測量員培訓(xùn)第1章 測量學(xué)緒論

測量員培訓(xùn)1第一章緒論

§1-1測量學(xué)的任務(wù)與主要內(nèi)容

生產(chǎn)、生活的需要城市建設(shè)、農(nóng)田、水利建設(shè)等交通運(yùn)輸?shù)男枰锪鬟\(yùn)輸、航空、航海、旅行等軍事的需要

1102

一、測量學(xué)的產(chǎn)生(一)測量學(xué)在生活上的作用城市交通圖1103二、測量學(xué)的作用(二)測量學(xué)在軍事的作用“天時(shí)，地利，人和”是打勝仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點(diǎn)等地形和地物，具有確定距離、位置、辨識(shí)方向的作用。1104

(三)測量學(xué)在國土管理中的作用

城市土地的規(guī)劃，城市道路的紅線規(guī)劃，房地產(chǎn)開發(fā)，地籍的界址點(diǎn)測定,都需要由測量提供地形圖和有關(guān)土地信息。用高科技測量手段標(biāo)定國界，常在國家間的領(lǐng)土爭執(zhí)中起到重要作用;也常以對方出版的地圖上對國境線的表示,作為有利于己方的證據(jù)。1105(四)測量學(xué)在工程建設(shè)中的作用

在工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，首先需要有地形圖。在修建工廠和居民點(diǎn)時(shí)，須要先平整地基和設(shè)計(jì)房屋的放樣。在建設(shè)城市道路網(wǎng)（包括高架道路、地下鐵道和橋梁)，都需要用測量方法精確地定向,定位和定高程。我國的考古工作者研究證實(shí)，早在2000多年前已經(jīng)有在修建帝都、宮殿時(shí)大規(guī)模平整地基和定街道與建筑軸線的措施，當(dāng)時(shí)也需要有原始的測量手段。1106工程的竣工和變形監(jiān)測為了保障建筑物的施工和運(yùn)行時(shí)的安全，需要測量工作者以技術(shù)上可行的最高精度，監(jiān)測建筑物的變形量和變形的發(fā)展情況。經(jīng)常需要在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行連續(xù)觀測，為此要使用自動(dòng)化的監(jiān)測和記錄的測量儀器，在各種工程建設(shè)中的應(yīng)用愈來愈廣泛。1107§1-2測繪學(xué)科的內(nèi)涵

和發(fā)展簡史1108一、測繪學(xué)科的定義和內(nèi)涵二、測繪科學(xué)的歷史和近代發(fā)展三、測繪學(xué)科的分支一、測量學(xué)的定義和內(nèi)涵1.早期的定義

研究地球的形狀和大小，確定地面點(diǎn)的坐標(biāo)的學(xué)科。2.當(dāng)前的定義研究測定和描繪地球及其表面的各種形態(tài)的理論和方法的學(xué)科。1109

測繪和采集表示各種地物和地貌的形狀、大小、位置等空間幾何數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字化管理，提供工程設(shè)計(jì)所必要的地形信息(地形圖和地形數(shù)據(jù))。把設(shè)計(jì)的建筑物、大型設(shè)備等按設(shè)計(jì)的形狀、大小和位置準(zhǔn)確地在實(shí)地標(biāo)定出來，才能進(jìn)行施工(稱為測設(shè)或施工放樣，并貫穿于施工全過程)。11010測量工作在工程建設(shè)中作用二、測量學(xué)科的分支1.大地測量學(xué)研究和測定地球的形狀、大小、重力場和地面點(diǎn)幾何位置及其變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。地球的形狀大小以大地水準(zhǔn)面為代表。大地點(diǎn)的定位，用經(jīng)緯度或空間直角坐標(biāo)，定位方法有幾何法大地測量、物理法大地測量和近代的衛(wèi)星法大地測量。11011世界屋脊-珠穆朗瑪峰的高程測定11012用經(jīng)緯儀作三角高程測量11013用水準(zhǔn)儀作精密水準(zhǔn)測量11014

上述:三角高程測量和水準(zhǔn)測量,都屬于幾何大地測量，幾何大地測量中還包括三角測量和天文測量等。天文測量研究測定恒星的坐標(biāo)，以及利用觀測恒星確定地面點(diǎn)的大地位置(經(jīng)度、緯度、方位角)和十分精確的時(shí)間(世界時(shí)、恒星時(shí))，它對于地球科學(xué)和空間技術(shù)(衛(wèi)星發(fā)射、定位和宇宙航行)都十分重要。11015天文臺(tái)的天文觀測11016天文臺(tái)外觀用天文望遠(yuǎn)鏡觀測

物理大地測量學(xué)研究地球的重力測量方法,重力分布情況(重力場)及其應(yīng)用。測定重力加速度G的目的：

1.建立國家重力基準(zhǔn)網(wǎng)和基本網(wǎng)；

2.確定全球重力場模型及其變化；

3.確定區(qū)域的和地球的大地水準(zhǔn)面及其變化(重力異常使大地水準(zhǔn)面產(chǎn)生不規(guī)則變化)。11017在大地重力點(diǎn)上作重力測量11018在珠峰高山地區(qū)作重力測量11019利用衛(wèi)星作地球重力測量110202.攝影測量與遙感學(xué)

研究利用攝影或遙感手段，獲取地面目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取幾何或物理信息，用圖形、圖像和數(shù)字信息表達(dá)的理論和方法的學(xué)科。攝影測量的方法有地面攝影、航空攝影和航天攝影和遙感。小范圍的地形測量或工程測量可利用地面攝影測量方法。11021機(jī)載空間三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)11022航空攝影測量機(jī)身利用衛(wèi)星定位同濟(jì)大學(xué)的車載空間三維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)－地面攝影測量的自動(dòng)化110233.工程測量學(xué)

研究工程建設(shè)和自然資源開發(fā)中進(jìn)行的控制測量、地形測繪、施工放樣和變形監(jiān)測的理論和技術(shù)的學(xué)科。是測繪學(xué)科在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。

工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段：提供地形資料；

施工興建階段：標(biāo)定設(shè)計(jì)建筑的位置；

運(yùn)行管理階段：竣工測量和變形監(jiān)測。高精度工程測量用于大型、精密工程和設(shè)備的精確定位、安裝和變形觀測。11024道路測量

道路建筑高程放樣

用數(shù)字水準(zhǔn)儀和條碼水準(zhǔn)尺。11025渠道水位監(jiān)測11026110271102811029工業(yè)測量(屬于精密工程測量)研究各種工業(yè)設(shè)備和大型工業(yè)產(chǎn)品（船舶、飛機(jī)等）的施工放樣、細(xì)部安裝、竣工測量和變形測量。11030軌道梁架設(shè)中用全站儀施工定位1103111032用激光跟蹤儀檢測飛機(jī)外形4.海洋測繪學(xué)

研究以海洋水體和海底為對象的學(xué)科。包括：海洋大地測量、海底地形測量、海道測量、海洋專題測量等。海洋測區(qū)條件復(fù)雜,受潮汐、氣象、透明度差等影響，需用特種儀器和方法:衛(wèi)星導(dǎo)航、慣性組合導(dǎo)航、天文測量、水聲定位系統(tǒng)、水下攝影測量等。

110335.地圖制圖學(xué)

研究模擬地圖和數(shù)字地圖的設(shè)計(jì)、編繪、復(fù)制的理論和方法的科學(xué)。主要內(nèi)容：地圖投影地圖編繪地圖整飾地圖出版1103411035世界地圖11036上海市地圖測量儀器學(xué)研究測量儀器的制造、改進(jìn)和創(chuàng)新的學(xué)科。測繪學(xué)科的發(fā)展離不開測繪理論的進(jìn)展和測繪儀器的發(fā)明和創(chuàng)新。17世紀(jì)發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡、經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、平板儀，使控制測量和地形測量精度提高。19世紀(jì)攝影技術(shù)發(fā)明，便應(yīng)用于測量，到20世紀(jì)初，創(chuàng)造出自動(dòng)航空攝影機(jī)，實(shí)現(xiàn)了大面積航空攝影測量。11037

20世紀(jì)50年代，測繪儀器向電子化和自動(dòng)化方向發(fā)展。1948年發(fā)明了電磁波測距儀，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精密測距。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明，使測繪儀器、測量作業(yè)、測量數(shù)據(jù)處理和制圖逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

1957年,前蘇聯(lián)第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，測繪學(xué)科產(chǎn)生“衛(wèi)星測量”的分支。從美國的GPS,俄羅斯的GLONASS,歐盟的Galileaous,我國的“北斗星”等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建立，衛(wèi)星定位GNSS(Global

Navigation

Satellite

System)接收機(jī),已成為測量的主要儀器之一。11038用衛(wèi)星定位的GNSS接收機(jī)11039測量的主要儀器之一測量的主要儀器之一11040從經(jīng)緯儀

發(fā)展到全能的電子全站儀T4高精密經(jīng)緯儀用于大地測量及天文測量11041T3精密光學(xué)經(jīng)緯儀用于大地測量及精密工程測量11042光學(xué)經(jīng)緯儀11043電子經(jīng)緯儀11044電子全站儀11045功能：角度測量距離測量地面定位施工放樣衛(wèi)星定位地形測量學(xué)

研究將地球表面局部地區(qū)的地貌和地物測繪成地形圖、編制地籍圖和房產(chǎn)圖等的基本理論和方法的科學(xué)。1104611047地形測量及施工放樣在控制測量的基礎(chǔ)上,測繪地形圖(表示地物和地貌),或進(jìn)行施工放樣。地形圖圖例211048地形圖圖例1地形圖圖例211049認(rèn)識(shí)地球是人類探索自然的目標(biāo)之一，也是測量學(xué)的任務(wù)之一。絕大多數(shù)測量工作是在地球面上進(jìn)行，以地球作為參考系。因此，有必要首先討論地球的形狀和大小。11050§1-3地面點(diǎn)位的確定和坐標(biāo)系一、地球的形狀和大小地球的制高點(diǎn)－珠穆朗瑪峰海拔高程8844.43m11051

馬里亞納海溝－斐查茲海淵剖面圖11052地球海面下最深處高程為－11000

m大地水準(zhǔn)面

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(zhǔn)面”11053液體受重力而形成的靜止表面稱為水準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球體

由于大地水準(zhǔn)面受地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻影響，是不規(guī)則曲面，無法用數(shù)學(xué)方法準(zhǔn)確描述和計(jì)算，也難以在其面上處理測量成果。

11054旋轉(zhuǎn)橢球體

用一非常接大地水準(zhǔn)面的數(shù)學(xué)面－旋轉(zhuǎn)橢球面代替大地水準(zhǔn)面，用旋轉(zhuǎn)橢球體描述地球，稱參考橢球體。橢球參數(shù)：

11055長半徑a

=

6378137m短半徑b

=

6356752m扁率f

=

(a-

b)

/

a

=

1

/

298.257

參考橢球面的特性：參考橢球面處處與法線(過地面某點(diǎn)與參考橢球面垂直的直線)正交,是內(nèi)業(yè)測量成果處理和制圖的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。測量工作的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面

測量工作的基準(zhǔn)線—鉛垂線。測量工作的基準(zhǔn)面—大地水準(zhǔn)面。測量內(nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)線—法線。測量內(nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)面—參考橢球面。OG大地水準(zhǔn)面鉛垂線二、確定地面點(diǎn)位的坐標(biāo)系子午面

－地球上任一點(diǎn)與地球旋轉(zhuǎn)軸所組成的平面。首子午面－通過英國格林尼治(Greenwich)天文臺(tái)的子午面。11058G（一）大地坐標(biāo)系A(chǔ)首子午面地球旋轉(zhuǎn)軸赤道平面格林尼治A點(diǎn)子午面大地經(jīng)度－通過A點(diǎn)的子午面與首子午面之間的夾角(L)大地緯度－

通過A點(diǎn)的橢球面法線與赤道平面的交角(B)11059世界上最古老的天文臺(tái)11060英國格林尼治(Greenwich)天文臺(tái)1106111062英國格林尼治皇家天文臺(tái)世界時(shí)授時(shí)鐘（一）大地坐標(biāo)系（地理坐標(biāo)系）11063以經(jīng)度與緯度表示點(diǎn)位的坐標(biāo)系(球面坐標(biāo)系統(tǒng))以地球橢球的中心為原點(diǎn)，首子午面與赤道平面的交線為X軸，赤道平面內(nèi)通過原點(diǎn)與X軸垂直的為Y軸。地面某點(diǎn)A的空間三維直角坐標(biāo)：

（X

Y

Z

）（二）空間三維直角坐標(biāo)系

（地心坐標(biāo)系）11064

A，A，A（三）高斯平面直角坐標(biāo)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。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。11065NSc中央子午線赤道高斯投影平面赤道中央子午線高斯投影的原理

高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進(jìn)行投影。高斯投影的分帶和編號(hào)11067

中央子午線經(jīng)度

投影分帶號(hào)N投影帶在高斯投影中，為了限制子午線兩側(cè)的長度變形，按經(jīng)差分別為60，30，1.50分割橢球面，每個(gè)瓜瓣形地帶稱為一個(gè)投影帶。六度帶用于比例尺1:2.5萬;1:5萬的地形圖分幅,三度帶用于1:1萬比例尺的地形圖分幅。投影帶的劃分我國規(guī)定按經(jīng)差6o和3o進(jìn)行投影分帶。

6o帶自首子午線開始，按6o的經(jīng)差自西向東分成60個(gè)帶。

3o帶自1.5

o開始，按3o的經(jīng)差自西向東分成120個(gè)帶。高斯投影帶劃分

按照6o帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3o，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是：

L。=6oN－3o

（N為6o帶的帶號(hào)）例：20帶中央子午線的經(jīng)度為

L。＝6o×20－3o＝117o

按照3o帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3o，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是：

L。=3on

（n為3o帶的帶號(hào)）例：120帶中央子午線的經(jīng)度為

L。＝3o×120＝360o

6o帶與3o帶中央子午線之間的關(guān)系如圖:

3o帶的中央子午線與6o帶中央子午線及分帶子午線重合，減少了換帶計(jì)算。

工程測量采用3o帶，特殊工程可采用1.5o帶或任意帶。

若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L，則該點(diǎn)的6o帶的帶號(hào)N由下式計(jì)算：

N＝

（取整）+1

若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L，則該點(diǎn)所在3o帶的帶號(hào)按下式計(jì)算：

n＝

（四舍五入）高斯平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)系的建立：x軸

—

中央子午線的投影y軸

—赤道的投影原點(diǎn)O

—兩軸的交點(diǎn)OxyP（X，Y）高斯自然坐標(biāo)注：X軸向北為正，

y軸向東為正。赤道中央子午線

由于我國的位于北半球，東西橫跨12個(gè)6o帶，各帶又獨(dú)自構(gòu)成直角坐標(biāo)系。

故：X值均為正，而Y值則有正有負(fù)。世界地圖赤道點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值

中央子午線的投影是X軸，赤道的投影是Y軸，其交點(diǎn)是坐標(biāo)原點(diǎn)。點(diǎn)的X坐標(biāo)是點(diǎn)至赤道的距離,赤道以北x

值為正；點(diǎn)的Y坐標(biāo)是點(diǎn)至中央子午線的距離，y

值有正有負(fù)。

11076點(diǎn)在高斯平面直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值

為了避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值，把Y坐標(biāo)值加500公里。11077為了區(qū)分不同投影帶中的點(diǎn)，在點(diǎn)的Y坐標(biāo)值上加帶號(hào)N所以點(diǎn)的橫坐標(biāo)以下式表示：

Y

=

N×1000000

+

500000

+

yxyo500km

=500000+=+636780.360m=500000+=+227559.720m國家統(tǒng)一坐標(biāo)：（帶號(hào)）（帶號(hào)）例：有一國家控制點(diǎn)的坐標(biāo):x=3102467.280m,y=19367622．380m，（1）該點(diǎn)位于6?帶的第幾帶？（2）該帶中央子午線經(jīng)度是多少？（3）該點(diǎn)在中央子午線的哪一側(cè)？（4）該點(diǎn)距中央子午線和赤道的距離為多少？（第19帶）（L。=6o×19-3o=111?）（先去掉帶號(hào)，原來橫坐標(biāo)y＝367622.380—500000＝-132377.620m，在西側(cè)）（距中央子午線132377.620m，距赤道3102467.280m）（四）地平坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系為小范圍的平面直角坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系以當(dāng)?shù)氐乃矫鏋橥队懊嫱ǔＲ援?dāng)?shù)氐恼狈较驗(yàn)閄坐標(biāo)軸的正方向某一建筑地區(qū)的“建筑坐標(biāo)系”也是一種地平坐標(biāo)系地平坐標(biāo)系為獨(dú)立坐標(biāo)系應(yīng)與國家或城市坐標(biāo)系進(jìn)行連測11080不同點(diǎn)：1、x，y軸互異。2、坐標(biāo)象限不同。3、表示直線方向的方位角定義不同。相同點(diǎn)：數(shù)學(xué)計(jì)算公式相同。

高斯平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標(biāo)系的異同點(diǎn)：高斯平面直角坐標(biāo)系笛卡爾坐標(biāo)系ααooyyxxⅠⅠⅢⅡⅡⅣⅣⅢppx=Dcosαy=Dsinαx=Dcosαy=DsinαDD（五）平面坐標(biāo)變換—坐標(biāo)軸的平移和旋轉(zhuǎn)11082建筑坐標(biāo)系(x′,y′)變換為城市坐標(biāo)系(

x,

y

)變換參數(shù)(x

,y

),α0

0平移量(x0,y0)旋轉(zhuǎn)角α（五）平面坐標(biāo)變換11083城市坐標(biāo)系(

x,

y

)變換為建筑坐標(biāo)系（x′,y′）變換參數(shù)(x0

,y0

),α（六）地面點(diǎn)的高程高程（絕對高程、海拔）－地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。假定高程（相對高程）－地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。11084高差－兩點(diǎn)間的高程之差(不論絕對高程或相對高程)測定平均海水面(高程為零)的驗(yàn)潮站11085水準(zhǔn)原點(diǎn)至1985國家高程基準(zhǔn)“零海平面”的高程72.2604m11086青島觀象山水準(zhǔn)原點(diǎn)11087水準(zhǔn)原點(diǎn)旱井11088水準(zhǔn)原點(diǎn)瑪瑙石標(biāo)志11089水準(zhǔn)原點(diǎn)標(biāo)牌11090從水準(zhǔn)原點(diǎn)測定全國各基準(zhǔn)點(diǎn)高程的精密水準(zhǔn)測量11091§1-4測量工作的程序及基本內(nèi)容基本原則控制測量地形測量施工放樣基本觀測量：距離,角度,高差11092布局上：由整體到局部精度上：由高級(jí)到低級(jí)次序上：先控制后細(xì)部過程中：步步檢核一、測量工作的基本原則

所有測量工作都必須遵循以上原則也是測量的工作程序11093測量工作的程序由整體到局部由高級(jí)到低級(jí)先控制后細(xì)部步步檢核1109411095一等三角鎖為國家平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)傳統(tǒng)平面控制網(wǎng)布置形式二、控制測量1109611097

A級(jí)GNSS

網(wǎng)為國家平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)現(xiàn)代

GNSS

控制網(wǎng)布置形式

中國的法定大地坐標(biāo)中心—中華人民共和國大地原點(diǎn)，坐落在西安之北約100公里的涇陽縣內(nèi)。大地原點(diǎn)的地面海拔高程為417.7米，它距我國陸邊正北880公里，東北2500公里，正東1000公里，正南1750公里，西南2250公里，正西2930公里，西北2500公里。大致位于我國大陸領(lǐng)土的中心。1109811099我國大地坐標(biāo)系原點(diǎn)所在地的大門國家測繪地理信息局建立的“大地原點(diǎn)”110100中國大地坐標(biāo)系的基準(zhǔn)點(diǎn)建筑外觀110101國家大地原點(diǎn)地面標(biāo)志110102大地原點(diǎn)瑪瑙中心標(biāo)志三、細(xì)部測量110103在控制測量基礎(chǔ)上，測繪地形細(xì)部或進(jìn)行建筑物的細(xì)部放樣。浦東運(yùn)河小灣橋擴(kuò)建工程細(xì)部測繪

110104四、基本觀測量－確定地面點(diǎn)位的三個(gè)基本要素:110105距離-

S角度-

α,

β高差-

h§1-5水準(zhǔn)面曲率對觀測量的影響在小測區(qū)內(nèi)，用水平面代替水準(zhǔn)面，討論由此對距離和高差測量的影響：110106一、水準(zhǔn)面曲率對距離測量的影響110107

S(km)ΔS(cm)

ΔS/S10

0.81：120萬

25

12.81：20萬

50

102.71：4.9萬100

821.21：1.2萬結(jié)論：在半徑小于10

km的范圍內(nèi)測量距離不必考慮水準(zhǔn)面曲率改正。水準(zhǔn)面曲率對距離測量影響的具體數(shù)值：110108二、水準(zhǔn)面曲率對高差測量的影響110109水準(zhǔn)面曲率對高差測量影響的具體數(shù)值：

S(m)

Δh(mm)

1000.8

2003

500

201000802000310110110進(jìn)行高程測量應(yīng)顧及這種影響并加改正或設(shè)法抵消（一）長度單位公制單位：公里(千米)、米、分米、厘米、毫米市制單位：里、丈、尺、寸、英制單位：海里、碼、英尺、英寸110111§1-6測量的度量單位（二）面積和體積單位