第一章測量學(xué)概述第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.1測量學(xué)的任務(wù)、內(nèi)涵和發(fā)展

測量學(xué)是研究地球的形狀和大小以及地球表面上各種物體的幾何形狀及其空間位置，目的是為人們了解自然和改造自然服務(wù)。

測量學(xué)是一門非常古老的科學(xué)。發(fā)展到今天，成為一門綜合科學(xué)。它應(yīng)用當(dāng)代空間、遙感、通信、電子、微電子等各種先進(jìn)技術(shù)與設(shè)備，以及光學(xué)、機(jī)械、電子的實用技術(shù)設(shè)備，采集與地球形狀和大小、地球表面上的各種物體的幾何形狀及空間位置相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，并對其進(jìn)行處理、解釋和管理，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)的各個部門和行業(yè)提供服務(wù)。第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月1、大地測量學(xué)2、衛(wèi)星大地測量學(xué)3、地形測量學(xué)

4、攝影測量與遙感

航天攝影測量航空攝影測量地面立體攝影測量水下地形測量遙感測量5、海洋測量學(xué)工程測量的任務(wù)：

1、為規(guī)劃設(shè)計提供地形資料

2、施工放樣

3、變形觀測7、工程測量學(xué)測量學(xué)大致分類6、地圖制圖學(xué)第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月大地測量學(xué)第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月攝影測量與遙感第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月地形圖專題地圖制作地圖制圖學(xué)第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月測繪地形圖水下地形測量地形測量學(xué)第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月建筑變形監(jiān)測城市測量工程測量學(xué)第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

內(nèi)容提要：

§1.2地面點(diǎn)位的確定

◆測量基準(zhǔn)面◆地面點(diǎn)的坐標(biāo)

§1.3測量工作概述講題:地面點(diǎn)位的確定第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.2

地面點(diǎn)位的確定

確定地面點(diǎn)的空間位置需用三個量，在測量工作中一般用:某點(diǎn)在基準(zhǔn)面上投影位置（x,y）該點(diǎn)離基準(zhǔn)面高度（H）第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月一．測量基準(zhǔn)面1．測量工作基準(zhǔn)面——水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面?！羲疁?zhǔn)面——靜止海水面所形成的封閉曲面?！舸蟮厮疁?zhǔn)面——其中通過平均海水面的那個水準(zhǔn)面。？大地水準(zhǔn)面是否為規(guī)則的數(shù)學(xué)曲面？第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：水準(zhǔn)面及大地水準(zhǔn)面圖◆水準(zhǔn)面的特性——處處與鉛垂線正交、封閉的重力等位曲面。◆鉛垂線——測量工作的基準(zhǔn)線第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2．測量計算基準(zhǔn)面——旋轉(zhuǎn)橢球

由橢圓（長半軸a，短半軸b）繞b軸旋轉(zhuǎn)而成的橢球體?？捎脭?shù)學(xué)式表示的光滑曲面。第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月抽象第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月旋轉(zhuǎn)橢球面實際地球地球表面大地體旋轉(zhuǎn)橢球體大地水準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球面第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月大地體旋轉(zhuǎn)橢球體大地水準(zhǔn)面旋轉(zhuǎn)橢球面？為什么需要抽象出兩個‘橢球’第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月幾種著名的地球橢球參數(shù)推算者長半軸a/m短半軸b/m扁率

推算年代和國家德蘭布爾637565363565641:3341800美國白塞爾637739763560791:299.21841德國克拉克637824963565151:293.51880英國海福特637838863569121:297.01909美國克拉索夫斯基637824563568631:298.31940前蘇聯(lián)IUGG-7563781406356755.31:298.2571979國際大地測量與地球物理聯(lián)合會WGS-8463781371:298.2572235631984美國第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月二．地面點(diǎn)的坐標(biāo)(一)地理坐標(biāo)（屬于球面坐標(biāo)系統(tǒng)）適用于：在地球橢球面上確定點(diǎn)位。分為：1.天文地理坐標(biāo)(天文經(jīng)度

，天文緯度

)2.大地地理坐標(biāo)(大地經(jīng)度B，大地緯度L)第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)平面直角坐標(biāo)

適用于：研究范圍較小。數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系測量平面直角坐標(biāo)系

第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月不同點(diǎn)：

1．測量上北方向為X軸正向，東方向為Y軸正向。

2．角度方向順時針度量；象限順時針編號。相同點(diǎn):

數(shù)學(xué)中的三角公式在測量中可直接應(yīng)用。坐標(biāo)系的異同：第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月適用于：研究范圍較大。1、問題的提出：

1）測區(qū)范圍較?。嚎砂训厍虮砻娴囊徊糠之?dāng)作平面看待，所測得地面點(diǎn)的位置或一系列點(diǎn)子所構(gòu)成的圖形，可直接用相似而縮小的方法描繪到平面上去。

2）測區(qū)范圍較大：不能把地球很大一塊地表面當(dāng)作平面看待，必須采用適當(dāng)?shù)耐队胺椒▉斫鉀Q這個問題，即可采用高斯投影的方法。（三）高斯平面直角坐標(biāo)第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2．高斯投影的表達(dá)1）橫圓柱描述法把地球看作一個圓球，設(shè)想把一個平面卷成一個橫圓柱，把它套在圓球外面，使橫圓柱的中心軸線通過圓球的中心，把圓球面上一根子午線與橫圓柱相切，即這條子午線與橫圓柱重合。以此子午線為中心將其左右一定帶寬范圍內(nèi)的球面用正形投影（即高斯投影）的方法投影至圓柱面上。

N

p1sP1

S

p2

P2o

赤道

S

x

中

央

子

午

線

y

邊緣子午線

第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月2）縱橫軸線中央子午線和赤道面投影至橫圓柱面上都是一條直線，且互相垂直，它們構(gòu)成了平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)的縱橫軸，即x軸和y軸，因此經(jīng)過這種投影后，其坐標(biāo)既是平面直角坐標(biāo)，又與大地坐標(biāo)的經(jīng)緯度發(fā)生聯(lián)系，對大范圍的測量工作也就適用了。第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：高斯投影方法圖一第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：高斯投影方法圖二投影剪開展平第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月a．6°帶的劃分為限制高斯投影離中央子午線愈遠(yuǎn)，長度變形愈大的缺點(diǎn)，從經(jīng)度0°開始，將整個地球分成60個帶，6°為一帶。

計算公式：λ=6N-3λ——中央子午線經(jīng)度,N——投影帶號3）投影分帶第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月b．3°帶的劃分若仍不能滿足精度要求,可進(jìn)行3°帶、1.5°帶的劃分。3°帶計算公式：

λ=3N

λ——中央子午線經(jīng)度,N——投影帶號。第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月方法：（1）先將自然值的橫坐標(biāo)Y加上500000米；（2）再在新的橫坐標(biāo)Y之前標(biāo)以2位數(shù)的帶號。

3.我國高斯平面直角坐標(biāo)的表示方法第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月例：國家高斯平面點(diǎn)P（2433586.693，38514366.157）所表示的意義:(1)表示點(diǎn)P在高斯平面上至赤道的距離;X=2433586.693m(2)其投影帶的帶號為38、P點(diǎn)離38帶的縱軸X軸的實際坐標(biāo)Y=514366.157-500000=14366.157m第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月可參考教材地球橢球及其數(shù)學(xué)投影變換的原理與應(yīng)用橢球面元素歸算至高斯平面——高斯投影

《控制測量學(xué)》武漢大學(xué)出版社第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）、WGS-84坐標(biāo)系

坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)在橢球的中心O，用相互垂直的x，y，z三個軸表示，x軸通過起始子午面，z軸為橢球旋轉(zhuǎn)軸。該坐標(biāo)系是世界大地坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)在地心，采用WGS-84橢球。

利用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)得到的地面點(diǎn)位置是WGS-84坐標(biāo)。第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高程1、絕對高程（H0）：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，也稱海拔。 兩點(diǎn)間的高程差稱為高差(h)。三、地面點(diǎn)的高程第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

1985國家高程基準(zhǔn)的高程值=1956年黃海高程系的高程值–0.029m。

20世紀(jì)80年代初，我國根據(jù)1952-1979年的驗潮資料，重新推算平均海水面，獲得國家水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m，該系統(tǒng)稱為1985國家高程基準(zhǔn)。于1985年1月1日開始執(zhí)行。解放后我國在青島建立了驗潮站，根據(jù)1950-1956年的驗潮資料，推算的黃海平均海水面作為我國的高程起算面。由此推求的青島國家水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m，該系統(tǒng)簡稱1956年黃海高程系。第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月我國曾采用的高程系及其與1985國家高程基準(zhǔn)的差距高程系1985高程基準(zhǔn)1954黃海系1956黃海系廢黃河口系大沽零點(diǎn)吳淞零點(diǎn)坎門零點(diǎn)珠江高程系廣州高程系零點(diǎn)差00.055-0.029-0.092-1.952-1.856-0.2310.586-4.443第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

在局部地區(qū)或某項工程建設(shè)中，當(dāng)引測絕對高程有困難時，可任意假定一個水準(zhǔn)面為高程起算面。從某點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的垂直距離稱為該點(diǎn)的相對高程。采用相對高程時，先在測區(qū)內(nèi)選一高程基準(zhǔn)點(diǎn)并確定其相對高程，以此為基準(zhǔn)推算其它各點(diǎn)。采用相對高程同樣可得任意兩點(diǎn)間的高差。一個特定區(qū)域只能選擇一個相對的水準(zhǔn)面。2、相對高程（假定高程）：

第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月3、高差

地面兩點(diǎn)間的高程或相對高程之差稱為高差，用h表示。圖2-5中從A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差為hAB＝HB－HA＝HB′－HA′(1-1)可見，兩點(diǎn)間高差與高程起算面無關(guān)。另外，從B點(diǎn)至A點(diǎn)的高差為hBA＝HA－HB＝HA′－HB′因此hAB＝-hBA

第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的限度

弧AB=Rθ=D,平距AB′=Rtgθ=D′⊿D=D′－D=Rtgθ－Rθ=R(tgθ－θ)

將tgθ級數(shù)展開，略去五次方以上各項：

tgθ=θ＋(1/3)θ3

代入上式，有：

⊿D=Rθ3/3=R(D/R)3/3=D3/3R2

相對誤差：

⊿D/D=D2/3R2

從相對誤差看，此影響很小（當(dāng)D=10km時，⊿D=8mm，⊿D/D=1/120萬）。故小區(qū)域（如小于10公里時），可不考慮地球曲率對水平距離的影響。

一、對距離的影響

B′t=D′

⊿h

AD

BRR

θO第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

B′t=D′

⊿h

AD

BRR

θ