第01章緒論

1、本本 章章 摘摘 要要本章主要介紹測繪學的研究內(nèi)容。重點講本章主要介紹測繪學的研究內(nèi)容。重點講述工程測量的研究內(nèi)容和任務(wù)。簡要概述地球形述工程測量的研究內(nèi)容和任務(wù)。簡要概述地球形狀和大小的概念及研究方法。介紹測量常用坐標狀和大小的概念及研究方法。介紹測量常用坐標系統(tǒng)及地球表面點位置的確定方法及測量原理。系統(tǒng)及地球表面點位置的確定方法及測量原理。分析用平面代替水準面的限度。介紹測量的基本分析用平面代替水準面的限度。介紹測量的基本工作及原則。了解測量圖的類型。工作及原則。了解測量圖的類型。1.1 概述概述1 1定義定義 測繪學是研究地球形狀和大小以及確定地球表面（包括空中、測繪學是研究地球形狀和大

2、小以及確定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物體的空間位置，以及對于這些空間位置地表、地下和海洋）物體的空間位置，以及對于這些空間位置信息進行處理、存儲、管理的科學。信息進行處理、存儲、管理的科學。 核心內(nèi)容：確定地面點在空間的位置核心內(nèi)容：確定地面點在空間的位置兩方面的內(nèi)容：兩方面的內(nèi)容：1 1：測定測定-將地面物體的圖形和位置信息縮繪成圖，供工程建設(shè)將地面物體的圖形和位置信息縮繪成圖，供工程建設(shè)和行政管理之用。和行政管理之用。2 2：測設(shè)測設(shè)-將圖上設(shè)計建（構(gòu)）筑物的圖形和位置在實地標定，將圖上設(shè)計建（構(gòu)）筑物的圖形和位置在實地標定，作為施工或定界的依據(jù)，也稱施工放樣。作為施工或定界的

3、依據(jù)，也稱施工放樣。一、測量學的概念一、測量學的概念（ 地面地面圖紙圖紙 ）（ 圖紙圖紙地面地面 ）1.1 概述概述2 2分類分類普通測量學普通測量學研究地球表面較小區(qū)域內(nèi)測繪工作的基本理論、技術(shù)、方法和應用研究地球表面較小區(qū)域內(nèi)測繪工作的基本理論、技術(shù)、方法和應用的一門科學。的一門科學。大地測量學大地測量學-研究地球的大小和形狀，解決大范圍地區(qū)的控制測量和地球重力場問研究地球的大小和形狀，解決大范圍地區(qū)的控制測量和地球重力場問題。題。攝影測量學攝影測量學-研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，以確定物體的形狀、研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，以確定物體的形狀、大小和空間位置的理

4、論和方法。大小和空間位置的理論和方法。海洋測量學海洋測量學-以海洋和陸地水域為研究對象，研究港口、碼頭、航道及水下地形測以海洋和陸地水域為研究對象，研究港口、碼頭、航道及水下地形測量的理論和方法。量的理論和方法。工程測量學工程測量學-研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營中測量的理論和方法。研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營中測量的理論和方法。地圖制圖學地圖制圖學-研究各種地圖的制作理論、原理、工藝技術(shù)和應用的一門學科。研究各種地圖的制作理論、原理、工藝技術(shù)和應用的一門學科。一、測量學的分類一、測量學的分類（一）任務(wù)（一）任務(wù) 1 1、測定；、測定；2 2、測設(shè)；、測設(shè)；3 3、監(jiān)變、監(jiān)變

5、（二）作用（二）作用 1 1、在工程建設(shè)方面、在工程建設(shè)方面-貫穿全過程貫穿全過程 （1 1）在規(guī)劃、設(shè)計階段：利用地形圖作設(shè)計、方案比較等）在規(guī)劃、設(shè)計階段：利用地形圖作設(shè)計、方案比較等 （2 2）在施工階段：標定設(shè)計物體的位置和高程）在施工階段：標定設(shè)計物體的位置和高程 （3 3）在竣工、運營階段：提供竣工圖、變形觀測等）在竣工、運營階段：提供竣工圖、變形觀測等 2 2、在其它方面、在其它方面 科研、國防建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)等?？蒲?、國防建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)等。1.1 測量學概述測量學概述三、測量學的任務(wù)與作用三、測量學的任務(wù)與作用1.1 概述概述 1 1我國古代測量學的成就我國古代測量學的成就 長沙

6、馬王堆三號墓出土的西漢時期長沙國長沙馬王堆三號墓出土的西漢時期長沙國地圖地圖世界上現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的最早的軍用地圖世界上現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的最早的軍用地圖（注：世界上現(xiàn)存最古老的地圖是在古巴（注：世界上現(xiàn)存最古老的地圖是在古巴比倫北部的加蘇古巴城（今伊拉克境內(nèi)）比倫北部的加蘇古巴城（今伊拉克境內(nèi)）發(fā)掘的刻在陶片上的地圖）發(fā)掘的刻在陶片上的地圖） 北宋時沈括的北宋時沈括的夢溪筆談夢溪筆談中記載了磁偏中記載了磁偏角的發(fā)現(xiàn)。角的發(fā)現(xiàn)。 清朝康熙年間，清朝康熙年間，17181718年完成了世界上最早年完成了世界上最早的地形圖之一的地形圖之一皇興全圖皇興全圖。四、測量學的發(fā)展概況四、測量學的發(fā)展概況1.1 概述概述2 2目前

7、測量學發(fā)展狀況及展望目前測量學發(fā)展狀況及展望 測量室內(nèi)外一體化。測量室內(nèi)外一體化。 GPSGPS（Global positioning systemGlobal positioning system） RSRS（Remote senseRemote sense） GIS (Geographic information system)GIS (Geographic information system) 3S3S技術(shù)的結(jié)合技術(shù)的結(jié)合 數(shù)字地球數(shù)字地球(Digital Earth)(Digital Earth)的概念。的概念。 四、測量學的發(fā)展概況四、測量學的發(fā)展概況地球的自然形體地球的自然形體極

8、不規(guī)則的形體，最高點極不規(guī)則的形體，最高點8846.278846.27mm，最低點，最低點-11022-11022mm，高低起伏與巨大半徑相比可忽略不計，可把地球看作球體。高低起伏與巨大半徑相比可忽略不計，可把地球看作球體。1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.1 1.2.1 地球的形狀和大小地球的形狀和大小大地體大地體1 1、鉛垂線：、鉛垂線：重力作用線，測量的重力作用線，測量的基準線基準線。2 2、水準面：、水準面：靜止的海水面形成的閉合曲面。它是重力等位面，處靜止的海水面形成的閉合曲面。它是重力等位面，處處與重力方向線垂直，有無窮多個。處與重力方向線垂直，有無窮多個。3 3、水平面

9、：、水平面：水準面上任一點的切平面。水準面上任一點的切平面。4 4、大地水準面：、大地水準面：與平均海水面相吻合的水準面，它最接近地球真與平均海水面相吻合的水準面，它最接近地球真實形態(tài)和大小，是測量的實形態(tài)和大小，是測量的基準面基準面。大地水準面是一個不規(guī)則的曲面。大地水準面是一個不規(guī)則的曲面。5 5、大地體：、大地體：大地水準面所包含的形體，稱為大地體。大地水準面所包含的形體，稱為大地體。1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.1 1.2.1 地球的形狀和大小地球的形狀和大小WE橢球面橢球面大地水準面大地水準面水準面是受地球重力影響而形成的，其特點是水準面是受地球重力影響而形成的，其特點

10、是水準面上任水準面上任意一點的鉛垂線意一點的鉛垂線( (重力作用線重力作用線) )都垂直于該點的曲面都垂直于該點的曲面。由于。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，重力也受其影響，故引起了鉛地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，重力也受其影響，故引起了鉛垂線方向的改變，致使大地水準面成為一個有微小起伏的垂線方向的改變，致使大地水準面成為一個有微小起伏的復雜曲面。復雜曲面。鉛垂線鉛垂線法線法線地球自然表面地球自然表面大地水準面大地水準面地球橢球面地球橢球面1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.1 1.2.1 地球的形狀和大小地球的形狀和大小參考橢球體（地球橢球、旋轉(zhuǎn)橢球體、參考橢球體（地球橢球、旋轉(zhuǎn)橢球體、數(shù)字橢

11、球體等數(shù)字橢球體等） 選一個大小、形狀接近大地體的旋轉(zhuǎn)橢球體作為地球的參考形狀選一個大小、形狀接近大地體的旋轉(zhuǎn)橢球體作為地球的參考形狀和大小。和大小。1222222bZaYaXaba 式中，式中，a a、b b為橢球體長短半徑為橢球體長短半徑扁率為：扁率為：WENSabo1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.1 1.2.1 地球的形狀和大小地球的形狀和大小我國采用參數(shù)：我國采用參數(shù)： （1 1）19541954年北京坐標系年北京坐標系 a=6,378,245m a=6,378,245m = 1= 1: :298.3298.3 （2 2）19801980年國家大地坐標系年國家大地坐標系 a

12、=6,378,140m a=6,378,140m =1:298.257=1:298.257地球園球體地球園球體)2(31baR 6371km1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法 地面點位是用地面點位是用坐標坐標和和高程高程表示的。表示的。坐標坐標 地理坐標、獨立平面直角坐標系、高斯平直角坐標系。地理坐標、獨立平面直角坐標系、高斯平直角坐標系。1.2 地面點位的確定地面點位的確定v地理坐標系地理坐標系 大地坐標大地坐標 天文坐標天文坐標1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法 基準面：基準面：參考橢球面參考橢球面 基

13、準線：基準線：法線法線 大地經(jīng)度大地經(jīng)度L L：某點的子午面與本初某點的子午面與本初子午面所夾兩面角。分為東徑、西子午面所夾兩面角。分為東徑、西經(jīng)，值域經(jīng)，值域 0 0 180180。 大地緯度大地緯度B B：過某點的法線與赤道過某點的法線與赤道面的夾角。分為南緯、北緯，值域面的夾角。分為南緯、北緯，值域 0 0 9090。 基準面：基準面：大地水準面大地水準面 基準線：基準線：鉛錘線鉛錘線 天文經(jīng)度天文經(jīng)度：某點的子午面與本某點的子午面與本初子午面所夾兩面角。分為東徑、初子午面所夾兩面角。分為東徑、西經(jīng)，值域西經(jīng)，值域 0 0 180180。 天文緯度天文緯度：過某點的鉛錘線與過某點的鉛錘線

14、與赤道面的夾角。分為南緯、北緯，赤道面的夾角。分為南緯、北緯，值域值域 0 0 9090。 缺點：缺點：球面坐標，無法直接計算，精度低。球面坐標，無法直接計算，精度低。v獨立平面直角坐標系獨立平面直角坐標系1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法以南北方向為坐標縱軸以南北方向為坐標縱軸X X軸（向北為正），東西方向軸（向北為正），東西方向為橫軸為橫軸Y Y軸（向東為正）軸（向東為正）X XY YO O缺點：適用范缺點：適用范圍小、坐標系圍小、坐標系統(tǒng)不統(tǒng)一。統(tǒng)不統(tǒng)一。1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表

15、示方法地面點位的表示方法v高斯平面直角坐標系高斯平面直角坐標系地圖投影：將球面上的大地坐標按一定數(shù)學法則歸算到平面上。地圖投影：將球面上的大地坐標按一定數(shù)學法則歸算到平面上。地圖投影的方式：等角投影（正形投影）地圖投影的方式：等角投影（正形投影） 等面積投影等面積投影 任意投影等任意投影等高斯投影的概念高斯投影的概念 高斯投影是橫橢圓柱正形投影。高斯投影是橫橢圓柱正形投影。 高斯投影的特點：高斯投影的特點： （1 1）投影后角度不變；）投影后角度不變； （2 2）長度變形呈固定性，且離中央子午線越遠變形越大。）長度變形呈固定性，且離中央子午線越遠變形越大。分帶投影：為分帶投影：為限制限制長度變

16、形，采用分帶的方法。長度變形，采用分帶的方法。從從0 0經(jīng)線開始，自西向東，每隔經(jīng)線開始，自西向東，每隔6 6投影一次，投影一次， 中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)度L L0 0 及帶號及帶號NN的計算公式如下：的計算公式如下：1)(6商取整LNL L0 0=6N-3=6N-36 6帶投影帶投影全球分為全球分為6060帶，編號為帶，編號為1 1 6060帶。帶。1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法 11 11個個6 6帶，帶，N N（13 13

17、2323），），L L0 0(75(75 135135) ) 21 21個個3 3帶，帶，N N（25 25 4545），），L L0 0(75(75 135135) )在在6 6帶基礎(chǔ)上劃分，其中央子午線在奇數(shù)時與帶基礎(chǔ)上劃分，其中央子午線在奇數(shù)時與6 6帶的帶的L L0 0相同，每隔相同，每隔3 3為一帶為一帶 ，共，共120120帶。帶。中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)度L L0 0的計算公式為的計算公式為L L0 0 =3N=3N NN為為 3 3帶帶號帶帶號3 3帶投影：帶投影：我國我國1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法原點：原

18、點： 赤道與中央子午線的交點赤道與中央子午線的交點X X軸：軸： 中央子午線，向北為正中央子午線，向北為正Y Y軸：軸： 赤道線，向東為正赤道線，向東為正 象限按順時針象限按順時針、 排列排列高斯平面直角坐標系高斯平面直角坐標系 我國境內(nèi)，各帶的我國境內(nèi)，各帶的X X坐標均為正，但坐標均為正，但Y Y坐標有正有負。坐標有正有負。為使為使Y Y值都為正，規(guī)定值都為正，規(guī)定Y Y坐標一律加坐標一律加500km500km，即將原點，即將原點西移西移500km500km，并在，并在Y Y坐標前面冠以帶號。坐標前面冠以帶號。如在第如在第2020帶，中央子午線以西帶，中央子午線以西P P點：點：在在202

19、0帶高斯直角坐標系為：帶高斯直角坐標系為：mxp057.4429757myP593.58269 m441730.407 20y 7m4429757.05ppx1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法（1 1） 縱、橫坐標軸不同縱、橫坐標軸不同（2 2） 表示直線方位角定義不同表示直線方位角定義不同（3 3） 坐標象限不同坐標象限不同 數(shù)學上的三角和解析幾何公式可直接用到測量的計算上。數(shù)學上的三角和解析幾何公式可直接用到測量的計算上。1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法高斯平面直角

20、坐標系與數(shù)學中的笛卡爾坐標系的區(qū)別高斯平面直角坐標系與數(shù)學中的笛卡爾坐標系的區(qū)別x xy yo oy yx xo o1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法高程系統(tǒng)高程系統(tǒng) 2 2、高差：地面上兩點間的高程之差，用、高差：地面上兩點間的高程之差，用h h表示。表示。 h habab=H=Hb b-H-Ha a 1 1、地面點的高程：、地面點的高程： 地面點到某一高程基準面的垂直距離。地面點到某一高程基準面的垂直距離。 大地高大地高H H大大：地面點沿法線到橢球體面的距離。地面點沿法線到橢球體面的距離。 海拔高海拔高H H海海：地面點沿鉛垂

21、線到大地水準面的距離，地面點沿鉛垂線到大地水準面的距離， 也稱絕對高程，常簡化用也稱絕對高程，常簡化用H H表示。表示。 相對高程：相對高程： 地面點到某一假定水準面的垂直距離，地面點到某一假定水準面的垂直距離， 也稱假定高程也稱假定高程1.2 地面點位的確定地面點位的確定1.2.2 1.2.2 地面點位的表示方法地面點位的表示方法3 3、我國采用的高程系統(tǒng)、我國采用的高程系統(tǒng) （1 1）19561956年黃海高程系統(tǒng)年黃海高程系統(tǒng) H H原點原點=72.289=72.289mm （2 2）19851985年國家高程基準年國家高程基準 H H原點原點=72.260=72.260mm1.3 水平

22、面代替水準面的限度水平面代替水準面的限度1.3.1 1.3.1 對水平距離的影響對水平距離的影響23331)31(RDRRRtgD223)(3131RDDDRDDAABCBodDhR1.3 水平面代替水準面的限度水平面代替水準面的限度1.3.1 1.3.1 對水平距離的影響對水平距離的影響取取R=6371kmR=6371km，D D用不同距離帶入，計算得用不同距離帶入，計算得D(km) D(km) D(cm) D/DD(cm) D/D 1 1 0.00 - 0.00 - 10 0.82 1/120 10 0.82 1/120萬萬 15 2.77 1/5415 2.77 1/54萬萬 20 6.

23、57 1/3020 6.57 1/30萬萬 25 12.83 1/1925 12.83 1/19萬萬 結(jié)結(jié) 論：在半徑為論：在半徑為10km10km之內(nèi)，可用水平面代替水準面之內(nèi)，可用水平面代替水準面1.3 水平面代替水準面的限度水平面代替水準面的限度1.3.2 1.3.2 對水平角的影響對水平角的影響從球面三角測量中可知，球面上多邊形內(nèi)角之和比平面從球面三角測量中可知，球面上多邊形內(nèi)角之和比平面上多邊形內(nèi)角之和多一個球面角超上多邊形內(nèi)角之和多一個球面角超。其值可用多邊形。其值可用多邊形面積求得：面積求得：2RP式中：式中：P-P-球面多邊形面積球面多邊形面積 R-R-地球半徑地球半徑-1-1

24、弧度相應的秒值弧度相應的秒值 =206265 =206265 1.3 水平面代替水準面的限度水平面代替水準面的限度1.3.2 1.3.2 對水平角的影響對水平角的影響以不同面積代入，可求出球面角超如下：以不同面積代入，可求出球面角超如下： P(kmP(km2 2) ) ()() 10 0.05 10 0.05 50 0.25 50 0.25 100 0.51 100 0.51 300 300 1.52 1.52結(jié)結(jié) 論：當測區(qū)面積為論：當測區(qū)面積為100km100km2 2時，用平面代替大地水時，用平面代替大地水準面，對角度影響最大僅為準面，對角度影響最大僅為0.510.51，所以在這樣的測區(qū)

25、，所以在這樣的測區(qū)進行工程測量可以忽略不計。進行工程測量可以忽略不計。1.3 水平面代替水準面的限度水平面代替水準面的限度1.3.3 1.3.3 對高程的影響對高程的影響用平面代替大地水準面時，產(chǎn)生高程誤差稱為地球用平面代替大地水準面時，產(chǎn)生高程誤差稱為地球曲率影響。曲率影響。由于由于CABCAB較小，較小，h h可以用弧度表示可以用弧度表示2/DhRDh22對于不同對于不同D，產(chǎn)生的高程誤差如下：，產(chǎn)生的高程誤差如下： D(m) 10 50 100 150 200 (mm) 0.0 0.2 0.8 1.77 3.1計算結(jié)果表明，地球曲率對高差影響較大，即計算結(jié)果表明，地球曲率對高差影響較大，即使在不長的距離如使在不長的距離如150m150m，也會產(chǎn)生，也會產(chǎn)生1.77mm1.77mm的高差，的高差，所以高程測量中應考慮地球曲率的影響