测量基本知识课件

2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训测量基本知识测量基本知识2012016 6年年4 4月月测量基本知识2016年4月2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训项目一：测量学基本知识项目一：测量学基本知识一、测量学及其任务一、测量学及其任务二、地球的形状与大小二、地球的形状与大小三、地面点位的表示方法三、地面点位的表示方法四、用水平面代替基准面的限度四、用水平面代替基准面的限度五、测量工作的程序与原则五、测量工作的程序与原则项目一：测量学基本知识一、测量学及其任务2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训一、测量学及其任务一、测量学及其任务1 1、定义、定义 研究地球的形状和大小以及确定地面点的空间位置研究地球的形状和大小以及确定地面点的空间位置的一门学科。的一门学科。2、研究对象研究对象 地球和地球表面上的各种物体地球和地球表面上的各种物体 (1)地物地物:地面上天然的或人工形成的物体。地面上天然的或人工形成的物体。(2)地貌：地球表面上高低起伏的形态。地貌：地球表面上高低起伏的形态。一、测量学及其任务1、定义2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训3、测量学的任务、测量学的任务（1）测绘（地形测量）测绘（地形测量）地面地面(地物地貌）地物地貌）地形图地形图3、测量学的任务（1）测绘（地形测量）2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训测量基本知识课件2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （2）测设（施工放样）测设（施工放样）把图纸上规划设计好的建筑物、把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。图纸（设计位置）图纸（设计位置）地面地面llab宿舍楼宿舍楼c建筑定位与放线 （2）测设（施工放样）把图纸上规划设计好的2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训4、测量学的分类、测量学的分类（1）大地测量学）大地测量学 （GPS）（2）摄影测量与遥感）摄影测量与遥感 （RS）（3）地图制图学与地理信息工程）地图制图学与地理信息工程（GIS）（4）海洋测量学）海洋测量学（5）工程测量学）工程测量学4、测量学的分类2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训二、地球的形状与大小二、地球的形状与大小 测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原盆地和海洋。不规则，有高山、丘陵、平原盆地和海洋。海洋面积：海洋面积：71%71%，陆地面积：陆地面积：29%29%最高的珠穆朗玛峰：最高的珠穆朗玛峰：+（8844.430.218844.430.21）m，最低的马里亚纳海沟：低于海水面达最低的马里亚纳海沟：低于海水面达11022m。地球半径地球半径R=6371km。二、地球的形状与大小 测量工作是在地球的表面进行2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训1 1、测量工作的基准线、基准面、测量工作的基准线、基准面、测量工作的基准线、基准面、测量工作的基准线、基准面 （1 1）铅垂线）铅垂线 由于地球的自转运动，地球上任由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双一点都要受到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称为重力。重作用，这两个力的合力称为重力。重力的方向线称为铅垂线。重力的方向线称为铅垂线。铅垂线是测量工作的基准线。铅垂线是测量工作的基准线。1、测量工作的基准线、基准面 （1）铅垂线2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （2 2）水准面）水准面 1 1）定义：）定义：设想一个设想一个静止的海水面向陆地延伸，通过大静止的海水面向陆地延伸，通过大陆和岛屿形成的一个包围地球的封闭曲面陆和岛屿形成的一个包围地球的封闭曲面 2 2）特征：）特征：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；重力等势面；重力等势面；无数多个（潮汐）。无数多个（潮汐）。（2）水准面2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （3）大地水准面）大地水准面 与平均海水面相吻合的水准面，与平均海水面相吻合的水准面，称为大地水准面。大地水准面是测量称为大地水准面。大地水准面是测量工作的基准面工作的基准面。（4 4）大地体）大地体 由大地水准面所包围的地球形体由大地水准面所包围的地球形体称为大地体称为大地体。（3）大地水准面2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （）旋转椭球体和旋转椭球面（）旋转椭球体和旋转椭球面 由于地球内部物质质量分布不均匀，引起铅垂线方向不规由于地球内部物质质量分布不均匀，引起铅垂线方向不规则变化，致使大地水准面是一个不规则曲面，进行测量计算和则变化，致使大地水准面是一个不规则曲面，进行测量计算和绘图比较困难。绘图比较困难。（）旋转椭球体和旋转椭球面2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 旋转椭球体：旋转椭球体：用一个非常接近于大地水准面，并可用数学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来代替地球。式表示的几何形体来代替地球。旋转椭球面：包围旋转椭球体的面，是测量计算工作的基旋转椭球面：包围旋转椭球体的面，是测量计算工作的基准面。准面。法线：过椭球面上一点与椭球面正交的直线。法线：过椭球面上一点与椭球面正交的直线。是测量计算工作的是测量计算工作的基准线。基准线。长半轴长半轴:a短半轴短半轴:b扁率扁率:旋转椭球体：用一个非常接近于大地水准面，并可用2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训三、地面点位的表示方法三、地面点位的表示方法1、测量坐标系、测量坐标系（1）大地坐标系）大地坐标系1）1954年北京坐标系年北京坐标系原点：前苏联普尔科沃原点：前苏联普尔科沃2）1980年西安坐标系年西安坐标系原点：陕西省泾阳原点：陕西省泾阳三、地面点位的表示方法1、测量坐标系（1）大地坐标系1）192012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训中华人民共和国大地原点中华人民共和国大地原点中华人民共和国大地原点2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训（2）地心（空间直角）坐标系）地心（空间直角）坐标系卫星定位测量卫星定位测量美国：美国：WGS-84WGS-84坐标系坐标系中国：中国：2000国家大地坐标系国家大地坐标系 (CGCS2000)2008年年8月月1日实施日实施（2）地心（空间直角）坐标系卫星定位测量美国：WGS-82012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训地图投影地图投影:将椭球面各元素按一定的数学法则归算将椭球面各元素按一定的数学法则归算（投影）到平面上。（投影）到平面上。投影变形：投影变形：椭球面上的元素投影到平面上所发生的椭球面上的元素投影到平面上所发生的变化。变化。投影变形形式投影变形形式：角度变形、长度变形、面积变形：角度变形、长度变形、面积变形投影方式投影方式:等角投影、等距投影、等积投影等角投影、等距投影、等积投影 1)1)投影与变形投影与变形（3）高斯）高斯克吕格平面直角坐标系克吕格平面直角坐标系地图投影:将椭球面各元素按一定的数学法则归算（投影）到平面2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训2 2）高斯投影）高斯投影 横轴椭圆柱正形投影横轴椭圆柱正形投影2）高斯投影 横轴椭圆柱正形投影2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训66带：带：33带：带：132324456带：3带：13232012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 例例1 1：某城市中心的经度为某城市中心的经度为116116 24 24 ，求其所在高斯投影，求其所在高斯投影6 6 带的中央子午线经度带的中央子午线经度L L0 0和投影带号和投影带号N N。解：据题意，其高斯投影解：据题意，其高斯投影6 6 带的带号为：带的带号为：=INT(116=INT(116 24 24/6/6)+1=20 )+1=20 (INT (INT取整数取整数)中央子午线经度为：中央子午线经度为：L L0 0=20 =20 6 6 -3 -3 =117 =117 习题：习题：L=130 26 ，计算该点，计算该点6 带、带、3 带的带号及中央子午线经度。带的带号及中央子午线经度。例1：某城市中心的经度为116 24，求其所在高斯2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训3)高斯投影的特点高斯投影的特点椭球面上的角度投影后保持不变。椭球面上的角度投影后保持不变。中央子午线投影后为一直线，且其长度保持不变。中央子午线投影后为一直线，且其长度保持不变。赤道投影后是一条与中央子午线正交的直线。赤道投影后是一条与中央子午线正交的直线。其余子午线投影后均向中央子午线弯曲，并向两其余子午线投影后均向中央子午线弯曲，并向两极收敛。极收敛。平行圈投影后成为对称的曲线，它与子午线的投平行圈投影后成为对称的曲线，它与子午线的投影正交，并凹向两极。影正交，并凹向两极。距中央子午线越远，长度变形越大。距中央子午线越远，长度变形越大。3)高斯投影的特点2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训坐标原点：坐标原点：中央子午线与赤道交点；中央子午线与赤道交点；纵坐标轴纵坐标轴(x x轴轴)：中央子午线的投影；：中央子午线的投影；横坐标轴横坐标轴(y y轴轴)：赤道的投影：赤道的投影例如：大地坐标：例如：大地坐标：(L LA A，B BA A)，高斯平面直角坐标：高斯平面直角坐标：(X XA A，Y YA A)。4 4）高斯）高斯克吕格平面直角坐标系的建立克吕格平面直角坐标系的建立 坐标原点：中央子午线与赤道交点；4）高斯克吕格平面直角坐标2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系例：例：YB=-134 240.69YB=20 365 759.31 中国位于北半球，中国位于北半球，y有正有有正有负负,为避免为避免y出现负值，将出现负值，将x轴轴向西平移向西平移500km，前面加带号。，前面加带号。高斯平面直角坐标系例：YB=-134 240.69YB2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训（4）独立平面直角坐标系）独立平面直角坐标系数学上的坐标系数学上的坐标系测量上的坐标系测量上的坐标系（4）独立平面直角坐标系数学上的坐标系测量上的坐标系2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （1 1）绝对高程）绝对高程 地面点到大地水准面地面点到大地水准面的铅垂距离，也称为海的铅垂距离，也称为海拔，用拔，用Hi表示。表示。2、地面点的高程、地面点的高程高程和高差高程和高差 （1）绝对高程2、地面点的高程高程和高差2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 （2）高差）高差 高差：地面上两个点之间高差：地面上两个点之间的高程之差。常用的高程之差。常用hij表示。表示。如图地面点如图地面点A与与B之间的之间的高差为高差为hAB，有，有 hAB=HB HA =HB-HA两点间的高差与高程起算面无关。两点间的高差与高程起算面无关。（2）高差2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 水准原点网：水准原点网：主点、参考点和附点主点、参考点和附点 6点点 测量方法：用测量方法：用精密水准测量精密水准测量方法与验潮站的水准方法与验潮站的水准标尺进行联测，从而求出水准原点的高程，作为全国标尺进行联测，从而求出水准原点的高程，作为全国各地推算高程的依据。各地推算高程的依据。1）水准原点）水准原点（3 3）我国的高程系统）我国的高程系统 水准原点网：主点、参考点和附点 6点1）水准2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 我国水准原点网设在青岛观象山，建于我国水准原点网设在青岛观象山，建于1955年。年。用精密水准测量测其高程，作为全国的起算高程。用精密水准测量测其高程，作为全国的起算高程。我国水准原点网设在青岛观象山，建于1955年。用精2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训原点标石及观测标志原点标石及观测标志原点标石及观测标志2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 2）高程系统）高程系统 1956年黄海高程系年黄海高程系 (Huanghai Vertical Datum1956)验潮资料：验潮资料：19501956年（年（7年）年）水准原点高程：水准原点高程：72.2893m 但验潮资料但验潮资料时间短时间短而且而且含有粗差含有粗差，因此有必，因此有必要重新确定新的国家高程基准。要重新确定新的国家高程基准。2）高程系统 2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 1985国家高程基准国家高程基准 (National Height Datum 1985)验潮资料：验潮资料：19521979年（年（19年）年）水准原点高程：水准原点高程：72.2604m。1987年年5月，经国务院批准，国家测绘局发月，经国务院批准，国家测绘局发布，从布，从1988年年1月月1日日启用启用1985国家高程基准。国家高程基准。1985国家高程基准2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 20062006年年5 5月，为更好地利用水准原点，经国家测绘局月，为更好地利用水准原点，经国家测绘局批准，由专家精确移植水准原点信息数据，在批准，由专家精确移植水准原点信息数据，在青岛银海大青岛银海大世界世界内建起了国内内建起了国内唯一的中华人民共唯一的中华人民共和国水准零点，和国水准零点，标标志地下旱井内的志地下旱井内的“零点零点”石球石球顶点高顶点高度为度为海拔海拔0 0米。米。2006年5月，为更好地利用水准原点，经国家测绘局2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训测量基本知识课件2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 四、用水平面代替基准面的限度四、用水平面代替基准面的限度 当测区面积较小，可用水平面代替基准面，当测区面积较小，可用水平面代替基准面，使测量和绘图工作大为减化，下面来讨论由此使测量和绘图工作大为减化，下面来讨论由此引起的影响。引起的影响。四、用水平面代替基准面的限度 2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 如图由平面代替曲如图由平面代替曲面产生的误差为面产生的误差为DD。水平面代替水准面的影响水平面代替水准面的影响1、对水平距离的影响、对水平距离的影响 如图由平面代替曲水平面代替水准面的影响1、对2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 tantan用级数展开，略去五次方项，有：用级数展开，略去五次方项，有：因为：因为：=D/R=D/R tan用级数展开，略去五次方项，有：因为：=D/R2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训取地球半径取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果：用不同距离代入，计算结果：结论：在结论：在10km为半径的圆面积之内进行距离测量时，为半径的圆面积之内进行距离测量时，可以把水准面当作水平面看待，而不考虑地球曲率对距离的可以把水准面当作水平面看待，而不考虑地球曲率对距离的影响。影响。离距D(km)距离误差D(cm)相对误差DD离距D(cm)距离误差D相对误差DD10 081：12500005010261：49000251281：20000010082121：12000取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果：2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训2、对水平角的影响、对水平角的影响球面三角形，球面三角形，球面角超球面角超：空间多边形在：空间多边形在球面上的内角和比其在平面球面上的内角和比其在平面上的内角和大一个球面角。上的内角和大一个球面角。面积P（km2)()面积P（km2)()100.054002.031000.51250012.7 对于面积在200平方公里内的，精密测量需考虑地球曲率对水平角的影响。2、对水平角的影响面积P（km2)()面积P（km2)2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训3、对高程的影响、对高程的影响 用平面代替大地水准面时，产生高程误差用平面代替大地水准面时，产生高程误差bb=bb=h,也称为地球曲率影响。也称为地球曲率影响。3、对高程的影响 用平面代替大地水准面时，产生高程误2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训 上式中因上式中因h h相对于相对于R R很小，可略去。很小，可略去。D D用大地用大地水准面上距离水准面上距离D D代替，则代替，则 上式中因h相对于R很小，可略去。D用大地2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训用水平面代替水准面的高程误差用水平面代替水准面的高程误差结论结论:高程测量中即使距离再短都应考虑地球曲率的影响高程测量中即使距离再短都应考虑地球曲率的影响D(km)0.10.20.30.40.51.02.05.010h(cm)0.080.310.711.261.967.8531.39196.20784.81用水平面代替水准面的高程误差结论:高程测量中即使距离再短都应2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训五、测量工作的程序与原则五、测量工作的程序与原则1 1、测量工作的基本内容测量工作的基本内容（1 1）测量学的三个基本工作）测量学的三个基本工作水平角测量、距离测量、高程测量水平角测量、距离测量、高程测量（2 2）确定地面点位的三个基本要素）确定地面点位的三个基本要素 水平角、距离、高差水平角、距离、高差 五、测量工作的程序与原则1、测量工作的基本内容2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训如何测定如何测定?如何测定?2012016 6年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训年中铁二十一局五公司测量技能大赛培训2、测量工作程序与原则、测量工作程序与原则布局：布局：“从整体到局部从整体到局部”；次序：次序：“先控制后碎部先控制后碎部”；精度：精度：“由高级到低级由高级到低级”；检核：检核：“步步有检核步步有检核”。2、测量工作程序与原则