橢球體16 以橢球面作為基準(zhǔn)面，以法線作為基準(zhǔn)線的坐標(biāo)（大地經(jīng)度和大地緯度），統(tǒng)稱作大地坐標(biāo)。地面點(diǎn)沿該點(diǎn)的法線到橢球面的距離，即以橢球面為基準(zhǔn)面的高程，叫做大地高。由于橢球面并不是物理曲面，而是抽象的數(shù)學(xué)曲面，測量中無法實(shí)際得到某點(diǎn)的法線，因此，大地坐標(biāo)和大地高都不能實(shí)測。大地坐標(biāo)和大地高17 以水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面，重力線為基準(zhǔn)線，類似于大地經(jīng)度和大地緯度，可定義天文經(jīng)度和天文緯度。 地面點(diǎn)沿該點(diǎn)的重力線到大地水準(zhǔn)面的距離，即以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程，叫做正高，也叫絕對高程或海拔。以1950年至1956年間黃海的潮

8、汐資料所求的平均海水面作為我國的高程基準(zhǔn)面，稱之為“1956年黃海高程系統(tǒng)”。由于數(shù)據(jù)的積累，黃海平均海水面發(fā)生了微小的變化，因此啟用了新的高程系統(tǒng)“1985年國家高程系統(tǒng)”。青島水準(zhǔn)原點(diǎn)在黃海高程系統(tǒng)中為72.289m，在1985國家高程基準(zhǔn)中為72.260m。天文坐標(biāo)和正高18 大地坐標(biāo)的基準(zhǔn)面是橢球面，不便于表示小范圍內(nèi)點(diǎn)的相對關(guān)系，且橢球面上的計(jì)算工作非常復(fù)雜，所以工程應(yīng)用中，通常需要將大地坐標(biāo)（曲面坐標(biāo)）采用適當(dāng)?shù)牡貓D投影換算成平面直角坐標(biāo)。 測量工作中最常用的是高斯克呂格投影，簡稱高斯投影，由此建立的平面直角坐標(biāo)稱為高斯平面直角坐標(biāo)。平面直角坐標(biāo)高斯平面直角坐標(biāo)19 設(shè)想將截面為橢

9、圓的一個(gè)柱體橫套在旋轉(zhuǎn)橢球外面，并與旋轉(zhuǎn)橢球面上某一條子午線相切，同時(shí)使柱體的軸位于赤道面內(nèi)，且通過橢球的中心，相切的子午線稱為高斯投影面上的中央子午線。將旋轉(zhuǎn)橢球面上的點(diǎn)投影到橫橢圓柱面上，然后將橢圓柱面沿過南極、北極的母線剪開，展成平面，此平面即為高斯投影平面。高斯投影的基本思想20高斯投影的基本思想21 高斯投影平面上，中央子午線投影的長度不變，其余子午線的長度大于投影前的長度，離中央子午線越遠(yuǎn)長度變形越大，為了使長度變形不大于測量能容許的范圍，高斯投影采用將整個(gè)地球表面分作若干個(gè)投影帶的方法，對長度變形的要求越高，投影帶就越小。如6帶，3帶，1.5帶。 高斯平面直角坐標(biāo)系中，以每一帶的

10、中央子午線的投影為直角坐標(biāo)的縱軸X，北正南負(fù)，以赤道的投影為直角坐標(biāo)的橫軸Y，東正西負(fù)。高斯平面直角坐標(biāo)22高斯平面直角坐標(biāo)23 以橢球中心為原點(diǎn)，x軸通過起始子午面，z軸為橢球旋轉(zhuǎn)軸，x、y、z三軸互相垂直。 GPS測量成果屬于WGS84坐標(biāo)系，是以WGS84橢球面為基準(zhǔn)面建立的地心坐標(biāo)系，原點(diǎn)在地球的質(zhì)心，z軸指向BIH1984.定義的協(xié)議地球極（CTP）方向，x軸指向BIH1984.0的零子午面和CTP赤道的交點(diǎn)，y軸與z、x軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。地心坐標(biāo)24第五節(jié) 誤差理論與測量平差基礎(chǔ)251、觀測者的因素2、測量設(shè)備的因素3、觀測環(huán)境的因素測量誤差產(chǎn)生的原因26 系統(tǒng)誤差：在相同觀測條件

11、下，觀測誤差在符號(hào)或大小上表現(xiàn)出不變的規(guī)律或變化可預(yù)測的稱作系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差是由于儀器構(gòu)造不完善，觀測環(huán)境不理想等有規(guī)律的因素造成的，如長度30m的鋼尺實(shí)際只有29.99m。 偶然誤差：在相同觀測條件下，誤差的大小、符號(hào)沒有任何規(guī)律，即不能對可能出現(xiàn)的誤差作任何預(yù)測的誤差又稱作隨機(jī)誤差。如觀測誤差，照準(zhǔn)誤差，讀數(shù)誤差等。 粗差：一定條件下，超出正常范圍的誤差值。粗差理論上應(yīng)歸為錯(cuò)誤一類。測量誤差的分類27 偶然誤差的分布：只有在消除了粗差和系統(tǒng)誤差過后，觀測誤差中只存在偶然誤差時(shí)，誤差才會(huì)以0為分布中心成正態(tài)分布。下圖為偶然誤差概率密度曲線:衡量精度的數(shù)字指標(biāo)28衡量精度的數(shù)字指標(biāo)29衡量精度的數(shù)字指標(biāo)30極限誤差：三倍中誤差稱為偶然誤差的極限誤差。 相對誤差：相對中誤差、相對極限誤差、相對真誤差等。 在實(shí)際應(yīng)用上，n值是有限的，當(dāng)n值不大時(shí)，中誤差比平均誤差能更靈敏的反應(yīng)大的真誤差的影響，同時(shí)在計(jì)算或然誤差時(shí)往往是先算出中誤差，因此世界各國在實(shí)用上通常采用中誤差作為衡量精度的指標(biāo)。衡量精度的數(shù)字指標(biāo)31權(quán)與定權(quán)32權(quán)與定權(quán)33權(quán)與定權(quán)34權(quán)與定權(quán)35定權(quán)的常用方法：1、水準(zhǔn)測量的權(quán) 水準(zhǔn)測量中，究竟用水準(zhǔn)路線的距離S定權(quán)還是用測站數(shù)N定權(quán)，要視情況而定，一般在起伏不大的地區(qū)，每公里的測站數(shù)大致相