第1章 測(cè)量緒論

土木工程測(cè)量2010.02鄧彩群關(guān)于本門課程本課為專業(yè)基礎(chǔ)課;本課計(jì)劃學(xué)時(shí):48學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)7次、14學(xué)時(shí);本課為考試課，平時(shí)（出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告）占30%，考試占70%;課程結(jié)束后另安排集中實(shí)習(xí)兩周,為單獨(dú)的一門考查課;全部采用多媒體授課;第一章緒論了解測(cè)量學(xué)的內(nèi)容、任務(wù)、作用；了解測(cè)量的分支，以及發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀、趨勢(shì)；明確高斯平面直角坐標(biāo)系的概念，重點(diǎn)掌握測(cè)量坐標(biāo)平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系的區(qū)別；明確高程及高差的概念；明確測(cè)量基本要素及用水平面代替水準(zhǔn)面的限度；明確測(cè)量工作的原則、程序和基本方法。第一節(jié)測(cè)量學(xué)及其任務(wù)、作用一、測(cè)量學(xué)：研究地球的形狀、大小，確定地面點(diǎn)位的科學(xué)。內(nèi)容：測(cè)定（實(shí)地－>圖紙）測(cè)設(shè)（圖紙－＞實(shí)地）二、測(cè)量學(xué)的分支大地測(cè)量學(xué)地形測(cè)量學(xué)攝影測(cè)量學(xué)與遙感學(xué)工程測(cè)量學(xué)海洋測(cè)量學(xué)制圖學(xué)大地測(cè)量學(xué)

大范圍、曲面、基礎(chǔ)，光學(xué)測(cè)恒星、衛(wèi)星、接收衛(wèi)星信號(hào)GPS地形測(cè)量學(xué)

小范圍、平面、應(yīng)用廣，白紙測(cè)圖、全站儀、數(shù)字化測(cè)圖攝影測(cè)量與遙感學(xué)

航空（飛機(jī)與攝影，立體）、地面、水下、航天多譜段

RS工程測(cè)量學(xué)

建筑、交通、能源、農(nóng)業(yè)、科研等工程;電子化，三維實(shí)時(shí)、信息化海洋測(cè)量學(xué)

海圖、重力、海洋工程制圖學(xué)

投影、編繪、制印，信息綜合、數(shù)字化—>GISGPS、RS、GIS：“3S”－測(cè)量高新技術(shù)的代表三峽工程三、測(cè)量學(xué)在國(guó)防、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用國(guó)防軍事指揮、航空航天、偵察。個(gè)人定位、戰(zhàn)役指揮、導(dǎo)彈發(fā)射、RS偵察。國(guó)民經(jīng)濟(jì)建筑、交通、水利、能源、農(nóng)業(yè)、林業(yè)。民宅、摩天大廈；紅旗渠、三峽；高速公路等等。離不開的手段文明古國(guó)、歷史悠久大禹治水、制圖六體、指南針、子午線弧長(zhǎng)閉關(guān)鎖國(guó)、落后挨打，無圖更無能發(fā)奮圖強(qiáng)、迎頭趕上測(cè)繪技術(shù)突飛猛進(jìn)，很多技術(shù)與處于領(lǐng)先地位。

第三節(jié)地面點(diǎn)位的確定類似于在電影院中找位置：樓（上）10排5號(hào)實(shí)質(zhì)就是建立適合于地球表面的坐標(biāo)系統(tǒng)球面系、三軸系要適合地球的實(shí)際三個(gè)層次：1、水平面小范圍2、圓球面近似光滑的圓水球3、參考橢球面（旋轉(zhuǎn)橢球面）以橢圓的短半軸與地軸重合，并繞其旋轉(zhuǎn)而成一、地球的形狀、大小

認(rèn)識(shí)地球是人類探索的目標(biāo)之一，也是測(cè)量學(xué)的任務(wù)之一。絕大多數(shù)測(cè)量工作是在地球上進(jìn)行，或作為參考系。大地水準(zhǔn)面液體受重力而形成的靜止表面稱為水準(zhǔn)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(diǎn)的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過陸地而形成的封閉曲面稱為大地水準(zhǔn)面鉛垂線：重力的方向線大地水準(zhǔn)面（續(xù)）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)雜的曲面水準(zhǔn)面和鉛垂線是野外觀測(cè)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。大地水準(zhǔn)面（續(xù)）由于大地水準(zhǔn)面是不規(guī)則曲面，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。旋轉(zhuǎn)橢球體因此，用一非常接近大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面------旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球。稱參考橢球體。

P

P長(zhǎng)半徑a=6378137m短半徑b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.257

R=6371km二、地面點(diǎn)位的確定1、地理坐標(biāo)天文經(jīng)緯度：以大地水準(zhǔn)面為投影面，以鉛垂線為基準(zhǔn)大地經(jīng)緯度：以參考橢球面為投影面，以法線為基準(zhǔn)天文測(cè)量方法可測(cè)，但難用：如求兩點(diǎn)間距離和方向天文與大地經(jīng)緯度相同的點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)—西安永樂鎮(zhèn)—1980年西安坐標(biāo)系；1954年北京坐標(biāo)系（一）、天文地理坐標(biāo)系測(cè)量（天文經(jīng)緯度）的外業(yè)以鉛垂線為準(zhǔn)大地水準(zhǔn)面和鉛垂線是天文地理坐標(biāo)系的主要面和線地面點(diǎn)的坐標(biāo)是它沿鉛垂線在大地水準(zhǔn)面上投影點(diǎn)的經(jīng)度和緯度（二）、大地地理坐標(biāo)系大地地理坐標(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(diǎn)的大地坐標(biāo)是它沿法線在地球橢球面上投影點(diǎn)的經(jīng)度L和緯度B2、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)—X、Y在小范圍內(nèi):R=10km投影在水平面上與數(shù)學(xué)上的笛卡爾坐標(biāo)系的區(qū)別：1、X，Y互換2、象限順序相反坐標(biāo)原點(diǎn)選在測(cè)區(qū)西南以外重點(diǎn)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。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。球面為不可展曲面（如西瓜皮），存在角度、距離、面積變形。只能保證一種不變形：保角投影、等積投影等；地圖投影學(xué)就是研究這個(gè)問題的學(xué)科，是數(shù)學(xué)也是地理學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。基本類型有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。3、高斯平面直角坐標(biāo)系高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。等角投影就是正形投影。所謂，正形投影，就是在極小的區(qū)域內(nèi)橢球面上的圖形投影后保持形狀相似。即投影后角度不變形。高斯平面直角坐標(biāo)系為限制距離、面積的變形，采用分帶投影：6o

、3o

、1.5o等。

6o：0~東徑6o為第1帶，其中央子午線為東經(jīng)3o

λ0=6oN-3o3o：東經(jīng)1.5~4.5o為第1帶，中央子午線為東經(jīng)3o

λ0'=3No例：長(zhǎng)春位于東經(jīng)125o19'，其位于6o帶的第21帶，該帶的中央子午線為123o

。點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值理論上中央子午線的投影是X軸，赤道的投影是Y軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)的X坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距離；點(diǎn)的Y坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線的距離，設(shè)為y’；y’有正有負(fù)。為避免橫坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，將縱軸西移500km；

為區(qū)分不同投影帶，再在橫坐標(biāo)前加寫帶號(hào)。例：第21帶某點(diǎn)y值自然值為：-135368m，則其通用值為：21364632m高斯平面直角坐標(biāo)系

小結(jié)橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱為中央子午線）中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線。中央子午線的投影為縱軸X，赤道的投影為橫軸Y，它們的交點(diǎn)為原點(diǎn)O。高斯平面直角坐標(biāo)系常簡(jiǎn)稱高斯坐標(biāo)系中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對(duì)稱軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極把曲面上的圖形投影到平面上必然會(huì)伴有變形。變形有三類：角度變形，長(zhǎng)度變形，面積變形高斯投影是正形投影，無角度變形例：所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交中央經(jīng)線投影后長(zhǎng)度不變其它經(jīng)緯線投影后均變長(zhǎng)，離中央經(jīng)線越遠(yuǎn)其長(zhǎng)度變形越大有長(zhǎng)度變形也就有面積變形4、高程高程：地面點(diǎn)至高程基準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為絕對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高程，又稱海拔。以H表示。相對(duì)高程：地面點(diǎn)至任一假定高程基準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為相對(duì)高程，又稱假定高程。高差：地面兩點(diǎn)間高程之差。1956年黃海高程系，72.289m1980年國(guó)家高程基準(zhǔn)，72.260m放松一下——看看測(cè)量原點(diǎn)三、測(cè)量的基本要素為確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)X、Y、H，可根據(jù)高差、水平角、水平距離求得。高差、水平角、水平距離稱為測(cè)量的基本要素；觀測(cè)這三個(gè)要素的工作就稱為測(cè)量的基本工作。第四節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的限度從對(duì)三個(gè)測(cè)量基本要素的影響分別討論：1、水平角：保角投影，不予考慮；2、水平距離：10km為半徑的范圍內(nèi)，誤差為1：122萬，可用水平面代替水準(zhǔn)面；3、高差：200m距離誤差3mm，即使很短距離也必須顧及水準(zhǔn)面曲率的影響。對(duì)水平距離的影響對(duì)高差的影響第五節(jié)測(cè)量工作概述測(cè)量工作的原則：“從整體到局部”、“從高級(jí)到低級(jí)”、“先控制后碎部”；“處處有檢核”從“單線聯(lián)系”到“政府機(jī)構(gòu)”、“捕各種魚的網(wǎng)”測(cè)量工作