測量學課件(第一章,緒論)修復的

測量學Surveying主講教師：王永東E-Mail:wyongdong@講授內(nèi)容第一章緒論第二章水準測量第三章角度測量第四章距離測量與直線定向第五章

控制測量第六章

地形圖測繪第七章

地形圖應用第八章

施工測量注意事項本課程共48學時，講授24學時，自修3學時，實驗21學時，實習1周（與實驗同步進行，不單獨停課實習。）測量學課程特點內(nèi)容多：測量學基本原理、誤差處理、儀器使用、作業(yè)方法、基本計算等。實踐性強，責任性要求高，必須遵照測量的規(guī)范和規(guī)則。注意事項測量學課程學習要求學會和掌握測量的基本作業(yè)方法

角度測量、距離測量、高程測量（儀器的基本操作、作業(yè)程序、記錄、成果整理）了解測量儀器的檢驗和校正方法（自修）（測量儀器的軸線關系、檢驗和校正的作業(yè)方法）測量學課程學習要求學會控制測量、地形圖測繪等的基本作業(yè)方法（外業(yè)測量、內(nèi)業(yè)計算與繪圖）建立測量誤差的基本概念（了解測量誤差的基本理論和掌握基本測量誤差的計算）注意事項測量學課程實驗實習要求實驗實習分小組進行。5-6人一組，選一小組長，自由組合（下周上交分組名單）。在實驗實習過程，儀器需專人看護，若有儀器損壞、丟失或?qū)嶒瀸嵙暡徽J真者，將影響整個小組的成績。儀器安全：損壞照價賠償野外作業(yè)：嚴格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序。注意事項測量學課程實驗實習要求記錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改（按規(guī)定方式改數(shù)）。計算：按平差規(guī)則、作計算檢核、保證計算精度小數(shù)取位）。正負號：在以下數(shù)據(jù)前，加“+、-”號：高差、豎直角、指標差、坐標增量、所有的閉合差、改正數(shù)。注意事項成績評定：考試（筆試）占60%，實驗占30%，平時上課、實驗表現(xiàn)占10%。上課不定期點名，若缺席超過3次，取消考試資格，整門課程作零分記。實驗缺席1次或遲到、早退2次者，實驗成績作零分記。本門課程的課件不拷貝，學習有問題者可課間或到辦公室(3-220)詢問。本門課程無考前輔導，無復習參考題，請同學們上課或?qū)嶒瀸嵙曊J真聽講。注意事項第一章緒論Chapter1Introduction§1.1概述

1測量學的概念早期的定義：測量學是一門測定地面點的平面位置和高程，研究地球表面的形狀和大小的應用科學。當前的定義：測量學是研究測定、采集和描繪地球及其表面自然與人工形態(tài)及其變化狀況信息并將設計的工程或點位在地面上定位的科學。第一章緒論

2測量學的研究內(nèi)容主要研究空間點的位置測定，確定地球的形狀、地球的重力和其它動力現(xiàn)象，采集和處理陸地與地下及水下自然與人工形態(tài)及其變化信息，探求陸地及水下測繪的理論、方法和技術。測量工作可以分為兩類：“測繪”和“測設（放樣）”。測繪：測定地面（或水下）已有點位或已確定點位。測設（放樣）：標定土地及其附屬物的開發(fā)利用建設的設計方案。第一章緒論3測量學的任務地球定位：研究與確定地球整體的形狀與大小。測繪地形圖：將測區(qū)內(nèi)的地物與地面起伏按一定比例尺縮小繪制成地形圖（或平面圖）或?qū)⒌孛嫔细鞣N工程設施測繪到圖上。構筑物放樣：將土地及其附屬物的開發(fā)、利用、建設的設計方案在實地標定，即將各種的工程設計測設到現(xiàn)場。變形監(jiān)測：已有工程或其它設施在一定時期內(nèi)的變化測量。第一章緒論4測量學的分類大地測量學：研究和測定地球的形狀、大小和地球重力場，以及測定特定地面上點的空間位置的理論、技術和方法的學科。幾何大地測量學是以一個與地球外形最為接近的幾何體（旋轉(zhuǎn)橢球）代表地球形狀，用天文方法測定該橢球的形狀和大小。第一章緒論物理大地測量學衛(wèi)星大地測量學研究用物理方法測定地球形狀及其外部重力場的學科。利用人造地球衛(wèi)星進行地面點定位及測定地球形狀、大小和重力場的理論、方法的學科。第一章緒論第一章緒論第一章緒論第一章緒論攝影測量與遙感：研究利用地面或空中對地面攝影（或遙感探測）獲得影像，進行分析、處理，獲得地面信息的理論、技術和方法的學科。攝影測量與遙感學地面攝影測量航空攝影測量航天攝影測量第一章緒論第一章緒論地形測量學：將地球表面的局部地區(qū)的自然地形、人工建筑物和境界等測繪成大比例尺地形圖的理論、技術和方法的學科。工程測量學：研究工程建設和資源開發(fā)中，在規(guī)劃、設計、施工和運營管理各個階段進行的控制測量、地形測量和施工放樣、變形監(jiān)測的理論、技術和方法的學科。第一章緒論第一章緒論第一章緒論地圖制圖學（地圖學）研究地圖的編制和應用的學科。它研究用地圖圖形信息反映自然界和人類社會各種現(xiàn)象的空間分布、相互聯(lián)系及其動態(tài)變化。5測量學與測繪學測量學與制圖學統(tǒng)稱為測繪學?！皣H測量師聯(lián)合會”（IUSA）在1990年制定的章程中對測繪學的新定義為：

測繪學是采集、量測、處理、分析、解譯、分發(fā)、利用和評價與地理和空間分布有關的數(shù)據(jù)的一門科學、工藝、技術和經(jīng)濟實體。這一定義闡述了當代測繪學的實質(zhì)。第一章緒論現(xiàn)代測繪技術

地球空間信息學（Geomatics）：由

測量學、遙感、地圖學、攝影測量學和地理信息系統(tǒng)組成的一門綜合性學科。屬于現(xiàn)代空間信息科學技術。數(shù)字化采集系統(tǒng)（含電子測量儀器），如全站儀等“3S”技術：RS（遙感系統(tǒng)）、GIS（地理信息系統(tǒng)）、GPS（全球定位系統(tǒng)）第一章緒論§1.2地球的形狀與大小認識地球是人類探索的目標之一，也是測量學的任務之一。絕大多數(shù)測量工作是在地球上進行，或作為參考系。第一章緒論

重力的方向線稱為鉛垂線，鉛垂線是測量工作的基準線。第一章緒論水準面：某刻靜止的海平面向陸地延伸形成的封閉曲面（特點：處處與鉛垂線垂直）大地水準面：常年平均海水面形成的水準面（作為絕對高程起算面，也稱絕對高程或海拔）第一章緒論水平面：小范圍靜止水面（

特點：處處與大地水準面相

切）大地體：由大地水準面所圍

成的地球形體（不規(guī)則曲體）由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準面是個復雜的曲面水準面和鉛垂線是野外觀測的基準面和基準線。第一章緒論參考橢球體：與大地水準面貼合的規(guī)則數(shù)學曲體（代替地球形狀，作為坐標測量工作基準面）第一章緒論

地球形狀和大小由參考橢球體的長半軸a、短半軸b值確定。參考橢球體的基本元素：

長半軸

a=6378.137km

短半軸

b=6356.752km

扁率

α=(a-b)/a=1/298.257地球近似半徑R=6371（km）第一章緒論Krasovskyellipsoid第一章緒論第一章緒論§1.3地面點位置的表示測量工作的根本任務是確定地面點的點位。地面點的空間位置通常

是求出該點的球面位置

或在水平面上的平面位

置（坐標）以及該點到

大地水準面的鉛垂距離

（高程）。第一章緒論坐標地理坐標系統(tǒng)（球面）：經(jīng)、緯度平面坐標系統(tǒng)自由坐標系統(tǒng)高斯坐標系統(tǒng)高程相對（自由）高程系統(tǒng)絕對高程系統(tǒng)（海拔）第一章緒論第一章緒論

1地理坐標系（全球通用）按坐標的基準線和基準面的不同地理坐標可分為天文地理坐標和大地地理坐標。

基準：赤道、Greenwich子午線第一章緒論天文地理坐標：表示地面點在大地水準面上的位置。用天文經(jīng)度與緯度表示。測量（天文經(jīng)緯度）的外業(yè)以鉛垂線為準，大地水準面和鉛垂線是天文地理坐標系的主要面和線。地面點的坐標是它沿鉛垂線在大地水準面上投影點的經(jīng)度和緯度。第一章緒論大地地理坐標：表示地面點在參考橢球面上的位置。用大地經(jīng)度L與大地緯度B表示。大地地理坐標系是建立在地球橢球面上的坐標系。第一章緒論

地球橢球面和法線是大地地理坐標系的主要面和線。地面點的大地坐標是它沿法線在地球橢球面上投影點的經(jīng)度L和緯度B。第一章緒論

任意一點的大地經(jīng)度L是包含該點子午面與首子午面所夾的兩面角；該點的大地緯度B是過該點的法線（與旋轉(zhuǎn)橢球面垂直的線）與赤道面的夾角。大地經(jīng)度和緯度是根據(jù)一個起始的大地點（大地原點：其經(jīng)緯度與天文經(jīng)緯度一致）。第一章緒論

2平面直角坐標系為了簡化計算，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）球面上的點與平面上的點一一對應的數(shù)學關系。地圖投影學就是研

究這個問題的學科，是數(shù)

學也是地理學的一個分支

學科。基本類型有：圓錐

投影，圓柱投影，平面投

影，任意投影等。第一章緒論高斯平面直角坐標系

等角橫切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。即投影后角度不變形。第一章緒論投影：球→園柱→平面→移軸（y消除負值）第一章緒論投影帶劃分：第一章緒論6°帶（1:5萬）首子午線起，每隔6°將地球劃分為60帶，依次用1、2、……、60即N6標記。帶號

N=L/6（取整）+1中央子午線經(jīng)度

λ=6N-3例：116°28′/6（取整）+1=20帶

6×20-3=117°第一章緒論3°帶（1:1萬）從起算經(jīng)度1°30’起，每隔3°將地球劃分為120帶，依次用1、2、……、120即N3標記。帶號

n′=（L-1.5）/3（取整）+1中央子午線經(jīng)度

λ′=3n′例：（116°28′-1.5）/3（取整）+1=39帶

3×39=117°第一章緒論

在中國，6度帶編號從13到23，3度帶編號從24到45。每帶的中央經(jīng)線和赤道分別為其高斯平面直角坐標系的縱坐標與橫坐標軸。中央經(jīng)線與赤道的交點為坐標原點，縱坐標X坐標從赤道其向北為正，向南為負，橫坐標Y從中央經(jīng)線起算其向東為正，向西為負。第一章緒論

我國為了避免出現(xiàn)坐標負值，一般把橫坐標Y加上500km，并冠以帶號。即：x=X,y=N500km+Y如：y1=20545863.7my2=20331525.2m

*注意坐標點在投影帶中的位置第一章緒論地區(qū)平面直角坐標系也稱為地平坐標系、獨立平面直角坐標系、小地區(qū)局部自由坐標當測量范圍較小，可以把該測區(qū)的地表一小塊球面作為平面看待。將坐標原點選在測區(qū)的西南角，保證整個測區(qū)的坐標均為正值，以該地區(qū)中心的子午線方向作為x軸方向，構成o-xy右手直角坐標系。第一章緒論

地平坐標系是平面直角坐標系。地平坐標系以當?shù)氐乃矫鏋橹饕?不需要投影)。通常以當?shù)氐谋狈较驗樽鴺溯S的正方向。地平坐標系只用于小的局部地區(qū)。第一章緒論

測量平面坐標系統(tǒng)與數(shù)學坐標系統(tǒng)的異同點：不同點坐標軸不同象限不同起始角旋轉(zhuǎn)方向不同相同點計算公式相同數(shù)值符號相同第一章緒論3高程系大地高：點位沿橢球的法線至橢球面的高度。正常高（海拔高）：點位沿鉛垂線至大地水準面的高度。第一章緒論

地面點高程（H）絕對高程：地面點到大地水準面的垂直距離。相對高程：地面點到假定水準面的垂直距離。高差：兩點間高程之差。第一章緒論

4中國的大地坐標系1954年北京坐標系

旋轉(zhuǎn)橢球：克拉索夫斯基(Krasovskyellipsoid)a=6378245m,b=6356863m,α=1:298.3

原點：北京

缺點：大地水準面與旋轉(zhuǎn)橢球面不能很好符合，西部較好，東部較大，最大達到60-70m；大地坐標大部為局部平差，坐標的精度不均。第一章緒論1980年國家大地坐標系（西安）

旋轉(zhuǎn)橢球：IUGG/IAG(國際大地測量即地球物理聯(lián)合會)1975年推薦參數(shù)a=6378140m,b=6356755m,α=1:298.257。短軸平行與地球質(zhì)心指向1968.0地極原點（JYP）方向。

原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。

優(yōu)點：旋轉(zhuǎn)橢球參數(shù)精度高；四個參數(shù)完整統(tǒng)一；大地水準面與旋轉(zhuǎn)橢球面符合好；天文坐標網(wǎng)經(jīng)過全國統(tǒng)一平差，精度高。第一章緒論WGS－84坐標系

WGS－84坐標系是世界大地坐標系統(tǒng)，其坐標原點在地心，采用WGS－84橢球。利用GPS全球定位系統(tǒng)得到的地面點的位置，是WGS－84坐標。第一章緒論§1.4地球曲率對測量工作的影響

進行大區(qū)域測量工作時，應當把地球表面看作球面，地形測量時應采用高斯平面直角坐標。當測區(qū)的面積較小時，又可以把球面視為平面，即以水平面代替水準面，其結果仍能滿足精度要求?，F(xiàn)在的問題是多大的范圍就可以用水平面代替水準面?第一章緒論地球曲率對水平距離的影響

第一章緒論

由表中可看出，當距離為10km時，用水平面代替水準面產(chǎn)生的相對誤差為1/120萬。這個誤差小于目前最精密量距的允許誤差1/100萬，因此在半徑小于l0km的區(qū)域內(nèi)，地球曲率對水平距離的影響可以忽略不計，即可以用水平面代替水準面。地球曲率對高程的影晌由表中可見，對高程測量來說，即使距離很短，也不能忽視地球曲率對高程的影響。第一章緒論水準面的曲率對水平角度的影響在面積100km2以內(nèi)時，地球曲率只有在最精密測量時才需考慮。普通測量中，面積在200km2時均不必考慮地球曲率對多邊形角度變形的影響。第一章緒論§1.5測量工作的基本內(nèi)容和程序

1測圖原理地球表面有不規(guī)則的起伏，

地形圖是把地面上高低不平的點

投影到參考橢球面上，用一定的

數(shù)學規(guī)則，按一定的比例尺，用

符號概括表示復雜的地形情況。

在測區(qū)范圍較小的地形圖上，投

影面可以取為平面，如右圖所示。第一章緒論

上圖中A、B、C、D和E是地面上高低不平的一系列點，構成一個空間多邊形；下圖中P是一個平面，由A、B、C、D、E各點向P平面作鉛垂線，這些鉛垂線的垂足在P平面上構成多邊形A′B′C′D′E′，平面上各點為空間各點的正射投影。第一章緒論

多邊形ABCDE和多邊形A′B′C′D′E′并不完全相似。平面上的多邊形邊長都短于空間多邊形相應邊，至多相等。投影平面上的角是包含兩傾斜邊的兩面角在水平面上的投影。所以，地形圖上的各點是實地上相應點在水平面上的正射投影的位置再用測圖比例尺縮繪在圖紙上。第一章緒論

因此，可以得出測量工作中測定點與點之間關系的三條原則（也稱測量工作的基本觀測量）：測定地面上兩點間的距離，是指水平距離。第一章緒論測定兩條邊之間的夾角，是指通過角頂?shù)膬蓷l邊所作兩個豎直平面在水平面上的投影所構成的角，測量上稱為水平角。地面上各點的高差，是指各點沿鉛垂線方向至大地水準面的距離之差即高程之差。第一章緒論測量的基本工作高程測量距離測量角度測量第一章緒論高程測量角度測量距離測量水準儀經(jīng)緯儀測豎直角+距離測量測尺（鋼尺、皮尺等）光電測距儀經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀（視距測量）全站儀第一章緒論2測量工作程序測量工作的基本原則地球表面的外形是多種多樣的，在測量工作中大致將其分為兩大類：地面由自然形成的高低起伏，如山、嶺、河、海等稱“地貌”，地面上的附著物（大部分由人工造成），如房屋、道路、橋梁、界標等稱為“地物”，地物、地貌統(tǒng)稱地形。第一章緒論

在地面測量時，需要測定一系列地面點（地物點和地貌點）的平面位置和高程，這些點稱為“碎部點”。由于任何測量工作都會產(chǎn)生不可避免的誤差，所以每次測量工作必須遵循一定的法則，以防止誤差的積累。第一章緒論

測繪地形圖時，首先要在地面上某點設置儀器，設置儀器的點稱為“測站點”，要在某一測站點測定該地區(qū)的所有地物、地貌是不可能的，如圖中的A點，只能測量附近的地物地貌，對于視線遮擋部分（如山的后面）和視線不能達到的部分（較遠的地區(qū)）就觀測不到，因此需要在若干點上分區(qū)施測，最后拼接成一幅完整的地形圖。第一章緒論

實際工作時，首先采用較嚴密的方法、較精密的儀器測定一系列控制點（A、B、C、D、E和F），以保證整體的精度，再根據(jù)控制點施測周圍的地物地貌。也就是布局上采用“由整體到局部”，精度上“由高級到低級”，在程序上“先控制后細部”，這就是測量工作的基本原則。如圖所示。第一章緒論

測量工作需要采用一定的測量儀器，按一定的測量程序和方法，根據(jù)地形圖圖式所規(guī)定的符號，適當?shù)闹茍D概括，并依據(jù)一定的比例尺將地面上的地形地貌測繪到圖紙上（可以是紙質(zhì)、數(shù)字或其它形式）。因此測量工作分為內(nèi)業(yè)工作和外業(yè)工作兩大部分。第一章緒論

外業(yè)工作包括：踏勘選點、建立標志、測角、量距、測定高差及繪制地形草圖；

內(nèi)業(yè)工作包括：外業(yè)觀測成果的檢查、整理、平差計算、地形圖內(nèi)業(yè)整飾。隨著計算機及相關技術的發(fā)展，還出現(xiàn)了內(nèi)外業(yè)一體化的數(shù)字測