測(cè)量學(xué)第1章緒論

測(cè)量學(xué)賈東振E-mail:jdz@河海大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與工程系2用戶名：hhu_celiangxue@163.com

密碼：celiangxue網(wǎng)易公共信箱：2023/2/53學(xué)分：3學(xué)分（48學(xué)時(shí)）2學(xué)分（32學(xué)時(shí)）教材：《測(cè)量學(xué)》

——國防工業(yè)出版社特點(diǎn)：＃內(nèi)容多＃實(shí)踐性強(qiáng)課程概況2023/2/54教學(xué)內(nèi)容第一部分（第1章）

測(cè)量學(xué)的基本概念和基本知識(shí)第二部分（第2～4章）

高程、角度和距離測(cè)量的基本原理和方法第三部分（第6、7章）

平面、高程控制測(cè)量第四部分（第8、9、10）章）

地形圖的測(cè)繪及地形圖的應(yīng)用第五部分（第11、12）章）

工程測(cè)量基本工作及應(yīng)用2023/2/55實(shí)驗(yàn)要求●儀器安全：請(qǐng)勿損壞儀器●課堂實(shí)習(xí)：嚴(yán)格按照規(guī)定的作業(yè)和操作程序進(jìn)行●記錄：字跡清晰、端正，不得任意涂改●計(jì)算：按平差規(guī)則、作計(jì)算檢核、保證計(jì)算精度2023/2/56第一章緒論測(cè)量學(xué)的定義測(cè)量學(xué)的分類測(cè)量的基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)線地面點(diǎn)位置的表示方法測(cè)量的基本工作和原則1.確定地面點(diǎn)位的方法2.高斯平面直角坐標(biāo)系的建立本章要點(diǎn)：本章難點(diǎn)：2023/2/5測(cè)量學(xué)的產(chǎn)生生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等

公元前二十七世紀(jì)建設(shè)的埃及大金字塔，其形狀與方向都很準(zhǔn)確，說明當(dāng)時(shí)已有放樣的工具和方法。

我國夏商時(shí)代，早期的水利工程多為河道的疏導(dǎo)，以利防洪和灌溉，其主要的測(cè)量工作是確定水位和堤壩的高度。戰(zhàn)國李冰父子曾用一個(gè)石頭人來標(biāo)定水位；（現(xiàn)代水位測(cè)量）沈括測(cè)得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”。（水準(zhǔn)）長(zhǎng)沙馬王堆漢墓出土的地圖包括了地形圖、駐軍圖和城邑圖。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。明朝洪武四年，全國進(jìn)行土地大清查和勘丈，編制的魚鱗圖冊(cè)，是世界最早的地籍圖冊(cè)。漢.馬王堆軍事圖都江堰.石人宋.地塊圖明.魚鱗圖埃及.金字塔軍事、交通運(yùn)輸?shù)男枰?---旅行、航海等

工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展也受到了戰(zhàn)爭(zhēng)的促進(jìn)。中國戰(zhàn)國時(shí)期修筑的午道，秦始皇修建的直道，古羅馬構(gòu)筑的兵道，公元前218年歐洲修建的通向意大利的“漢尼撥通道”等都是著名軍用道路。修建中應(yīng)用了測(cè)量工具進(jìn)行勘測(cè)、定線測(cè)量和隧道定向開挖測(cè)量。唐代李筌指出“以水佐攻者強(qiáng)，……，先設(shè)水平測(cè)其高下，可以漂城，灌軍，浸營，敗將也”，說明了測(cè)量地勢(shì)高低對(duì)軍事成敗的作用據(jù)《周禮》記載，在周朝已建立了專門的采礦部門，開采時(shí)很重視礦體形狀，并使用礦產(chǎn)地質(zhì)圖來辨別礦產(chǎn)的分布。意大利都靈保存有公元前十五世紀(jì)的金礦巷道圖。公元前十三世紀(jì)埃及也有按比例縮小的巷道圖。公元前一世紀(jì)，希臘學(xué)者格羅·亞里山德里斯基對(duì)地下測(cè)量和定向進(jìn)行了敘述。德國在礦山測(cè)量方面有很大貢獻(xiàn)，1556年格·阿格里柯拉出版的《采礦與冶金》一書，專門論述了開采中用羅盤測(cè)量井下巷道的一些問題。

9①夏禹時(shí)，準(zhǔn)、繩、規(guī)、矩的測(cè)量工具；②戰(zhàn)國時(shí)，最早的指方向的儀器——司南開始應(yīng)用；③東漢張衡的渾天儀和地動(dòng)儀；④宋沈括繪制《天下州縣圖》，制做木圖，比歐洲早700年；⑤元朝郭守敬進(jìn)行天文測(cè)量，實(shí)測(cè)27個(gè)點(diǎn)。推算一年為365.02425天我國測(cè)量學(xué)的發(fā)展唐代賈耽《華夷圖》禹陸行乘車，水行乘舟，泥行乘橇，山行乘攆，左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩，載四行，以開九州，通九道2023/2/5101、測(cè)量學(xué)的定義通俗來說——解決的問題山有多高、海有多深？路有多遠(yuǎn)、地有多大？敢問路在何方？…2023/2/511測(cè)量學(xué)的定義（續(xù)）它是研究地球的形狀、大小以及地球表面各種形態(tài)的科學(xué)。主要任務(wù)：確定地球的形狀和大小，為地球科學(xué)提供必要的數(shù)據(jù)和資料；將地球表面的地物地貌測(cè)繪成圖；將圖紙上的設(shè)計(jì)成果測(cè)設(shè)至現(xiàn)場(chǎng)。2023/2/5122、測(cè)量學(xué)分類

地圖制圖學(xué)

攝影測(cè)量與遙感

大地測(cè)量學(xué)

地形測(cè)量學(xué)

工程測(cè)量學(xué)

測(cè)量學(xué)的分類2023/2/5131.大地測(cè)量學(xué)

是“測(cè)定和描繪地球表面的科學(xué)”在廣大區(qū)域建立國家大地控制網(wǎng)，測(cè)定地球形狀、大小、重力場(chǎng)及其變化的技術(shù)方法的學(xué)科。確定地球形狀及其外部重力場(chǎng)及其隨時(shí)間的變化，建立統(tǒng)一的大地測(cè)量坐標(biāo)系，研究地殼形變（包括地殼垂直升降及水平位移），測(cè)定極移以及海洋水面地形及其變化等。研究月球及太陽系行星的形狀及其重力場(chǎng)。建立國家和全球的各種控制網(wǎng)。研究高精度儀器和方法等。研究地球表面向橢球面或平面的投影變換及有關(guān)的大地測(cè)量計(jì)算。研究地面、空間及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)學(xué)處理理論和方法。14珠峰測(cè)量-高度測(cè)量歷史2023/2/51852年，以英國人華夫?yàn)槭椎臏y(cè)量隊(duì)用大地測(cè)量的方法，在印度平原上測(cè)定珠峰高度為8840米，首次確定珠峰為世界最高峰。20世紀(jì)初，國外采用氣壓測(cè)定的8882米作為珠峰高程。1954年，印度測(cè)量局在1852年測(cè)量基礎(chǔ)上，重新測(cè)定珠峰為8847.6米。1975年，我國首次在珠峰設(shè)置3.5米的覘標(biāo)，測(cè)定珠峰高程為8848.13米。1987年3，意大利人阿迪托·德希奧，采用全球定位系統(tǒng)求得珠峰正高8872米。1992年5月和10月間，美國、意大利分別采用GPS技術(shù)和光電測(cè)距儀技術(shù)，重新測(cè)定珠峰高程，德希奧提供的數(shù)據(jù)為8846.10米。2005珠峰峰頂巖石面海拔高程8844.43米,峰頂冰雪深度3.50米1975年5月27日，我國首次將測(cè)量覘標(biāo)立于珠峰之顛。從珠峰附近選擇了9個(gè)測(cè)站點(diǎn)，它們分布在以珠峰為中心的69度的扇形區(qū)域內(nèi)，至珠峰的距離為8.5～21.2公里，高程為5600～6240米。在9個(gè)測(cè)站上對(duì)珠峰覘標(biāo)觀測(cè)水平角和垂直角，根據(jù)水平角確定珠峰的水平位置和各測(cè)站至珠峰的水平距離。根據(jù)三角高程測(cè)量原理，由這些垂直角和水平距離確定各測(cè)站同珠峰之間的高差，在進(jìn)行了天文、重力、氣象測(cè)量等修正后，進(jìn)而推得從我國黃海平均海面起算的珠峰高程為

8848.13米。珠峰測(cè)量-重測(cè)珠峰背景測(cè)量原理：

大地測(cè)量的方法測(cè)量的特點(diǎn)：

只測(cè)量角度改正：

重力改正，氣壓改正等珠峰測(cè)量-1975年測(cè)量原理起算面也即海拔原點(diǎn)的選擇不同。我國珠峰高程起算面黃海海平面與印度洋海平面為例比較，兩者就存在20厘米左右的差距。大地水準(zhǔn)面的確定更加精確。珠峰冰雪層的變化，變化的范圍為1～2m測(cè)量精度。

1975年我國珠峰測(cè)高沒有采用激光測(cè)距手段。2005采用激光測(cè)距，使測(cè)量精度提高了一倍以上。珠峰測(cè)量-8848.13受質(zhì)疑的原因18珠峰測(cè)量-2005年珠峰測(cè)量測(cè)量方法（1）傳統(tǒng)大地測(cè)量方法

包括導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量等（2）GPS測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)過程：（1）從拉孜出發(fā)行進(jìn)500km到達(dá)珠峰5600m處，采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法（2）5600米起使用覘標(biāo)、GPS、冰雪深雷達(dá)綜合測(cè)量峰頂高度。第一階段測(cè)量：精密水準(zhǔn)測(cè)量，路線長(zhǎng)度500km,測(cè)量誤差為：0.5mm/km。202023/2/5第二階段測(cè)量：三角高程測(cè)量（6250米）22豎立在珠峰頂?shù)臏y(cè)量覘標(biāo)2023/2/5綜合考慮各種誤差的影響，本次測(cè)量的精度約為±0.3m。珠峰高度為8844.43米。24大地測(cè)量學(xué)—GNSS（GPS）2023/2/5252.地形測(cè)量學(xué)

研究小區(qū)域內(nèi)地表各類物體形狀和大小，將小區(qū)域內(nèi)地物和地面起伏按一定比例縮小后，繪制成平面圖或地形圖的學(xué)科。地形測(cè)量學(xué)，就是在小區(qū)域內(nèi)對(duì)地物形狀進(jìn)行描述，然后依據(jù)一定的符號(hào)原則將其按比例縮小并繪制成平面圖的一種科學(xué)。就實(shí)際來說是進(jìn)行最多的一種測(cè)量方式。26地形測(cè)量實(shí)地景觀一角

輸出的等高線圖輸出的三維透視圖273.攝影測(cè)量與遙感對(duì)非接觸傳感器獲取的影像和數(shù)字表達(dá)的記錄進(jìn)行量測(cè)和解譯的過程。是影像信息的獲取，處理，提取和成果表達(dá)的一門信息科學(xué)。2023/2/528攝影測(cè)量與建模原始影像處理后的影像再處理后的影像立面圖攝影測(cè)量改變了傳統(tǒng)的對(duì)地測(cè)量方式，擴(kuò)大了應(yīng)用領(lǐng)域292023/2/5近景攝影測(cè)量302023/2/5航空攝影測(cè)量31遙感(RemoteSensing)南京遙感衛(wèi)星影像322002年9月5日2006年8月27日2007年10月21日2008年8月18日對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理生成所需的正射影像圖，將生成的正射影像圖與基期土地利用現(xiàn)狀空間數(shù)據(jù)庫進(jìn)行空間疊加分析，提取變化信息。變化信息以變更調(diào)查記錄表和變更圖斑位置示意圖的方式來表示，以便于后面的GPS測(cè)量基于RS技術(shù)的變更源發(fā)現(xiàn)鳥巢、水立方、國家體育館變遷2023/2/533基于RS技術(shù)的海岸線變遷34三維激光掃描掃描點(diǎn)云三維建模2023/2/535三維激光掃描（續(xù)）激光腳點(diǎn)坐標(biāo)的獲取2023/2/536三維激光掃描（續(xù)）2023/2/537三維激光掃描（續(xù)）三維激光掃描現(xiàn)場(chǎng)圖2023/2/538三維激光掃描（續(xù)）激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模2023/2/539三維激光掃描（續(xù)）2023/2/5404.工程測(cè)量學(xué)工程測(cè)量學(xué)是研究在工程建設(shè)和自然資源開發(fā)的勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工、管理各個(gè)階段進(jìn)行測(cè)量的理論和技術(shù)的學(xué)科。工程測(cè)量學(xué)包含控制測(cè)量、地形測(cè)繪、施工放樣、變形監(jiān)測(cè)及建立相應(yīng)信息系統(tǒng)等內(nèi)容。2023/2/541道路測(cè)量42預(yù)制板檢測(cè)43水位監(jiān)測(cè)44場(chǎng)地平整2023/2/545橋梁監(jiān)測(cè)2023/2/546隧道測(cè)量2023/2/5475.地圖制圖學(xué)地圖制圖學(xué)是研究繪制或表述地球表面及其附屬物形狀的成圖理論與方法的學(xué)科。地圖的表現(xiàn)形式有圖形、圖像和數(shù)字，是測(cè)繪行業(yè)的主要產(chǎn)品形式之一。2023/2/548南京市1:5萬地形圖2023/2/5493、測(cè)量的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面鉛垂線:某點(diǎn)的重力方向線稱為鉛垂線，簡(jiǎn)稱垂線。50大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面—假設(shè)有個(gè)靜止的海水面，向陸地延伸形成的封閉曲面。地球上自由靜止的水面都是水準(zhǔn)面（無數(shù)個(gè)）大地水準(zhǔn)面—通過觀測(cè)，求出平均高度海水面、并延伸通過陸地的不規(guī)則封閉曲面。它是重力等位面。（僅有一個(gè)）大地水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線廈門各驗(yàn)潮站地理位置…………平均水位：5.52m51

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(zhǔn)面是個(gè)復(fù)雜的曲面。無法準(zhǔn)確描述和計(jì)算，也難以在其面上處理測(cè)量成果。參考橢球面

用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面代替大地水準(zhǔn)面，這個(gè)面稱為參考（旋轉(zhuǎn)）橢球面，橢球面所包含的形體稱為參考（旋轉(zhuǎn)）橢球體。外業(yè)：鉛垂線和大地水準(zhǔn)面

內(nèi)業(yè)：法線和參考橢球面2023/2/552參考橢球體各種參考橢球目前最常用的參考橢球是美國國防部制圖局在1984年構(gòu)建的WGS84橢球534、地面上點(diǎn)位的表示方法坐標(biāo)

1.地理坐標(biāo)

2.空間直角坐標(biāo)

3.平面直角坐標(biāo)高程

1.絕對(duì)高程

2.相對(duì)高程

測(cè)量工作的基本任務(wù)是確定點(diǎn)的空間位置。一個(gè)點(diǎn)的空間位置，需要用坐標(biāo)系中的三個(gè)量來確定為什么要建立測(cè)量坐標(biāo)系？點(diǎn)的空間位置（三維）＝球面或平面位置（二維）＋高程（一維）◆依位置表示方式分類

＊地理坐標(biāo)系（球面坐標(biāo)系）

＊直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系大地地理坐標(biāo)系天文地理坐標(biāo)系測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)1.地理坐標(biāo)系作用：基準(zhǔn)：表示方法：主要描述地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面上的位置鉛垂線大地水準(zhǔn)面天文坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系投影定義：所謂投影就是建立起（橢）球面上的點(diǎn)與平面上的點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系。投影目的：為了簡(jiǎn)化計(jì)算，要將（橢）球面上的元素歸算（投影）到平面上。投影類型：高斯-克里格正形投影，等積投影，任意投影等。2.直角坐標(biāo)系投影高斯投影投影的基本特征：投影的方法及特征NSWENS①中央子午線投影后為直線，且長(zhǎng)度不變，距離中央子午線越遠(yuǎn)，投影后彎曲越大，長(zhǎng)度變形也越大。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向兩極收斂，對(duì)稱于中央子午線和赤道。③赤道線投影后為有長(zhǎng)度變形直線，其余緯圈投影后仍為對(duì)稱的曲線，并與子午線的投影曲線互相垂直且凹向兩極。59174°-186°-192°180°72°84°90°96°78°0°12°18°6°高斯投影投影分帶的規(guī)定1、6°分帶法：從格林尼治零度經(jīng)線起每6°為一個(gè)投影帶，全球共分60個(gè)投影帶L0=6N-313141516123303132120123456585960616263642425262728293031323°9°15°75°81°87°93°177°-183°-189°2、3°分帶法：從東經(jīng)1°30′起，每3°為一個(gè)投影帶，全球共分120個(gè)投影帶L0’=3N’格林尼治零度經(jīng)線6度帶3度帶60例：已知某點(diǎn)大地經(jīng)度為126度36分，問該點(diǎn)各在6度帶和3度帶的那一帶上？解：6度帶：N=L/6（取整）+1=126.6/6（取整）

+1=22度帶3度帶：N=L/3（四舍五入）=126.6/3（四舍五入）=41.2=41度帶61高斯平面直角坐標(biāo)系的建立中央子午線投影后的直線為X軸、向北為正，以赤道投影后的直線為Y軸,向東為正，它們的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。坐標(biāo)象限自縱軸北方向順時(shí)針順序編號(hào)。XYOⅠⅡⅢⅣO高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）由于我國的位于北半球，東西橫跨11個(gè)6o帶(13-23)，各帶又獨(dú)自構(gòu)成直角坐標(biāo)系。故：X值均為正，Y值則有正有負(fù)。XYOⅠⅡⅢⅣ赤道長(zhǎng)：40000km6度帶個(gè)數(shù)：60個(gè)每個(gè)6度帶長(zhǎng)度為40000/60=666km每帶邊緣距離坐標(biāo)原點(diǎn)約333km666km高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）那么A點(diǎn)對(duì)假原點(diǎn)坐標(biāo)

xA’=493275.6mY’=500000+245863.7=745863.7m若投影帶為20帶，則通用坐標(biāo)

xA’通=493275.6myA’通=20745863.7m假設(shè)A點(diǎn)對(duì)真原點(diǎn)坐標(biāo)

xA=493275.6myA=245863.7m高斯平面直角坐標(biāo)系（續(xù)）一、定義原點(diǎn)：橢球中心OZ軸：與橢球短軸重合，指向北極方向X軸：指向起始大地子午面與橢球赤道的交點(diǎn)方向Y軸：構(gòu)成右手坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系（spacerectangularcoordinatesystem）空間直角坐標(biāo)系參考橢球

地面點(diǎn)X坐標(biāo)：大地空間直角坐標(biāo)（X，Y，Z）地面點(diǎn)Y坐標(biāo)：地面點(diǎn)Z坐標(biāo)：參考橢球空間直角坐標(biāo)系(續(xù))

67將球面視為平面，將地面點(diǎn)直接沿鉛垂線投影到水平面上；通常以當(dāng)?shù)乇狈较驗(yàn)閄軸的正方向；向東為Y軸的正方向適用于測(cè)區(qū)范圍較小的局部地區(qū)。平面直角（獨(dú)立）坐標(biāo)68平面直角坐標(biāo)（續(xù)）數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系測(cè)量平面直角坐標(biāo)系

69補(bǔ)充：測(cè)量平面坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐