長(zhǎng)安大學(xué)測(cè)量學(xué)雙語PPT第1章

HighwaySchoolChang’anUniversity2014.2Surveying課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課總學(xué)時(shí)數(shù)：

60學(xué)時(shí)其中：課堂理論教學(xué)50學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)相關(guān)課程：測(cè)量教學(xué)實(shí)習(xí)（2周）使用教材：

《測(cè)量學(xué)》

——人民交通出版社（許婭婭等主編)

尹暉主編，《測(cè)繪工程專業(yè)英語》，武漢大學(xué)出版社，2005

HaowenYAN等主編，《SURVEYINGPRINCIPLESANDMETHODS》SciencePress2009

尹暉主編，《測(cè)繪專業(yè)詞匯手冊(cè)》，武漢大學(xué)出版社，2008

測(cè)量學(xué)課程概述《測(cè)量學(xué)》教材內(nèi)容TheFirstpart：Thebasic（Chapter1-9）Chap.1－BasicconceptsChap.2、3、4、5－Threebasicwork(H、β、D）Chap.6——ErrortheoriesChap.7——ControlsurveyingChap.8、9——TopographicMapsThesecondpart：Thespecializedsubject（Chapter10-12）Chap.10——ConstructionlayoutChap.11、12——Roadcenterlinesurvey§1-1Surveyingtaskandapplications

一、SurveyingConcept

Studytheshapeandsizeoftheearth,anddeterminatetheground(includingtheair,undergroundandunderwater)pointposition.二、Task

1.測(cè)定（survey+mapping）：groundMaps二、Task2.測(cè)設(shè)(Layoutsetout)MapsGround

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying1.大地測(cè)量學(xué)(geodeticsurvey)Determinepointswithinbroadarea,includingearth'ssizeandshapeofthedetermination,largeareacontrolsurvey,astronomyandgravitysurvey.

2.普通測(cè)量學(xué)（Generalsurvey）

Determinepointswithintheearth'ssurfaceatsmallscale(10-25kilometers),regardlesstheearth'ssurfacecurvature.§1-1Surveyingtaskandapplications§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying

3.攝影測(cè)量與遙感學(xué)：Photogrammetryandremotesensing(RS)

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying4.海洋測(cè)繪學(xué)(Marinesurveying)5.工程測(cè)量學(xué)(Engineeringsurveying)6.制圖學(xué)(Cartography)“3S”技術(shù)(GPS,GIS,RS)WewilllearnGeneralsurveyingandEngineeringsurveying。§1-1Surveyingtaskandapplications四、Rolesofsurveying勘測(cè)設(shè)計(jì)階段:

Surveyvariousdifferentscalesmapsforplananddesign.施工階段:

Theconstructionsurvey,layout(constructionlofting),as-builtsurveyanddeformationobservation.

運(yùn)營(yíng)管理階段:

Deformationobservationandsafetymonitoringandprediction,expandedandreconstruction.

§1-2測(cè)量學(xué)的發(fā)展與現(xiàn)狀一、Thehistoryofsurveying世界最早的測(cè)量記載：公元前21世紀(jì)《史記.夏本記》

記載“準(zhǔn)、繩、規(guī)、距”世界最早的地球球體說：公元前6世紀(jì)，古希臘畢達(dá)哥拉斯，地球自轉(zhuǎn)世界最早的測(cè)量?jī)x器：公元前3世紀(jì)中國四大發(fā)明之一司南，即指南針世界最早提出大地測(cè)量名詞：公元前3世紀(jì)古希臘亞里士多德提出世界最早的地圖論著：公元前3世紀(jì)古希臘埃拉托色尼

《地理學(xué)》提出經(jīng)緯圖，地球周長(zhǎng)世界最早的天文測(cè)量?jī)x器：公元100年，中國東漢張衡，混天儀§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史世界最早的地圖制圖規(guī)范：公元265年，中國西晉裴秀

《禹貢地域圖》序言“制圖六體”世界最早的地形模型：公元421年，中國南朝謝莊制造《木方丈圖》世界最早的近代地球儀：1429年，德國白海姆制作世界最早的地球投影：1569年，德國墨卡托投影世界最早的望遠(yuǎn)鏡：1608年，荷蘭，漢斯發(fā)明望遠(yuǎn)鏡世界最早的近代測(cè)量工作：1617年，荷蘭，斯納爾在世界首次進(jìn)行三角測(cè)量世界最早的地球橢球論：1672年，法國里歇通過觀測(cè)鐘擺周期的實(shí)驗(yàn)，推論地球是橢球；1687年，英國牛頓在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》書中根據(jù)萬有引力定律證明了地球是旋轉(zhuǎn)橢球的理論§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代測(cè)量史的杰出代表，現(xiàn)代測(cè)繪科學(xué)的奠基人，德國著名的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家。1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代測(cè)量平差理論的基礎(chǔ)，1809年正式發(fā)表（概率論創(chuàng)始人法國拉格朗日1806年發(fā)表最小二乘原理）1822年，創(chuàng)立高斯投影理論，1912年由德國大地測(cè)量學(xué)家克呂格補(bǔ)充完善，正式建立高斯-克呂格投影和高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系，簡(jiǎn)稱高斯平面直角坐標(biāo)系1826年，創(chuàng)立三角測(cè)量控制網(wǎng)整體條件平差理論1828年，提出平均海水面概念，為全球建立大地水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面打下基礎(chǔ)§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、測(cè)量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，推動(dòng)了光學(xué)測(cè)量?jī)x器（如光學(xué)水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀）的發(fā)展和廣泛使用1859年第一臺(tái)地形攝影機(jī)在法國制造，洛斯達(dá)開創(chuàng)了地面攝影測(cè)量方法1903年飛機(jī)的發(fā)明，1915年第一臺(tái)自動(dòng)連續(xù)航空攝影機(jī)在德國蔡司測(cè)繪儀器廠研制成功，使航空攝影測(cè)量成為現(xiàn)實(shí)1947年瑞典生產(chǎn)第一臺(tái)光電測(cè)距儀，世界從此進(jìn)入電子測(cè)量時(shí)代。隨后相繼出現(xiàn)了微波測(cè)距儀、激光測(cè)距儀、紅外測(cè)距儀等電子經(jīng)緯儀+光電測(cè)距儀+計(jì)算機(jī)=電子全站儀§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、測(cè)量學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀從游標(biāo)經(jīng)緯儀→光學(xué)經(jīng)緯儀→電子經(jīng)緯儀→電子全站儀→數(shù)字智能型全站儀從光學(xué)水準(zhǔn)儀→自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀→電子水準(zhǔn)儀→數(shù)字水準(zhǔn)儀從地面攝影測(cè)量→航空攝影測(cè)量→數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量→衛(wèi)星遙感（RS）圖像處理→三維激光掃描系統(tǒng)從野外白紙測(cè)圖→計(jì)算機(jī)機(jī)助制圖→數(shù)字化自動(dòng)成圖→地理信息系統(tǒng)（GIS）從全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）→“3S”集成技術(shù)§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying三、我國測(cè)量事業(yè)的發(fā)展建立和統(tǒng)一了全國坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)建立了全國的大地控制網(wǎng)、國家水準(zhǔn)網(wǎng)、基本重力網(wǎng)、完成了大地網(wǎng)和水準(zhǔn)網(wǎng)的整體平差；完成了國家基本圖的測(cè)繪工作已完成全國GPS大地控制網(wǎng)和GIS基礎(chǔ)框架進(jìn)行了珠穆朗瑪峰高程的測(cè)量。制定了各種測(cè)繪技術(shù)規(guī)范（規(guī)程）和法規(guī)，統(tǒng)一了技術(shù)規(guī)格和精度指標(biāo)。

測(cè)繪儀器生產(chǎn)發(fā)展迅速，不僅生產(chǎn)出各等級(jí)的經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、平板儀，而且還能批量生產(chǎn)電子經(jīng)緯儀、電磁波測(cè)距儀、自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀、全站儀、GPS接收機(jī)、解析測(cè)圖儀等。

§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、TheshapeandsizeoftheearthTheearthisahypsographyellipsoidThehighestpeak:8844.43mThedeepestplace:11022.00mThebiggestheightdifference

is20kmTheearth'saverageradius:6371kmTheearthisanapproximatesmoothwaterpoloMainlandarea:29%Oceanarea:71%§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying2.測(cè)量基準(zhǔn)面（datumplane）(1）大地水準(zhǔn)面(Geodeticsurface)（Geoid）水準(zhǔn)面（levelplane）：Itissupposedtohaveafreecalmseasurface,thelandwardextensionsandformaclosedsurface。

Levelsurfaceiscontinuoussurfacewherethegravitydirectionofeverypointisperpendicular。

§1-3Basicknowledgeofsurveying大地水準(zhǔn)面(Geodeticsurface)

：

Thegeoid:levelsurfacehavecountless,amongthemtheonethroughtheaverageseasurfaceiscalledthegeoid.

Bythegeoidsurroundearthformcalledtheearthbody.Thegeoidisthedatumandtheplumb-lineisthedatumlineofsurveying.§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）參考橢球面(referenceellipsoid)

為使用方便，通常用一個(gè)非常接近于大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何形體即地球橢球(Earthellipsoid）來代替地球的形狀作為測(cè)量計(jì)算工作的基準(zhǔn)面。地球橢球是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的形體，故地球橢球又稱為旋轉(zhuǎn)橢球(Rotatingellipsoid)?！?-3Basicknowledgeofsurveying(2)參考橢球（Referenceｅllipsoid）

Longradiusofa,

Shortradiusofb,

FlatrateRotatingellipsoidtheoryisthemathematicalball。

Rotatingellipsoidparameter,difficulttoglobalunification.Everystateisdeterminedandtherotatingellipsoidcalledreferenceellipsoid.

ZYX§1-3Basicknowledgeofsurveying參考橢球體的定位

Accordingtoacertaincondition,todeterminerelativepositionsbetweenthereferenceellipsoidandgeoid．中國1980年國家大地坐標(biāo)系

以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點(diǎn)為大地原點(diǎn)進(jìn)行定位，建立了全國統(tǒng)一坐標(biāo)系．§1-3BasicknowledgeofsurveyingAbstract§1-3BasicknowledgeofsurveyingTheearthsurfaceTHEearthbodyRotatingellipsoidbodyThegeoidRotatingellipsoid§1-3Basicknowledgeofsurveying二、Groundpointdetermination

Theessenceoftheistodeterminethelocationofgroundpoint.Themethods:

1.Three-dimensionalrectangularcoordinate(X,Y,Z).2.Two-dimensionalcoordinatesystem(x,y)(suchastheearthcoordinatesystem)andaDimensioncoordinatesystem(suchasspecifiedverticalsystem(H)torepresent,(x,y,H).3.(B,L)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定1．大地坐標(biāo)系GeodeticcoordinatesystemItissupposedthatthegroundpointinearth’ssurfaceellipsoidplace.theearthlongitudeandlatitudeB,LDatum:ReferenceellipsoidBaseline:plumblineverticalline

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定

2．空間直角坐標(biāo)系(spatialrectangularcoordinates)

以橢球體中心O為原點(diǎn)，起始子午面與赤道面交線為X軸，赤道面上與X軸正交的方向?yàn)閅軸，橢球體的旋轉(zhuǎn)軸為

Z軸，指向符合右手規(guī)則。在該坐標(biāo)系中，P點(diǎn)的點(diǎn)位用OP在這三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影x,y,z表示。§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定

3．獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)

ThelongitudinalaxesXaxis,northispositive,thehorizontalaxesYdirectionaxis,eastispositive.

yAWy(E)S(Thefourthquadrant)(Thethirdquadrant)(Thefirstquadrant)(Thesecondquadrant)AxAo(S-W)(N)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定3．獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)Surveyingplanereactanguledcoordinatesystem

Mathematics

planereactanguledcoordinatesystem

§1-3Basicknowledgeofsurveying4．高斯平面直角坐標(biāo)系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)（1）Gaussianprojection(高斯投影)Crosscutdirectedcylindrical（橫軸橢圓柱投影）

Objective:Transformsphericalcoordinatetotheplanecoordinates.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定（1）Gaussianprojection

OSN赤道面中央子午線M§1-3Basicknowledgeofsurveying

高斯投影特點(diǎn)：

1、Thecentralmeridianandtheequatorialprojectionintomutuallyperpendicularlines.2、Thecentralmeridianlengthisconstant,thefartherfromitthebiggerthedeformationis.3、Toensuretheprojectionprecision,mustusezoningprojection.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定（2）高斯平面直角坐標(biāo)系(gaussplanerectangularcoordinatesystem)Coordinatesorigin:theintersectionsoftheequatorialandcentralmeridian.X:centralmeridianprojectiontonorth.Y:theequatorprojection,eastispositive.

WENSABybyayxo§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定（2）Gaussplanerectangularcoordinatesystem(1)

6projectionzones:centralmeridianlongitude:(2)3projectionzones:centralmeridianlongitude:§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）高斯平面直角坐標(biāo)系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)

我國位于北半球(赤道以北)，x坐標(biāo)值均為正值，而y坐標(biāo)值則有正有負(fù)。為了避免y坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值，我國規(guī)定將每帶的坐標(biāo)原點(diǎn)向西移500km。由于各投影帶上的坐標(biāo)系是采用相對(duì)獨(dú)立的高斯平面直角坐標(biāo)系，為了能正確區(qū)分某點(diǎn)所處投影帶的位置，規(guī)定在橫坐標(biāo)值前面冠以投影帶帶號(hào)?！?-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點(diǎn)位的確定

B點(diǎn)真正橫坐標(biāo)yb＝-124625.723m；按照上述規(guī)定，y值應(yīng)改寫為yb

＝20(-124625.723+500000)＝20375374.277WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx§1-3Basicknowledgeofsurveying5．高程系統(tǒng)（Elevationsystem）絕對(duì)高程(Absoluteheight(altitude)（Elevation）):Referstothedistancefromacertainpointtothegeoidalongtheplumbline,H.

相對(duì)高程（Relativeheight(altitude)（Elevation））:Theverticaldistancefromsomepointtoassumptionlevel.

高差（Elevationdifference）:Thedifferencebetweentwopoints，hB§1-3BasicknowledgeofsurveyingABHAHBH'AH'BYellowseaaveragesurface.Thegeoid

Assuminglevelsurface

hAB§1-3Basicknowledgeofsurveying5.高程系統(tǒng)（Elevationsystem）

高程基準(zhǔn)面如何確定，基準(zhǔn)點(diǎn)的高程為多少呢？

以青島驗(yàn)潮站多年的觀測(cè)資料求得黃海平均海水面，作為我國的高程基準(zhǔn)面，建立了“1956年黃海高程系”，在青島市觀象山建立國家水準(zhǔn)基點(diǎn)（基點(diǎn)高程Ｈ=72.289m）。1987年啟用“1985國家高程基準(zhǔn)”，測(cè)定X新的國家水準(zhǔn)基點(diǎn)高程Ｈ＝72.260m。

§1-3Basicknowledgeofsurveying三、用水平面代替水準(zhǔn)面的限度(thelimitofusingtheplanereplacingthelevel)1、InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvatureInthegeoid：

Intheplane：

Error：

Therelativeerror：Ｒ＝637lkm，§1-3BasicknowledgeofsurveyingTab.1distanceerrorandrelativeerrorConclusion:

Inaradius,10kmrange(equivalenttoarea320km2),InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvaturecanbeignored。

Whenaccuracyrequirementislow,alsocanbeextendedtotheradiusof25km(equivalenttoarea2000km2).D/kmΔD/mmΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000§1-3Basicknowledgeofsurveying

2．InfluencetohorizontalanglefromLevelcurvity

由球面三角學(xué)知識(shí)知道，同一空間多邊形在球面上投影的各內(nèi)角之和，較其在平面上投影的各內(nèi)角之和大一個(gè)球面角超ε

Conclusion:

Itisnotconsideredthattheeffectoftheearthcurvaturetohorizontalangleingeneralsurveyingworkbesidesinthehighprecisework.

Sphericalarea(km2）ε(″)Sphericalarea(km2）ε(″)10500.050.251005000.512.54§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoelevationdifferencefromLevelcurvity§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoaltitudedifferencefromLevelcurvity

TheelevationerrorConclusion:Fromthetableweknow,theinfluencemustbeconsideredandcorrected,onlevel(height)measurement.S(m)10501002005001000(mm)0.00.20.83.119.678.5§1-4Basicconceptsofsurveying一、BasicprinciplesinsurveyingSurveyinglayout,shouldfollowthe“fromthewholetothesections”.Surveyingprecision,shouldfollowthe“fromtheseniortothelow-level”.

Surveyingprocedures,shouldfollowthe“controlsurveyingfirstlythendetailed”.Ineverysurveyingsteps,shouldfollowthe“Alwayscheck,eliminateerrors”.

§1-4Basicconceptsofsurveying二、Controlsurveying

Determinationplaneposition(coordinates)andelevationofcontrolpoints,asbasisofsurveyingtopographicmapsandconstructionlayout.

Theplanecontrolsurvey

：

確定測(cè)區(qū)中一系列控制點(diǎn)的坐標(biāo)（x、y），形式有導(dǎo)線測(cè)量、邊角測(cè)量及交會(huì)定點(diǎn)等。Elevationcon