上篇-测量学01,02章讲解

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1、测 量 学 （非测绘专业适用） 第一章 绪论 l1 测量学的概念 l2 地面点位的确定 l3 测量工作的原则 1 测量学的概念 测量学是一门非常古老的科学。发展到今天，成为一门综合科学 。 它应用当代空间、遥感、通信、电子、微电子等各种先进技术与设 备，以及光学、机械、电子的实用技术设备，采集与地球形状和大小、 地球表面上的各种物体的几何形状及空间位置相关的数据和信息，并对 其进行处理、解释和管理，为经济建设、国防建设的各个部门和行业提 供服务。 张遂(僧一行，公元673- 727年) 公元724-725年， 一行组织了全国13个点 的天文大地测量。由太 史监南宫说等人在河南 的测量的数据中，

2、得出 了子午线一弧度的弧长 为351里80步。这是世 界上第一次通过实测进 行弧度测量。 龙 游 石 窟 “龙游石窟”位于浙江龙游县城以北小南海镇东南、衢江北岸的石岩背村。1992 年6月几个村民用抽水机抽干了被当地人称为“无底洞”的小龙潭，发现了一个规模巨 大、气势恢宏的由人工开凿的洞窟，此后又在附近相继发现了20余个与此相同的石 洞。 如何采光 洞口狭小，石窟内光线暗淡，开凿年代又无电灯。奇怪的是，石窟四壁及 洞顶均未留下任何油烟痕迹，开凿者以何照明？ 半米壁距 石窟群彼此相邻并紧贴，洞与洞之间却绝不相通。即使在现今，从事地下 开凿利用最先进的科技和仪器亦很难做到这点，古代开凿者是怎么在地

3、下作出 如此精确的测量的？ 不见史料 无论从哪个角度看，龙游石窟群的开凿必是非常人干的非常事。如此宏大 的地下工程，却至今尚未能发现在当地的地方电及其它史料上有所记载，何故 ？ 石料去处 据估算，现已发现的石窟群的开采石料量至少在万立方米以上。而开采 出来的石料俱是质地较软的红砂岩，很难用作建材。那么，这么多开采出来的 石料到那里去了？无从查考。 洞壁石刻 在号洞的石壁上发现鸟、马、鱼的石雕图案，有几个石窟壁上还有闪电 状石刻线条，究竟代表什么？系何时何人因何而刻？ 矩形水池 据最新考察发现，已开发的个石窟，在底部靠近中心部位均有一个面积 约平方米的矩形水池，而且两侧是开凿而成的，另两侧是砌石

4、而成，不知 此池有何用途？ 鱼去何方 石窟群在发现之前被称为“无底塘”，旧时作为寺院放生池，养有大鱼，当 地村民还常在“无底塘”钓鱼。可当村民抽干个洞窟的水后，惊讶地发现，洞 内竟找不到一条鱼。鱼去哪儿了？ 石窟数量 到目前为止，已探明石窟数量为个。到底还有没有其它石窟？浙江地 球物理研究所的科研人员试图用先进的检测设备探明地下石窟群的布局结构， 却告搁浅，因而石窟的数量仍不能全悉。 神舟六号飞船载人航天飞行的测控网是由北京、东风、西安三个指控中心， 东风、渭南、青岛、喀什等国内测控站，和位于纳米比亚、马林迪、卡拉奇等三个 国外测控站，以及位于太平洋、印度洋、大西洋的四艘远望号测量船组成的陆海

5、基 全球S波段统一测控通信网，对火箭、飞船完成测控通信任务。 神六测控通信系统中由上海研发的9大子系统 1.USB波段信道：完成载人飞船天地间无线通信主通道，能够实现遥控、遥测、 图像传输、双向通话、地面跟踪测量任务； 2.C波段信道：主要用于飞船的测轨，将返回舱的飞行速度、距离、方位等信息 传递回地面指挥中心。其同时作为USB波段信道的辅助； 3.图像传输系统； 4.话音传输系统； 5.飞船遥测系统； 6.飞船遥控系统； 7.超短波通信系统； 8.短波通信系统（能传送GPS定位信号，在返回舱着陆后能为地面搜索人员提供 所在位置的经纬度）； 9.天线。 备注：整个测控通信系统除了上海的9大子系

6、统外，还包括北京相关机构研发的 GPS定位系统、频率综合器等。 其分类大致为： 1.大地测量学 2.摄影测量与遥感 3.地图制图学 4.海洋测量学 5.地形测量学 6.工程测量学 几何大地测量学 物理大地测量学（重力大地） 卫星大地测量学 海洋大地测量学 空间大地测量学（天文大地） 航天摄影测量 航空摄影测量 地面立体摄影测量 遥感测量 研究地球表面局部地区测绘问题 研究内容 有关城市建设、矿山工厂、水利 水电、农林牧业、道路交通、地质矿 产等领域各种工程的勘测设计，建设 施工，竣工验收，生产经营，变形监 测等方面的测绘工作。 主要工作 测绘 测设 变形监测 大地测量学 摄影测量与遥感 地图制

7、图学 地形图 专题地图制作 在西藏拉萨测绘地形图 水下地形测量 地形测量学 建筑变形监测 城市测量 工程测量学 2 地面点位的确定 一、地球的形状和大小 二、我国采用的参考椭球 三、地面点位平面坐标的确定 四、地面点高程位置的确定 五、地球曲率的影响 一、地球的形状和大小 几个概念： 继续 地球的自然表面不规则；海面占表面的71%、扁梨形。 大地水准面假想平均海水面延伸穿过陆地形成的闭合曲面；物理曲面。 旋转椭球以椭圆的短轴为旋转轴形成的椭球；旋转椭球面为数学曲面。 总地球椭球与大地体（大地水准面包围的球体）最接近的旋转椭球体。 其中心与地球质心重合； 旋转轴与地轴重合，赤道与地球赤道重合；

8、体积与大地体体积相等； 其表面与大地水准面之间的高差平方和最小。 参考椭球与某一局部大地水准面密切配合的椭球。 大地水准面具有性质： 大地水准面上任一点处的垂线 （重力方向）与该点处切面正 交； 又：重力是离心力与地心 引力的合力（离心力与地心引 力之比约1：300），而大地水 准面上各点处引力不等，造成 各点处垂线方向各异。 各点处切面组成的曲面 大地水准面亦不规则，有 微小起伏，是一个具有物理性 质的曲面。 离心力 地心引力 重力G 返回 二、我国采用的参考椭球 大地水准面与椭 球面高差最大差 为200m 旋转椭球面 大地水准面 a b 继续 1932年前白塞尔椭球 1932年后海福特椭球

9、 1952年后1954北京坐标系：克拉索夫斯基椭球 1980年后国家大地坐标系：国际75椭球（IAG1975推荐值） 目前BJ-54和国家80两个坐标系并行使用 返回 三、地面点位平面坐标的确定 1.地理坐标 大地经度和大地纬度（L、B） 天文经度和天文纬度（、j） N L G P 起 W 始 o E 子 B 午 赤道平面 线 S LP点所在子午面与起始子午面所夹的 两面角； 分为东经0180；西经0180 B过P点法线与赤道平面的交角；分为 南纬090；北纬090 P点所在天文子午面与本初子午面所 夹的两面角； j过P点的重力线与地球赤道平面的交 角。 N S O x 2.平面直角坐标 高斯

10、投影 横轴椭圆柱投影 高斯投影带 为了限制变形，高斯投影只限于很窄的一条，称投影带。 y P1 P2 S p1 p2 s 赤道 中央子午线边缘子午线 为满足1/100万1/2.5万比例尺测 图，可采用经差6的投影，称6带；为 满足1/10000、1/5000比例尺测图，可采 用经差3的投影，称3带；有些测图还 须采用1.5带等。3带是6带的加密。 G 0 3 6 9 12 15 18 各点y坐标的规定：1）原点西移 500km；2）y坐标前加带号。 例： y018.068km 写成 y36518.068km y02.005km 写成 y20497.995km （我国位于北半球，东经69135

11、；x值均为正值，y值：6 带1223带， 3 带2445带） 四、地面点高程位置的确定 点的高程是指点沿与基准面的切平面正交的方向线投影到基准面的距离。高 程基准面（大地水准面）： 1.1956年黄海高程系统（中华人民共和国水准原点高程72.289m） 2.1985年国家高程基准（中华人民共和国水准原点高程72.260m） H 大地水准面 e H大 参考椭球面 继续 A 水准原点H 自然表面 大地水准面 （高程为0） 绝对高程 青岛验潮站 HA H 56年黄海高程系统：H=72.289m 85年国家高程基准：H=72.260m 水准原点 中国统一高程基准点 返回 五、地球曲率的影响 弧： AB

12、=Rq =D 平距： AB=Rtanq =D D=DD =Rtanq Rq =R(tanqq ) 1.地球曲率对水平距离的影响 将tanq 级数展开，略去五次方以上各项： 代入上式，有： 相对误差： 从相对误差看，此影响很小（当D=10km时，D=8mm，D/D=1/120万）。 故小区域（如半径小于10km时），可不考虑地球曲率对水平距离的影响。 B D A D B R R O q 2.地球曲率对高差的影响 R2D2=(R+h)2=R2+2Rh+(h)2 即： D2=2Rh+(h)2=h(2R+h) B D h A D B R R O 可得： h与R比甚小，忽略不计，D以代D，可得： 当：

13、D=500m h=20mm D=1000m h=80mm D=5000m h=196mm 所以，地球曲率对高差影响甚大，小范围内进行测量工作亦不可以忽略。 3 测量工作的原则 1.从整体到局部 2.从高级到低级 3.先控制后细部 第二章 水准测量 1 水准测量的原理 2 水准测量的仪器和工具 3 水准仪的使用 4 水准测量的外业 5 水准测量的内业 6 水准测量的误差分析 1 水准测量的原理 高差法 HB=HA+hAB 仪器高（视线高）法 HB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=Hi-b Hi仪器高（视线高） 高差法适宜于线路高程测量，仪器高法适宜于较大面积高程测量（安置一次 仪器

14、测定多点高程）。 几何水准测量的目的 测定两点之间的高差，进而由已知点高程求出未知点高程。 几何水准测量的原理： 1.在两点垂直竖立刻有分划的标尺 2.在两标尺间建立水平视线 3.由水平视线读数，计算出两点的高差：hAB=a-b 4.计算点高程HB 几何水准测量的原理： 返回 后视前视 前进方向 水 准 尺 水 准 尺 a b A B HA hab HBHi（水平视线高程=HA+ a ） 高差法 仪器高（视线高）法 HB=HA+hAB HB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=Hi-b 2 水准测量的仪器和工具 一、水准仪：建立水平视线的仪器 1.水准仪的系列 水 准 仪 系 列 标

15、 准 表 等级与型号 DS05DS1DS3DS10 每千米往返测高差中数偶然中误差不超过 （mm/km） 0.51310 望远镜放大倍数不小于（倍）45382820 望远镜物镜有效孔径不小于（mm）55473828 水准器角 值不大于 管状水准器 （/2mm） 符合式10102045 粗水准器 （/2mm） 十字型式 圆水泡 3 3 8 8 测 微 器 测量范围（mm）55 最小分划值（mm）0.050.05 用 途 国家一等 水准测量 及地震水 准测量 国家二等 水准测量 及其它精 密水准测 量 国家三、 四等水准 测量及一 般工程水 准测量 一般工程 水准测量 项目 仪器型号DSi中，D、S分别取汉语拼音大地测量仪器、水准仪的字头，i为每千米高差中数中误差。