測量基礎知識99235

1、第一章 測量基礎知識§.測繪學概述一、什么是測繪學測繪學是研究地理信息的獲取、處理、描述和應用的學科。主要研究測定、描述地球的形狀、大小、重力場、地表形態(tài)以及它們的各種變化，確定自然和人造地物、人工設施的空間位置及屬性，制成各種地圖和建立有關信息系統。測繪學是一門有著悠久歷史的學科，它隨著人類生產實踐的需要而產生，也隨著人類科學技術的不斷發(fā)展而前進。我國早在二千多年前的夏商時代為了治水，就開始了實際的測量工作。在長沙馬王堆出土的西漢長沙國的地形圖、駐軍圖、城邑圖，是迄今發(fā)現最古老最詳實的地圖（錦帛圖，距今2100多年）。二、測繪工作的作用無論在國民經濟建設還是在國防建設中，測量工作都

2、是一項基礎性工作。工程項目的建設，地形資料是規(guī)劃、設計的依據，施工中又需要使用測量手段將工程設計表現在實地，建成后還要監(jiān)測及時發(fā)現建筑物的變形和位移，以便采取措施。軍事上地形資料是指揮員的眼睛。地形資料在經濟規(guī)劃與管理、農業(yè)生產、資源開發(fā)、旅游休閑等都有廣泛的應用。三、測繪學的基本內容根據研究目的、對象和方法的不同，可分為：1.大地測量學研究在廣大地面上建立區(qū)域和全球三維控制網，測定地球形狀、大小和地球重力場等的理論、技術和方法。大地測量學是研究一個較大的區(qū)域，故必須考慮地球的曲率、平面角和球面角的差異等。2.普通測量學研究地球局部區(qū)域內的測繪工作的基本理論、方法、技術和應用的學科，主要有控制

3、測量和碎部測量?？刹活櫦暗厍虻那视绊?。3.攝影測量與遙感學是通過電磁波傳感器獲得目標物的幾何和物理信息來研究地表形狀和大小及其它信息的測繪科學。攝影測量是利用攝影像片來測定物體的形狀、大小和空間位置、性質和相互關系的學科。遙感是利用傳感器收集目標物的電磁波信息，經數據處理、分析后，識別目標物的性質、幾何形狀和相互關系及其變化規(guī)律的科學。包括微波、紅外線、可見光遙感等。4.地圖制圖學研究地圖投影、設計、編制和制印等的理論、工藝和應用的學科。5.海洋測繪學以海洋水體和海底為對象的測繪學科。6.工程測量學是研究工程建設的勘察設計、施工和運行階段所需的各種測量理論和技術的學科。四、測量學的任務. 地

4、形圖測繪和應用. 施工測量. 變形觀測§1.2 地球的形狀和大小一、地球的形狀1.大地水準面地球表面是極其復雜的，有高山、丘陵、平原海洋，最高點是珠穆朗瑪峰（現為+8844.43m，原為+8848.13m），最低點是太平洋西部的馬利亞內海溝（11034m），這樣的起伏相對于半徑為6371km的地球來說，是微不足道的，所以我們大致可以把地球看作球狀體。從地表水陸構成來看，陸地占29%，水域占71%，我們可以把地球看成是一個由海水包圍著的球面。 水準面水在靜止時的表面。處處與鉛垂線垂直，有無數個。大地水準面設想由靜止的平均海水面向陸地延伸形成的重力等位面。大地水準面是一個封閉曲面，是唯一

5、的，處處與鉛垂線垂直，是高程的起算面。大地水準面是不能用數學公式表示的不規(guī)則曲面。大地體由大地水準面包圍成的形體。大地水準面是測量工作的基準面，鉛垂線是測量工作的基準線。 以前我國采用“1956黃海高程系統”（1950年1956年驗潮資料確定）, 青島水準原點的高程為72.289m。目前我國采用“1985國家高程基準”（1952年1979年青島驗潮站觀測而得），青島水準原點的高程為72.2604m，它是全國各地高程測量計算的基準。 2.參考橢球面從大量的測量實踐證明，大地體并不是一個正球體，而是一個橢球體。由于地球內部物質的密度分布不均勻，必然使地面各點的重力的大小和方向不同，從而引起各點的鉛

6、垂線方向發(fā)生不規(guī)則變化，而大地水準面處處與鉛垂線垂直，以致大地水準面成為一個略有起伏的不規(guī)則表面。 為了測量計算和制圖方便，我們采用一個規(guī)則的、與大地水準面非常接近的曲面來表示，這個曲面稱為參考橢球面。該曲面包圍的形體稱為參考橢球體，它是由一個橢圓繞其短軸旋轉而成的，所以也稱旋轉橢球體。參考橢球體的大小可以通過天文、大地、重力和衛(wèi)星測量數據來推算。 參考橢球體的大小通常用橢球參數長半軸a，扁平率f來表示。 參考橢球體的數學表達式為： 二、地球的大小新中國成立以來我國曾采用克拉索夫斯基橢球參數（a=6378245m，f=1：298.3），稱為1954年北京坐標系，是從前蘇聯聯測延伸得到的。 而后

7、我國也采用1975年國際大地測量與地球物理聯合會（IAG）16屆大會推薦的數值，稱為1980年國家大地坐標系。大地原點位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。橢球參數為： a=6378140m， b=6356755m f =（a-b）/a=1：298.257我國從2008年7月1日起，啟用2000國家大地坐標系，橢球參數為：a=6378137m， b=6356752m f =（a-b）/a=1：298.257 222 101若近似將地球看成球體，則： §1.3 測量坐標系與地面點位的確定地面點位是通過空間坐標（平面和高程）來表示的。一、地球空間直角坐標系1.參心坐標系參心坐標系的坐標原點設在參考橢球

8、的中心。我國建立的1954年北京坐標系和1980年國家大地坐標系，都屬于參心坐標系。2.地心坐標系地心坐標系的坐標原點設在地球的質心。我國近來啟用的2000國家大地坐標系、GPS所采用的WGS-84坐標系都屬于地心坐標系。兩種坐標系可以轉換。二、點的球面或平面坐標系1.地理坐標（了解）地面點在球面上的位置用經緯度來表示的坐標稱為地理坐標。天文坐標是表示地面點在大地水準面上的位置，通過天文測量直接測定的，其依據是大地水準面和鉛垂線。大地坐標是表示地面點在參考橢球體上的位置，根據按大地測量所得的數據推算而得的，其依據是參考橢球面和法線。 2.平面直角坐標平面直角坐標系與數學坐標系是不同的，其區(qū)別為

9、： X Y Y X （測） （數） 即： · x y方向不一樣 · 象限劃分不一樣 · 角度起始軸以及方向不一樣高斯平面直角坐標在大地測量工作中，應考慮地球曲率問題，解決的方法是采用一定的投影方法?，F在我國采用高斯投影（高斯-克呂格投影，即橫切橢圓柱投影），所建立的坐標系統稱為高斯平面直角坐標。為了使變形控制在一定的范圍，采用分帶投影：6°帶和3°帶。我國六度帶為1323帶共11帶，三度帶為2445帶共22帶。 將投影帶展成平面后，取赤道線為Y軸，中央經線西移500km后為X軸，建立高斯平面直角坐標系。 X 500 km Y （赤道） O （中

10、央經線）為了區(qū)分各投影帶，在Y坐標前還應加上帶號。 X= x Y= 帶號y + 500km如： X=15689672.31m Y=20394625.22m 為第20投影帶的點。獨立平面直角坐標系小地區(qū)測量工作中，常把地球表面當作平面處理，直接建立平面直角坐標系：原點一般選測區(qū)的西南角（其值可設定），同樣X軸為縱軸，Y軸為橫軸。獨立坐標系可分為假定坐標系和地方坐標系。二、地面點的高程1.高程系統大地高系統是地面點沿參考橢球面法線到參考橢球面的距離。正高系統是地面點沿重力線到大地水準面的距離。正常高系統是地面點沿重力線到似大地水準面的距離。（似大地水準面是各地面點沿正常重力線向下截取各點的正常高，

11、所得到的點構成的曲面）我國采用正常高系統。2.點的高程絕對高程地面某點到平均海水面的鉛垂距離，也稱海拔，簡稱為高程。我國從1987年9月起啟用“1985國家高程基準”，青島水準原點的高程為72.2604m，它是全國各地高程測量計算的基準。相對高程地面某點到某一假定水準面的鉛垂距離，也稱假定高程，當測區(qū)附近無國家水準點，引測絕對高程有困難時采用。有時為了使用方便，在某些工程測量中也常使用相對高程。高差兩地面點之間的高程差稱為高差。 §1.6 測量的基本工作與原則一、 測量的基本工作1.平面直角坐標的測定（量邊和測角）2.高程的測定（測定高差）確定地面點位的3個要素是水平距離、水平角及高

12、差。我們把距離測量、角度測量和高程測量稱為測量工作的基本內容。 二、 測量工作的基本原則在布局上從整體到局部，在程序上先控制后碎部，在作業(yè)上步步有檢核。三、 控制測量1.平面控制測量是在測區(qū)內按一定的要求選定一些具有控制意義的點，使之組成控制網，用比較精確的方法測定這些點的平面位置，這項工作稱為控制測量。2.高程控制測量確定控制點高程的測量工作。3.三維控制測量同時確定控制點的平面坐標及高程的測量工作（如GPS測量）。四、碎部測量是在控制測量的基礎上，根據控制點位測定地物、地貌的特征點的工作。測圖與測設的相同點與區(qū)別：相同之處都是確定地面點的位置，所不同的是，測圖是把地面上的各點測繪到圖上，而

13、測設（放樣）是把圖上設計的建筑物的位置標示到實地上。 §1.5 地球曲率對測量觀測量的影響測量工作的基準面是大地水準面，如果用水平面代替水準面，對距離、高程和角度有何影響？下面來分析一下。一、地球曲率對水平距離的影響 即 取R=6371km ,用不同的距離代入上式： D(km) 10 20 50 100 D/D 1/122萬 1/30萬 1/4.9萬 1/1.2萬 結論：在10km為半徑的范圍內進行距離測量時，可用水平面代替水準面，即不考慮地球曲率對距離的影響。二、地球曲率對高程的影響從上圖中可看出： 取R=6371km ,用不同的距離代入上式： D(km) 0.1 0.2 0.5 1 2 3 h(cm) 0.078 0.31 2 8 31 71結論：在高程測量中，即使距離很短也