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1、闫闫 飞飞 （林业楼（林业楼522522） 515961945 515961945 15210026573 15210026573 北京林业大学北京林业大学 常用教材常用教材 你可能不知道的测量（道路测量）你可能不知道的测量（道路测量） 你可能不知道的测量（渠道水位监测）你可能不知道的测量（渠道水位监测） 你可能不知道的测量（场地平整）你可能不知道的测量（场地平整） 你可能不知道的测量（大桥边形监测）你可能不知道的测量（大桥边形监测） 你可能不知道的测量（隧道工程测量）你可能不知道的测量（隧道工程测量） 你可能不知道的测量你可能不知道的测量( (珠峰珠峰6120)6120) 你可能不知道的测量
2、你可能不知道的测量( (沙漠沙漠) ) 你可能不知道的测量你可能不知道的测量( (海洋测绘海洋测绘) ) 你可能不知道的测量你可能不知道的测量( (重力测量重力测量) ) 你可能不知道的测量（地面摄影测量）你可能不知道的测量（地面摄影测量） 机载空间三维数据采集系统机载空间三维数据采集系统 机身利用卫星定位机身利用卫星定位 你可能不知道的测量（航空摄影测量）你可能不知道的测量（航空摄影测量） 你可能不知道的测量（监测飞机外形）你可能不知道的测量（监测飞机外形） 从 经纬仪 发展到全能的 电子全站仪 你可能不知道的测量你可能不知道的测量( (测量仪器学测量仪器学) ) 你可能不知道的测量你可能不
3、知道的测量( (体育体育) ) 测量工作的核心工作 科学地获取空间信息 建立空间点位与地面实体点之间的 对应关系(坐标) -可靠的观测方法 对所获取的信息进行适宜的表达 如用图表达，则涉及到制图法则，包括数学法 则、制图综合和符号化 测量学分类 大地测量学 航空摄影测量与遥感 工程测量学 地图制图学 海洋测量学 普通测量学 普通测量学定义及任务 定义 研究地球表面较小区域内（如半径不 大于10km）测量与制图的理论、技术 和方法的科学。 任务 测绘地形图 （测定） 施工测设（放样、放线） 学习本课程应注意的要点 掌握基本概念，基本理论 熟练操作常规测量仪器 掌握测、算、绘的技术 熟练读图和用图
4、（对图例的了解） 对规范的了解 培养：认真严谨、团队意识 窍门：念念不忘，必有回响！ 本节课程的主要内容 点位确定的理论基础 空间实体：地球的形状和大小 空间点表达：常用的坐标系统 空间点表达简化的限度：用水平面 代替水准面的限度 点位确定的方法（测量基本工作） 地球既围绕太阳旋转又绕 自己的轴自转，地球上的物 体将受到地球、太阳、月亮 引力、离心力等多种力的作 用，而其中主要是受到离心 力和地球质心吸引力的作用 ， 这两个力的合力称为重 力，重力方向即为铅垂线方 向。 1-1 地球的形状和大小 一、地球形状 地球的制高点地球的制高点 珠穆朗玛峰珠穆朗玛峰 海拔高程海拔高程 8844.43m8
5、844.43m 马里亚纳海沟 斐查兹海渊剖面图 地球海面下最深处地球海面下最深处 高程为 11000 m 二、 水准面 定义： 处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。 特点： 重力等位面，其表面处处与重力方向垂直 有无穷多个，但各水准面之间是不平行的，也不相交 是不规则的闭合曲面 三、 大地水准面： 定义： 将静止的海水面向整个陆地延伸，用所形成的封闭 曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面。 作用： 测量工作的基准面 获取： 我国在青岛设有验潮站 与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而形成的封闭与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而形成的封闭 曲面称为曲面称为“大地水准面大地水准
6、面”。大地水准面所包含的形体，称为 大地体，它代表了地球的自然形状和大小 四、旋转椭球面 由于大地水准面受地球内部质量分布不均匀影响，是不规 则曲面，无法用数学方法准确描述和计算，也难以在其面上 处理测量成果。 用一非常接近大地水准面的数学面旋转椭 球面代替大地水准面，用旋转椭球体描述地球，称参考椭球 体 要求： 总质量=地球质 量，中心与质心重 合，短轴与旋转轴 重合； 旋转角速度与地 球自转速度相等； 表面与大地水准 面拟合最好。 2.我国采用的参考椭球体几何参数 （1）1954年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基 参考椭球体参数： a=6378245m =1:298.3 （2）1980年
7、国家大地坐标系采用国际大地测量协会与地球物 理联合会在1975年推荐的IUGG-75地球椭球。 其参数： a=6378140m =1:298.257 （3）WGS-84坐标系 a=6378137m =1：298.257 五、球面 在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代 替大地水准面，其半径R=6371km 概念：概念： 水准面：水准面： 处处与重力方向垂直的连续曲面。处处与重力方向垂直的连续曲面。 重重 力：力： 离心力和地球引力的合力。离心力和地球引力的合力。 铅垂线：铅垂线： 重力的方向线，为测量工作的重力的方向线，为测量工作的基准线基准线 水平面：与水准面相切的平面。水平面：
8、与水准面相切的平面。 大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面，大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面，基准面基准面。 大地体：由大地水准面所包围的地球形体。大地体：由大地水准面所包围的地球形体。 地球的形状：地球的形状： 椭球体代替地球的形状，由于扁率很小，测区范围不大时，椭球体代替地球的形状，由于扁率很小，测区范围不大时， 可近似看作为圆球体。可近似看作为圆球体。 地球的大小：地球的大小：平均半径平均半径R=6371R=6371公里公里 1-1 小结 子午面子午面 地球上任一点与地球上任一点与 地球旋转轴所组地球旋转轴所组 成的平面。成的平面。 首子午面首子午面 通过英国格林尼通过英国格林尼
9、 治治(Greenwich)(Greenwich) 天文台的子午面天文台的子午面。 G （一）（一）大地坐标系大地坐标系 A 首子午面 地球旋转轴地球旋转轴 赤道平面赤道平面 格林尼治A A点子午面 点子午面 1-2 测量中常用坐标系 大地经度大地经度 通过通过A A点的子午面点的子午面 与首子午面之间与首子午面之间 的夹角的夹角(L)(L) 大地纬度大地纬度 通过通过A A点的点的 椭球面法线与椭球面法线与 赤道平面的交角赤道平面的交角(B)(B) （一）（一）大地坐标系大地坐标系 英国格林尼治英国格林尼治(Greenwich)(Greenwich)天文台天文台 英英 国国 格林尼治格林尼治
10、 皇家天文台皇家天文台 世界时世界时 授时钟授时钟 （一）大地坐标系（地理坐标系）（一）大地坐标系（地理坐标系） 点位的表示：大地经度(L)，大地纬度(B)，大地 高度(H) （一）大地坐标系（地理坐标系）（一）大地坐标系（地理坐标系） 目前，我国常用大地坐标系有(P7)： 1954年北京坐标系 1980年国家坐标系 2000年国家坐标系 WGS-84坐标系 坐标原点 O：地球椭球体中心（与质心重合） Z 轴 方 向：指向地球北极; X 轴 方 向：指向格林尼治子 午面与地球赤道面之交点; Y 轴 方 向:垂直于XOZ 平面，构成右手坐标系。 地面某点A 的空间三维直角坐标： （X Y Z ）
11、 （二）空间直角坐标系 A， A， A （三）高斯平面直角坐标系 对局部范围内的大比例尺地形图测绘及工程建设来说， 椭球面坐标不方便，需要投影为平面坐标。 投影举例： （三）高斯平面直角坐标系 高斯投影是等角横切椭圆柱投影。等角投影就是正形投影 。 方法：将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上 。 特点：投影后角度保持不变，中央子午线投影后一条直 线，且长度不变。 高斯投影的分带和编号 六度带： L0=6N-3 （N为投影带的号数，L0为中央 子午线精度） 三度带： L0=3N 点在高斯平面直角坐标系中的坐标值 以中央子午线作为坐标纵轴（用X表示） 以赤道作为坐标横轴（用Y表示） 例： x
12、m=1346216.985m ym=19634527.165m （19为带号数 ） 为了区分不同投影带中的点，在点的为了区分不同投影带中的点，在点的Y Y坐标值上加带号坐标值上加带号 N N 所以点的横坐标以下式表示：所以点的横坐标以下式表示： Y Y = = N*1000000N*1000000 + + 500000500000 + + y y 我国为了避免为了避免Y坐标出现负值，把出现负值，把Y Y坐标值加坐标值加500公里 。 注意与常用平面直角坐标系区分 （四）地平坐标系（独立平面直角坐标系） 地平坐标系为小范围（地平坐标系为小范围（半径小于10km）的平面直角坐标系）的平面直角坐标系
13、 地平坐标系以地平坐标系以当地的水平面为投影面为投影面 通常以当地的通常以当地的正北方向为为X X坐标轴的正方向坐标轴的正方向 某一建筑地区的某一建筑地区的“建筑坐标系建筑坐标系”也是一种地平坐标系也是一种地平坐标系 地平坐标系为独立坐标系应与国家或城市坐标系进行地平坐标系为独立坐标系应与国家或城市坐标系进行连测 （五）地面点的高程（高程坐标系） 1 1、绝对高程、绝对高程( (海拔海拔) ) 地面点到大地水准面的铅垂距离。地面点到大地水准面的铅垂距离。 2 2、相对高程、相对高程 地面点到假定水准面的铅垂距离地面点到假定水准面的铅垂距离。 3 3、高差、高差 两点间的高程之差两点间的高程之差
14、( (不论绝对高程或相对高程不论绝对高程或相对高程) ) 测定平均海水面(高程为零)的验潮站 19851985国家高程基准国家高程基准“零海平面零海平面”的高程的高程72.260m 72.260m 19561956国家高程基准国家高程基准“零海平面零海平面”的高程的高程72.289m72.289m 青岛观象山水准原点 水准原点旱井 水准原点玛瑙石标志 水准原点标牌水准原点标牌 水准原点景区 从水准原点测定全国各基准点高程的精密水准测量 中国的法定大地坐标中心 中华人民共和国大 地原点，坐落在西安之北约100公里的泾阳县永乐镇 。大致位于我国大陆领土的中心。 国家测绘局建立的国家测绘局建立的“大
15、地原点大地原点” 中国大地坐标系中国大地坐标系 的基准点的基准点 建筑外观建筑外观 国家大地原点地面标志国家大地原点地面标志 大地原点玛瑙中心标志大地原点玛瑙中心标志 1-3 用水平面代替水准面的限度 结论: 在半径10km范围内,对距离和角度的影响可以忽略不计。 在高程测量中,即使距离很短也应考虑地球曲率的影响。 一、一、 水准面曲率对距离测量的影响水准面曲率对距离测量的影响 S(km) S(cm)S(km) S(cm) S/S S/S 10 10 0.8 1:120 0.8 1:120万万 25 25 12.8 1 12.8 1 : : 2020万万 50 50 102.7 1 102.7 1 : : 4.94.9万万 100 100 821.2 1 821.2 1 : : 1.21.2万万 结论结论：在在半径小于半径小于1010 kmkm 的范围内测量的范围内测量 距离不必考虑水准面曲率改正。距离不必考虑水准面曲率改正
