測量第一章(地信)

測量學(xué)主講：郭朝霞surveying第一節(jié)測量學(xué)的定義和任務(wù)第二節(jié)地球的形狀和大小第三節(jié)地面點位置的表示第四節(jié)測量工作的基本內(nèi)容和程序第一章緒論

測量:是指對自然地理要素或地表人工設(shè)施的形狀、大小、空間位置及其屬性等進(jìn)行測定、采集、表述及其對獲取的數(shù)據(jù)、信息、成果進(jìn)行處理和提供的活動。其實質(zhì)上是要確定空間點的位置。

1.1.1

測量學(xué)的學(xué)科分類

大地測量學(xué)：研究地球的整體形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地球重力場問題。

工程測量學(xué)：研究工程建設(shè)中所進(jìn)行的各種測量工作。

設(shè)計----工程準(zhǔn)備----施工----驗收----維護(hù)

地圖制圖學(xué)：利用測量所得的成果資料，研究如何投影編繪和制印地圖的理論和技術(shù)。

攝影測量學(xué)：研究利用航天、航空、地面的攝影和遙感信息，進(jìn)行測量的方法和理論的學(xué)科。

1.1.2普通測量學(xué)的任務(wù)

測定：使用儀器和工具通過測量和計算把地球表面局部地區(qū)的地物、地貌和地籍界線測繪到圖紙上。

普通測量學(xué)：研究地球表面較小區(qū)域內(nèi)測量與制圖的理論、技術(shù)和方法的科學(xué)。

用圖：解決如何使用圖紙，利用圖紙進(jìn)行地形分析和規(guī)劃設(shè)計。

測設(shè)：把規(guī)劃設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來。

1.1.3測量學(xué)在GIS中的作用測量學(xué)是地理信息系統(tǒng)最主要的數(shù)據(jù)來源之一。在幾何學(xué)中；用笛卡爾坐標(biāo)系由x、y、z坐標(biāo)來表示。

其實質(zhì)上是要確定空間點的位置。1.2

地球的形狀和大小地球的自然表面有高山、丘陵、平原、海洋等起伏形態(tài)，海洋面積約占地表面的71%，陸地面積約占29%，是一個不規(guī)則曲面。

地球上的任意一點，都同時受到兩個力的作用：地球自轉(zhuǎn)的離心力和地心引力，它們的合力稱為重力，重力的方向即為鉛垂線方向。

水準(zhǔn)面：自由靜止的海水面延伸到大陸、島嶼內(nèi)而形成的閉合曲面。大地水準(zhǔn)面：自由靜止的平均海水面延伸到大陸、島嶼內(nèi)而形成的閉合曲面。同一水準(zhǔn)面上的重力位處處相等；同一水準(zhǔn)面上任一點的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。大地體：由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球形體。鉛垂線由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻及地殼有高低起伏，所以重力方向有局部變化，致使處處與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面也就不規(guī)則，即無法用數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地表達(dá)出來，所以它不能作為大地測量計算的基準(zhǔn)面。

參考橢球面：接近大地水準(zhǔn)面，用數(shù)學(xué)式表示的橢球面，作為測量計算工作基準(zhǔn)面。配合最佳的參考橢球面

大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面差距N長半徑a=6378140m短半徑b=6356755m扁率f=(a-b)/b=1/298.257

橢球定位：橢球面和大地水準(zhǔn)面相對位置的確定。

涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地原點1.3地面點位置的表示方法

在測量學(xué)中：由特定的地理（或平面）坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)來表示。赤道平面OPM經(jīng)度L緯度BnLB起始子午面（首子午面）

SNL取值范圍：東經(jīng)0~180?西經(jīng)0~180?B取值范圍：北緯0~90?南緯0~90?1.3.1

地理坐標(biāo)（球面）地理坐標(biāo)：用經(jīng)緯度表示地面點位置的球面坐標(biāo)

1、天文地理坐標(biāo)系：是建立在大地水準(zhǔn)面上，以鉛垂線為基準(zhǔn)線的坐標(biāo)系。2、大地地理坐標(biāo)系：是建立在參考橢球面上，以法線為基準(zhǔn)線的坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系（BJZ54）1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80)

WGS-84坐標(biāo)系國家2000坐標(biāo)系（CGCS2000）。

參心坐標(biāo)系：是以參考橢球的幾何中心為基準(zhǔn)的大地坐標(biāo)系。①選擇或求定橢球的幾何參數(shù)（長短半徑）；

②確定橢球中心位置（定位）；

③確定橢球短軸的指向（定向）；

④建立大地原點。1954年北京坐標(biāo)系（BJZ54）

采用克拉索夫斯基橢球的兩個幾何參數(shù)；大地原點在原蘇聯(lián)的普爾科沃；采用多點定位法進(jìn)行橢球定位；高程基準(zhǔn)為1956年青島驗潮站求出的黃海平均海水面；高程異常以原蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差結(jié)果為起算數(shù)據(jù)。按我國天文水準(zhǔn)路線推算而得。

1980年國家大地坐標(biāo)系（GDZ80)

橢球短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向地極原點方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文臺子午面；X軸在大地起始子午面內(nèi)與Z軸垂直指向經(jīng)度0方向；Y軸與Z、X軸成右手坐標(biāo)系；橢球參數(shù)采用IUG1975年大會推薦的參數(shù)長軸：6378140±5（m）；扁率：1：298.257多點定位；橢球定位時按我國范圍內(nèi)高程異常值平方和最小為原則求解參數(shù)大地高程以1956年青島驗潮站求出的黃海平均水面為基準(zhǔn)。

涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地原點WGS-84世界大地坐標(biāo)系原點是地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極CTP方向，X軸指向BIH1984.0零度子午面和CTP赤道的交點，Y軸和Z、X軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系。WGS-84橢球采用國際大地測量與地球物理聯(lián)合會第17屆大會大地測量常數(shù)推薦值。2000國家大地坐標(biāo)系

經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，我國自2008年7月1日起，啟用2000國家大地坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系的原點為包括海洋和大氣的整個地球的質(zhì)量中心；2000國家大地坐標(biāo)系的Z軸由原點指向歷元2000.0的地球參考極的方向，X軸由原點指向格林尼治參考子午線與地球赤道面（歷元2000.0）的交點，Y軸與Z軸、X軸構(gòu)成右手正交坐標(biāo)系。2000國家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)的數(shù)值為：長半軸a＝6378137m扁率f=1/298.257222101地心引力常數(shù)GM＝3.986004418×1014m3s-2

自轉(zhuǎn)角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1

1、地圖投影平面坐標(biāo)系

1.3.2平面直角坐標(biāo)系

高斯平面直角坐標(biāo)系高斯投影是一種等角投影。它是由德國數(shù)學(xué)家高斯提出，后經(jīng)德國大地測量學(xué)家克呂格加以補(bǔ)充完善，故又稱“高斯-克呂格投影”，簡稱“高斯投影”。

1、沿N、S兩極在參考橢球面均勻標(biāo)出子午線(經(jīng)線)和分帶。（按3°、6°等分帶）2、假想一個橫橢圓柱面套在參考橢球面上。3、地球表面投影到橫橢圓柱面上并展開成高斯平面。（1）投影帶的劃分

為減少投影誤差，我國規(guī)定按經(jīng)差6o和3o進(jìn)行投影分帶。

6o帶自首子午線開始，按6o的經(jīng)差自西向東分成60個帶。

3o帶自1.5o開始，按3o的經(jīng)差自西向東分成120個帶。高斯投影帶劃分

6o帶與3o帶中央子午線之間的關(guān)系如圖:

3o帶的中央子午線與6o帶中央子午線及分帶子午線重合，減少了換帶計算。

按照6o帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3o，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號的關(guān)系是：

L。=6oN－3o（N為6o帶的帶號）例：20帶中央子午線的經(jīng)度為

L。＝6o×20－3o＝117o

按照3o帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3o，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號的關(guān)系是：L。=3on（n為3o帶的帶號）例：20帶中央子午線的經(jīng)度為

L。＝3o×20＝60o由帶號計算中央子午線經(jīng)度

若已知某點的經(jīng)度為L，則該點的6o帶的帶號N由下式計算：

N＝（取整）+1

若已知某點的經(jīng)度為L，則該點所在3o帶的帶號按下式計算：

n＝（四舍五入）由子午線經(jīng)度計算帶號SNc子午線中央赤道高斯投影平面赤道中央子午線對每一分帶，以中央子午線為基礎(chǔ)，分別進(jìn)行正形投影。（2）投影1）中央子午線投影后為直線，且為投影的對稱軸，長度不變。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稱軸。投影后有長度變形。3）赤道線投影后為直線，但有長度變形。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy高斯投影的特性4）除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸。5）經(jīng)線與緯線投影后仍然保持正交。

6）所有長度變形的線段，其長度變形比均大于l。7）離中央子午線愈遠(yuǎn)，長度變形愈大。赤道中央子午線平行圈子午線Oxy（3）坐標(biāo)系的建立x軸—

中央子午線的投影y軸—赤道的投影原點O

—兩軸的交點OxyP（X，Y）高斯自然坐標(biāo)注：X軸向北為正，

y軸向東為正。赤道中央子午線

由于我國的位于北半球，東西橫跨12個6o帶，各帶又獨自構(gòu)成直角坐標(biāo)系。故：X值均為正，而Y值則有正有負(fù)。世界地圖赤道xyo500km

=500000+=+636780.360m=500000+=+227559.720m國家統(tǒng)一坐標(biāo)：（帶號）（帶號）不同點：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：數(shù)學(xué)計算公式相同。

（4）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：高斯平面直角坐標(biāo)系笛卡爾坐標(biāo)系ααooyyxxⅠⅠⅢⅡⅡⅣⅣⅢppΔ

x=DcosαΔ

y=DsinαΔ

x=DcosαΔ

y=DsinαDD2、獨立平面直角坐標(biāo)OXY測區(qū)北當(dāng)測區(qū)范圍較小時，地面點的位置可用獨立平面直角坐標(biāo)確定；坐標(biāo)系原點一般選在測區(qū)西南角，假定其坐標(biāo)值（測區(qū)內(nèi)X、Y均為正值）；規(guī)定：X軸向北為正

Y軸向東為正1.3.3地面點的高程

1、絕對高程：地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，也稱海拔。1956年黃海高程系1985年國家高程基準(zhǔn)A大地水準(zhǔn)面HABHB

水準(zhǔn)原點H0驗潮站