長安大學測量學雙語PPT第1章

HighwaySchoolChang’anUniversity2014.2Surveying課程性質(zhì)：專業(yè)基礎課總學時數(shù)：

60學時其中：課堂理論教學50學時+實驗10學時相關課程：測量教學實習（2周）使用教材：

《測量學》

——人民交通出版社（許婭婭等主編)

尹暉主編，《測繪工程專業(yè)英語》，武漢大學出版社，2005

HaowenYAN等主編，《SURVEYINGPRINCIPLESANDMETHODS》SciencePress2009

尹暉主編，《測繪專業(yè)詞匯手冊》，武漢大學出版社，2008

測量學課程概述《測量學》教材內(nèi)容TheFirstpart：Thebasic（Chapter1-9）Chap.1－BasicconceptsChap.2、3、4、5－Threebasicwork(H、β、D）Chap.6——ErrortheoriesChap.7——ControlsurveyingChap.8、9——TopographicMapsThesecondpart：Thespecializedsubject（Chapter10-12）Chap.10——ConstructionlayoutChap.11、12——Roadcenterlinesurvey§1-1Surveyingtaskandapplications

一、SurveyingConcept

Studytheshapeandsizeoftheearth,anddeterminatetheground(includingtheair,undergroundandunderwater)pointposition.二、Task

1.測定（survey+mapping）：groundMaps二、Task2.測設(Layoutsetout)MapsGround

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying1.大地測量學(geodeticsurvey)Determinepointswithinbroadarea,includingearth'ssizeandshapeofthedetermination,largeareacontrolsurvey,astronomyandgravitysurvey.

2.普通測量學（Generalsurvey）

Determinepointswithintheearth'ssurfaceatsmallscale(10-25kilometers),regardlesstheearth'ssurfacecurvature.§1-1Surveyingtaskandapplications§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying

3.攝影測量與遙感學：Photogrammetryandremotesensing(RS)

§1-1Surveyingtaskandapplications三、Classificationofsurveying4.海洋測繪學(Marinesurveying)5.工程測量學(Engineeringsurveying)6.制圖學(Cartography)“3S”技術(GPS,GIS,RS)WewilllearnGeneralsurveyingandEngineeringsurveying。§1-1Surveyingtaskandapplications四、Rolesofsurveying勘測設計階段:

Surveyvariousdifferentscalesmapsforplananddesign.施工階段:

Theconstructionsurvey,layout(constructionlofting),as-builtsurveyanddeformationobservation.

運營管理階段:

Deformationobservationandsafetymonitoringandprediction,expandedandreconstruction.

§1-2測量學的發(fā)展與現(xiàn)狀一、Thehistoryofsurveying世界最早的測量記載：公元前21世紀《史記.夏本記》

記載“準、繩、規(guī)、距”世界最早的地球球體說：公元前6世紀，古希臘畢達哥拉斯，地球自轉世界最早的測量儀器：公元前3世紀中國四大發(fā)明之一司南，即指南針世界最早提出大地測量名詞：公元前3世紀古希臘亞里士多德提出世界最早的地圖論著：公元前3世紀古希臘埃拉托色尼

《地理學》提出經(jīng)緯圖，地球周長世界最早的天文測量儀器：公元100年，中國東漢張衡，混天儀§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、測量學的發(fā)展簡史世界最早的地圖制圖規(guī)范：公元265年，中國西晉裴秀

《禹貢地域圖》序言“制圖六體”世界最早的地形模型：公元421年，中國南朝謝莊制造《木方丈圖》世界最早的近代地球儀：1429年，德國白海姆制作世界最早的地球投影：1569年，德國墨卡托投影世界最早的望遠鏡：1608年，荷蘭，漢斯發(fā)明望遠鏡世界最早的近代測量工作：1617年，荷蘭，斯納爾在世界首次進行三角測量世界最早的地球橢球論：1672年，法國里歇通過觀測鐘擺周期的實驗，推論地球是橢球；1687年，英國牛頓在《自然哲學的數(shù)學原理》書中根據(jù)萬有引力定律證明了地球是旋轉橢球的理論§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、測量學的發(fā)展簡史高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代測量史的杰出代表，現(xiàn)代測繪科學的奠基人，德國著名的數(shù)學家、物理學家、天文學家。1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代測量平差理論的基礎，1809年正式發(fā)表（概率論創(chuàng)始人法國拉格朗日1806年發(fā)表最小二乘原理）1822年，創(chuàng)立高斯投影理論，1912年由德國大地測量學家克呂格補充完善，正式建立高斯-克呂格投影和高斯-克呂格平面直角坐標系，簡稱高斯平面直角坐標系1826年，創(chuàng)立三角測量控制網(wǎng)整體條件平差理論1828年，提出平均海水面概念，為全球建立大地水準面作為高程基準面打下基礎§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、測量學的發(fā)展現(xiàn)狀望遠鏡的發(fā)明，推動了光學測量儀器（如光學水準儀、經(jīng)緯儀）的發(fā)展和廣泛使用1859年第一臺地形攝影機在法國制造，洛斯達開創(chuàng)了地面攝影測量方法1903年飛機的發(fā)明，1915年第一臺自動連續(xù)航空攝影機在德國蔡司測繪儀器廠研制成功，使航空攝影測量成為現(xiàn)實1947年瑞典生產(chǎn)第一臺光電測距儀，世界從此進入電子測量時代。隨后相繼出現(xiàn)了微波測距儀、激光測距儀、紅外測距儀等電子經(jīng)緯儀+光電測距儀+計算機=電子全站儀§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying二、測量學的發(fā)展現(xiàn)狀從游標經(jīng)緯儀→光學經(jīng)緯儀→電子經(jīng)緯儀→電子全站儀→數(shù)字智能型全站儀從光學水準儀→自動安平水準儀→電子水準儀→數(shù)字水準儀從地面攝影測量→航空攝影測量→數(shù)字攝影測量→衛(wèi)星遙感（RS）圖像處理→三維激光掃描系統(tǒng)從野外白紙測圖→計算機機助制圖→數(shù)字化自動成圖→地理信息系統(tǒng)（GIS）從全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）→“3S”集成技術§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying三、我國測量事業(yè)的發(fā)展建立和統(tǒng)一了全國坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)建立了全國的大地控制網(wǎng)、國家水準網(wǎng)、基本重力網(wǎng)、完成了大地網(wǎng)和水準網(wǎng)的整體平差；完成了國家基本圖的測繪工作已完成全國GPS大地控制網(wǎng)和GIS基礎框架進行了珠穆朗瑪峰高程的測量。制定了各種測繪技術規(guī)范（規(guī)程）和法規(guī)，統(tǒng)一了技術規(guī)格和精度指標。

測繪儀器生產(chǎn)發(fā)展迅速，不僅生產(chǎn)出各等級的經(jīng)緯儀、水準儀、平板儀，而且還能批量生產(chǎn)電子經(jīng)緯儀、電磁波測距儀、自動安平水準儀、全站儀、GPS接收機、解析測圖儀等。

§1-2Developmentandcurrent

situationofsurveying一、TheshapeandsizeoftheearthTheearthisahypsographyellipsoidThehighestpeak:8844.43mThedeepestplace:11022.00mThebiggestheightdifference

is20kmTheearth'saverageradius:6371kmTheearthisanapproximatesmoothwaterpoloMainlandarea:29%Oceanarea:71%§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying§1-3Basicknowledgeofsurveying2.測量基準面（datumplane）(1）大地水準面(Geodeticsurface)（Geoid）水準面（levelplane）：Itissupposedtohaveafreecalmseasurface,thelandwardextensionsandformaclosedsurface。

Levelsurfaceiscontinuoussurfacewherethegravitydirectionofeverypointisperpendicular。

§1-3Basicknowledgeofsurveying大地水準面(Geodeticsurface)

：

Thegeoid:levelsurfacehavecountless,amongthemtheonethroughtheaverageseasurfaceiscalledthegeoid.

Bythegeoidsurroundearthformcalledtheearthbody.Thegeoidisthedatumandtheplumb-lineisthedatumlineofsurveying.§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）參考橢球面(referenceellipsoid)

為使用方便，通常用一個非常接近于大地水準面，并可用數(shù)學式表示的幾何形體即地球橢球(Earthellipsoid）來代替地球的形狀作為測量計算工作的基準面。地球橢球是一個橢圓繞其短軸旋轉而成的形體，故地球橢球又稱為旋轉橢球(Rotatingellipsoid)。§1-3Basicknowledgeofsurveying(2)參考橢球（Referenceｅllipsoid）

Longradiusofa,

Shortradiusofb,

FlatrateRotatingellipsoidtheoryisthemathematicalball。

Rotatingellipsoidparameter,difficulttoglobalunification.Everystateisdeterminedandtherotatingellipsoidcalledreferenceellipsoid.

ZYX§1-3Basicknowledgeofsurveying參考橢球體的定位

Accordingtoacertaincondition,todeterminerelativepositionsbetweenthereferenceellipsoidandgeoid．中國1980年國家大地坐標系

以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點為大地原點進行定位，建立了全國統(tǒng)一坐標系．§1-3BasicknowledgeofsurveyingAbstract§1-3BasicknowledgeofsurveyingTheearthsurfaceTHEearthbodyRotatingellipsoidbodyThegeoidRotatingellipsoid§1-3Basicknowledgeofsurveying二、Groundpointdetermination

Theessenceoftheistodeterminethelocationofgroundpoint.Themethods:

1.Three-dimensionalrectangularcoordinate(X,Y,Z).2.Two-dimensionalcoordinatesystem(x,y)(suchastheearthcoordinatesystem)andaDimensioncoordinatesystem(suchasspecifiedverticalsystem(H)torepresent,(x,y,H).3.(B,L)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定1．大地坐標系GeodeticcoordinatesystemItissupposedthatthegroundpointinearth’ssurfaceellipsoidplace.theearthlongitudeandlatitudeB,LDatum:ReferenceellipsoidBaseline:plumblineverticalline

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定

2．空間直角坐標系(spatialrectangularcoordinates)

以橢球體中心O為原點，起始子午面與赤道面交線為X軸，赤道面上與X軸正交的方向為Y軸，橢球體的旋轉軸為

Z軸，指向符合右手規(guī)則。在該坐標系中，P點的點位用OP在這三個坐標軸上的投影x,y,z表示?！?-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定

3．獨立平面直角坐標系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)

ThelongitudinalaxesXaxis,northispositive,thehorizontalaxesYdirectionaxis,eastispositive.

yAWy(E)S(Thefourthquadrant)(Thethirdquadrant)(Thefirstquadrant)(Thesecondquadrant)AxAo(S-W)(N)§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定3．獨立平面直角坐標系(Independentplanerectangularcoordinatesystem)Surveyingplanereactanguledcoordinatesystem

Mathematics

planereactanguledcoordinatesystem

§1-3Basicknowledgeofsurveying4．高斯平面直角坐標系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)（1）Gaussianprojection(高斯投影)Crosscutdirectedcylindrical（橫軸橢圓柱投影）

Objective:Transformsphericalcoordinatetotheplanecoordinates.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定（1）Gaussianprojection

OSN赤道面中央子午線M§1-3Basicknowledgeofsurveying

高斯投影特點：

1、Thecentralmeridianandtheequatorialprojectionintomutuallyperpendicularlines.2、Thecentralmeridianlengthisconstant,thefartherfromitthebiggerthedeformationis.3、Toensuretheprojectionprecision,mustusezoningprojection.

§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定（2）高斯平面直角坐標系(gaussplanerectangularcoordinatesystem)Coordinatesorigin:theintersectionsoftheequatorialandcentralmeridian.X:centralmeridianprojectiontonorth.Y:theequatorprojection,eastispositive.

WENSABybyayxo§1-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定（2）Gaussplanerectangularcoordinatesystem(1)

6projectionzones:centralmeridianlongitude:(2)3projectionzones:centralmeridianlongitude:§1-3Basicknowledgeofsurveying（2）高斯平面直角坐標系(Gaussplanerectangularcoordinatesystem)

我國位于北半球(赤道以北)，x坐標值均為正值，而y坐標值則有正有負。為了避免y坐標值出現(xiàn)負值，我國規(guī)定將每帶的坐標原點向西移500km。由于各投影帶上的坐標系是采用相對獨立的高斯平面直角坐標系，為了能正確區(qū)分某點所處投影帶的位置，規(guī)定在橫坐標值前面冠以投影帶帶號?！?-3Basicknowledgeofsurveying二、地面點位的確定

B點真正橫坐標yb＝-124625.723m；按照上述規(guī)定，y值應改寫為yb

＝20(-124625.723+500000)＝20375374.277WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx§1-3Basicknowledgeofsurveying5．高程系統(tǒng)（Elevationsystem）絕對高程(Absoluteheight(altitude)（Elevation）):Referstothedistancefromacertainpointtothegeoidalongtheplumbline,H.

相對高程（Relativeheight(altitude)（Elevation））:Theverticaldistancefromsomepointtoassumptionlevel.

高差（Elevationdifference）:Thedifferencebetweentwopoints，hB§1-3BasicknowledgeofsurveyingABHAHBH'AH'BYellowseaaveragesurface.Thegeoid

Assuminglevelsurface

hAB§1-3Basicknowledgeofsurveying5.高程系統(tǒng)（Elevationsystem）

高程基準面如何確定，基準點的高程為多少呢？

以青島驗潮站多年的觀測資料求得黃海平均海水面，作為我國的高程基準面，建立了“1956年黃海高程系”，在青島市觀象山建立國家水準基點（基點高程Ｈ=72.289m）。1987年啟用“1985國家高程基準”，測定X新的國家水準基點高程Ｈ＝72.260m。

§1-3Basicknowledgeofsurveying三、用水平面代替水準面的限度(thelimitofusingtheplanereplacingthelevel)1、InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvatureInthegeoid：

Intheplane：

Error：

Therelativeerror：Ｒ＝637lkm，§1-3BasicknowledgeofsurveyingTab.1distanceerrorandrelativeerrorConclusion:

Inaradius,10kmrange(equivalenttoarea320km2),InfluencetohorizontaldistancefromLevelcurvaturecanbeignored。

Whenaccuracyrequirementislow,alsocanbeextendedtotheradiusof25km(equivalenttoarea2000km2).D/kmΔD/mmΔD/D1081/1220000251281/2000005010261/4900010082121/12000§1-3Basicknowledgeofsurveying

2．InfluencetohorizontalanglefromLevelcurvity

由球面三角學知識知道，同一空間多邊形在球面上投影的各內(nèi)角之和，較其在平面上投影的各內(nèi)角之和大一個球面角超ε

Conclusion:

Itisnotconsideredthattheeffectoftheearthcurvaturetohorizontalangleingeneralsurveyingworkbesidesinthehighprecisework.

Sphericalarea(km2）ε(″)Sphericalarea(km2）ε(″)10500.050.251005000.512.54§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoelevationdifferencefromLevelcurvity§1-3Basicknowledgeofsurveying3.InfluencetoaltitudedifferencefromLevelcurvity

TheelevationerrorConclusion:Fromthetableweknow,theinfluencemustbeconsideredandcorrected,onlevel(height)measurement.S(m)10501002005001000(mm)0.00.20.83.119.678.5§1-4Basicconceptsofsurveying一、BasicprinciplesinsurveyingSurveyinglayout,shouldfollowthe“fromthewholetothesections”.Surveyingprecision,shouldfollowthe“fromtheseniortothelow-level”.

Surveyingprocedures,shouldfollowthe“controlsurveyingfirstlythendetailed”.Ineverysurveyingsteps,shouldfollowthe“Alwayscheck,eliminateerrors”.

§1-4Basicconceptsofsurveying二、Controlsurveying

Determinationplaneposition(coordinates)andelevationofcontrolpoints,asbasisofsurveyingtopographicmapsandconstructionlayout.

Theplanecontrolsurvey

：

確定測區(qū)中一系列控制點的坐標（x、y），形式有導線測量、邊角測量及交會定點等。Elevationcon