《测量学基础》PPT课件.ppt

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1、测量学基础 宋 涛 2012-02-24 测量学概述 1 测量学的基本知识 2 绪 论 测量学概述 (1/10) 测量学概述 (2/10) 测量学 (Surveying)的定义 测绘学，研究地球表面测绘的基本原理、技术、方法及应用 研究地球形状、大小和地表面上各种物体的几何形状及 其空间位置的科学，其目的是为人们了解自然和改造自 然服务 蒋维恒等 The technique, profession and science of accurately determining the terrestrial or three-dimensional position of points and t

2、he distances and angles between them BLM of U.S. 研究地球的形状和大小以及确定地面、水下及空间点位 的科学 熊春宝等 测量学的研究目的 测定 地物点的位置（ 2D或 3D）和形状（地物点间距离和角度） 地物点坐标标定以及地图制图 测设 将地图上设计好的点位通过坐标查找出在实际世界中的位置 测量工作的作用 先行性和基础性 精确性和重要性 测量学概述 (3/10) 测量学的分类 地形测量学和大地测量学（常规和遥感卫星等方式） 测量学概述 (4/10) 测量学的分类 摄影测量学 地面摄影测量和航空摄影测量 测量学概述 (5/10) 测量学的分类 工程测

3、量学 地面摄影测量和航空摄影测量 测量学概述 (6/10) 测量学的发展历史 测量与地图制图 在传统阶段密不可分，是获取地图数据的主要渠道 现代科技技术的发展打破了地图制图对测量的单一依赖 传统测量技术（东方） 东汉张衡的水运浑象仪和候风地动仪 测量学概述 (7/10) 测量学的发展历史 传统测量技术（东方） 魏晋时期刘徽的 海岛算经 测量学概述 (8/10) 测量学的发展历史 传统测量技术（东方） 魏晋时期裴秀的计里画方和制图六体 唐代僧一行的子午线弧长测量 宋代沈括的分层筑堰法 元代郭守敬的天文测量 测量学概述 (9/10) 测量学的发展历史 传统测量技术（西方） 17世纪起初望远镜应用于

4、天象观测 17世纪的三角测量和弧度测量 高斯的最小二乘理论和横圆柱投影 测量学概述 (10/10) 测量的主要任务 测定地面点的位置（平面位置及高程） 确定测量的基准面和坐标系统 基准面 地球体 近似椭球体 如何用数学表达方式 测量学的基本知识 (1/21) 基准面 大地水准面（ Geoid） 每一点的切线与其重力方向垂直 假设没有波浪、潮汐、洋流、气压变化等现象的存在 静止平均海水面并向大陆底部延伸所形成的不规则封闭曲面 海拔高程的起算面 海拔（正高） 大地体 长半轴 6378km，短半轴 6357km 表面起伏不平，反映内部构造和密度 难以用数学方式表述 测量学的基本知识 (2/21) 基

5、准面 似大地水准面（ Quasi-Geoid） 大地水准面的表面规则化 海洋部分与大地水准面重合 计算辅助面 正常高 正常高与正高 差距分布 使用与推算 近似与模糊 测量学的基本知识 (3/21) 基准面 地球椭球（ Earth Ellipsoid） 大地体的整体定义 假设大地体绕短轴飞速旋转所形成的光滑椭球体 地球椭球参数 长半轴 短半轴 扁率 第一偏心率 第二偏心率 测量学的基本知识 (4/21) 基准面 地球椭球（ Earth Ellipsoid） 地球椭球的最优条件 地球椭球的中心与地球的质心重合 地球椭球的短轴与地球的地轴重合 地球椭球的起始大地子午面与起始天文子午面重合 长短轴及扁

6、率的误差平方和为最小 最优条件的逼近 不断精确 地球椭球的多样性和区域性 测量学的基本知识 (5/21) 基准面 参考椭球（ Reference Ellipsoid） 根据不同的椭球体参数会得出不同的地球椭球体 每个国家或组织选择相适用的地球椭球作为测量和定位的标准 大地高的起算面 大地高：由地球椭球面起算的陆地高度 高程异常：似大地水准面与参考椭球面的差距 大地高 = 正常高 + 高程异常 测量学的基本知识 (6/21) 坐标系统 高程系统 平面（或球面）的坐标系统 高程系统 高程 地面上某点沿铅垂线方向到高程基准面的距离 不同的高程基准面会产生不同的高程测量值 以大地水准面为高程基准面最为

7、标准 以似大地水准面或任意水准面为高程基准面对问题的简化 相同基准面下两点间的高程差值为高差，与基准面无关 测量学的基本知识 (7/21) 高程系统 1985国家高程基准 以青岛验潮站历年记录的黄海平均海水面为基准 水准原点 测量学的基本知识 (8/21) 高程系统 1985国家高程基准 水准原点 高程为 72.260m 正常高系统 黄海平均海水面是似大地水准面 测量学的基本知识 (9/21) 高程系统 其它国家的水准原点 韩国 仁荷（ INHA）大学 测量学的基本知识 (10/21) 坐标系统 地理坐标系 经纬度系统 地轴、北极和南极 纬线 赤道、北纬和南纬 经线 本初子午线、西经和东经 测

8、量学的基本知识 (11/21) 坐标系统 地理坐标系 天文经纬度、大地经纬度和地心经纬度 测量学的基本知识 (12/21) 坐标系统 平面直角坐标系 当测量工作局限在一个很小区域内时，可以近似地视为平面 与解析几何中的平面直角坐标系基本相同 以 X轴为纵轴，表示南北；以 Y轴为横轴，表示东西 测量中的方位角以北方向为基准按顺时针计算 数学极坐标的方位角以横轴为基准按逆时针计算 互换 XY可以方便平面三角学公式在测量中直接使用 测量学的基本知识 (13/21) 坐标系统 高斯平面直角坐标系 当测量工作范围很大而不能视为平面时 使用地图投影的方式，将地理坐标转换为高斯平面直角坐标 高斯 -克吕格投

9、影 等角横切椭圆柱投影 中央经线和赤道分别投影为 X和 Y轴 投影后没有角度变形 中央经线保持不变 测量学的基本知识 (14/21) 坐标系统 高斯平面直角坐标系 高斯 -克吕格投影 测量学的基本知识 (15/21) 2 2 4 2 2 4 4 2 2 2 4 2 2 2 3 3 5 5 5 9 4 c os c os . . 2 24 1 5 18 14 58 c os c os c os . . 6 120 N t tNt x S Bl Bl N t N t t t y N Bl Bl Bl 2 2 211 c os 1 . .2 lB 坐标系统 高斯平面直角坐标系 高斯 -克吕格投影 6

10、度分带和 3度分带 高斯平面直角坐标值 坐标原点西移 500km 坐标值由带号、 500km和原始坐标值组成 测量学的基本知识 (16/21) 测量基本要素 测量的主要任务 测定地面点的位置（平面位置及高程） 极坐标法和直角坐标法 极坐标法 测量学的基本知识 (17/21) ABAB ABABAB ABABAB hHH Syy Sxx s in c o s 测量基本要素 直角坐标法 直接由 GPS、全站仪等仪器得出 测量的基本要素 水平角、水平距离、高差和坐标 测量工作概述 角度测量、距离测量、高程测量和坐标测量 从整体到局部、先控制后碎部的原则 建立控制网和碎部测量两部分 测量学的基本知识

11、(18/21) 测量工作概述 碎部测量 碎部点：地物点或地貌点 误差产生不可避免 若由碎部点开始逐一观测，误差会累积越来越大 建立控制网 选择测区内一些具有意义的点作为控制点 精密测出控制点的高程和平面（或球面）坐标 测量学的基本知识 (19/21) 测量工作概述 国家基本平面控制 三角测量和导线测量 测量学的基本知识 (20/21) 测量工作概述 国家基本高程控制 三角测量和导线测量 水准面曲率的影响 对水平距离的影响 对水平角度的影响 对高差的影响 测量学的基本知识 (21/21) 直线丈量与定向 地面点的标定与定线 1 直线丈量 2 直线丈量的误差来源 3 直线定向 4 直线丈量 确定是

12、哪两点间的距离 标明直线装量的走向 地面点的标定 贯穿于整个测量工作 将控制点和地面点在地面上标定出来 临时点和永久点 桩记的找寻和保存 测量时使用花杆标明 地面点的标定与定线 (1/2) 直线定线 借助仪器 目测 两地面点间定线 两地面点延长线上定线 两不易到达或不通视的地面点间定线 地面点的标定与定线 (2/2) 直线工具 钢尺和皮尺 钢尺更为精确 直线丈量 (1/7) 直线工具 钢尺的名义长度 20m、 30m和 50m 钢尺的分划 厘米，用于一般丈量 毫米，用于精密丈量 端点尺和刻线尺 直线丈量 (2/7) 直线工具 钢尺的检定温度和拉力 20m、 30m和 50m 其它丈量工具 测钎

13、 垂球 花杆 弹簧秤 温度计 直线丈量 (3/7) 一般丈量方法 精度只要求到厘米的丈量 地面平坦的一般丈量 沿地面直接丈量，即得水平距离 沿着定线方向，钢尺拉紧伸直无卷曲 尽量用整尺段丈量，记清尺段数，只是最末一段用零尺段 往返测（一测回），计算相对误差（不能大于 1/2000） 若满足精度要求，则取平均值为最终丈量结果 直线丈量 (4/7) D DD 返往 一般丈量方法 地势倾斜的一般丈量（？） 将尺子一端或两端同时抬高，使钢尺水平 一端靠地面，另一端用垂球，分划的水平投影对准某尺段点 尽量将尺子拉紧，尺端抬高不宜过大 若坡度平缓，可整尺段或分段丈量 若坡度较大，分段丈量 直线丈量 (5/

14、7) 精密丈量方法 与一般丈量的方法类似 使用尺长方程式 将丈量长度改正为实际长度 以检定时的拉力拉尺，用弹簧秤衡量 测量温度 读数方式 读数法 划线法 直线丈量 (6/7) 精密丈量方法 直线丈量 (7/7) 尺长方程式 将丈量长度改正为实际长度 尺长改正和温差改正 没有考虑拉力的影响 丈量时要保证拉力与检定时的拉力相同（通常为 10千克力） 钢尺检定 比长检定法 基线场检定法 钢尺的尺长方程式与检定 (1/1) 0000 ttallltlll t 直线丈量的误差来源 尺长误差 温度误差 拉力误差 丈量误差 垂曲误差 倾斜误差 定线误差 直线丈量的误差来源与成果整理 (1/3) 直线丈量的成

15、果整理 水平距离的成果整理 尺长改正 温差改正 实际水平距离 直线丈量的误差来源与成果整理 (2/3) l lDD L 00 00 ttaDD T TL DDDD 0 直线丈量的成果整理 倾斜距离的改正 先进行尺长改正和温差改正，得出实际的倾斜距离 倾斜改正 直线丈量的误差来源与成果整理 (3/3) D hD S 2 2 STL DDDDS 0 直线定向的意义 确定方位角量算的基本方向 测量中的基本方向（“三北方向”） 真子午线、磁北线、坐标纵线 直线定向 (1/3) 测量中的方位角 真方位角、磁方位角、坐标方位角 顺时针为正、逆时针为负 取值范围在 0360之间 直线定向 (2/3) 坐标方位角 正反坐标方位角 坐标方位角与真方位角和磁方位角的关系 坐标方位角的推算 直线定向 (3/3)