大地測量學課件 地球橢球與測量計算

大地測量學課件:地球橢球與測量計算緒論大地測量學是研究地球形狀、大小、重力場及地球表面點位的學科，是測繪學的基礎學科之一。地球的形狀地球的形狀并非完美的球體，而是一個不規(guī)則的球體，稱為**大地水準面**。大地水準面是一個由重力等勢面定義的曲面，代表了全球平均海平面，是一個不規(guī)則的曲面。由于地球的自轉和內部結構的復雜性，導致地球的形狀并不完全規(guī)則，存在著明顯的**地表起伏**。地球的形狀可以用不同的數(shù)學模型來描述，其中最常用的模型是**地球橢球體**。地球橢球地球形狀地球是一個不規(guī)則的球體，形狀復雜。簡化模型為了方便測量和計算，我們使用地球橢球來近似表示地球形狀。地球橢球地球橢球是一個旋轉橢球體，是由一個橢圓繞其短軸旋轉而形成的。地球橢球的定義與特征定義地球橢球是數(shù)學上近似地球形狀的旋轉橢球體，是一個理想化的幾何模型。特征地球橢球的特征包括長半軸、短半軸、扁率和赤道周長。用途地球橢球是大地測量學、地圖學和導航中的重要參考面，用于確定地球表面點的坐標。地球橢球的示意圖地球橢球模型是一個理想化的數(shù)學模型，它近似地代表了地球的形狀。地球橢球是由一個旋轉橢圓體旋轉而成的，其赤道半徑大于極半徑，形成一個扁球體。地球橢球的數(shù)學模型WGS84GRS80克拉索夫斯基地球橢球的參數(shù)6378137長半軸6356752短半軸298.257222101扁率大地坐標系大地坐標系是一個三維空間坐標系，用于確定地球表面點的位置。經(jīng)度經(jīng)度是地球表面上某一點的經(jīng)線圈與本初子午線之間的夾角。緯度緯度是地球表面上某一點的經(jīng)線圈與赤道之間的夾角。高程高程是指地球表面上某一點到參考橢球面的距離。大地坐標系示意圖大地坐標系示意圖展示了經(jīng)度、緯度和大地高程如何共同定義地球表面上某個點的空間位置。經(jīng)度和緯度是地理坐標系的一部分，用于描述地球表面的位置，而大地高程則表示該點距離參考橢球面的高度。大地坐標系與大地測量坐標系在地球橢球面上建立的坐標系，用于確定地面點的位置。大地測量利用各種測量手段和方法，確定地球形狀和大小，以及地面點的位置和高程。高程測量定義確定地面點高程的測量工作。高程是指地面點到參考面的垂直距離。意義高程測量在工程建設、地形圖繪制、資源勘探等方面至關重要。它為工程設計、施工和管理提供關鍵數(shù)據(jù)。高程測量的概念定義高程測量是指確定地面點相對某一參考面的高度。參考面通常以平均海平面作為高程的參考面，稱為大地水準面。高程值高程值表示地面點到大地水準面的垂直距離。高程測量的方法1水準測量利用水準儀和水準尺，直接測定兩點之間的高差2三角高程測量利用三角形邊角關系，間接計算高差3GPS高程測量利用衛(wèi)星信號，獲取大地高程常用高程測量方法水準測量水準測量是一種精確的測量方法，利用水準儀和水準尺來確定兩點之間的高差。水準測量是高程測量中最常用的方法之一，可以提供高精度的測量結果。三角高程測量三角高程測量利用三角形原理，通過測量水平距離和垂直角來計算高差。三角高程測量適合于地形起伏較大的地區(qū)，但精度較低。GPS高程測量GPS高程測量利用衛(wèi)星信號來確定點位的高程。GPS高程測量可以快速、便捷地進行高程測量，但精度受限于衛(wèi)星信號的精度。水準測量精確測量高程差水準測量是大地測量中常用的方法，用于精確測量地面點之間的高程差。水準儀水準測量利用水準儀和水準尺，通過視準軸的水平視線，測定地面點的高程差。水準測量的步驟1準備工作檢查儀器，設置水準點，確定測站位置。2觀測過程對準水準點，進行水準測量，記錄觀測數(shù)據(jù)。3數(shù)據(jù)處理計算高差，進行誤差分析，整理水準測量成果。水準測量的誤差源儀器誤差水準儀本身的精度和校準誤差。觀測誤差觀測人員的讀數(shù)誤差和瞄準誤差。外界環(huán)境影響溫度、氣壓、濕度等環(huán)境因素對水準測量的影響。地球曲率影響地球表面并非完全平坦，曲率會引入誤差。角測量測角儀器常用的測角儀器包括經(jīng)緯儀、全站儀等，它們能夠精確測量水平角和垂直角。這些儀器采用光學或電子技術，利用望遠鏡和編碼器等部件來實現(xiàn)角度測量。角度測量角度測量是指確定兩條直線之間的夾角，是大地測量學中的重要內容之一。角度測量在許多工程項目中起著至關重要的作用，例如建筑工程、道路建設、橋梁設計等。角測量的原理角度測量角測量是大地測量學的重要組成部分，用于確定地面點之間的相對位置，并建立地面控制網(wǎng)。原理角測量基于測量兩個方向之間的夾角，即方位角，從而確定地面點的相對位置。常用角測量儀器全站儀全站儀集成了電子經(jīng)緯儀、測距儀和數(shù)據(jù)處理器，是現(xiàn)代測量的核心儀器。它可以快速、精確地測量角度和距離，并自動計算坐標。電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀是一種數(shù)字化測角儀器，可用于測量水平角和垂直角，并通過電子讀數(shù)顯示結果。激光測距儀激光測距儀利用激光束測量距離，具有快速、精確的特點，常用于測量距離和地形起伏。角測量的誤差1觀測誤差儀器本身的精度、觀測者的操作水平都會影響測量結果。2外界環(huán)境影響溫度、濕度、風力等環(huán)境因素會造成測量誤差。3目標體自身誤差目標體本身的形狀、尺寸、位置等因素也會引入誤差。角測量的計算方法方向角計算通過觀測獲取的水平角，可以計算出各邊之間的方向角。坐標計算利用方向角和距離，可以計算出各點在平面坐標系中的坐標。高程計算利用高程角和距離，可以計算出各點的高程。距離測量距離測量是測定兩點間距離的測量，是大地測量學中的重要內容之一。直接測量法直接測量法是指用測量工具直接測量兩點間的距離，例如鋼尺、卷尺等。間接測量法間接測量法是指利用光學儀器或電子儀器測量兩點間的光學距離或電磁波傳播時間，然后計算出實際距離。距離測量的概念距離測量是指在實際應用中，確定兩點之間直線距離的過程。距離測量是大地測量學中一項重要的基礎工作，廣泛應用于各種工程項目、地理信息系統(tǒng)建設、地圖制作等領域。距離測量的精度直接影響著其他測量的精度，因此，選擇合適的測量方法和儀器，并嚴格控制誤差是至關重要的。常用距離測量方法電子測距儀利用電磁波測距，精確度高，操作簡便，廣泛應用于各種工程測量中。GNSS測量利用衛(wèi)星信號進行測距，可實現(xiàn)實時定位，適用于大范圍測量和動態(tài)監(jiān)測。激光測距儀利用激光束測距，精確度高，測量速度快，適合于各種地形測量。距離測量的誤差儀器誤差儀器本身的精度和校準誤差會影響距離測量結果。環(huán)境誤差溫度、氣壓、濕度等環(huán)境因素會導致測量誤差。操作誤差操作人員的經(jīng)驗水平、操作方法和測量環(huán)境都會引入誤差。坐標測量坐標測量是確定地面點在坐標系中的位置，是大地測量學的重要內容之一。通過測量點的平面坐標和高程坐標，可以建立地面點的位置信息。坐標測量的計算經(jīng)度λ=λ0+Δλ緯度φ=φ0+Δφ高程H=H0+ΔH典型坐標測量計算3坐標轉換將不同坐標系下的坐標轉換為統(tǒng)一坐標系2坐標平差利用觀測數(shù)據(jù)對坐標進行最優(yōu)估計1坐標計算根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計算目標點的坐標大地測量學在工程中的應用橋梁建設大地測量學為橋梁建設提供精確的測量數(shù)據(jù)，確保橋梁結構的穩(wěn)定性和安全性。道路建設大地測量學用于確定道路的路線、坡度和高程，為道路建設提供