第1章緒論(控制測(cè)量)

控制測(cè)量學(xué)NSMP格林尼治天文臺(tái)LBHG歸算投影第一章緒論一.控制測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容二.控制測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線三.控制網(wǎng)的布設(shè)形式四.控制測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展概況

控制測(cè)量學(xué)是研究精確測(cè)定和描繪地面控制點(diǎn)空間位置及其變化的學(xué)科。本章主要介紹控制測(cè)量的任務(wù)和作用，進(jìn)行平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量時(shí)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。并簡(jiǎn)要講述了建立控制網(wǎng)的基方法和程序。[難點(diǎn)]：進(jìn)行控制測(cè)量的基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)線的定義與應(yīng)用本章提要

[知識(shí)點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求]1．控制測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和作用；2．鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的概念；3．參考橢球與總橢球的概念；4．建立控制網(wǎng)的基本方法與布網(wǎng)形式。

1.1控制測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測(cè)量的概念：在一定區(qū)域內(nèi)，按測(cè)量任務(wù)所要求的精度，測(cè)定一系列地面標(biāo)志點(diǎn)（控制點(diǎn)）的平面坐標(biāo)和高程，建立控制網(wǎng)，這種測(cè)量工作稱為控制測(cè)量?？刂茰y(cè)量的分類按工作內(nèi)容分平面控制測(cè)量高程控制測(cè)量測(cè)定控制點(diǎn)平面位置測(cè)定控制點(diǎn)高程按用途分大地控制測(cè)量工程控制測(cè)量全國(guó)范圍內(nèi),按國(guó)家統(tǒng)一頒布的方式、規(guī)范進(jìn)行的控制測(cè)量為工程建設(shè)或地形圖測(cè)繪，在小區(qū)域內(nèi)，在大地測(cè)量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上獨(dú)立建立控制網(wǎng)的控制測(cè)量1.控制測(cè)量的任務(wù)與作用控制測(cè)量的基本任務(wù)

在設(shè)計(jì)階段建立用于測(cè)繪大比例尺地形圖的測(cè)圖控制網(wǎng)在施工階段建立施工控制網(wǎng)在工程竣工后的運(yùn)營(yíng)階段，建立以監(jiān)視建筑物變形為目的的變形觀測(cè)專用控制網(wǎng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的重要保證作用地形圖是一切經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃和發(fā)展必需的基礎(chǔ)性資料。為測(cè)制地形圖，首先要布設(shè)全國(guó)范圍內(nèi)及局域性的大地測(cè)量控制網(wǎng)，為取得大地點(diǎn)的精確坐標(biāo)，必須要建立合理的大地測(cè)量坐標(biāo)系以及確定地球的形狀、大小及重力場(chǎng)參數(shù)?？刂茰y(cè)量學(xué)在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊的作用控制測(cè)量在發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)中，在豐富和發(fā)展當(dāng)代地球科學(xué)的有關(guān)研究中，以及在發(fā)展測(cè)繪工程事業(yè)中，它的地位和作用將顯得越來(lái)越重要?？刂茰y(cè)量的作用

研究建立和維持高科技水平的工程和國(guó)家水平控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)的原理和方法研究獲得高精度測(cè)量成果的精密儀器和科學(xué)的使用方法研究地球表面測(cè)量成果向橢球及平面的數(shù)學(xué)投影變換及有關(guān)問(wèn)題的測(cè)量計(jì)算研究高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)學(xué)處理的理論和方法控制測(cè)量學(xué)的研究?jī)?nèi)容

1.2控制測(cè)量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線

1.鉛垂線與大地水準(zhǔn)面

地球的自然表面有高山、丘陵、平原、海洋等起伏形態(tài)，海洋面積約占地表面的71%，陸地面積約占29%，是一個(gè)不規(guī)則曲面。水準(zhǔn)面：假設(shè)一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面延伸并穿過(guò)陸地，包圍整個(gè)地球，形成的一個(gè)閉合曲面。水平面：與水準(zhǔn)面相切的平面。鉛垂線：重力方向線，地球上的任意一點(diǎn)，都同時(shí)受到兩個(gè)力的作用：地球自轉(zhuǎn)的離心力和地心引力，它們的合力稱為重力，重力的方向即為鉛垂線方向（見(jiàn)下圖）。是外業(yè)測(cè)量工作的基準(zhǔn)面鉛垂線是外業(yè)測(cè)量工作的基準(zhǔn)線假定海洋的水體，只受重力作用，無(wú)潮汐、風(fēng)浪影響，處于完全靜止和平衡狀態(tài)，將海洋的表面延伸到大陸的下面并處處保持著與垂線方向正交這一特點(diǎn)，也是一個(gè)水準(zhǔn)面，稱這一特定的水準(zhǔn)面為大地水準(zhǔn)面。所包圍的形體稱大地體大地水準(zhǔn)面的特點(diǎn)大地水準(zhǔn)面是個(gè)特殊的水準(zhǔn)面，具有水準(zhǔn)面的特點(diǎn)。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻及地殼有高低起伏，所以重力方向有局部變化，致使處處與重力方向垂直的大地水準(zhǔn)面也就不規(guī)則，即無(wú)法用數(shù)學(xué)公式準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，所以它不能作為大地測(cè)量計(jì)算的基準(zhǔn)面。所以必須尋找一個(gè)與大地體相近的，且能用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型表示的規(guī)則形體代替——橢球。2、參考橢球與總地球橢球參考橢球：形狀和大小與大地體相近且兩者之間的相對(duì)位置確定的旋轉(zhuǎn)橢球。?參考橢球是各個(gè)國(guó)家或地區(qū)為了各自的大地測(cè)量工作的需要，而采用的只與該國(guó)家或該地區(qū)的大地水準(zhǔn)面符合較好的地球橢球體，并用參考橢球面作為測(cè)量計(jì)算（即內(nèi)業(yè)工作）的基準(zhǔn)面。與之相應(yīng)的法線為基準(zhǔn)線。總地球橢球：一個(gè)與整個(gè)大地體外形符合最好的地球橢球。也叫平均地球橢球。

總地球橢球應(yīng)滿足的三個(gè)條件：1）總質(zhì)量等于地球的總質(zhì)量，中心與地球的質(zhì)心重合，赤道平面與地球赤道面一致。2）旋轉(zhuǎn)角速度與地球的旋轉(zhuǎn)角速度相等。3）體積與大地體的體積相等。它的表面與大地水難面之間的差距的平方和為最小。*總地球橢球面是—個(gè)理想的、各國(guó)或地區(qū)統(tǒng)一的測(cè)量計(jì)算的基準(zhǔn)面。

我國(guó)目前采用的旋轉(zhuǎn)橢球體的參數(shù)值為：長(zhǎng)半徑a=6378140m短半徑b=6356755m扁率a=(a–b)/a=1/298.257由于旋轉(zhuǎn)橢球的扁率很小，在測(cè)區(qū)面積不大，測(cè)量精度要求不高時(shí)，其近似值為6371Km。3、垂線偏差和大地水準(zhǔn)面差距大地水準(zhǔn)面的鉛垂線與橢球面的法線之間的夾角稱為垂線偏差。在某一點(diǎn)上，大地水準(zhǔn)面超出橢球面的高差稱為大地水準(zhǔn)面差距。它們是標(biāo)志大地水準(zhǔn)面和橢球面之間的差異的量。測(cè)量計(jì)算時(shí)要進(jìn)行歸化。高程系統(tǒng)1.4控制測(cè)量新技術(shù)的發(fā)展概況1、精密測(cè)角儀器的發(fā)展

50年代——垂直度盤自動(dòng)歸零補(bǔ)償器、光學(xué)對(duì)中器的改進(jìn)。

60年代——讀數(shù)的數(shù)字化與自動(dòng)化（電子經(jīng)緯儀）；2、測(cè)距儀的發(fā)展

普通光源——激光測(cè)距儀

——紅外測(cè)距儀

全站型電子速測(cè)儀

測(cè)量機(jī)器人13、精密水準(zhǔn)儀的發(fā)展平板玻璃測(cè)微器自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀數(shù)字(電子)水準(zhǔn)儀4、計(jì)算機(jī)在測(cè)量上的應(yīng)用用于控制測(cè)量的數(shù)據(jù)處理用于現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集測(cè)繪資料檔案管理信息系統(tǒng)的建立5、三維激光掃描系統(tǒng)

工作原理：

三維激光掃描儀向目標(biāo)發(fā)射激光脈沖，依次掃描被測(cè)區(qū)域，快速獲得地面景觀的三維坐標(biāo)和反射光強(qiáng)，利用軟件進(jìn)行三維建模，生成地面景觀的三維圖象和可量測(cè)點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，并可方便地轉(zhuǎn)化為多種輸出格式的圖形產(chǎn)品。1、體積小、重量輕，操作簡(jiǎn)單、裝拆便利，具備良好的野外操作性能。

2、掃描范圍大、速度快、精度高。

3、快速建立三維景觀模型、圖形圖象數(shù)據(jù)一次獲取。

6、GPS（GlobalPositioningSystem)系統(tǒng)N=?10個(gè)點(diǎn)控制整個(gè)北京1.68萬(wàn)平方公里7、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS系統(tǒng)）

慣性測(cè)量系統(tǒng)是根據(jù)慣性原理設(shè)計(jì)的測(cè)定地面點(diǎn)大地元素的裝置。主要由陀螺穩(wěn)定平臺(tái)、加速度計(jì)和微型數(shù)字處理計(jì)算機(jī)等組成。安裝在汽車或飛機(jī)上，能同時(shí)測(cè)定測(cè)站的經(jīng)緯度（λ，ψ）、高程、垂線偏差分量（ξ，η）和重力異常等六個(gè)大地元素。慣性測(cè)量是在慣性導(dǎo)航基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代初期。特點(diǎn)是不受天氣限制，不需要其他地面設(shè)施，不發(fā)射和接收任何信號(hào)，因而機(jī)動(dòng)靈活，不怕干擾，作業(yè)隱蔽，能夠適時(shí)、迅速、準(zhǔn)確地提供測(cè)量數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、使用復(fù)雜、維修困難，必須在已知點(diǎn)間施測(cè)和已知點(diǎn)時(shí)間距離不能太長(zhǎng)等。慣性測(cè)量系統(tǒng)通常用于大地測(cè)量、礦山測(cè)量、隧道測(cè)量和軍事測(cè)量等部門。

習(xí)題1．控制測(cè)量學(xué)的任務(wù)和主要研究?jī)?nèi)容是什么?簡(jiǎn)