第二章-测量与地图学基础知识1课件

测量与地图学测量与地图学第二章 测量与地图学基础知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n n认识地球是人类探索自然的目标之一，也是测量学认识地球是人类探索自然的目标之一，也是测量学 的的任务之一。任务之一。n n绝大多数测量工作是在地球面上进行，以地球作为参绝大多数测量工作是在地球面上进行，以地球作为参考系。考系。因此，有必要首先讨论地球的形状和大小。因此，有必要首先讨论地球的形状和大小。第一节第一节 地球的形状和大小地球的形状和大小本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n一、地球的形状地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。航天器观察地球机舱窗口俯视大地1.地球的自然表面本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识一、地球的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 8844.43m8844.43m高低起伏，极其复杂局部特点：本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 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 太平洋西部的马里亚纳海沟则深达太平洋西部的马里亚纳海沟则深达11022m但这些同但这些同地球的平均半径（约地球的平均半径（约6371 km）相比是微不足道的。相比是微不足道的。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识WDM94高阶地球重力场模型描述的地球形状高阶地球重力场模型描述的地球形状1、地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径略长，北极略突出、南极略扁平，近似的不规则椭球体。2、可视为水球（海71%，陆29%）；3、无法用数学公式描述。整体特点：本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地球表面的不规则使得它地球表面的不规则使得它不可能用一个属性公式不可能用一个属性公式概括和表概括和表达。因此，迫切需要一个达。因此，迫切需要一个既与地球形状相近又能用数学模既与地球形状相近又能用数学模型表达的曲面型表达的曲面来概括地球的自然表面，作为测量数据处理来概括地球的自然表面，作为测量数据处理与地图制图的基准面。与地图制图的基准面。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识2.地球体的物理表面 与重力方向相垂直，可有无数个曲面，每个曲面上重力位相等，重力位相等的面被称为重力等位面，即水准面。理想水准面：它是一个无波浪、无潮汐、无水流、无大气压变化，处于流体平衡状态的静止海平面。它没有棱角，没有褶皱。寻找一种与地球自然表面非常接近的规则曲面，来代替这种不规则的地球面。液体受重力而形成的静止表面称为水准面液体受重力而形成的静止表面称为水准面本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 它实际上是一个起伏不平的重力等位面，是逼近于地球本身形状的一种形体。2.2.地球体的物理表面大地水准面：以理想水准面作为基准面向大陆延伸，穿过陆地、岛屿，最终形成的封闭曲面。由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识大地水准面是测量工作的基准面。海拔高程系统的起算面。水准面处处与铅垂线正交。铅垂线方向又称重力方向，而重力又是地球引力与离心力的合力。2.地球体的物理表面本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n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，通常用一非常接大地水准面的数学曲面旋转椭球面代替大地水准面。3.3.地球体的数学表面本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 它是一个规则的数学表面，所以人们视其为地球体的数学表面，也是对地球形体的二级逼近，用于测量计算的基准面。3.3.地球体的数学表面地球椭球体：假想将大地体绕短轴(地轴)飞速旋转，以形成一个表面光滑的球体表面。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识二、椭球体的大小与定位n椭球参数：长半径长半径 a=6378137ma=6378137m短半径短半径 b=6356752mb=6356752m扁扁 率率 f=(a-b)/af=(a-b)/a =1/298.257 =1/298.2572000国家大地坐标系统CGCS2000（国务院批准自2008年7月1日启用我国的地心坐标系）本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识常见地球椭球几何参数常见地球椭球几何参数椭球名称球名称年代年代长半半轴a/m扁率扁率附注附注德德兰布布尔尔18006 375 6531：334.0法国法国白塞白塞尔尔18416377397.1551：299.1528128德国德国克拉克克拉克18806 378 2491：293.459英国英国海福特海福特19096 378 3881：297.0美国美国克拉索夫斯基克拉索夫斯基椭球球体体19406 378 2451：298.3北京北京54坐坐标系参考系参考椭球球GRS（1975）椭球球体（体（IUGG/IAG）19756 378 1401：298.257西安西安80坐坐标系参考系参考椭球球WGS-84椭球体球体19846 378 1371：298.257223世界大地坐世界大地坐标系系统G873G873参参考考椭球球2000国家大地坐国家大地坐标系系椭球球200863781371：298.257222101CGCS2000坐坐标系系统参考参考椭球球 由于推算的年代、使用的方法以及测定地区的不同，地球椭球体的数据并不一致，常见的地球椭球体数据：本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识三、椭球体的定位n地球的形状确定之后，还需确定大地水准面与椭球体面之间的相大地水准面与椭球体面之间的相对关系对关系，只有这样，才能将观测成果换算到椭球体面上。n问题：椭球体到底放在什么位置最合适呢？本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识在地球表面适当位置选择一点P，假设将椭球体和大地球体相切于P，切点P位于P点的铅垂线上，此时，过椭球体面上P的法线与该点对于大地水准面的铅垂线相重合，椭球体的形状和大小与大地球体很接近，从而也就确定了椭球体与大地球体的相互关系。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识这种与局部地区的大地水准面符合得最好的一个地球椭球体，称为参考椭球体参考椭球体。确定参考椭球体，进而获得大地测量基准面和大地起算数据的工作，称为参考椭球体定位参考椭球体定位。各国在椭球体的选择上，总是寻求最佳的解决方案，就是因为存在着椭球体的定位问题。P点称为大地原点大地原点本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n我国原来所采用的参考椭球有：新中国成立前的海福特椭球和新中国成立初期的克拉索夫斯基椭球。n但由于克拉索夫斯基椭球参数同1975年国际第三推荐值GRS（1975）椭球体（球体（IUGG/IAG）相比，其长半轴相差105m，因而1980年我国采用该参考椭球，建立了1980西安大地坐标系西安大地坐标系，并将大地原点设于陕西省泾阳县永乐镇。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量工作的主要任务之一：确定地面点的空间位置第二节 地面点位置的表示方法 在测量工作中，通常采用地面点在基准面（如椭球面）上的投影位置（即坐标坐标）及该点沿投影方向到基准面（如椭球面、水准面）的距离（即高程高程）来表示。表示方法为：坐标和高程本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n旋转轴旋转轴：参考椭球旋转时所绕的短轴NS，它通过椭球中心O。它和地球旋转轴重合，又称地轴。n极点极点：旋转轴与参考椭球面的交点N、S称为极点。北端称北极；南端称南极。n子午面子午面：包括旋转轴NS的任一平面称为子午面。它有无数多个。n子午线子午线：子午面与参考椭球面的交线称为子午线，亦称经线。各经线均通过南北极。一、参考椭球的主要点、线、面本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n首子午面首子午面：国际上公认通过英国格林尼治天文台（右图G点）的子午面称为首子午面或起始子午面。n首子午线首子午线：首子午面与参考椭球面的交线称为首子午线，或称起始子午线、起始经线，亦称本初子午线。世界上最古老的天文台世界上最古老的天文台本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识英国格林尼治(Greenwich)天文台25本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识26英 国格林尼治皇家天文台世界时授时钟本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识纬线纬线：垂直于旋转轴NS的任一平面与参考椭球面的交线称为纬线，它与赤道平行。赤道面赤道面：过参考椭球中心且垂直于旋转轴的平面。点的法线点的法线：过参考椭球面上任一点P而垂直于该点切平面的直线称为过P点的法线。除赤道上的点和极点的法线外，点的法线一般不通过椭球中心。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（一）地理坐标（一）地理坐标n地面点的位置如果用经度和纬度表示，则称为地理坐标系地理坐标系。n地理坐标系可分为两种：二、坐标 天文地理坐标大地地理坐标本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识以大地水准面和铅垂线为基准建立起来的坐标系称之为天文坐标系地面点用天文经度、天文纬度和正高Hg来表示，天文地理坐标法线铅垂线赤道面天文经度：是过观测点子午面与本初子午面间的两面角。它是用天文测量的方法实地测得的。通常应用天文测量和天文台授时的方法解决。天文纬度：在地球上定义为铅垂线与赤道平面间的夹角。表示地面点在大地水准面上的位置垂线偏差本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识以参考椭球面及其法线为基准建立起来的坐标系统称之为大地坐标系。地面点用大地经度L、大地纬度B及大地高H来表示，大地地理坐标大地纬度 （B）：参考椭球面上某点的法线与赤道平面的夹角。北正南负。表示地面点在参考椭球面上的位置。大地经度 （L）：参考椭球面上某点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东正西负。大地高：指某点沿法线方向到参考椭球面的距离。是利用地面上实测数据推算出来的。地形图上的经纬度一般都是以大地地理坐标表示的。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（二）平面直角坐标系测量上采用的平面坐标系与数学上的笛卡儿坐标系有所不同不同？平面直角坐标系又称独立坐标系。当测图范围较小时，可以把该区域的球面视为水平面，将地面点直接沿铅垂线方向投影到水平面上。n平面直角坐标系是由平面内两条相互垂直的直线构成；n南北方向的直线为平面坐标系的纵轴，即X轴，向北为正；n东西方向的直线为坐标系的横轴，即Y轴，向东为正；n纵、横坐标轴的交点O为坐标原点；n坐标轴将整个坐标系分为四个象限，象限的顺序是从东北象限开始，依顺时针方向计算。当采用独立坐标系作为测绘某区域地形图的坐标系统时，为避免坐标出现负值，通常取该区域外缘的西南点作为坐标原点。与地理坐标比起来，省去了度分秒与米的换算本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（三）高斯平面直角坐标系 高高斯斯投投影影（1）高斯投影的概念）高斯投影的概念n高斯投影高斯投影是将地球套于一个空心圆柱体内，圆柱体的轴心通过地球中心，地球上某一条子午线（称为中央子午线）与圆柱体相切。按正形投影方法，将中央子午线左右两侧各按3或1.5范围的图形元素投影到横圆柱体表面上，再将横圆柱体面沿两条母线剪开展平，即将圆柱体上每6或3的经纬线转换为平面上的经纬线。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n高斯平面直角坐标系是在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，n将中央子午线与赤道的交点O作为坐标原点，n以中央子午线的投影为纵坐标轴X，并规定其北向为正；n以赤道的投影作为横坐标轴Y，并规定其东向为正。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识高斯投影分带与编号以经差3或6将整个地球划分为120个或60个投影带，相应称为3或6投影带。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识坐标原点原点O选在地球椭球体中心，对于总地球椭球，坐标原点与地球质心重合；Z轴轴指向地球北极X轴轴指向格林尼治子午面与地球赤道面交线OEY轴轴垂直于XOZ平面构成右手坐标系在该坐标系中，P点的位置可用其在三个坐标轴上的投影x,y,z来表示。空间直角坐标系空间直角坐标系（四）地心空间直角坐标系（四）地心空间直角坐标系本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n问题：问题：有了平面直角坐标，虽可确定地面任一点在平面上的位置，但还是无法确切的表示地球表面上一点的位置？n答案：这是由于地球表面有高低起伏，因此还需确定它的高度高度！本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地面任一点到其高度起算面的距离称之为高程高程。高度起算面亦称高程基准面。若选用的高程基准面不同，则所对应的高程亦不同。n高程分为大地高和正常高，点位沿椭球的法线至椭球面的高度称为大地高大地高；点位沿铅垂线至大地水准面的高度称为正常高（海拔高）正常高（海拔高）。n一般普通测量工作中，采用正常高。正常高分为绝对高程和相对高程。某点沿铅锤线方向到达大地水准面的距离称之为该点的绝对高程绝对高程；地面点沿铅垂线方向到任意水准面的距离称为该点的相对高程相对高程。三、高程本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地面上A、B两点的绝对高程：HA、HB。n地面上A、B两点的相对高程：Ha、Hb。n地面上两点高程之差，称之为高差高差。高差是相对的，其值可正可负。B点到A点的高差hBA=HA HB值为正，反之，A点到B点的高差hAB=HB HA值为负。同理，hBA=Ha-Hb为正，hAB=Hb-Ha为负。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（一）坐标基准n（1）大地基准）大地基准 它是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中各点大地坐标的基本依据。它包括一组大地测量参数和一组起算数据。大地测量参数：大地测量参数：地球椭球赤道半径R，地心引力常数GM，带谐系数J2（由此导出椭球扁率a），地球自转角度w，真空光速c（确定长度基准）四、我国的坐标基准与坐标系 起算数据起算数据是指国家大地控制网起算点（称为大地原点）的：大地经度、大地纬度、大地高程、至相邻点方向的大地方位角。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（一）坐标基准n（2）高程基准）高程基准 推算国家统一高程控制网中所有水准高程的起算依据包括一个水准基面和一个永久性水准原点。为了建立全国统一的高程系统，采用平均海水面来代替大地水准面作为高程起算的基准面，即零高程面。四、我国的坐标基准与坐标系测定平均海水面(高程为零)的验潮站本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 （二）中国的坐标系统：“1954年北京坐标系北京坐标系”椭球参数a=6 378 245 mb=6356 863 mf=1/298.31954年至1980年：1954年北京坐标系北京坐标系参考椭球体：克拉索夫斯基椭球大地原点：北京北京参考椭球体大地原点大地原点坐标大地控制网 和 大地点坐标本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 （二）中国的坐标系统：“1980年西安大地坐标系西安大地坐标系”GRS75 椭球参数a=6378 140 mb=6356 755 mf=1/298.2571980年-2008年：1980西安坐标系参考椭球体：GRS(1975)大地原点：陕西省泾阳县永乐镇参考椭球体大地原点大地原点坐标大地控制网 和 大地点坐标1980西安坐标系国家大地原点本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识国家测绘地理信息局建立的国家测绘地理信息局建立的“大地原点大地原点”大地原点玛瑙中心标志大地原点玛瑙中心标志本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识“2000国家大地坐标系CGCS2000”与地心空间直角坐标系相似CGCS2000 椭球参数a=6378 137mb=6356 752.31414 mf=1/298.257222101三个坐标轴的指向：Z轴：由原点指向历元2000.0的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局给定的历元为1984.0的初始指向推算，定向时间演化保证相对于地壳不产生残余的地球旋转。X轴：由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面交点，Y轴与Z轴、X轴构成右手正交坐标系。2008年7月至今：2000国家大地坐标系参考椭球体：CGCS2000大地原点：包括海洋和大气的整个地球的质量中心与WGS84相似本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 高程系统高程系统：n高程控制网的建立，必须规定一个统一的高程基准面。n建国以后，利用青岛验潮站1950-1956年的观测记录，确定黄海平均海水面为全国统一的高程基准面，并且在青岛观象山埋设了永久性的水准原点。以黄海平均海水面建立起来的高程控制系统，统称“1956年黄海高程系年黄海高程系”。水准原点的高程72.289mn多年（1952-1979年）观测资料显示，黄海平均海平面发生了微小的变化。因此，1987年国家决定启用新的高程基准面，即“1985年国家高程基准年国家高程基准”。变为72.2604m。n H85=H560.0286 m青岛观象山水准原点水准原点至水准原点至19851985国家高程基准国家高程基准“零零海平面海平面”的高程的高程72.2604 m72.2604 m本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识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本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识从水准原点测定全国各基准点高程的精密水准测量本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识我国现行的大地原点、水准原点分别位于（）。A.北京、浙江坎门 B.北京、山东青岛 C.山西泾阳、浙江坎门 D.陕西泾阳、山东青岛现行测绘应采用的坐标系统与高程基准是（）。A.2000国家大地坐标系和1985国家高程基准 B.1980西安坐标系和1985国家高程基准 C.2000国家大地坐标系和1956年黄海高程系 D.1980西安坐标系和1956年黄海高程系本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（三）我国的大地坐标网 （1）天文大地网（简称国家大地网）n国家天文大地网是在全国领土范围内，由相互联系的大地测量点（简称大地点）构成，大地点上设有固定标志，以便长期保存。n国家大地网采用逐级控制、分级布设的原则，分一、二、三、四等。主要由三角测量法布设，在西部困难地区采用导线测量法。余弦定理大地测量 三角测量 以大地原点为基础，在地面上选择一系列控制点，并建立起一系列三角形，组成三角锁和三角网。大地原点各三角形边长及三角形顶点坐标三角锁的起始边基线端点三角形各内角天文经纬度天文方向角本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1）天文大地网（简称国家大地网）n一等三角测量(精度最高)布设：基本按经纬线方向。构成：约等边三角形，边长2025 km。锁段：长约200 km，1620个三角形。二等三角网三角形平均边长13 km三等三角网三角形平均边长约8 km四等三角网三角形平均边长约4 km保证测绘110万、15万地形图时，每150 km内有一个大地控制点，即每幅图内不少于3个大地控制点。保证l2.5万测图时，每50 km内有一个大地控制点，即每幅图内有23个控制点。保证在11万测图时，每点可以控制20 km，即每幅内有12个控制点。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n一等锁的两端和二等网的中间，都要测定边长、天文经纬度和方位角。所以国家一、二等网合称为天文大地网天文大地网。n我国天文大地网于1951年开始布设，1961年基本完成，1975年修全部完成补测工作。n全国天文大地网共包括三角点、导线点48433个，拉普拉斯点458个，长度起始边467条，由此组成全国范围的参考框架，是国家各部门和全国各行业进行测绘工作的基础。52本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 （三）我国的大地坐标网 （2）水准网（高程控制网）n按国家统一规定测定高程的水准点构成的网，称为国家水准网。n水准点上也设有固定标志，以便长期保存。高程起算基准面：黄海平均海水面1985国家高程：72.260 4 m1956年黄海高程：72.289 m国家水准原点：山东青岛青岛观象山水准原点本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n国家水准网按逐级控制、分级布设的原则分为一、二、三、四等。水准测量 AB两点间高差 h=hB hA 待求点B的高程 HB=HA+h 高程控制网的主要建立方法 一等水准路线是国家高程控制骨干，沿交通干线布设，并构成网状。二等水准路线是高程控制的全面基础，沿公路、铁路、河流布设，构成网状。三、四等水准路线，提供地形测量的高程控制点。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识三角高程测量用于地面通行条件困难，难以实施水准测量的地区。h=S x sin +i l 制约大地测量精度因素：仪器误差、地球曲率与大气折光差等。需要许多地球空间科学的理论支持。h=D tan +i l本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识全国各地地面点的高程，不论是高山、平原及江河湖面的高程都是根据国家水准网统一传算的。国家高程控制网使用的是1985国家高程系统共有水准路线292条，水准点19931个，水准路线长度为93341km。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识绝对高程相对高程国家水准原点 国家测绘局本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识GPS控制网 我国在20世纪末已建立了国家高精度GPS-A级网、B级网和高精度GPS测量控制网，进行海岛与陆地的GPS联测。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识下列测量方法中，可用于建立国家一二等高程控制网的方法包括（）A三角高程测量 B水准测量 CGPS水准测量 D地形控制网测量 E重力测量ABC本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地面点A、B在投影面上的位置是a和b。实际工作中，并不能直接测出它们的高程和坐标，而是观测水平角1、2和水平距离D1、D2，以及点之间的高差，再根据已知点、的坐标、方向和高程，推算出a和b点的坐标和高程，以确定它们的点位（下图左）。五、确定地面点位的三个基本要素CDABCDEPABE60本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n确定地面点位的三个基本要素：距离水平角（方向）高程五、确定地面点位的三个基本要素CDABCDEPABE61高程测量水平角测量距离测量测量学的基本内容本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n水准面是一个曲面or平面？n过水准面上某一点而与水准面相切的平面称为水平面水平面。n在实际测量工作中，在一定的测量精度下，当测区范围较小时，可用水平面来代替水准面可用水平面来代替水准面。n将地球表面的点直接投影到水平面。n优点：简化了测量和计算工作n缺点：为测绘结果带来误差，如果该误差在其容许的范围内，这种代替是允许的。63第三节 用水平面代替水准面的限度本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n因此，应当了解地球曲率对观测值的影响，以确定用平面来代替水准面的范围。用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度n下面讨论用水平面代替水准面对距离、角度及高程的影响。n在此，将水准面近似的看作圆球，其半径为R=6 371 km。64本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n在测区中部选一点A，沿铅垂线投影到水准面P上为a，过a点作切平面P。地面上A，B两点投影到水准面上的弧长为D，在水平面上的距离为D，则：一、地球曲率对水平距离的影响 65本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n若取地球半径R=6 371 km，并用不同D值代入，可计算出水平面代替水准面时所产生的距离误差和相对误差。一、地球曲率对水平距离的影响距离距离D（km）距离误差距离误差D（cm）相对误差相对误差151010150.000.100.820.822.77-1：5 000 0001 1：1 217 7001：541 516D10km时，以水平面代替水准面所产生的距离误差可忽略不计。66本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识二、地球曲率对水平角度的影响球面角超图球面角超图 球面面积（球面面积（km2 2）(秒秒)10501001003000.050.250.510.511.52u当测区范围在100 km2时，用平面代替水准面时，对角度影响仅为0.51，在普通测量工作中可以忽略不计。水平面代替水准面对角度的影响水平面代替水准面对角度的影响 67本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识三、地球曲率对高程的影响水平面代替水准面的高程误差水平面代替水准面的高程误差D/mD/m1010505010010020020050050010001000h/mm/mm0.00.00.20.20.80.83.13.119.619.678.578.5u用水平面代替水准面时，200m的距离对高程影响就有3.1mm。所以地球曲率对高程影响很大。u在高程测量中，即使距离很短也不能忽视地球曲率对高程的影响。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识一、测量工作的基本原则在实际测量过程中必须遵循两项基本原则：n从整体到局部，先控制后碎部从整体到局部，先控制后碎部先总体布置，然后再分阶段、分区、分期实施。在实施过程中，要先布设平面和高程控制网，确定控制点平面坐标和高程，建立全国、全测区的统一坐标系，然后在此基础上再进行碎部测绘和具体建（构）筑物的施工测量。n步步检核步步检核 该原则是针对具体工作而言的。对测绘工作的每一个过程、每一项成果都必须检核。在保证前期工作无误的前提下，方可进行后续工作，否则会造成后续工作的困难甚至全部返工。70第四节 测量工作概述 本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识二、地形图测量方法n国家测绘局在全国范围内建立了能覆盖全国的平面控制网和高程控制网平面控制网和高程控制网。它们是我们实际测量工作的基础，应加以利用。n在测绘地形图时，首先应在测区范围内布设测图控制网及测图用的图根图根控制点控制点。这些控制网应与国家控制网联测，使测区控制网与国家控制网的坐标系统一致。ABCDEFGM71控制网控制网u国家基本控制点是稀疏还是密集？u能否满足直接测量房屋等地物、地貌的要求本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识二、地形图测量方法n地物、地貌特征点亦称为碎部点碎部点，地形图碎部测量中大多采用极极坐标法坐标法。72n已知点、的平面坐标和高程，现要测定a，b点的平面坐标和高程？n测量方法测量方法是：将仪器架设在点，测定水平角1，量测a的距离D1和a的高差Ha，即可得到a点的平面坐标和高程。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n两种测图方法：两种测图方法：白纸测图白纸测图：用人工的方法将测定的地物、地貌的特征点展绘在图纸上。数字化测图数字化测图：在野外测量时，就将测量结果自动存储在计算机内，利用测站坐标及野外测量数据计算出特征点的坐标，并给特征点赋予特征编码，即可利用计算机自动绘制地形图。二、地形图测量方法73本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n任何测量工作都会不可避免产生误差，因而所有测量工作都必须按照一定的程序和方法，以防止误差的积累。How 减少减少误差呢？误差呢？方法：从某一碎部点开始，依次逐点进行测量 方法：在整个测区内选定若干个具有控制意义的点（简称控制点），首先采用精度较高的测量仪器和方法测定控制点的平面位置和高程，然后再根据它们测定其他地面点。n我们将这样的作业过程称为控制测量控制测量。74Which 方法好？方法好？本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识三、控制测量的概念n控制测量工作包括建立控制网和以控制网为基础的碎部测量两部分。n矛盾：精度要求经济原则！n我国国家基本控制网按不同精度分为一、二、三、四一、二、三、四等等，由高级向低级逐步建立。这些国家基本控制点统称为大地点，它们是测图的依据。75本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识三、控制测量的概念国家基本平面控制采用两种方法建立：n导线测量导线测量 通过测定边长和转折角来建立控制点。相互连接的导线点构成导线，如：导线有单一导线(图a)、导线网(图b)及其他形式。n三角测量三角测量 选择若干控制点而形成互相连接的三角形，测定其中一边的水平距离和每个三角其中一边的水平距离和每个三角形的三个顶角形的三个顶角。然后根据起始数据可算出各控制点的坐标，三角形的各顶点为三角点。各三角形联成锁状的称三角锁，联成网状的则称三角网(图c)。76本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识 说明：说明：当国家基本平面控制点和高程控制点的密度不能满足测图要求时，应根据需要用不同的方法在高级控制点间逐步进行控制点的加密控制点的加密，直至满足测图工作的要求为止。这种为测图而加密的控制点称为地形控制点，亦称图根控制点图根控制点。本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识四、碎部测量简介n概念概念 碎部测量就是按照“从整体到局部，先控制后碎部”的程序，根据邻近控制点邻近控制点来确定碎部点（地物、地貌点）对于控制点的关系。n碎部测量分类：碎部测量分类：地物测量地物测量：只为获得地面物体水平投影的位置的测量。地形测量地形测量：既要获得地面物体的水平投影位置又要获得其高程的测量。78本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识四、碎部测量简介 碎部测量成图方法：测记法：测记法：在野外用仪器将碎部点与控制点的关系（包括距离、方向和高程）测定，并将这些数据记录下来，再在室内进行绘图。这种方法工作时受气候影响小，但在室内绘图时无法与实地对照进行，不易发觉错误，也不能及时改正。测绘法：测绘法：在野外根据图解的原理当时就把碎部点的位置确定下来。测绘法是最常用的方法，其绘图工作在野外进行的。79本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识四、碎部测量简介n碎部测量工作：碎部测量工作：碎部测量工作可分为外业和内业两个部分：外业：外业：是指在野外进行的测量相关工作。外业工作主要是获得必要的数据，如点与点之间的距离，边与边之间夹角的水平投影（水平角等）。内业：内业：是指在室内进行的测量相关工作。内业工作专业是计算与绘图。80实地：地面状况实地：地面状况地图：碎部测量成果图地图：碎部测量成果图本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n在日常生活中，我们都用过地图，如中华人民共和国地图、旅游地图、交通地图等。n风景画、风景照片、卫星影像和航空像片都是地球表面在平面上的缩小图像。n地图与它们有何差别？一、地图的基本特性82第五节 地图的特性与构成要素东半球东半球本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（一）特定的数学法则n人们经常要从地图上量取距离、长度、面积、倾斜度、方位等数量指标。地图的这种可量测性是因为地图采用了特定的数学法则。n地球的自然表面是一个极不规则的曲面，而地图是一个二维空间的平面，要将球面转为平面，不破裂、不重叠是不可能的要将球面转为平面，不破裂、不重叠是不可能的。为解决这个矛盾，就要运用一定的数学法则地图投影的方法。一、地图的基本特性83本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n从地球表面转到地图平面，需经过两从地球表面转到地图平面，需经过两个步骤：个步骤：首先：由测量工作者将地球自然表面上的点，沿法线方向投影到能用数学方法表述的地球参考椭球体面上；然后：由地图工作者运用数学方法将椭球体面上的点再投影到圆柱体面或圆锥体面、平面这些可展面上。一、地图的基本特性圆柱体面等可展面上圆柱体面等可展面上自然表面上的点自然表面上的点参考椭球体面上参考椭球体面上84本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（二）特殊的符号与注记系统（二）特殊的符号与注记系统n地图是通过特殊的符号与注记系统地图语言来表示自然和社会现象的。n优点：优点：形象直观、生动具体；简洁、通俗、一目了然 形态特征+数量和质量特征 有形的地理事物+无形的自然、社会和经济现象 地表的事物+地下或空中乃至宇宙的事物或现象 现状+过去和未来 一、地图的基本特性85本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（三）特异的地图概括（制图综合）（三）特异的地图概括（制图综合）一、地图的基本特性n制图综合制图综合：根据新编地图用途的要求、比例尺的大小和制图区域的地理特定等，对制图对象进行取舍和概括，即保留主要的，舍去次要的物体；以保证地图内容能与地图主题、比例尺、用途、地理特定相适应，达到内容充实，清晰易读的效果。宽广的地面小幅面的地图制图综合制图综合How？86本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识通过对地图三个基本特征的分析，可小结如下：通过对地图三个基本特征的分析，可小结如下：地图的三个基本特征是地图的特有属性，缺一不可缺一不可；n地图表示内容表示内容的范围极为广泛：地球表面、地面以下的地层、大气层、宇宙等上的各种自然和社会现象；n地图是各种制图对象缩小若干倍后表示在平面上平面上的图像。纸质形式、数字形式（磁带、磁盘等介质）。一、地图的基本特性87本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n基于以上认识，可以给地图一个科学的定义：基于以上认识，可以给地图一个科学的定义：地图地图是按照一定的数学法则，将地球（或其它星体）上的自然和社会经济现象，通过制图综合，并以符号和注记缩绘在平面上的图像。一、地图的基本特性88本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n虽然地图内容各异、形式也不尽相同，但其都是由数学要素、地理要素和辅助要素三个层面构成。二、地图的构成要素保证地图数学保证地图数学精确性精确性地图地图最主要内容最主要内容又称又称辅助要素辅助要素89本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地理要素自然地理要素：例如水系自然地理要素：地势等高线法本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识n地理要素社会经济要素：例如居民点、道路社会经济要素：例如境界线本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识数学要素数学要素 图边要素图边要素本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识12345用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度测量工作概述测量工作概述 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法地球的形状和大小地球的形状和大小 67地图的分类与功能地图的分类与功能8地图的特性与构成要素地图的特性与构成要素地图成图方法简介地图成图方法简介误差与精度的基本知识误差与精度的基本知识本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（一）按地图内容分类一、地图的分类地图普通地图专题地图平面图地形图地理图自然地理图社会经济地图其他专题地图94第六节 地图的分类与功能本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1）普通地图）普通地图n普通地图普通地图是表示自然地理和社会经济一般特征的地图，它以相对均衡的详细程度表示制图区域内各种自然和社会经济现象的地图，并不偏重某个要素。n普通地图的基本内容基本内容有水系、地貌、土质植被、居民地、交通线、境界线等六大地理要素，此外还表示测量控制点、独立地物、管线等要素。n普通地图着重描绘地区轮廓、地面起伏形态、自然状况和人类活动的成果。一、地图的分类95本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1 1）普通地图）普通地图n平面图平面图 n地形图地形图 n地理图地理图一、地图的分类96本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1 1）普通地图）普通地图n平面图平面图 不考虑地球曲率的影响，把小块地区的地球表面（水准面）当作水平面，将地面上的地物按铅垂线投影到水平面上，用缩小的相似图形表示其平面位置及其相互关系所测绘的地图，称为平面图。97本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1 1）普通地图）普通地图n地形图地形图 在平面图纸上既表示制图区域地物的平面位置，又用特定符号表示其地貌形态的地图，称为地形图。一、地图的分类98本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（1 1）普通地图）普通地图n地理图地理图 以高度概括的形式反映广大制图区域内主要的地理要素和区域的重要特征的地图，称为地理图。99本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（2）专题地图n专题地图：专题地图：是以普通地图为地理基础，着重表示制图区域内某一种或几种自然或社会经济现象的地图。n专题地图的特点特点：作为该图主题的专题内容予以详尽表示，其地理基础内容则视主题而异，有选择地表示某些相关要素。n专题地图的内容组成内容组成：地理基础和专题要素两部分n根据专题内容的性质，专题地图可划分为：自然地理图：以自然地理要素为主题内容 社会经济地图：以社会经济要素为主题内容 其它专题地图一、地图的分类100本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识中国国家经济地图集电子版本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识专题地图本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识专题图本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识普通地图与专题地图的区别表现内容表现内容普通普通地图地图 依制图区域的地理特征，以相对均衡的详细程度相对均衡的详细程度表示制图区域的六大类地理要素，以再现制图区域的地理全貌，显示的是整体地理环境的区域差异。专题专题地图地图 依某种特定用途，择取制图区域的某一种或几种相关地某一种或几种相关地理要素理要素为其主题内容，其它地理要素皆概略或不予表示，显示的仅是制图区域某一地理特征的区域差异。104本科生课程：测量与地图学本科生课程：测量与地图学_第二章第二章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识（二）按制图区域分类（二）按制图区域分类n地图按制图区域分类，其分类标志也有多种。一、地图的分类分类标志分类标志分类结果分类结果按区域范围大按区域范围大小划分小划分月球地图、世界地图、半球地图、大洋地图、大洲地月球地图、世界地图、半球地图、大洋地图、大洲地图、分国地图、省（区、市）地图、县（市）地图、图、分国地图、省（区、市）地图、县（市）地图、乡镇地图乡镇地图按自然区域划按自然区域划分分世界基本地理图、欧亚大陆地图、太平洋地图、鄱阳世界基本地理图、欧亚大陆地图、太平洋地图、鄱阳湖地图、青藏高原地图、黄淮海平原地图、长江流域湖地图、青藏高原地图、黄淮海平原地图、长江流域地图、四川盆地地图、云南自然区划地图、地图、四川盆地地图、云南自然区划地图、按政治行政区按政治行政区域划分域划分世界政区地图、中国政区地图、云南省政区地图、玉世界政区地图、中国政区地图、云南省政区地图、玉溪市政区地图、红塔区政区地图、溪市政区地图、红塔区政区地图、按经济区划分按经济区划分珠三角经济区地图、厦门经济区地图、上海经济区地珠三角经