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1、1.1 测量学的任务和作用 1.2 测量工作的基准面和基准线 1.3 地面点位的确定 1.4 测量工作概述,测量学导论,1.1 测量学的任务和作用,一、测量学的任务 1.概念：测量学是研究地球的形状、大小以及地表(包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。 2.测量工作的基本任务：确定地面点在规定坐标系中的坐标值（X，Y，Z）。,二、测量学的主要分支,大地测量学：研究地球的形状和大小及地球重力场的测量方法、分布情况及其应用的学科。 普通测量学:测定地面点的空间位置，将地球表面地形和其它地理信息测绘成图. 摄影测量与遥感学：研究利用航天、航空、地面摄影和遥感信息，进行测量的方法和理论的学
2、科。,工程测量学:研究工程建设在勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。主要内容有：工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量等。 海洋大地测量学：在海洋范围内建立大地控制网所进行的测量工作。内容有控制测量、水深测量、海洋重力测量、卫星大地测量等。,三、测量工作分类 测量工作包括测定和测设两部分。 测定 是指使用测量仪器和工具，通过测量 和计算，测定点的坐标，或把地球表 面的地形按比例缩绘成地形图。 测设 是指把图纸上规划设计好的建筑物、 构筑物等的位置在地面上标定出来， 作为 施工的依据。,1.2 测量工作的基准面和基准线 一. 地球
3、的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体，海洋面积约占地球表面的71%。,高山,陆地,丘陵,海洋,大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。,大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。,由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。 该几何体必须满足两个条件： 形状接近地球自然形体 可以用简单的数学公式表示,2参考椭球体及参考椭球面 参考椭球体：一个非常接近大地体，并可用数学式表示的几何形体，作为地球的参考形状和大小。 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。,参考椭球
4、面,参考椭球面 参考椭球体外表面， 是球面坐标系的基准面。,旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。 我国目前（2008年7月1日批准） 采用的参考椭球体的参数为： 长半轴 a= 6378137m 扁 率 =,测量精度要求不高时，可把地球看作 圆球，其平均半径 R =6371km,我国曾经或正在采用的椭球体,克,克,二、测量工作的基准线和基准面 测量工作的基准线铅垂线 。 测量工作的基准面大地水准面。 测量内业计算的基准线法线。 测量内业计算的基准面参考椭球面。,O,G,大地水 准面,铅垂线,1.3 地面点位的确定 一、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置
5、（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。 如地面点： A （X，Y，H）,C,Y,二、地面点的高程 地面点的高程： 地面点沿铅垂方向到 大地水准面的距离。 注：地面点在大地水 准面以上，H为正； 地面点在大地水准 面以下，H为负。 如图：HA= 166.780m HB= - 136.680m,A,大地水准面,HA,B,HB,绝对高程（海拔） ：某点沿铅垂线方向到 大地水准面的距离。如：HA、HC。 相对高程： 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：HA、HC 。 高差： 地面上两点高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA 当hAC为正时， C点高于A点； 当
6、hAC为负时， C点低于A点；,我国的高程系统： 水准原点 全国高程的起算点。 1985年国家高程基准 （72.260m ） 1956年黄海高程系 （72.289m） 目前我国统一采用 1985年国家高程基准 。,水准原点,H0,验潮站,大地水准面,三、地面点的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或 空间直角坐标表示。 （一）地理坐标 以参考椭球面为基准面，以椭球面法线为 基准线建立的坐标系。 地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可表示为 A(L,B) 。 如：北京 东经11628北纬3954,S,纬线,N,O,地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。,子午面
7、：过地球某点与地轴所组成的平面。,子午线：子午面与地球面的交线，又叫经线。,起始子午面：通过英国格林尼治天文台的子午面NGS 。,纬 线：垂直于地轴的平面与地 球面的交线。,赤道平面：垂直于地轴并通过 地球中心的平面WME。,赤 道：赤道平面与地球面 的交线。,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午线,G,椭球上的基本概念,大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成 的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。,大地纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点 的大地纬度，用B表示。,赤道平面,O,P,M,大地经度L,大地纬度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范
8、围： 东经0180 西经0180 B取值范围： 北纬090 南纬090,我国大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。 我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。,大地原点：全国统一坐标的起算点。,（二）平面直角坐标 由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规 划、设计 、施工中，测量和计算十分不便。 投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。 即 X= F 1（L，B） Y= F 2（L，B） 我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。,测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大量投影计算工作； 保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给识图用
9、图带来很大方便。 投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。,测量对地图投影的要求：,独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立独立平面直角坐标系； 地面点的位置可用平面直角坐标确定； 坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）； 原点坐标值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐标； 规定：X 轴向北为正， Y轴向东为正。,O,X,Y,测区,北,（三）空间直角坐标 如图所示： 原点O 地球质心 Z轴 指向地球北极 X轴 指向首子午面 与赤道的交点 Y轴 过O点与XOZ面垂直,如：A（XA，YA，ZA）,X,Z,Y,O,四、
10、用水平面代替水准面的限度 1、对距离的影响 水准面上弧长为S，其所对圆心角为，地球的 半径为R，水平面上直线长为t， 其差值为S。,相对差值：,上式中取R=6371km，则 结论： 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量 时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。,2、水准面的曲率对水平角度的影响 由球面三角学知道，同一个空间多边形在球面上投影的各内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面均超的数值。其公式为： 式中：“为以秒计的弧度，P为球面多边形面积，R为地球半径。在测量工作中实测的是球面面积，绘制成图时则绘成平面图形的面积。 计算表明，对于面积在100km2以内的多边形，地球曲率对水不平角度的影响只有在最精密的测量中才需要考虑，一般不必考虑。,3、对高程的影响 用水平面代替大地水准面时，对 高程的影响：,结论: 地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。,h,1.4 测量工作概述 一、测量工作的基本内容 高差测量 角度测量 距离测量,外业工作：测定和测设。 内业工作：观测数据处理和绘图。,二、测量工作的基本原则 1、 从整体到局部； 2、先控制后碎部 ； 3、复测复算、步步检核。 优点： 减少误差积累； 避免错误发生； 提高工作效率。,
