測(cè)量課件-緒論

1、 1.1 測(cè)量學(xué)的任務(wù)及作用 1.2 測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng) 1.3 地面點(diǎn)定位 1.4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度 1.5 測(cè)量常用計(jì)量單位第一章 緒論（一）測(cè)量學(xué)的概念 測(cè)量學(xué)是研究地球的形狀、大小以及地表(包括地面上各種物體）的幾何形狀及其空間位置的科學(xué)。一、測(cè)量學(xué)的任務(wù)及作用（二）測(cè)量學(xué)分支學(xué)科 普通測(cè)量學(xué)、大地、地形、海洋、攝影、 工程測(cè)量學(xué)、地形制圖學(xué)、GPS地形測(cè)量學(xué) 研究將地球表面局部地區(qū)的地貌和地物測(cè)繪成地形圖、編制地籍圖和房產(chǎn)圖等的基本理論和方法的科學(xué)。海洋測(cè)繪學(xué) 研究以海洋水體和海底為對(duì)象的學(xué)科。 海洋測(cè)區(qū)條件復(fù)雜,受潮汐、氣象、透明度差等影響，需用特種儀器和方法:衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性組合

2、導(dǎo)航、天文測(cè)量、水聲定位系統(tǒng)、水下攝影量測(cè)等。 4地圖制圖學(xué) 研究模擬地圖和數(shù)字地圖的設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的理論和方法的科學(xué)。主要內(nèi)容： 地圖投影 地圖編繪 地圖整飾 地圖出版 56 世界地圖工程測(cè)量學(xué)研究工程建設(shè)和自然資源開(kāi)發(fā)中進(jìn)行的控制測(cè)量、地形測(cè)繪、施工放樣和變形監(jiān)測(cè)的理論和技術(shù)的學(xué)科。 工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：提供地形資料； 施工興建階段： 標(biāo)定設(shè)計(jì)建筑的位置； 運(yùn)行管理階段： 竣工測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)。 渠道水位監(jiān)測(cè)1108面水準(zhǔn)測(cè)量 場(chǎng)地平整1109大橋變形監(jiān)測(cè)11010隧道工程測(cè)量11011道路測(cè)量 道路建筑高程放樣 用數(shù)字水準(zhǔn)儀 和條碼水準(zhǔn)尺。11012 工程建設(shè)三階段 測(cè)量的任務(wù) 勘測(cè)設(shè)計(jì)

3、控制，測(cè)繪地形圖 施工建設(shè) 施工放樣，竣工測(cè)量 運(yùn)營(yíng)管理 安全監(jiān)測(cè)，變形觀測(cè) （三）工程測(cè)量學(xué)的任務(wù)測(cè)量工作的基本任務(wù) 確定地面點(diǎn)在規(guī)定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)（X，Y，Z）測(cè)量學(xué)在生活上的作用城市交通圖11014（四） 測(cè)量學(xué)的作用上海市水系專題圖11015同濟(jì)校園圖(四平路校本部)11016測(cè)量學(xué)在軍事上的作用“天時(shí)，地利，人和”是打勝仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。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，具有確定距離、位置、辨識(shí)方向的作用。11017測(cè)量學(xué)在工程建設(shè)中的作用 在工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，首先需要有地形圖。 在修建工廠和居民點(diǎn)時(shí)，須要先平整地基和設(shè)計(jì)房屋的放樣。 在建

4、設(shè)城市道路網(wǎng)（包括高架道路、地下鐵道和橋梁)，都需要用測(cè)量方法精確地定向,定位和定高程。 18（四）測(cè)量工作分類 測(cè)量工作包括測(cè)定和測(cè)設(shè)兩部分。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，測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)，或把地球表 面的地形按比例縮繪成地形圖。測(cè)設(shè) 是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物、 構(gòu)筑物等的位置在地面上標(biāo)定出來(lái)， 作為 施工的依據(jù)。返回地理坐標(biāo)系高斯坐標(biāo)系獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系二、測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)基準(zhǔn)面/基準(zhǔn)點(diǎn) 地球的形狀和大小 1地球自然形體：是一個(gè)不規(guī)則的幾何體， 海洋面積約占地球表面的71%。 高山陸地 丘陵 海洋地球的制高點(diǎn) 珠穆朗瑪峰海拔高程 8844.43m11025 馬里亞

5、納海溝 斐查茲海淵剖面圖11026地球海面下最深處高程為 11000 m大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面：通過(guò)平均海水面的水準(zhǔn)面 （一個(gè)）27水準(zhǔn)面:一個(gè)自由靜止的海水面向陸地延伸，并包含整個(gè)地球而成的封閉曲面（無(wú)數(shù)個(gè)）大地體： 大地水準(zhǔn)面所包圍的代表地球形狀和大 小的形體。大地水準(zhǔn)面：設(shè)想處于完全靜止的平均海水面向 陸地和島嶼延伸所形成的閉合曲面。 由于大地水準(zhǔn)面是一個(gè)不規(guī)則的曲面，不能用數(shù)學(xué)公式表述，因而需要尋找一個(gè)理想的幾何體代表地球的形狀和大小。 該幾何體必須滿足兩個(gè)條件： 形狀接近地球自然形體； 可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式表示。2參考橢球體及參考橢球面參考橢球體 一個(gè)非常接近大地體，并可用數(shù)學(xué)式表示

6、幾何形體，作為地球的參考形狀和大小。 它是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而形成的形體， 故又稱旋轉(zhuǎn)橢球體。參考橢球面參考橢球面 參考橢球體外表面， 是球面坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面。 旋轉(zhuǎn)橢球體由長(zhǎng)半軸a（或短半軸b）和扁率決定。 我國(guó)目前采用的參考 橢球體的參數(shù)為： 長(zhǎng)半軸 a= 6378140m 短半軸 b= 6356755.3m 扁 率 = = 測(cè)量精度要求不高時(shí)，可把地球看作 圓球，其平均半徑 R =6371km 地面點(diǎn)的坐標(biāo)（一）地理坐標(biāo) 地球表面任意一點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，稱為該 點(diǎn)的地理坐標(biāo)，可表示為 A (L,B) 。 如：北京 東經(jīng)11628北緯3954S緯線NO地 軸：地球的自轉(zhuǎn)軸(NS)，N為北極，

7、S為南極。子午面：過(guò)地球某點(diǎn)與地軸所組成的平面。子午線：子午面與地球面的交線， 又叫經(jīng)線。起始子午面：通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái) 的子午面NGS 。緯 線：垂直于地軸的平面與地 球面的交線。赤道平面：垂直于地軸并通過(guò) 地球中心的平面WME。赤 道：赤道平面與地球面 的交線。WE赤道赤道平面起始子午面起始子午線G 橢球上的基本概念大地經(jīng)度：過(guò)P點(diǎn)的子午面NPS與首子午面NMS所構(gòu)成 的二面角叫做P點(diǎn)的大地經(jīng)度，用L表示。大地緯度：過(guò)P點(diǎn)的法線 Pn與赤道面的夾角叫做P點(diǎn) 的大地緯度，用B表示。赤道平面OPM大地經(jīng)度L大地緯度BnLB起始子午面（首子午面） SNL取值范圍：東經(jīng)0180西經(jīng)0180B取

8、值范圍：北緯090南緯090（二）高斯平面直角坐標(biāo)系1、高斯投影的概念 高斯投影是一種等角投影。它是由德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯(Gauss，17771855)提出，后經(jīng)德國(guó)大地測(cè)量學(xué)家克呂格(Kruger，18571923)加以補(bǔ)充完善，故又稱“高斯克呂格投影”，簡(jiǎn)稱“高斯投影”。 NSc中央子午線赤道高斯投影平面赤道中央子午線2、高斯投影的原理 高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進(jìn)行投影。高斯投影必須滿足：1高斯投影為正形投影， 即等角投影； 2中央子午線投影后為直 線，且為投影的對(duì)稱軸；3中央子午線投影后長(zhǎng)度 不變。高斯投影平面赤道中央子午線3、高斯投影的特性（1）中央子午線投影后為

9、直線，且長(zhǎng)度不變。（2） 除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對(duì)稱軸。投影后有長(zhǎng)度變形。（3） 赤道線投影后為直線，但有長(zhǎng)度變形。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy（4） 除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對(duì)稱軸。（5）經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。 （6）離中央子午線愈遠(yuǎn)，長(zhǎng)度變形愈大。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy4、投影帶的劃分 我國(guó)規(guī)定按經(jīng)差6和3進(jìn)行投影分帶。 6帶自首子午線開(kāi)始，按6的經(jīng)差自西向東分成60個(gè)帶。 3帶自1.5 開(kāi)始，按3的經(jīng)差自西向東分成120個(gè)帶。高斯投影帶劃分 6帶與3帶中央子午線之間的關(guān)系如圖: 3帶的

10、中央子午線與6帶中央子午線及分帶 子午線重合，減少了換帶計(jì)算。 按照6帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是： L。=6N3 （N為6帶的帶號(hào)） 例：20帶中央子午線的經(jīng)度為 L。6 203117 按照3帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是： L。=3n （n為3帶的帶號(hào)） 例：120帶中央子午線的經(jīng)度為 L。3 120360 若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L(zhǎng)，則該點(diǎn)的6帶的帶號(hào)N由下式計(jì)算： N （取整）+1 若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L(zhǎng)，則該點(diǎn)所在3帶的帶號(hào)按下式計(jì)算： n （取整）+1練習(xí)：北京某點(diǎn)的大地經(jīng)度為11620，試計(jì)

11、算它所在的六度帶和三度帶帶號(hào)，相應(yīng)六度帶和三度帶的中央子午線的經(jīng)度是多少？（三）平面直角坐標(biāo) 由于地理坐標(biāo)是球面坐標(biāo)，在工程建設(shè)規(guī) 劃、設(shè)計(jì) 、施工中，測(cè)量和計(jì)算十分不便。投影：將球面坐標(biāo)按一定的數(shù)學(xué)法則歸算到 平面上。 即 X= F 1（L，B） Y= F 2（L，B）我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)，小地區(qū)范圍內(nèi) 也可采用獨(dú)立平面直角坐標(biāo)。 不同點(diǎn)：1、 x，y軸互異。2、 坐標(biāo)象限不同。3、表示直線方向的方位角 定義不同。相同點(diǎn)： 數(shù)學(xué)計(jì)算公式相同。 高斯平面直角坐標(biāo)系 與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標(biāo)系的異同點(diǎn) ：高斯平面直角坐標(biāo)系笛卡爾坐標(biāo)系ooyyxxppx=Dcosy=Dsinx=Dcosy

12、=DsinDD 獨(dú)立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較小時(shí)，可將大地水準(zhǔn)面看作平面， 并在平面上建立獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系； 地面點(diǎn)的位置可用平面直角坐標(biāo)確定； 坐標(biāo)系原點(diǎn)一般 選在測(cè)區(qū)西南角 （測(cè)區(qū)內(nèi)X、Y均為正值）； 規(guī)定：X 軸向北為正， Y軸向東為正。OXY 測(cè)區(qū)北（四）空間直角坐標(biāo)(WGS)如圖所示： 原點(diǎn)O 地球質(zhì)心 Z軸 指向地球北極 X軸 指向首子午面 與赤道的交點(diǎn) Y軸 過(guò)O點(diǎn)與XOZ面垂直如：A（XA，YA，ZA）XZYO高程系統(tǒng)絕對(duì)高程（海拔） ：某點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離。 如：HA、HC。相對(duì)高程： 某點(diǎn)沿鉛垂線方向到任意水準(zhǔn)面的距離。 如：HA、HC 。高差： 地面上兩

13、點(diǎn)高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA當(dāng)hAC為正時(shí)， C點(diǎn)高于A點(diǎn)；當(dāng)hAC為負(fù)時(shí)， C點(diǎn)低于A點(diǎn)；返回三、確定地面點(diǎn)位的方法 地面點(diǎn)的空間位置可以用點(diǎn)在水準(zhǔn)面或水平面上的位置（X，Y）及點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離（H）來(lái)確定。如地面點(diǎn)：A （X，Y，H）CYABabcX（一）地面點(diǎn)定位元素板書（二）地面點(diǎn)定位原理 （三）地面點(diǎn)定位程序與原則程序：（逐級(jí)進(jìn)行） 先控制測(cè)量 ，后碎部及相關(guān)測(cè)量原則： 1、 從整體到局部； 2、先控制后碎部 ； 3、復(fù)測(cè)復(fù)算、步步檢核。 優(yōu)點(diǎn)： 減少誤差積累； 避免錯(cuò)誤發(fā)生； 提高工作效率。四、用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1、對(duì)距離的影響水準(zhǔn)面上弧長(zhǎng)為S，其所對(duì)圓心角為，地球的半徑為R。水平面上直線長(zhǎng)為t，其差值為S。相對(duì)差值：上式中取R=6371km，則 結(jié)論： 在半徑為10km的圓面積內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)度的測(cè)量 時(shí)，可以不必考慮地球曲率的影響，即可把水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面看待。 S/km S/mm S/S 5 1 1/4870000 10 8 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/487002、對(duì)高程