工程測量學課件

工程測量學工程測量學1第一章緒論任務及在國民經(jīng)濟建設中的作用地球的形狀和大小測量中常用的坐標系統(tǒng)確定地面點位的原理用水平面代替水準面的限度測量的基本工作第一章緒論任務及在國民經(jīng)濟建設中2◆

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、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?！?.1任務及意義◆測繪學是研究地球形狀和大小以及確3◆技術發(fā)展：測量技術數(shù)字自動化測量利用全站儀數(shù)字測量攝影測量地面人工測量利用光學儀器GPS測量成果紙質地形圖數(shù)字地圖地理信息系統(tǒng)航攝儀進行空中攝影獲取像片◆技術發(fā)展：測量技術數(shù)字自動化測量利用全站儀數(shù)字測量攝影測量4測量學分類◎大地測量學◎航空攝影測量與遙感◎工程測量學◎地圖制圖學◎海洋測量學◎普通測量學測量學分類◎大地測量學5工程測量學課件6國民經(jīng)濟建設國防建設科學研究◆應用領域：國民經(jīng)濟建設◆應用領域：7建筑變形監(jiān)測建筑變形監(jiān)測8在南極長城站進行控制測量在南極長城站進行控制測量9在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程10在南極長城站進行天文測量在南極長城站進行天文測量11普通測量學的任務測繪地形圖（測定）建筑物的施工放樣（測設）變形監(jiān)測普通測量學的任務測繪地形圖（測定）12普通測量學的基本要求★掌握測量學的基本概念，基本理論★熟練操作常用的測量儀器★掌握又快又準確地測、算、繪的技術★熟練讀圖和用圖普通測量學的基本要求★掌握測量學的基本概念，基本理論13§1.2地球的形狀和大小地球既圍繞太陽旋轉又繞自己的軸自轉，地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質心吸引力的作用，這兩個力的合力稱為重力，重力方向即為垂線方向。離心力重力引力一、地球形狀§1.2地球的形狀和大小地球既圍繞太陽旋轉又繞自14

由于地球的自轉和公轉，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復雜，有高山平原，江河湖泊，如：

有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面11022m馬里亞納海溝

但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因為海洋約占整個地球表面的71%?！锼匀藗冊O想將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。大地水準面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。由于地球的自轉和公轉，使得地球成橢球形，其赤道半徑大15特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面水準面地球自然表面二、水準面定義：處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面稱為水準面。特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。水準面地球自16

定義：將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。作用：測量工作的基準面

獲?。何覈谇鄭u設有驗潮站地球自然表面大地水準面三、大地水準面：地球自然表面大地水準面三、大地水準面：17

1.要求：①總質量=地球質量，中心與質心重合，短軸與旋轉軸重合。②旋轉角速度與地球自轉速度相等。③表面與大地水準面擬合最好。大地水準面與橢球面高差

最大差為±200m旋轉橢球面大地水準面ab四、旋轉橢球面大地水準面與旋轉橢球面大地水準面ab四、旋轉橢球面18五、球面在測量工作范圍不大時，可將地球看作圓球體，以球面代替大地水準面，，其半徑R=6371km

2.我國采用的參考橢球體幾何參數(shù)（1）1954年北京坐標系，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參考橢球體參數(shù)：

a=6378245m

=1:298.3（2）1980年國家大地坐標系采用國際大地測量協(xié)會與地球物理聯(lián)合會在1975年推薦的IUGG-75地球橢球。其參數(shù)：

a=6378140m

=1:298.257（3）

WGS-84坐標系

a=6378137m

=1：298.257五、球面2.我國采用的參考橢球體幾何參數(shù)（1）1954年北京19§1.3

測量中常用的坐標系統(tǒng)一、天文坐標（地理坐標系）

通常用經(jīng)度（λ）和緯度（φ）表示。

以垂線和大地水準面為基準線和基準面oλP首子午線格林威治φ地面上任意點N（λ、Φ）P′§1.3測量中常用的坐標系統(tǒng)一、天文坐標（地理坐標系）o20二、大地坐標系點位的表示：大地經(jīng)度（L），大地緯度（B），大地高度（H）地面上任意點P的空間位置為：P（L、B、H）▲大地坐標是以法線和橢球體面為基準線和基準面SNBLH大PG二、大地坐標系地面上任意點P的空間位置為：P（L、B、H）▲21▲我國目前常用大地坐標系：

◎1954年北京坐標系，大地原點在原蘇聯(lián)。

◎1980年國家大地坐標系，大地原點在陜西省永樂鎮(zhèn)。

◎WGS—84世界大地坐標系，坐標原點在地心?！蟮刈鴺讼担簠⒖甲鴺讼档匦淖鴺讼等⒖臻g直角坐標系坐標原點O：地球橢球體中心（與質心重合）Z軸方向：指向地球北極X軸方向：指向格林尼治子午面與地球赤道面之交點Y軸方向：垂直于XOZ平面，構成右手坐標系?！覈壳俺Ｓ么蟮刈鴺讼担骸蟮刈鴺讼担簠⒖甲鴺讼档匦淖鴺?2例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）表示方法。XZYP(X、Y、Z)XYZ例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）表示方法。X23空間直角坐標和大地坐標之間的坐標轉換公式空間直角坐標和大地坐標之間的坐標轉換公式24大地坐標和空間直角坐標之間的坐標轉換公式大地坐標和空間直角坐標之間的坐標轉換公式25四、高斯投影和高斯平面直角坐標系1.高斯投影（橫切橢圓柱正形投影）★方法：將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上。★特點：投影后角度保持不變，中央子午線投影后一條直線，且長度不變。中央子午線P′赤道Q′PQmE′E四、高斯投影和高斯平面直角坐標系中央子午線P′赤道Q′PQm26PmP′E′E中央子午線高斯投影平面赤道PmP′E′E中央高斯投影平面赤道27★高斯投影六度帶和三度帶投影示意圖115324233°9°15°3°6°9°12°15°六度帶三度帶★高斯投影六度帶和三度帶投影示意圖115324233°9°128★中央子午線經(jīng)度計算公式：六度帶：L0=6N-3（N為投影帶的號數(shù)）三度帶：L0=3N2.高斯平面直角坐標系以中央子午線作為坐標縱軸（用X表示）以赤道作為坐標橫軸（用Y表示）例：xm=1346216.985mym=19634527.165m帶號數(shù)YXXmYm500kmomX★中央子午線經(jīng)度計算公式：2.高斯平面直角坐標系以中央子午29五、平面直角坐標系OYXOYXⅠⅡⅢⅣ獨立平面直角系原點一般選擇在測區(qū)西南角m(x、y)x

y例：X=138567.923mY=126738.357m五、平面直角坐標系OYXOYXⅠⅡⅢⅣ獨立平面直角系原點一般301.絕對高程：地面上一點到大地水準面的鉛垂距離（H）2.相對高程：地面上一點到假定水準面的鉛垂距離（H′）3.高差：地面上兩點間的高程之差。（h）HAABHBHA′HB′h假設水準面大地水準面六、地面點的高程系統(tǒng)1.絕對高程：地面上一點到大地水準面的鉛垂距離（H）HAAB31A水準原點H自然表面大地水準面（高程為0）絕對高程（海拔）青島驗潮站HAH56年黃海高程系統(tǒng)：H=72.289m85年國家高程基準：H=72.260mA自然表面大地水準面（高程為0）絕對高程青島驗潮站HAH5632工程測量學課件33工程測量學課件34§1.4地面點的確定原理一、地球表面的形狀地貌：地球表面高低起伏的形態(tài)，例如：高山、峽谷等地物：地面上人造或天然固定物體，建筑、橋梁、道路等§1.4地面點的確定原理一、地球表面的形狀地貌：地球表面35二、常規(guī)測量的基本工作：

①測距離D②測角度（β）③測高差hAαHBHC大地水準面BCβabcDabDbc北（方位角）hbchabP二、常規(guī)測量的基本工作：AαHBHC大地水準面BCβ36工程測量學課件37三、衛(wèi)星定位方法利用衛(wèi)星信號接受機，同時接受多顆定位衛(wèi)星發(fā)射的信號進行定位，稱為衛(wèi)星定位。GPS接受機PGPS衛(wèi)星三、衛(wèi)星定位方法利用衛(wèi)星信號接受機，同時接受多顆定38§1.5用水平面代替水準面的限度BAadDp′pb′

bR§1.5用水平面代替水準面的限度BAadDp′pb′39§1.5用水平面代替水準面的限度1.對距離的影響B(tài)AadDp′pb′

bR在半徑10km范圍內,對距離的影響可以忽略不計.結論:§1.5用水平面代替水準面的限度1.對距離的影響B(tài)Aa402.對高程的影響B(tài)AadDp′pb′

bR在高程測量中,即使距離很短也應考慮地球曲率的影響.結論:2.對高程的影響B(tài)AadDp′pb′bR在高程測量41工程測量學工程測量學42第一章緒論任務及在國民經(jīng)濟建設中的作用地球的形狀和大小測量中常用的坐標系統(tǒng)確定地面點位的原理用水平面代替水準面的限度測量的基本工作第一章緒論任務及在國民經(jīng)濟建設中43◆

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、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?！?.1任務及意義◆測繪學是研究地球形狀和大小以及確44◆技術發(fā)展：測量技術數(shù)字自動化測量利用全站儀數(shù)字測量攝影測量地面人工測量利用光學儀器GPS測量成果紙質地形圖數(shù)字地圖地理信息系統(tǒng)航攝儀進行空中攝影獲取像片◆技術發(fā)展：測量技術數(shù)字自動化測量利用全站儀數(shù)字測量攝影測量45測量學分類◎大地測量學◎航空攝影測量與遙感◎工程測量學◎地圖制圖學◎海洋測量學◎普通測量學測量學分類◎大地測量學46工程測量學課件47國民經(jīng)濟建設國防建設科學研究◆應用領域：國民經(jīng)濟建設◆應用領域：48建筑變形監(jiān)測建筑變形監(jiān)測49在南極長城站進行控制測量在南極長城站進行控制測量50在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程51在南極長城站進行天文測量在南極長城站進行天文測量52普通測量學的任務測繪地形圖（測定）建筑物的施工放樣（測設）變形監(jiān)測普通測量學的任務測繪地形圖（測定）53普通測量學的基本要求★掌握測量學的基本概念，基本理論★熟練操作常用的測量儀器★掌握又快又準確地測、算、繪的技術★熟練讀圖和用圖普通測量學的基本要求★掌握測量學的基本概念，基本理論54§1.2地球的形狀和大小地球既圍繞太陽旋轉又繞自己的軸自轉，地球上的物體將受到地球、太陽、月亮引力、離心力等多種力的作用，而其中主要是受到離心力和地球質心吸引力的作用，這兩個力的合力稱為重力，重力方向即為垂線方向。離心力重力引力一、地球形狀§1.2地球的形狀和大小地球既圍繞太陽旋轉又繞自55

由于地球的自轉和公轉，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復雜，有高山平原，江河湖泊，如：

有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面11022m馬里亞納海溝

但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因為海洋約占整個地球表面的71%?！锼匀藗冊O想將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。大地水準面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。由于地球的自轉和公轉，使得地球成橢球形，其赤道半徑大56特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面水準面地球自然表面二、水準面定義：處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面稱為水準面。特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。水準面地球自57

定義：將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準面。作用：測量工作的基準面

獲取：我國在青島設有驗潮站地球自然表面大地水準面三、大地水準面：地球自然表面大地水準面三、大地水準面：58

1.要求：①總質量=地球質量，中心與質心重合，短軸與旋轉軸重合。②旋轉角速度與地球自轉速度相等。③表面與大地水準面擬合最好。大地水準面與橢球面高差

最大差為±200m旋轉橢球面大地水準面ab四、旋轉橢球面大地水準面與旋轉橢球面大地水準面ab四、旋轉橢球面59五、球面在測量工作范圍不大時，可將地球看作圓球體，以球面代替大地水準面，，其半徑R=6371km

2.我國采用的參考橢球體幾何參數(shù)（1）1954年北京坐標系，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參考橢球體參數(shù)：

a=6378245m

=1:298.3（2）1980年國家大地坐標系采用國際大地測量協(xié)會與地球物理聯(lián)合會在1975年推薦的IUGG-75地球橢球。其參數(shù)：

a=6378140m

=1:298.257（3）

WGS-84坐標系

a=6378137m

=1：298.257五、球面2.我國采用的參考橢球體幾何參數(shù)（1）1954年北京60§1.3

測量中常用的坐標系統(tǒng)一、天文坐標（地理坐標系）

通常用經(jīng)度（λ）和緯度（φ）表示。

以垂線和大地水準面為基準線和基準面oλP首子午線格林威治φ地面上任意點N（λ、Φ）P′§1.3測量中常用的坐標系統(tǒng)一、天文坐標（地理坐標系）o61二、大地坐標系點位的表示：大地經(jīng)度（L），大地緯度（B），大地高度（H）地面上任意點P的空間位置為：P（L、B、H）▲大地坐標是以法線和橢球體面為基準線和基準面SNBLH大PG二、大地坐標系地面上任意點P的空間位置為：P（L、B、H）▲62▲我國目前常用大地坐標系：

◎1954年北京坐標系，大地原點在原蘇聯(lián)。

◎1980年國家大地坐標系，大地原點在陜西省永樂鎮(zhèn)。

◎WGS—84世界大地坐標系，坐標原點在地心?！蟮刈鴺讼担簠⒖甲鴺讼档匦淖鴺讼等⒖臻g直角坐標系坐標原點O：地球橢球體中心（與質心重合）Z軸方向：指向地球北極X軸方向：指向格林尼治子午面與地球赤道面之交點Y軸方向：垂直于XOZ平面，構成右手坐標系?！覈壳俺Ｓ么蟮刈鴺讼担骸蟮刈鴺讼担簠⒖甲鴺讼档匦淖鴺?3例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）表示方法。XZYP(X、Y、Z)XYZ例如：地面上任意點P的空間直角坐標（X、Y、Z）表示方法。X64空間直角坐標和大地坐標之間的坐標轉換公式空間直角坐標和大地坐標之間的坐標轉換公式65大地坐標和空間直角坐標之間的坐標轉換公式大地坐標和空間直角坐標之間的坐標轉換公式66四、高斯投影和高斯平面直角坐標系1.高斯投影（橫切橢圓柱正形投影）★方法：將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上。★特點：投影后角度保持不變，中央子午線投影后一條直線，且長度不變。中央子午線P′赤道Q′PQmE′E四、高斯投影和高斯平面直角坐標系中央子午線P′赤道Q′PQm67PmP′E′E中央子午線高斯投影平面赤道PmP′E′E中央高斯投影平面赤道68★高斯投影六度帶和三度帶投影示意圖115324233°9°15°3°6°9°12°15°六度帶三度帶★高斯投影六度帶和三度帶投影示意圖115324233°9°169★中央子午線經(jīng)度計算公式：六度帶：L0=6N-3（N為投影帶的號數(shù)）三度帶：L0=3N2.高斯平面直角坐標系以中央子午線作為坐標縱軸（用X表示）以赤道作為坐標橫軸（用Y表示）例：xm=1346216.985mym=19634527.165m帶號數(shù)YXXmYm500kmomX★中央子午線經(jīng)度計算公式：2.高斯平面直角坐標系以中央子午70五、平面直角坐標系OYXOYXⅠⅡⅢⅣ獨立平面直角系原點一般選擇在測區(qū)西南角m(x、y)x

y例：X=138567.923mY=126738.357m五、平面直角坐標系OYXOYXⅠⅡⅢⅣ獨立平面直角系原點一般711.絕對高程：地面上一點到大地水準面的鉛垂距離（H）2.相對高程：地面上