哈工大測量學(xué)第一章課件

工作單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通學(xué)院測量教研中心講授教師：孔凡玉聯(lián)系方式/p>

測量學(xué)

第一章緒論

第一節(jié)測量學(xué)的產(chǎn)生與組成第二節(jié)測量學(xué)的發(fā)展與作用

第三節(jié)地球的形狀和大小第四節(jié)地面點位的確定第五節(jié)水準(zhǔn)面的曲率對測量的影響

第六節(jié)地面點位的確定原理

第一節(jié)測量學(xué)的產(chǎn)生與組成

測量學(xué)的產(chǎn)生1、生產(chǎn)、生活的需要----建筑、農(nóng)田、水利建設(shè)等2、軍事、交通運輸?shù)男枰?---旅行、航海等。

測量學(xué)是一門研究地面點位的空間位置的確定,將地球表面的地貌、地物、行政和權(quán)屬界線測繪成圖，以及將規(guī)劃設(shè)計的點和線在實地定位的科學(xué)，它包括測繪和測設(shè)（施工放樣）兩部分。測量學(xué)（Surveying)的定義測量學(xué)科的組成大地測量學(xué)(Geodesy)

是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運動和地表面點的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報等提供重要資料。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(xué)等。

地圖制圖學(xué)(Cartography)

是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計、編繪、復(fù)制的技術(shù)、方法以及應(yīng)用的學(xué)科。它的基本任務(wù)是利用各種測量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。

攝影測量與遙感(Photogrammetryandremotesensing)

是研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語義和非語義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。其基本任務(wù)是通過對攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測量學(xué)，航空攝影測量學(xué)和航天遙感測量等。工程測量學(xué)(Engineeringsurveying)

工程測量學(xué)是研究各項工程在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。各項工程包括：工業(yè)建設(shè)、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電線、輸油管）工程、礦山和城市建設(shè)等。一般的工程建設(shè)分為規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理三個階段。工程測量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測量工作。

土木工程測量學(xué)屬于工程測量學(xué)范疇，即研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣、竣工驗收和運營中測量的理論和方法，它主要面向土木建筑、環(huán)境、道路、橋梁、水利等學(xué)科。主要任務(wù)是：

（1）

研究測繪地形圖的理論和方法——測圖

（2）

研究在地形圖上進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計的基本原理和方法——

圖的應(yīng)用（3）

研究建筑物施工放樣、建筑質(zhì)量檢驗的技術(shù)和方法——放樣（測設(shè)）（4）

對大型建筑物的安全性進(jìn)行位移和變形監(jiān)測測量儀器學(xué)

研究測量儀器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。

地形測量學(xué)(普通測量學(xué))

是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。按成圖方式的不同地形測圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。測量學(xué)在軍事的作用“天時，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點等地形和地物，具有確定位置、辨識方向的作用。

地圖一直在軍事活動中起著重要的作用，這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。因此，早就成為軍事上不可缺少的工具，獲得廣泛的應(yīng)用。第二節(jié)測量學(xué)的作用與發(fā)展人造衛(wèi)星定位技術(shù)（GPS)早期用于軍事部門，后逐步解密才在測繪及其它眾多部門中獲得應(yīng)用、海洋測量技術(shù)首先是由航海的需要而產(chǎn)生，但其高速發(fā)展的動力主要來自軍事部門的需要……等等。至今軍事測繪部門仍在測繪領(lǐng)域科技前沿對重大課題進(jìn)行探索和研究傳統(tǒng)上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當(dāng)多國家的測繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測繪技術(shù)在各方面的應(yīng)用愈來愈廣泛，測繪科技國際間的交流日益頻繁，不少國家終于建立了民用的測繪機(jī)構(gòu)。測量學(xué)在國土管理中的作用測量學(xué)的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復(fù)土地的界線很早就采用了測量技術(shù)地籍測量

早期亦稱“土地測量”、“土地清丈”等。用以測定地塊的邊界和坐落，求算地塊的面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會里，國家為了征稅而開展地籍測量，同時記錄業(yè)主姓名和土地用途等。

在我國,地籍測量是國家管理土地的基礎(chǔ)。地籍測量的成果不僅用于征稅，還用于管理土地的權(quán)屬以保障用地的秩序，為了提高土地利用的效益、合理和節(jié)約利用十分珍貴和有限的土地。測量學(xué)在工程建設(shè)中的作用1．勘測設(shè)計階段為選線測繪帶狀地形圖。2．施工階段把線路和各種建筑物正確地測設(shè)到地面上。3．竣工測量對建筑物進(jìn)行竣工測量。4．運營階段為改建、擴(kuò)大建而進(jìn)行的各種測量。5．變形觀測為安全運營，防止災(zāi)害進(jìn)行變形測量。工程測量學(xué)的發(fā)展在很長的一段時間內(nèi)是非常緩慢的。直到二十世紀(jì)初，由于西方的第一、二次技術(shù)革命和工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工程測量學(xué)才受到人們的重視，并發(fā)展成為測繪學(xué)的一個重要分支。以核子、電子和空間技術(shù)為標(biāo)志的第三次技術(shù)革命，使工程測量學(xué)獲得了迅速的發(fā)展。20世紀(jì)50年代，世界各國在建設(shè)大型水工建筑物、長隧道、城市地鐵中，對工程測量提出了一系列要求；20世紀(jì)60年代，空間技術(shù)的發(fā)展和導(dǎo)彈發(fā)射場建設(shè)促使工程測量進(jìn)一步發(fā)展；20世紀(jì)70年代達(dá)以來溝，高敵能物戴理、猾天體音物理弦、人乎造衛(wèi)琴星、箭宇宙室飛行壞、遠(yuǎn)芽程武杜器發(fā)陰射等悅，需肝要建愈設(shè)各賴種巨該型實嘗驗室娛，從碌測量斑精度章和儀毯器自標(biāo)動化毒方面咸都對幟工程躬測量販提出宜了更折高的嶺要求志。二十歐世紀(jì)尺末，政人類做科學(xué)篩技術(shù)紛不斷臉向著艘宏觀溜宇宙帽和微堂觀粒虎子世飾界延察伸，敞測量蛛對象研不僅艇限于嗽地面奸而且是深入助地下爐、水靜域、嘴空間拌和宇收宙，風(fēng)如核址電站燭、摩崖天大問樓、很海底掠隧道售、跨膜海大諷橋、推大型姜正負(fù)礙電子扔對撞介機(jī)等膝。由危于儀淚器的拐進(jìn)步白和測蔽量精謝度的辰提高肯，工稠程測斷量的語領(lǐng)域蒜日益汁擴(kuò)大消，除潔了傳淋統(tǒng)的矩工程皮建設(shè)驗三階驚段的財測量乎工作帝外，強(qiáng)在地野震觀抖測、槐海底鉛探測散、巨君型機(jī)心器、在車床姐、設(shè)狀備的極荷載待試驗浴、高束大建冶筑物紀(jì)（電籃視發(fā)尾射塔猴、冷城卻塔鎮(zhèn)）變裝形觀傾測、畝文物賓保護(hù)演，甚岡至在寄醫(yī)學(xué)脅上和災(zāi)罪證鏟調(diào)查旦中，稠都應(yīng)顯用了膚最新械的精糕密工愛程測捉量儀哥器和教方法性。第三磚節(jié)貪地棄球的塵形狀嘆和大斤小測量午工作誕是在節(jié)地球朗表面皺較大貍范圍紋內(nèi)進(jìn)籮行的縣。一、粗地球染自然禿表面不規(guī)裳則曲宇面平均呢半徑63飽71螺km珠峰+8項84放4.允43者m，馬里雞亞那燒海溝-1曠10房誠22耗m，海洋71宴%,陸地29柿%,二、坦大地駛水準(zhǔn)靜面（me狼an擊s原ea貨l占ev柄el）人們急設(shè)想絨將靜追止的展海水欺面向爹整個煮陸地蛋延伸劑，用徹所形死成的陣封閉冤曲面芝代替燙地球鍬表面滅，將覽這個貢封閉束曲面稀稱為秘水準(zhǔn)著面。同一慈水準(zhǔn)傍面上鋸的重曲力位寨處處咐相等生；同一漂水準(zhǔn)厘面上啦任一曬點的毒鉛垂少線都框與水錦準(zhǔn)面院相正化交。與平射靜的濃平均勾海水膛面相敞重合騾、并排延伸豆通過婚陸地遞而形哪成的元封閉趣曲面坡稱為可大地靜水準(zhǔn)癢面。大地燥水準(zhǔn)蒸面包訂圍的歉形體映稱為鑼大地魄體(Ge豪oi底d)。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由于港地表嗓起伏朵以及渡地球乖內(nèi)質(zhì)血量分園布不行均勻兄，所共以大青地水丈準(zhǔn)面歸是個規(guī)復(fù)雜妻的曲皇面水準(zhǔn)過面和雅鉛垂借線是鈔野外她觀測索的基紋準(zhǔn)面套和基柏準(zhǔn)線蘿。三、投旋轉(zhuǎn)掀橢球致體（el束li渡ps駐e）由于眼大地岡水準(zhǔn)生面是牛不規(guī)塵則曲劇面，念無法雕準(zhǔn)確遍描述犧和計根算。夏也難腸以在發(fā)其面舅上處皮理測遇量成地果。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為了篇便于告正確斤地計淚算測路量成瓜果，燒準(zhǔn)確彩表示直地面閑點的湖位置高，測芬量上展選用憐一個眼大小羽和形紛狀接眨近大區(qū)地球日體的淘旋轉(zhuǎn)茅橢球墳體作仙為地諸球的欠參考寇形狀虧和大口小，咸稱為參考?xì)E球訪體。長半顆徑a=脊63訴78六14耍0m短半搭徑b=客63潤56濕75鮮5m扁率α=(披a-旺b)挖/a詳=1巴/2騰98仇.2懇57參考橢球abα年代和國家德蘭布爾637565363565641:3341800法國白塞爾637739763560791:299.21841德國克拉克637824963565151:293.51880英國海福特637838863569121:297.01909美國克拉索夫斯基637824563568631:298.31940蘇聯(lián)1975年國際橢球63781406356755.31:298.2571975國際經(jīng)度歇與緯望度（La葬t(yī)i織tu零de駁an福d遵La霉ti守tu承de）子午彼面--順--贊--地球咱上任唐一點走的鉛產(chǎn)垂線總與地之軸所估組成嶄的平亮面。經(jīng)度--孔--匙--姑-所在諸的子說午面畏與首渣子午娘面（當(dāng)過英殊國格丸林尼江治天音文臺真）的淋夾角oλ

P首子午線

格林威治

φP′緯度--眠--斯--界-所在徑點的搞鉛垂昌線與族赤道醒平面盟之間蛙的夾必角。第四步節(jié)樹地針面點談位的冶確定地面籃點位以的確炎定是刪測量寶工作騙的根煉本任紫務(wù)。婚要確葡定地汽面某遣點的炮空間唱位置勇，通錦常是口求出留該點反相對供于某柳基準(zhǔn)為面和梅基準(zhǔn)驅(qū)線的遮三維行坐標(biāo)御或二徒維坐佩標(biāo)。一.地理窩坐標(biāo)撐系

（一）天文地理坐標(biāo)系（）天文地理坐標(biāo)系是用天文經(jīng)度λ和天文緯度表示地面點投影在大地水準(zhǔn)面上的位置。測量仆（天盲文經(jīng)射緯度伙）的抬外業(yè)酬以鉛積垂線協(xié)為準(zhǔn)大地憑水準(zhǔn)盾面和鑰鉛垂瞇線是背天文偽地理勻坐標(biāo)妄系的億主要奴面和燥線地面嗚點的飾坐標(biāo)悅是它震沿鉛幟垂線耳在大孤地水責(zé)準(zhǔn)面治上投閃影點須的經(jīng)婚度λ和緯粘度

（二）大地地理坐標(biāo)系（）大地地理坐標(biāo)系是用大地經(jīng)度Ｌ和大地緯度Ｂ表示地面點投影在地球橢球面上的位置。大地地理坐標(biāo)系是建立在地球橢球面上的坐標(biāo)系地球橢球面和法線是大地地理坐標(biāo)系的主要面和線地面點的大地坐標(biāo)是它沿法線在地球橢球面上投影點的經(jīng)度L和緯度B

二.地心怨坐標(biāo)地心購坐標(biāo)拉系屬輕空間孟三維駛直角雹坐標(biāo)武系，丘用于移衛(wèi)星答大地詳測量簽。地心竟平坐億標(biāo)系貼是以自地球冒質(zhì)心仿為坐洞標(biāo)原隸點，謝以地賣軸為Z軸，恢正向測指向伴北極忽；XY平面雁與赤鴉道面跳重合棟，X軸指幫向起演始子峽午面哨。xoyz三.平面狂直角愉坐標(biāo)下系地理押坐標(biāo)崖系和致地心展坐標(biāo)嘴系確黨定地盞面點眾位一怪般適打用于撇少數(shù)塞高級陸控制驅(qū)點或繼作為兔初始薯的計冤算，吐若將團(tuán)其直拋接用聾于工導(dǎo)程建埋設(shè)規(guī)曾劃、濱設(shè)計寨、施腦工等女，則朽很不忌方便凡，所崇以有咐必要教把球束面上也的點建位化深算到著平面扔上。養(yǎng)即采村用地管圖投夏影的友理論滾繪制漫地形蠅圖。(一)高斯額平面呀直角擁坐標(biāo)撐系A(chǔ)’B’C’D’ONS(一)高斯窩平面煤直角皆坐標(biāo)豆系6°投影京帶和3°投影煮帶6°投影縮慧帶從零扛子午添線開建始每塔隔6°為一虧個投魂影帶仔，第帥一個6°帶的倘中央看子午太線的轉(zhuǎn)經(jīng)度才為3°，第鋸二個6°帶的臣中央先子午研線的矩經(jīng)度稈為9°，依旁次類切推。石第N帶的攀中央丑子午脹線經(jīng)亞度為嘆：3°投影癢帶從東灰經(jīng)1°便30抖′的子址午線目開始碰經(jīng)差浩每隔3°劃分兇一個速投影償帶，爺其第額一帶紋的中演央子脆午線折是東燭經(jīng)3°，第詞二帶禮中央拿子午圖線是普東經(jīng)6°剪,依次浩類推前。第N帶的滋中央拍子午炮線經(jīng)葬度為綢：揀例瞎如：貓北京11饑6°糊24關(guān)′(一)高斯商平面賢直角壟坐標(biāo)投系1、與軋數(shù)學(xué)怕上的罰平面勢直角柄系有游區(qū)別香；2、為他保證y為正,y加50芬0k逗m；3、為系區(qū)分就各帶察，y前加村帶號庫。4、地啟面的墻點位饒用（x,害y,塑H)來表乳示。如某伙點的畫高斯攏平面托坐標(biāo)趕為：xA=4淚23臘45仔67居8.禽87尿c截mYA=2迫06價38匪54典3.菌51mHA=連32購.4呈56究m國家未地理跟范圍：約抽從東鵲經(jīng):恥72惑°～13狹8°，北緯婚：2°～54街°6°帶帶敲號（12～23）；3界°帶帶懼號（24～44）高斯陽（Ca牲rlFr布ie姑dr肯ic恐hGa齒us蠢s,腿17謹(jǐn)77～18濕55）德國尺數(shù)學(xué)凡家、矮天文林學(xué)家花、物閉理學(xué)挖家、遵大地業(yè)測量澤學(xué)家(二)地區(qū)夏平面餡直角員坐標(biāo)如果館測量蔑的范柄圍較項小，以可以蔥將測習(xí)量范棋圍球烈面當(dāng)惱作平邊面看待,并將蕉坐標(biāo)桃原點蓋選在燦西南帝角,該區(qū)泉中心高子午遠(yuǎn)線為勇Ｘ軸馳方向。春建立影該地豪區(qū)的智獨立狗平面煌直角嗎坐標(biāo)皮系。OYXOYXⅠⅡⅢⅣm(x、y)(三)建筑直坐標(biāo)閑系是指輛所采鼓用的糕平面甲直角臣坐標(biāo)夏系與義建筑哲設(shè)計暴的軸恩線相正平行雷或垂直繁，對臟于前姐后、省左右船都對件稱的里建筑秀物，風(fēng)也可液以把改坐標(biāo)薄原點設(shè)替置在坦其對欣稱中鄰心，扒以簡女化計獸算。1、坐嫂標(biāo)軸請原點2、坐幫標(biāo)軸潤方向3、坐峰標(biāo)轉(zhuǎn)儀換隆公式主如下英：XOO’PYYOXOYPXPX’Y’國家昨大地筑坐標(biāo)殊系介棄紹1、19切54年北凱京坐棋標(biāo)系建國令初期副，一旦方面損廢除沫了南蟲京大及地原卵點，僻又由緊于當(dāng)遷時工巧作的毒急需適和歷梨史原憑因，升從前殼蘇聯(lián)炕原點銹傳算拾過來欠的北磚京地膠區(qū)某渣大地芝點的鄙坐標(biāo)妹作為活我國符的大隱地測胖量的剪起算父數(shù)據(jù)蜂，既枝所謂綱的19槳54年北循京坐俯標(biāo)系淚實際渴上它處是以蓄原蘇橡聯(lián)當(dāng)繼時采舟用的19丟42年普晃爾科妨沃坐礙標(biāo)系織為基臘礎(chǔ)建虛立起鞠來的散。采間用克級氏橢店球，校大地跑原點謙在現(xiàn)役在俄保羅斯饅的普鍛爾科屠沃。2、19餡80年國敢家大虎地坐批標(biāo)系鑒于19剖54年北放京坐恥標(biāo)系席存在便的橢倉球參端數(shù)不核夠精戴確、津參考推橢球乞與我謙國大琴地水辜準(zhǔn)擬蒜合不渾好等畫缺點捧。建牢立我竊國新迫的大垂地坐雅標(biāo)系牙是必派要的倉。19賊80年國辛家大紫地坐圓標(biāo)系探采用IG膀A-鍬75橢球堂，大喝地原撐點在嫩陜西鴨省涇源陽縣民永樂梁鎮(zhèn)，益按局襲部密剝切條漿件重荷新定紡位。國家禁大地齡原點協(xié)外貌（陜芳西省徹涇陽述縣永斃樂鎮(zhèn)狼）中華寶人民政共和圈國大園地原尸點，奇占地57貌0平方線米，鞏主體麻建筑派面積50互0平方舌米。捎大地病原點淹的整攔個設(shè)膨施由照主體畜建筑貓、中戶心標(biāo)南志、才儀器武臺、喂投影策臺四腹部分特組成野。主摟體建喘筑為7層圓羞頂塔制樓，薦高26米，茫頂部妹是玻分璃鋼影整體沿半圓俯形屋順頂，楚可自騰動啟致閉，亡以便編進(jìn)行僵天文挎觀測享。中秋心標(biāo)鐮志是梯位于唇地十火室中妄心標(biāo)適石上依的瑪狀瑙標(biāo)繩志。紐奉原點峰標(biāo)石吉為整竊塊花呆崗巖昆鑿成全，重7噸。燈原點較標(biāo)志拌用紅要色瑪短瑙石跡制成漢，直害徑10厘米采，精蠟美堅醒固?；\儀器茫臺設(shè)慢在第7層儀吩器室面內(nèi)。筍投影老臺設(shè)扇于主鄰體外賀北、菊東南苦、西鋤南三棍個方宅向的達(dá)三個產(chǎn)亭式接建筑躍中，抓亭中脆有儀權(quán)器墩蜻。大萬地原螺點對睛外開煮放，刺可參狗觀游陪覽，涂也是恰開展秘科普項知識啄教育午的好蠟地方娛。絕對載高程騙（海禁拔）——地面置點到除大地大水準(zhǔn)柿面的脫鉛垂倘距離其。假定濟(jì)高程舍（相遠(yuǎn)對高聯(lián)程）——地面架點到科假定涌水準(zhǔn)臟面的腹鉛垂閑距離攜。高差——兩點源間的壯各處弦之差買。四．量地面胖點的第高程(E柴le縫va菠ti波on率)Ａ、?。聝膳c的稿相對尚高程鮮為ＨＡ′，ＨＢ′，建英筑工柴地常煩以建蠶筑物酬地面舊層的尾設(shè)計跳地坪爺為高纖程零逼點，票其他活部位遺的高德程均設(shè)相對手于地呆坪而款言，懷稱為全標(biāo)高鋤。標(biāo)基高也蹤蝶屬相貢對高庭程。地面納上兩便點間娘的高番程差錦稱為憲高差榆，用億ｈ表憑示，古Ａ、鎖Ｂ兩論點高蔥差為魚：ｈＡＢ＝ＨＢ－ＨＡ＝ＨＢ′－ＨＡ′國家虧高程收系介鹽紹1、19隔56年黃訊海高彩程系根據(jù)帝青島話驗潮條站19良50座-1遣95陜6年的己驗潮鎮(zhèn)資料柳確定搞的平體均海西平面雹作為枝高程妙基準(zhǔn)界面。嚷由此線建立稼的水皂準(zhǔn)原默點其幻玉高程烤為72價.2唉89沿m。2、19漲85年國脈家高婚程基翻準(zhǔn)由于19陵56年黃袖海高澤程系授采用部的資獎料較幣短，米不到柱一個倉潮汐次周期罷。根勿據(jù)青頂島驗繞潮站19認(rèn)52狗-1席97袖9年的脈驗潮晨資料刻確定質(zhì)的平骨均海箭平面位作為粗高程巷基準(zhǔn)羅面。陽水準(zhǔn)陽原點慚的高纖程為72剖.2喉60跌m。國家繩水準(zhǔn)霜原點曠外貌（青敗島觀更象山請）第五臂節(jié)境水貨準(zhǔn)面摧的曲博率對浪測量絨的影佛響在土絕木工芒程測提量中躁，由擦于測相區(qū)范我圍小辮，或擁者工解程對測方量精勻度要腥求較融低時碎，為譜了簡?；赌接坝嫺菜悖瑒〕厵E球州面視能為球鋸面，摧甚至雞將球剝面視月為平附面。蠻直