《測量學(xué)》第一章緒論

主講人：李秋實測量學(xué)李秋實黑龍江省專升本指定教材：《土木工程測量》——機械出版社主編：朱愛民郭宗河第1章緒論＊第2章水準(zhǔn)測量＊第3章角度測量＊第4章距離丈量和直線定向＊第5章全站儀＊第6章測量誤差基本知識 ＊第7章小區(qū)域控制測量＊第8章大比例尺地形圖測繪＊第9章地形圖應(yīng)用＊第10章測設(shè)的基本工作＊第11章建筑工程測量第12章道路工程測量第13章橋梁與隧道工程測量第14章全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)＊第15章攝影測量與遙感第16章地理信息系統(tǒng)李秋實第1章緒論

第一節(jié)測量學(xué)概述第二節(jié)地球的形狀和測量基準(zhǔn)第三節(jié)測量的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)第四節(jié)水平面代替水準(zhǔn)面的分析第五節(jié)測量工作概述李秋實第一節(jié)測量學(xué)概述測量學(xué):測量學(xué)是研究地球的形狀和大小及確定地面（包括空中、地下和海底）點位置的科學(xué)。李秋實任務(wù):包括測定和測設(shè)兩方面1、測定（測繪）是指使用測量儀器和工具，通過觀測和計算，得到一些列測量數(shù)據(jù)，把地球表面的地形圖。作用:供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計、科學(xué)研究和國防建設(shè)使用。2、測設(shè)（放樣）是將圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建筑物、工程構(gòu)造物的位置在地面上標(biāo)定出來。作用：為施工提供依據(jù)（由地面到圖紙）（由圖紙到地面）李秋實測量學(xué)的分科普通測量學(xué): 研究將地球表面局部地區(qū)的地貌及人工構(gòu)造物繪成大比例尺地形圖的基本理論和方法的科學(xué)，是測量學(xué)的基礎(chǔ)。大地測量學(xué): 研究地球表面大區(qū)域的點位測定以及整個地球的形狀、大小和地球重力場測定的理論和方法的科學(xué)。攝影測量學(xué): 研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測地表物體的信息(影形或數(shù)字)，進(jìn)行分析處理，繪制成地形圖或數(shù)字模型的理論和方法的科學(xué)工程測量學(xué): 研究工程建設(shè)在規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行、管理等各階段進(jìn)行的測量工作的理論和方法的科學(xué)。制圖學(xué): 研究地球表面的點、線經(jīng)過投影變換后繪制成滿足各種不同要求的地圖、海圖的科學(xué)。李秋實第二節(jié)

地球的形狀和大小李秋實通常認(rèn)為的地球形狀李秋實李秋實地球的自然表面有：高山、丘陵、平原、盆地及海洋等，另外還有大量的人工構(gòu)造物，就整個地球而言，海洋的面積約占71%，陸地面積約占29%。地球的自然表面極不規(guī)則，世界最高的珠穆朗瑪峰高達(dá)8844.13m，最深的馬里亞納海溝深達(dá)11022m。水準(zhǔn)面：（無數(shù)個）由于地球表面71%被海水所覆蓋，所以可以把海水所覆蓋的形體看作地球總的形狀，（只有重力作用，無潮汐、風(fēng)浪影響），設(shè)想以一個靜止不動的海水面延伸通過大陸、島嶼，形成一個包圍地球的封閉曲面，這個曲面就稱為水準(zhǔn)面。特點：

1、封閉 2、處處與重力方向垂直 3、不規(guī)則李秋實大地水準(zhǔn)面（唯一）:水準(zhǔn)面的特性是它處處與鉛垂線成正交，符合這一特性的水準(zhǔn)面有無數(shù)個，其中通過平均海水面的那個水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。李秋實參考橢球面: 如果將地球表面上的圖形投影到大地水準(zhǔn)面上，將對測量計算和繪圖帶來很多困難，甚至難以進(jìn)行，為此選用一個非常接近大地水準(zhǔn)面，并可用數(shù)學(xué)表達(dá)的規(guī)則幾何面來代替大地水準(zhǔn)面，這個規(guī)則幾何面稱為旋轉(zhuǎn)橢球面，也稱參考橢球面。李秋實目前，國際上公認(rèn)的數(shù)值為長半軸a＝6378.137km短半軸b＝6356.752km扁率f＝(a-b)/a＝1/298.253由于參考橢球體的扁率很小，當(dāng)測區(qū)不大時，可將地球當(dāng)作圓球，其半徑近似值為R＝（a+a+b）/3＝6371km

李秋實第三節(jié)

測量的坐標(biāo)系和高程系統(tǒng)李秋實坐標(biāo)系的建立有了參考橢球面和大地水準(zhǔn)面就有了坐標(biāo)系建立的基礎(chǔ)。測量工作的基本任務(wù)是確定地面點的空間位置，通常是確定地面點在參考橢球面上的投影位置——坐標(biāo),以及地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離——高程。李秋實我國目前常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有：1、地理坐標(biāo)系統(tǒng)2、空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)3、高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)4、獨立平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)李秋實地理坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系是表示地面點在參考橢球面上的位置，它的基準(zhǔn)是法線和參考橢球面。如圖1.2所示，表示為P(L,B,H0)李秋實空間直角坐標(biāo)系空間任一點的坐標(biāo)表示為(X,Y,Z)，坐標(biāo)原點在總地球質(zhì)心或參考橢球中心，Z軸與平均自轉(zhuǎn)軸相重合，指向某一時刻的平均北極點，X軸指向平均自轉(zhuǎn)軸與平均格林威治天文臺所決定的子午面與赤道面的交點Ge，而Y軸與XOZ平面垂直，且與X軸，Z軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。李秋實高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng):

設(shè)想用一個橫橢圓柱套在參考橢球外面，并與某一子午線相切（該子午線稱為中央子午線）地球的赤道面的投影與橢圓柱面相交成一條直線，其與中央子午線正交；圓柱的中心軸CC’通過參考橢球中心O并與地軸NS垂直；將中央子午線東西各一定經(jīng)差范圍內(nèi)的地區(qū)投影到橫橢圓柱面上，再將該橫橢圓柱面展平即稱為投影面，如圖1.4所示。高斯投影又稱為橫軸橢圓柱投影。李秋實李秋實為了控制長度變形，將地球橢球面按一定的經(jīng)度差分成若干范圍不大的帶，稱為投影帶，常用帶寬為6°，3°，分別稱為6°投影和3°投影。6°投影

3°投影李秋實國家統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)為了便于區(qū)別某點位于哪一個投影帶內(nèi)，在橫坐標(biāo)值前冠以投影帶帶號，這種坐標(biāo)稱為國家統(tǒng)一坐標(biāo)。 我國規(guī)定將X坐標(biāo)軸向西平移500km，即所有點的Y坐標(biāo)值均加上500km。即：相對關(guān)系x=X，y=Y+500；李秋實我國位于北半球，在高斯平面直角坐標(biāo)系內(nèi)，X坐標(biāo)均為正值，而Y坐標(biāo)值有正有負(fù)。例如，P點的高斯平面直角坐標(biāo)Xp=3275611.188m；Yp=―376543.211m，若該點位于第19帶內(nèi)，則P點的國家統(tǒng)一坐標(biāo)表示為xp=3275611.188m；yp=19123456.789m。（500000-376543.211=123456.789）李秋實4.獨立坐標(biāo)系統(tǒng)（平面直角坐標(biāo)）:當(dāng)測區(qū)的范圍較小時，可以把測區(qū)的球面當(dāng)作平面看待，用平面直角坐標(biāo)來確定點位。李秋實高程系統(tǒng)絕對高程: 地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，簡稱高程，又稱海拔。相對高程: 地面點到假設(shè)高程基準(zhǔn)面的鉛垂距離。李秋實1、絕對高程基準(zhǔn)面為大地水準(zhǔn)面2、相對高程基準(zhǔn)面為水準(zhǔn)面3、水準(zhǔn)原點：我國在青島設(shè)立驗潮站，進(jìn)行長期觀測，取黃海平均海水面作為高程基準(zhǔn)面：1956年黃海高程系統(tǒng)（中華人民共和國水準(zhǔn)原點高程72.289m）1985年國家高程基準(zhǔn)（中華人民共和國水準(zhǔn)原點高程72.260m）李秋實地面上兩點高程之差稱為高差，以h表示。A、B兩點的高差為:hAB=HB－HA=HB′－HA′高程解算:HB=HA+hAB李秋實測量學(xué)>緒論>地球曲率對測量工作的影響

第四節(jié)地球曲率對測量工作的影響（用水平面代替水準(zhǔn)面的限度）李秋實水準(zhǔn)面上的距離為D；在水平面上的距離為D’；兩者之差為△D，則△D＝D’－D＝R（tanθ－θ）（tanθ＝θ+1/3θ3

θ=D/R）則

323DDRD=223DDDRD=地球曲率對水平距離的影響李秋實距離

D(km)距離誤差ΔD(cm)相對誤差ΔD/D100.81:12200002512.81：20000050102.71：49000100821.21：49000因此，在10km的范圍內(nèi)，即面積約320km2內(nèi)，以水平面代替水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的距離誤差可以忽略不計。

李秋實地球曲率對水平角的影響球面三角形的三個內(nèi)角之和為：α＋β＋γ＝180o＋ε″ε″＝Sρ″/R2（R=6371km,ρ″=206265″）當(dāng)S=320km2(即R=10km)時ε″=1.6″李秋實地球曲率對高程的影響李秋實測量學(xué)>緒論>地球曲率對測量工作的影響

D(km)0.112510Δh(cm)0.08831196785以水平面代替水準(zhǔn)面，在1km的距離內(nèi)高程誤差就有8cm。因此，當(dāng)進(jìn)行高程測量時，即使距離很短也必須考慮水準(zhǔn)面曲率（即地球曲率）的影響。

李秋實測量學(xué)>緒論>測量工作概述第五節(jié)

測量工作基本概念李秋實基本原則:（1） 布局上：由整體到局部 精度上：由高級到低級 次序上：先控制后碎部（2）對測量工作的每個工序，堅持“邊工作邊檢核”。基本原則在測繪地形圖和施工放樣上的應(yīng)用（1）測繪地形圖（2）施工放樣李秋實控制測量分為：平面控制測量： 平面控制測量又分為三角測量、導(dǎo)線測量和GPS測量。高程控制測量： 高程控制測量分為水準(zhǔn)測量、三角高程測量、氣壓高程測量和GPS高程測量。碎步測量 以控制點為依據(jù)，以較低的精度測定控制點至碎部點（地形特征點