測繪學(xué)基礎(chǔ)二課件

測繪學(xué)基礎(chǔ)第一章緒論第二章測量基本知識第一章緒論1.1測繪學(xué)的任務(wù)及作用一、測繪學(xué)的內(nèi)容及任務(wù)測繪學(xué)：研究測定和推算地面的幾何位置、地球形狀及地球重力場，據(jù)此測量地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何分布，并結(jié)合某些社會信息和自然信息的地球分布，編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術(shù)的學(xué)科，是地球科學(xué)的重要組成部分。主要任務(wù)：

精確地測定地面點的位置及地球的形狀和大小將地球表面的形態(tài)及其他相關(guān)信息測繪成圖進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)所需要的測繪工作主要分支學(xué)科大地測量學(xué):幾何大地測量學(xué)、物理大地測量學(xué)、空間大地測量學(xué)攝影測量學(xué):可按距離遠(yuǎn)近、用途、技術(shù)處理方法分類地圖學(xué):模擬地圖、數(shù)字地圖工程測量學(xué):建筑、水利、公路、鐵路、礦山、線路、工程測量等

海洋測量學(xué):海洋大地測量、海道測量、海底地形測量、海圖繪制普通測量學(xué)(地形測量學(xué)）:角度、距離、水準(zhǔn)、控制測量、地形圖測繪第二章測量的基本知識2.1地球的形狀與大小1、地球自然表面 是最自然的面，包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面。陸地：29.2%海洋：70.8%最高：8844.43m，最低：-11022m地球半徑：平均6371km難以用一個簡潔的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述出來，所以不適合于數(shù)學(xué)建模。2、大地水準(zhǔn)面與大地體水準(zhǔn)面：處于靜止?fàn)顟B(tài)的水面。重力位相同時，重力作用下水分子呈靜止?fàn)顟B(tài)而形成重力等位面。特征：①水準(zhǔn)面處處與重力方向垂直；②水準(zhǔn)面不規(guī)則；③水準(zhǔn)面有無窮個。鉛垂線：重力的作用線，是測量外業(yè)工作的基準(zhǔn)線。大地水準(zhǔn)面：過平均海水面的水準(zhǔn)面。是測繪外業(yè)工作基準(zhǔn)面。大地體：大地水準(zhǔn)面向陸地延伸形成的封閉曲面所包圍的地球?qū)嶓w。代表了地球的形狀和大小。3、地球橢球體描述地球形狀和大小的旋轉(zhuǎn)橢球，稱為“地球橢球”。它也是測量內(nèi)業(yè)計算的基準(zhǔn)面。在幾何大地測量中，橢球的形狀和大小通常用長半軸a

、短半軸b和扁率f來表示。2.2測量常用坐標(biāo)系和參考橢球定位一、測量常用坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系是以參考橢球面作為基準(zhǔn)面，以起始子午面和赤道面作為在橢球面上確定某一點投影位置的兩個參考面。點的大地坐標(biāo)：大地經(jīng)度L、大地緯度B、大地高H大地經(jīng)度：過地面某點的子午面與起始子午面之間的夾角，稱為該點的大地經(jīng)度，用

L表示。大地緯度：過地面某點的橢球面法線與赤道面的夾角，稱為該點的大地緯度，用B表示。1、大地坐標(biāo)系大地高：P點沿橢球面法線到橢球面的距離H，稱為大地高，從橢球面起算，向外為正，向內(nèi)為負(fù)。2、空間直角坐標(biāo)系以橢球體中心O為原點；起始子午面與赤道面交線為X軸；赤道面上與X軸正交的方向為Y軸；橢球體的旋轉(zhuǎn)軸為Z軸；構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系O-XYZ。在該坐標(biāo)系中，P點的位置用x，y，z表示。地面上同一點的大地坐標(biāo)系和空間坐標(biāo)之間可以進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換（公式略）。3、WGS-84坐標(biāo)系屬地心空間直角坐標(biāo)系。4、平面直角坐標(biāo)系種類：高斯平面直角坐標(biāo)系、獨立平面直角坐標(biāo)系。測繪工作中的平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)中所用的平面直角坐標(biāo)系不同：X、Y軸互換、象限排列順序相反。采用IUGG第17屆大會推薦的橢球參數(shù)。原點位于地球質(zhì)心；Z軸指向BIHl984.0定義的協(xié)議地球極(CIP)方向；X軸指向BIHl984.0的零子午面和CIP赤道的交點；Y軸垂直于X、Z軸，X、Y、Z軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系。二、地球橢球定位確定地球橢球面與大地水準(zhǔn)面的相關(guān)位置，使地球橢球面與大地水準(zhǔn)面最佳擬合，稱為地球橢球定位1、橢球定位種類：⑴按照擬合區(qū)域：⑵按照定位方法：選定一地面點P作為大地原點,測定該點精密天文坐標(biāo)和高程。令P點的大地經(jīng)、緯度分別等于該點上的天文經(jīng)、緯度；由P點至某一點的大地方位角等于該邊的天文方位角；P至橢球面的高度恰好等于其至大地水準(zhǔn)面的高度。這樣的定位方法稱為單點定位法。在掌握了一定數(shù)量的天文大地和重力測量數(shù)據(jù)后，利用許多點的觀測成果和已有的橢球參數(shù)進(jìn)行橢球定位，這種方法稱為多點定位法。多點定位使得大地原點處橢球的法線方向不再與鉛垂線方向重合，橢球面與大地水準(zhǔn)面不再相切，但在定位中所利用的點的范圍內(nèi)，橢球面與大地水準(zhǔn)面有最佳的密合。1949年以后，我國采用了三種不同的大地坐標(biāo)系，即1954北京坐標(biāo)系、1980國家大地坐標(biāo)系和2000國家大地坐標(biāo)系。我國在1972-1982年期間進(jìn)行天文大地網(wǎng)平差時，建立了新的大地基準(zhǔn)，相應(yīng)的大地坐標(biāo)系稱為1980國家大地坐標(biāo)系。大地原點地處我國中部，位于陜西省西安市以北60km處的涇陽縣永樂鎮(zhèn)，簡稱西安原點。2、我國的大地坐標(biāo)系1954年我國完成了北京天文原點的測定，采用了克拉索夫斯基橢球體參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測，建立了1954北京坐標(biāo)系。國家大地坐標(biāo)系的定義包括坐標(biāo)系的原點、三個坐標(biāo)軸的指向、尺度以及地球橢球的基本參數(shù)的定義。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，該歷元的指向由國際時間局給定的歷元為1984.0的初始指向推算，定向的時間演化保證相對于地殼不產(chǎn)生殘余的全球旋轉(zhuǎn)，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=1/298.257222101③任意投影：既不能保持等角（正形）又不能保持等面積的投影，統(tǒng)稱為任意投影。在任意投影中，有一種稱為等距離投影，它使沿某一特定方向的距離，投影前后保持不變。通常，在正軸投影時，是在沿經(jīng)線方向上等距離。3地形圖測繪對地圖投影的要求地形圖的測繪，要求投影后的角度保持不變形，同時長度、面積變形也要盡可能小。地圖投影一般方式：①正形投影（等角投影）；②分區(qū)域投影；③各分區(qū)之間有明確而簡單的聯(lián)系。二、高斯平面直角坐標(biāo)系1、高斯-克呂格投影高斯于1825~1830年提出，1912年克呂格推導(dǎo)出其實用公式。2高斯平面直角坐標(biāo)系的建立①劃分投影帶：劃分投影區(qū)域，控制長度、面積變形。投影帶以子午線為邊界。已知經(jīng)度L求帶號n：n=int(L/6)+1已知經(jīng)度L求帶號n：n=int((L-1.5)/3)+1②

高斯投影：高斯投影的規(guī)律是：中央子午線的投影為一條直線，且投影之后的長度無變形；其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，且以中央子午線為對稱軸，離對稱軸越遠(yuǎn)，其長度變形也就越大；赤道的投影為直線，其余緯線的投影為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸；經(jīng)緯線投影后仍保持相互正交的關(guān)系，即投影后無角度變形；中央子午線和赤道的投影相互垂直。④

x軸西移500km坐標(biāo)x、y/⑤y/坐標(biāo)前附加帶號,確定點的坐標(biāo)通用值（統(tǒng)一值）X、Y例：設(shè)第21投影帶內(nèi)投影的橫坐標(biāo)為：y=245678m

則y

/=500000-245678=254322mY=21254322m根據(jù)球面上的長度，將其拉長改化為投影面上的距離。設(shè)球面上兩點間的長度為S，其在高斯投影面上的長度為σ，地球半徑為R，則其改化值為：上式也可以寫成：離開軸子午線的距離愈遠(yuǎn)，長度變形愈大3距離改化4方向改化⑴球面角超式中：P為球面上四邊形面積；R為地球半徑。2.4高程一、概述高程：地面點至高程基準(zhǔn)面的鉛垂距離。絕對高程：某點沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離，稱為該點的絕對高程或海拔，簡稱高程，用H表示。相對高程：選定一個任意水準(zhǔn)面作為高程基準(zhǔn)面，地面點至該水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為相對高程或假定高程。用H′表示。高差：兩點高程之差兩點之間的高差與高程起算面無關(guān)二、統(tǒng)一高程系統(tǒng)1956黃海平均海水面：1950~1956驗潮資料。建立1956黃海高程系。1985黃海平均海水面：1952~1979驗潮資料。建立1985國家高程基準(zhǔn)。球面面積/km2ε/″球面面積/km2ε/″10501000.050.250.5140050025002.032.5412.70結(jié)論：對于面積在100km2內(nèi)的多邊形，地球曲率對水平角的影響只有在最精密的測量中才考慮，一般測量工作是不必考慮的。二、水準(zhǔn)面曲率對水平角的影響三、水準(zhǔn)面曲率對高差的影響S（m）1002005001000Δh（毫米)0.783.119.678.5結(jié)論：地球曲率對高差的影響，即使在很短的距離內(nèi)也必須加以考慮。一、測量工作內(nèi)容（三要素）角度、距離、高差2.6測量工作概述二、測量工作基本原則先控制后碎部；由整體到局部；步步有檢核。2.7直線定向直線定向：確定一直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間角度關(guān)系一、標(biāo)準(zhǔn)方向（基本方向）1、真子午線方向(真北方向+真南方向)地球表面某點的真子午線的切線方向2、磁子午線方向(磁北方向+磁南方向)地球表面某點上磁針?biāo)傅姆较驗樵擖c的磁子午線方向。3、坐標(biāo)縱線方向(坐標(biāo)縱軸方向)測量工作中采用高斯直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)縱線所指的方向為坐標(biāo)縱線方向。二、子午線收斂角與磁偏角1、磁偏角：某點的磁子午線方向和真子午線方向間的夾角。用δ表示。地球上磁偏角的大小是因地而異的。2、子午線收斂角：地表某點的真子午線方向與該點坐標(biāo)縱線之間的夾角。用γ表示。3、δ與γ的符號規(guī)定磁北方向在真北方向東側(cè)時，δ為正；

磁北方向在真北方向西側(cè)時，δ為負(fù)。坐標(biāo)北方向在真北方向東側(cè)時，γ為正；

坐標(biāo)北方向在真北方向西側(cè)時，γ為負(fù)。三、方位角定義：由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端順時針方向量到某直線的夾水平角，稱為該直線的方位角。磁方位角由磁北方向起算的方位角，用Am表示。真方位角由真北方向起算的方位角，用A表示。坐標(biāo)方位角由坐標(biāo)北方向起算的方位角，用表示。

四、方位角之間的相互換算A=A=Am+δ五、正、反坐標(biāo)方位角2.8地形圖的基本知識地物：地球表面的固定物體，邊界線或特征點地貌：地球表面各種高低起伏的形態(tài)，等高線地形圖：按一定的比例尺，用規(guī)定的符號和一定的表示方法表示地物、地貌平面位置和高程的正形投影圖。地形：地物和地貌的總稱地形圖的內(nèi)容豐富，歸納起來大致可分為三類：數(shù)學(xué)要素：如比例尺、坐標(biāo)格網(wǎng)等；地形要素：即各種地物、地貌；注記和整飾要素：包括各類注記、說明資料和輔助圖表。本節(jié)主要介紹地形圖的比例尺、地形圖符號、圖廓及圖廓外注記。一、圖的比例尺及比例尺精度1、圖的比例尺：地圖上任一線段的長度與地面上相應(yīng)線段水平距離之比。（1）數(shù)字比例尺用分子為1，分母為整數(shù)的分?jǐn)?shù)表示的比例尺稱為數(shù)字比例尺。設(shè)圖上線段長為d,相應(yīng)的水平距離為D，則該地圖的比例尺為：大比例尺地圖：1∶500、1∶1000、1∶2000、1∶5000的地形圖中比例尺地圖：1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬的地形圖小比例尺地圖：1∶25萬、1∶50萬、1∶100萬的地形圖，稱為小比例尺圖（2）圖示比例尺一般說來，在圖上除寫有數(shù)字比例尺外，還有用線段表示的比例尺，這就是圖示比例尺。圖示比例尺有直線比例尺和復(fù)式比例尺兩種。直線比例尺：復(fù)式比例尺：2、比例尺的精度地形圖上0.1mm所表示的實地水平距離，稱為地形圖的比例尺精度。根據(jù)地形圖比例尺確定實地量測精度根據(jù)用圖需要表示地物、地貌的詳細(xì)程度，確定所選用地形圖的比例尺。比例尺1∶5百1:1千1∶2千1∶5千1:1萬比例尺精度(m)0.050.10.20.51.0二、地形圖符號為便于測圖和用圖，用各種符號將實地的地物和地貌在圖上表示出來，這些符號總稱為地形圖圖式（GB/T20257.1-2007)。圖式是由國家統(tǒng)一制定的，它是測繪和使用地形圖的重要依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。地形圖圖式制定原則：簡明、象形、易于判讀地物。

地形圖符號有三類：地物符號、地貌符號、注記符號1、地物符號：表示地物的類別、形狀、大小及其位置。（1）比例符號：表示地物的面積、位置。（2）非比例符號：表示地物中心的位置。（3）半比例符號：表示地物中心線位置。長度按比例，寬度不按比例。2、地貌符號：等高線+特殊地貌符號地形圖上表示地貌最常用的是等高線法。對峭壁、沖溝、梯田等特殊地形，不便用等高線表示時，則繪注相應(yīng)的符號。3、注記：文字注記、數(shù)字注記和符號注記三、圖廓及圖廓外注記1、矩形分幅地形圖的圖廓圖廓有內(nèi)外圖廓之分，內(nèi)圖廓線就是圖幅邊界線。內(nèi)圖廓之內(nèi)繪有10cm間隔互相垂直交叉的短線，稱為坐標(biāo)格網(wǎng)。矩形圖幅內(nèi)圖廓線也是公里格網(wǎng)線。2、梯形分幅地形圖的圖廓梯形分幅地形圖以經(jīng)緯線進(jìn)行分幅，圖幅呈梯形。在圖上繪有經(jīng)緯線網(wǎng)和方里網(wǎng)。1∶5萬地形圖圖廓外圖廓線外，除了有接圖表、圖名、圖號，尚應(yīng)注明測量所用的平面坐標(biāo)系、高程坐標(biāo)系、比例尺、測繪日期和測繪單位等。3、圖廓外注記三北方向坡度尺2.9地形圖的分幅與編號一、梯形分幅與編號國家基本比例尺地形圖（1:100萬～1:5000）采用梯形分幅,均以1:100萬地形圖為基礎(chǔ),按規(guī)定的經(jīng)差和緯差劃分圖幅。1、20世紀(jì)70～80年代我國基本比例尺地形圖的分幅與編號比例尺經(jīng)差緯差基礎(chǔ)比例尺基礎(chǔ)圖等分?jǐn)?shù)在基礎(chǔ)圖后增加的代號100萬6°4°100萬1A,B1,250萬3°2°100萬4A,B,C,D25萬1°30′1°100萬16[1]，…，[16]10萬30′20′100萬1441,2,…，1445萬15′10′10萬4A,B,C,D2.5萬7′30″5′5萬41,2,3,41萬3′45″2′30″10萬64(1),…，(64)50001′52.5″1′15″1萬4A，b，c，d⑴1:100萬地形圖的分幅與編號從經(jīng)度180°起按經(jīng)差6°自西向東分成60行，用1-60表示。從赤道起向南、向北分別按緯差4°分成22列，由低緯向高緯用A,B,C……V表示。每幅圖的編號由所在橫列字符與縱行字符組成。哈爾濱某地：北緯45°49′08″,東經(jīng)126°39′01″則緯度序號：12（L），經(jīng)度序號：52圖幅編號：L-52下頁上頁⑵1:50萬、1:25萬、1:10萬比例尺地形圖1:50萬：將1:100萬地形圖一分為四，用A、B、C、D表示，即經(jīng)差3°，緯差2°。哈爾濱某地：北緯45°49′08″,東經(jīng)126°39′01″圖幅編號：L-52-C1:25萬：將1:100萬地形圖分為16幅，用[1]……[16]表示，即經(jīng)差1°30′，緯差1°。哈爾濱某地：北緯45°49′08″,東經(jīng)126°39′01″圖幅編號：L-52-[9]1:10萬：將1:100萬地形圖分為144幅，用1，2，…，144表示，即經(jīng)差30′，緯差20′。哈爾濱某地：北緯45°49′08″,東經(jīng)126°39′01″圖幅編號：L-52-74⑶1:5萬、1:2.5萬、1:1萬比例尺地形圖1:5萬：將一幅1:10萬地形圖分為4幅，用A，B，C，D表