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1、测量学基础,测量学的分科,1、大地测量学 研究地球形状、大小、地球重力场以及建立国家大地控制网的理论、技术和方法的科学。大地测量学可分为几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学（也称为空间大地测量学） 2、普通测量学 研究地球表面较小区域内测量与制图的理论、技术和方法的科学。在测绘过程中不考虑地球曲率的影响，用平面代替地球曲面，根据需要建立小区域的控制网，测绘大比例尺地形图及一般工程的施工测量。 3、工程测量学 研究各类专业工程在规划、设计、施工和动工过程中所涉及的测量理论、技术和方法的科学。根据专业不同，工程测量学分为土木工程测量、铁道工程测量、矿山工程测量等。 4、摄影测量学 研究利
2、用摄影和遥感技术，获取被摄物体的住处进行分析、处理以确定物体的形状、大小和空间位置，并判定其属性的科学。 5、海洋测量学：研究地球表面水体（江、湖及海洋）、港口、航道及水下地貌等。 6、地图制图学：研究地图的编制和应用。,地球与地球椭球,大地水准面：假设海水面处于静止平衡状态下，将其延伸到大陆下面，构成一个遍及全球的闭合曲面，这个曲面就是大地水准面。,地球与地球椭球,大地测量学中所研究的地球形状就是大地水准面的形状。理由是：大地水准面与占地球面积71的平均海水面重合，与地球自然表面非常接近；大地水准面具有水准面特性，处处与铅垂线正交，而测量仪器是用水准器整平，用垂球对中的，所以，大地水准面是测
3、量作业的基准面；海水面是实际存在的，与世界上沿海国家都发生联系，通过验潮取平均值就可获得平均海水面的位置。,参考椭球,用大地体表示地球体形是恰当的，但由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，无法在这曲面上进行测量数据处理。为了使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体(即地球椭球)来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面称参考椭球面。从严格意义上讲，测绘工作时取参考椭球面为测量的基准面，但在实际工作中仍取得是大地水准面作为测量的基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球。 由于地球椭
4、球的扁率很小，因此当测区范围不大时，可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为6371km。,椭球参数：,圆球参数：,大地坐标系,大地坐标系表示地面点在旋转椭球面上的位置 。,1、1954年北京坐标系 采用克拉索夫斯基椭球（a=6378245m，扁率=1：298.3），大地原点在前苏联，引测到北京一点的坐标。 2、1980年国家坐标系 大地原点在陕西泾阳县永乐镇，选用IUGG-75地球椭球。 3、WGS-84坐标系 WGS-84坐标系是世界大地坐标系，其坐标原点原点是地球的质心，空间直角坐标系的Z轴指向BIH（1984.0）定义的地极（CTP）方向，即国际协议原点CIO，它由IAU和IUGG共同推荐
5、。X轴指向BIH定义的零度子午面和CTP赤道的交点，Y轴和Z，X轴构成右手坐标系。采用WGS-84椭球（ a=6378137m，扁率=1：298.257223563 ） 所有的GPS卫星定位系统得到的地面点位置都是WGS-84坐标系，以B，L，H经纬度表示。,4、2000国家大地坐标系经国务院批准，根据中华人民共和国测绘法，我国自2008年7月1日起启用2000国家大地坐标系（简称“2000坐标系”）。2000坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量中心。2000坐标系采用的地球椭球参数如下： 长半轴 a6378137m 扁率 f1/298.2572221
6、01 地心引力常数 GM3.9860044181014m3s-2自转角速度 7.29211510-5rad s-1,大地坐标系,空间直角坐标系,空间直角坐标系以（ x y z ）表示，长度单位m,原点在地球椭球的中心o，x 轴通过首子午面与赤道的交点，z轴与地球旋转轴重合，y轴垂直于平面，构成右手坐标系。,高斯平面直角坐标系,以中央了午线为坐标纵轴x，以赤道的投影为坐标横轴y，两轴的交点作为坐标原点。,由于旋转椭球面是一个不可直接展开的曲面，因此当把曲面上的图形变换到平面上时，图形的变形是不可避免的。,有6度、3度、1.5度三种分带方式。 分带角度越小，变形越小,高斯平面直角坐标系,在坐标系内
7、，规定X轴向北为正，Y轴向东为正构成左手坐标系。,在坐标系内，规定X轴向北为正，Y轴向东为正。我国位于北半球，X坐标为正，Y坐标有正有负，为避免出现负值，将每带的坐标原点向西移500km，则每点的横坐标值均为正值。,为了根据横坐标值能够 确定某点在哪一个6度带内，则在横坐标的整数位的第7、8位冠以带的编号 。2 123456.123m，最高位的2表示带号。,地面点的高程,高程（绝对高程、海拔）-地面点到大地水准面的铅垂距离。,假定（相对）高程-地面点到假定水准面的铅垂距离。 高差-两点间的高程之差。,用水平面代替水准面的限度,在半径为10km的范围内，进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而
8、不必考虑地球曲率对距离的影响。,用水平面代替水准面的限度,在半径为10km的范围内，以水平面代替水闪面的角度误差可忽略不记。,高程测量中，即使距离很短也应考虑地球曲率对高程的影响。,测量工作基本概念和内容,测量工作的原则：,1、由整体到局部，由高级到低级，先控制 后细部； 2、步步检核；,测量工作的内容：,控制测量 地形图测绘 施工测量 基本观测（角度，距离，高差）,有关仪器的测量工作,平面控制测量 高程控制测量 地形测量 线路测量 施工测量 变形测量,基本测量工作,水准测量 角度测量 距离测量与直线定向 坐标测量 坐标放样 直线放样,水准仪、经纬仪和全站仪的用途,水准仪，用于标高测量、高程传
9、递测量 水准仪故名思意就是用来测水准的,主要也是最基本的功能就是测两点之间的高差(高程差) 经纬仪，用于点位测量，用于工程定位经纬仪主要功能是用来测角度的,分水平角及垂直角!在没有全站仪之前它还用来立点放样!(用皮尺或测距仪测距) 全站仪，全站式电子速测仪，工程定位 全站仪的其实简单点来说就是水准仪及经纬仪,测距仪+测量软件的综合点,它的出现可以说是大大提高了测量人员的工作效率!它的功能除了经纬仪及水准仪(不能完全代替水准仪,水准仪测标高的精度是别的任何仪器不可以取代的)的功能外还有数据采集及工程放样!,水准测量理论,水准测量,原理：水准测量是利用水准仪提供的水平视线，借助于带有分划的水准尺，
10、直接测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程和测得的高差，推算出未知点高程。,HB=HA+(a-b),A、B两点间高差hAB为：,A点为后视点，A点尺上的读数a称为后视读数；B点为前视点，B点尺上的读数b称为前视读数。,高差等于后视读数减去前视读数。,高差法,如果已知A点的高程HA，则B点的高程HB为：,=HA+(a-b),计算未知点高程,水准测量示意图,已知坡度线的测设,在道路建设、敷设上下水管道及排水沟等工程时，常要测设指定的坡度线。 已知坡度线的测设是根据设计坡度和坡度端点的设计高程，用水准测量的方法将坡度线上各点的设计高程标定在地面上。,A、B为坡度线的两端点，其水平距离为D，设A点
11、的高程为HA，要沿AB方向测设一条坡度为iAB的坡度线。测设方法如下： （1）根据A点的高程、坡度iAB和A、B两点间的水平距离D，计算出B点的设计高程。HB=HA-D （2）按测设已知高程的方法，在B点处将设计高程HB测设于B桩顶上，此时，AB直线即构成坡度为iAB的坡度线。 （3）将水准仪安置在A点上，使基座上的一个脚螺旋在AB方向线上，其余两个脚螺旋的连线与AB方向垂直。量取仪器高度i，用望远镜瞄准B点的水准尺，转动在AB方向上的脚螺旋或微倾螺旋，使十字丝中丝对准B点水准尺上等于仪器高i的读数，此时，仪器的视线与设计坡度线平行。 （4）在AB方向线上测设中间点，分别在1、2、3处打下木桩
12、，使各木桩上水准尺的读数均为仪器高i，这样各桩顶的连线就是欲测设的坡度线。 如果设计坡度较大，超出水准仪脚螺旋所能调节的范围，则可用经纬仪测设，其测设方法相同。,场地找平,b尺面读数=HA+a尺面读数-设计高HB,水准测量的应用,高程控制 沉降观测 坡度放样 场地找平,水准测量需要的器材,仪器：水准仪、三角架 工具：水准尺、（尺垫） 记录：水准记录簿（电子水准仪可存储数据）,水准控制测量时的注意事项,1、保证前后标尺的视距基本相等，最后的累计视距差应接近0 ，可消除仪器的I角误差。 2、一测段内架设偶数站可消除因尺子底部磨损引起的0长度误差。 3、尺子的前后倾斜会引起较大的不易发现的误差。,自
13、动安平水准仪使用方法,自动安平水准仪的基本操作程序为：安置仪器 粗略整平 瞄准水准尺 精确整平和读数（自动安平水准仪不需要精确整平）,安置仪器,（1）在测站上松开三脚架架腿的固定螺旋，按需要的高度调整架腿长度，再拧紧固定螺旋，张开三脚架将架腿踩实，并使三脚架架头大致水平。（2）从仪器箱中取出水准仪，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架架头上。,粗略整平,通过调节脚螺旋使圆水准器气泡居中。具体操作步骤如下。 （1）如图2-10所示，用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2，使气泡沿着1、2连线方向由a移至b。,瞄准水准尺,（1）目镜调焦 松开制动螺旋，将望远镜转向明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字
14、丝成像清晰。 （2）初步瞄准 通过望远镜筒上方的照门和准星瞄准水准尺，旋紧制动螺旋。 （3）物镜调焦 转动物镜对光螺旋，使水准尺的成像清晰。 （4）精确瞄准 转动微动螺旋，使十字丝的竖丝瞄准水准尺边缘或中央。,消除视差,消除视差 眼睛在目镜端上下移动，有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动，这种现象叫视差。产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合，如下左图。视差的存在将影响读数的正确性，应予消除。消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋，直至尺像与十字丝平面重合。,精确整平、读数,精确整平（自动安平水准仪不需要） 精确整平简称精平。眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像，用右手缓慢地转
15、动微倾螺旋，使气泡两端的影像严密吻合。此时视线即为水平视线。微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致。读数 符合水准器气泡居中后，应立即用十字丝中丝在水准尺上读数。读数时应从小数向大数读，如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像，在尺上应从上到下读取。直接读取米、分米和厘米，并估读出毫米，共四位数。如图所示，读数是1.336m。读数后再检查符合水准器气泡是否居中，若不居中，应再次精平，重新读数。,水准数据处理,水准路线分类：闭合水准路线附合水准路线支线水准路线 水准测量数据处理过程计算高差闭合差调整高差闭合差 计算各测段改正后高差 计算待定点高程,水准测量的误差及其消减方法,仪器误差,视准
16、轴与水准管轴不平行引起的误差 仪器虽经过校正，但i角仍会有微小的残余误差。当在测量时如能保持前视和后视的距离相等，这种误差就能消除。当因某种原因某一测站的前视(或后视)距离较大，那么就在下一测站上使后视(或前视)距离较大，使误差得到补偿。调焦引起的误差 当调焦时，调焦透镜光心移动的轨迹和望远镜光轴不重合，则改变调焦就会引起视准轴的改变，从而改变了视准轴与水准管轴的关系。如果在测量中保持前视后视距离相等，就可在前视和后视读数过程中不改变调焦，避免因调焦而引起的误差。水准尺的误差 水准尺的误差包括分划误差和尺身构造上的误差，构造上的误差如零点误差和箱尺的接头误差。所以使用前应对水准尺进行检验。水准
17、尺的主要误差是每米真长的误差，它具有积累性质，高差愈大误差也愈大。对于误差过大的应在成果中加入尺长改正。,水准测量的误差及其消减方法,观测误差,气泡居中误差 视线水平是以气泡居中或符合为根据的，但气泡的居中或符合都是凭肉眼来判断，不能绝对准确。气泡居中的精度也就是水准管的灵敏度，它主要决定于水准管的分划值。一般认为水准管居中的误差约为0.1分划值，为了减小气泡居中误差的影响，应对视线长加以限制，观测时应使气泡精确地居中或符合。估读水准尺分划的误差 水准尺上的毫米数都是估读的，估读的误差决定于视场中十字丝和厘米分划的宽度，所以估读误差与望远镜的放大率及视线的长度有关。通常在望远镜中十字丝的宽度为厘米分划宽度的十分之一时，能准确估读出毫米数。所以在各种等级的水准测量中，对望远镜的放大率和视线长的限制都有一定的要求。此外，在观测中还应注意消除视差，并避免在成像不清晰时进行观测。扶水准尺不直的误差 水准尺没有扶直，无论向哪一侧倾斜都使读数偏大。这种误差随尺的倾斜角和读数的增大而增大。例如尺有3的倾斜，读数为1.5m时，可产生2mm的误差。为使尺能扶直，水准尺上最好装有水准器。没有水准器时，可采用摇尺法，读数时把尺的上端在视线方向前后来回摆动，当视线水平时，观测到的最小读数就是尺扶直时的读数(图233)。这种误差在前后视读数中均可发生，所以在计算高差时可以抵消一部分。,
