測量學的基本知識

測量學的基本知識第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學的產(chǎn)生與組成測量學的發(fā)展與作用地球的形狀和大小地面點位置的確定測量工作的原則及基本的測量工作第2

頁第一章緒論第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-1測量學的產(chǎn)生與組成測量學的產(chǎn)生生產(chǎn)、生活的需要以及建筑、農(nóng)田、水利建設等公元前二十七世紀埃及大金字塔二千多年前夏商時代夏禹治水秦代李冰父子都江堰水利樞紐工程北宋沈括治理汴渠……軍事、交通運輸?shù)男枰f里長城指南針……第3

頁第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學（Surveying)的定義定義:

測量學是研究對地球整體及其表面和外層空間中的各種自然和人造物體上與地理空間分布有關(guān)的信息進行采集處理、管理、更新和利用的科學和技術(shù)。

它的主要任務有三個方面：研究確定地球的形狀和大小，為地球科學提供必要的數(shù)據(jù)和資料將地球表面的地物地貌測繪成圖(測定)將圖紙上的設計成果測設至現(xiàn)場（測設）第4

頁第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學科的組成大地測量學(Geodesy)

是研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運動和地表面點的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學科。其基本任務是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎起算數(shù)據(jù)；為空間科學、軍事科學及研究地殼變形、地震預報等提供重要資料。按照測量手段的不同，大地測量學又分為常規(guī)大地測量學、衛(wèi)星大地測量學及物理大地測量學等。第5

頁第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學科的組成（續(xù)）地圖制圖學(Cartography)

是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎理論、設計、編繪、復制的技術(shù)、方法以及應用的學科。它的基本任務是利用各種測量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。攝影測量與遙感

研究利用電磁波傳感器獲取目標物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語義和非語義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達的學科。其基本任務是通過對攝影像片或遙感圖像進行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、大小和位置進而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學科又分為地面攝影測量學，航空攝影測量學和航天遙感測量等。

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頁第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學科的組成（續(xù)）

工程測量學(Engineeringsurveying)定義一：工程測量學是研究各項工程在規(guī)劃設計、施工建設和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。各項工程包括：工業(yè)建設、鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電線、輸油管）工程、礦山和城市建設等。一般的工程建設分為規(guī)劃設計、施工建設和運營管理三個階段。工程測量學是研究這三階段所進行的各種測量工作。第7

頁第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學科的組成（續(xù)）

定義二：工程測量學主要研究在工程、工業(yè)和城市建設以及資源開發(fā)各個階段所進行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設備安裝、變形監(jiān)測分析和預報等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進行管理和使用的學科，它是測繪學在國民經(jīng)濟和國防建設中的直接應用。定義三：工程測量學是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實體的測量描繪和抽象幾何實體的測設實現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應用性學科。它主要以建筑工程、機器和設備為研究服務對象。第8

頁第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學科的組成（續(xù)）

測量儀器學

研究測量儀器的制造、改進和創(chuàng)新的學科。第9

頁第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第10

頁測量學科的組成（續(xù)）地形測量學是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學科。按成圖方式的不同地形測圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-2測量學的發(fā)展與作用測量學在人類認識地球中的作用“地球的形狀是甚么樣的？”

Whatistheshapeoftheearth?這是人類長期探索的問題。早在公元前6世紀古希臘的畢達哥拉斯（Pythagoras）就出了地的球形狀的概念。兩世紀后，亞里士多德（Aristotle）作了進一步論證，支持這一學說。又一世紀后，埃拉托斯特尼用在南北兩地同時觀測日影的辦法首次推算出地球子午圈的周長。

第11

頁第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學在軍事的作用“天時，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。地圖上詳細表示著山脈、河流、道路、居民點等地形和地物，具有確定位置、辨識方向的作用。地圖一直在軍事活動中起著重要的作用，這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。傳統(tǒng)上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當多國家的測繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測繪技術(shù)在各方面的應用愈來愈廣泛，測繪科技國際間的交流日益頻繁，不少國家終于建立了民用的測繪機構(gòu)第12

頁測量學的應用領(lǐng)域第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學在國土管理中的作用測量學的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復土地的界線很早就采用了測量技術(shù)地籍測量。用以測定地塊的邊界和坐落，求算地塊的面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會里，國家為了征稅而開展地籍測量，同時記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國,地籍測量是國家管理土地的基礎地籍測量的成果不僅用于征稅，還用于管理土地的權(quán)屬以保障用地的秩序，為了提高土地利用的效益、合理和節(jié)約利用十分珍貴和有限的土地。測量學還服務于國家領(lǐng)土的管理。第13

頁測量學的應用領(lǐng)域第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量學在工程建設中的作用勘測設計階段：為選線測制帶狀地形圖。施工階段：把線路和各種建筑物正確地測設到地面上?？⒐y量：對建筑物進行竣工測量。運營階段：為改建、擴大建而進行的各種測量。變形觀測：為安全運營，防止災害進行變形測量?，F(xiàn)代的測量學作為一門能采集和表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等幾何信息，以及能把設計的建筑物、設備等按設計的形狀、大小和位置準確地在實地標定出來的技術(shù)，在各種工程建設中的應用愈來愈廣泛。第14

頁測量學的應用領(lǐng)域第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月認識地球是人類探索的目標之一，也是測量學的任務之一。絕大多數(shù)測量工作是在地球上進行，或作為參考系。第15

頁

§1-3地球的形狀和大小第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月地球自然表面不規(guī)則曲面平均半徑6371km

珠峰8848.13m，馬里亞那海溝11022m，海洋71%大地水準面（meansealevel）液體受重力而形成的靜止表面稱為水準面。同一水準面上的重力位處處相等；同一水準面上任一點的鉛垂線都與水準面相正交。第16

頁第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過陸地而形成的封閉曲面稱為大地水準面大地水準面包圍的形體稱為大地體（Geoid）第17

頁配合最佳的參考橢球面

大地水準面大地水準面差距N第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月大地水準面（續(xù)）由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準面是個復雜的曲面水準面和鉛垂線是野外觀測的基準面和基準線。第18

頁第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球體（ellipse）由于大地水準面是不規(guī)則曲面，無法準確描述和計算。也難以在其面上處理測量成果因此，用一非常接近大地水準面的數(shù)學面------旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球。稱參考橢球體。（見下頁）第19

頁配合最佳的參考橢球面

大地水準面大地水準面差距N第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

第20

頁P

P旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)）

長半徑a=6378137m

短半徑b=6356752m

扁率f=(a-b)/a=1/298.257第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球體（續(xù)）經(jīng)度與緯度子午面：地球上任一點的法線與地軸所組成的平面。經(jīng)度：所在的子午面與首子午面（過英國格林尼治天文臺）的夾角緯度：所在點的法線與赤道平面之間的夾角。第21

頁lB第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-4地面點位置的確定

一、球面坐標系統(tǒng)第22

頁大地經(jīng)度大地緯度大地高第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二、平面坐標系地圖投影為了簡化計算，要將（橢）球面上的元素歸算（投影）到平面上。所謂投影就是建立起（橢）球面上的點與平面上的點一一對應的數(shù)學關(guān)系。

地圖投影學就是研究這個問題的學科，是數(shù)學也是地理學的一個分支學科基本類型有：圓錐投影，圓柱投影，平面投影，任意投影等。第23

頁第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）高斯平面直角坐標系高斯投影是等角橫切橢圓柱投影。等角投影就是正形投影。所謂，正形投影，就是在極小的區(qū)域內(nèi)橢球面上的圖形投影后保持形狀相似。即投影后角度不變形。第24

頁第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第25

頁（一）高斯平面直角坐標系（續(xù)）標準地形圖的分幅和編號：第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標系（續(xù)）點在高斯平面直角坐標系中的坐標值理論上中央子午線的投影是X軸，赤道的投影是Y軸，其交點是坐標原點。點的X坐標是點至赤道的距離；點的Y坐標是點至中央子午線的距離，設為y’；y’有正有負。為了避免Y坐標出現(xiàn)負值，把原點向西平移500公里。為了區(qū)分不同投影帶中的點，在點的Y坐標值上加帶號N所以點的橫坐標通用值為

y=N*1000000+500000+y’第26

頁第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標系小結(jié)橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱為中央子午線）中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線。中央子午線的投影為縱軸X，赤道的投影為橫軸Y，它們的交點為原點O。高斯平面直角坐標系常簡稱高斯坐標系中央子午線和赤道被投影為相互正交的直線其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對稱軸的曲線。全部經(jīng)線的投影收斂于兩極第27

頁第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯平面直角坐標系小結(jié)（續(xù)）把曲面上的圖形投影到平面上必然會伴有變形。變形有三類：角度變形，長度變形，面積變形高斯投影是正形投影，無角度變形所有經(jīng)緯線投影后仍保持兩兩相互正交中央經(jīng)線投影后長度不變其它經(jīng)緯線投影后均變長，離中央經(jīng)線越遠其長度變形越大有長度變形也就有面積變形第28

頁第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高斯坐標系的作用使較復雜的橢球面上的計算變?yōu)楸容^簡單的平面上的計算便于地圖按經(jīng)緯線分幅。如將圖廓點（其地理坐標為經(jīng)緯度）按其相應的高斯坐標展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。將大地控制點按其高斯坐標展在平面上，作為工程測量和地形測量的起始點第29

頁第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）地平坐標系地平坐標系是平面直角坐標系地平坐標系以當?shù)氐乃矫鏋橹饕?不需要投影)通常以當?shù)氐谋狈较驗樽鴺溯S的正方向地平坐標系只用于小的局部地區(qū)第30

頁第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

三、空間三維坐標系（一）地心坐標系地心平坐標系是以地球質(zhì)心為坐標原點，以地軸為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面。第31

頁xoyz第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）參心坐標系參心平坐標系是以參考橢球體的中心為坐標原點，以橢球修整軸（短軸）為Z軸，正向指向北極；XY平面與赤道面重合，X軸指向起始子午面。第32

頁xoyz配合最佳的參考橢球面

大地水準面大地水準面差距N第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月四、地面點的高程高程（絕對高程、海拔）：地面點到大地水準面的鉛垂距離。假定（相對）高程：地面點到假定水準面的鉛垂距離。高差：兩點間的高程之差。第33

頁假定水準面大地水準面高差第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第34

頁d1、對水平距離的影響β五、地球表面曲率對測量工作的影響第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第35

頁d2、對高差的影響第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1-5測量的基本原則與工作（一）原則1．從整體到局部，先控制后碎部；

2．前一步工作未檢核不進行后一步工作。（二）內(nèi)容1．測定——地面——圖上

2．測設——圖上——地面控制測量地形測量施工放樣第36

頁一、基本概念第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）基本測量工作

1．測量水平距離

2．測量水平角

3．測量直線的方向

4．測量點的高程第37

頁第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量(觀測)值為了求得待定點的平面坐標至少需要兩個測量值：水平距離，水平角。例如：極坐標法距離交會法角度交會法為了求得第三維的坐標，還需要另一個測量值：高差h測量作業(yè)就在于使用不同精度的測量儀器，測得‘角度’‘距離’和‘高差’第38

頁第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第39

頁第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測量儀器綜述特點：精度高能在野外條件下長期穩(wěn)定使用自動化程度高，操作方便發(fā)展過程：精密機械光學+精密機械微電子+光學+精密機械第40

頁第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）長度單位英制單位：海里、碼、英尺、英寸市制單位：里、丈、尺、寸、公制單位：公里、米、分米、厘米、毫米第41

頁二、測量單位的產(chǎn)生第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月長度單位“米”的定義米的最早的科學定義是子午線長度的/40000000十八世紀法國科學院派測量隊進行“弧度測量”。隨后以測得的子午線弧長的四千萬分子一作為長度的基本單位，稱為“米”。為了使用方便，用鉑金屬制造了幾根長一米的尺子，稱為米的原尺。當時，世界各國的長度標準都是由這幾根米尺派生復制出來。我國在六十年代之前也一直使用這樣的復制尺第42

頁第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月時間單位“秒”的定義經(jīng)典的時間標準是用天文測量方法測定的。設將測量儀器的望遠鏡指向天頂，則某一天體連續(xù)兩次