测量学基本知识

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,测量学基本知识,一测量学的任务及其在工程中的作用,测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位置的科学。它的主要内容包括测定和测设两部分。测定就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成地形图，供规划设计、工程建设和国防建设使用。测设(也称放样)就是把图上设计好的建筑物和构筑物的位置标定到实地上去，以便于施工。,测量学的许多分支学科：,大地测量学,；,地形测量学,；,摄影测量学（航空摄影测量学、地面摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影测量学等）,；,海洋测绘学,；,工程测量学,；,矿山测量学,；,制图学,。随着遥感(RS)、卫星全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等新技术的不断发展，新的测量分支学科将不断涌现。,二、地面点位的确定,地球上最高的珠穆朗玛峰，高出海水面8846.27 m,最低的马里亚纳海沟，低于海水面11022 m。这些高低起伏与巨大的地球半径(平均为6371 km)相比，可以忽略不计。地球上陆地面积仅占整个地球表面的29%，而海洋面积占了71%，可以认为地球是被静止的海水面所包围的球体。,由于地球的自转运动，地球上任一点都受到地球引力和离心力的双重作用，这两个力的合力，称为,重力,。重力的方向线称为,铅垂线,，铅垂线是测量工作的基准线。静止的水面所形成的曲面称为,水准面,。过水准面上的任意一点所作的铅垂线，在该点均与水准面正交。与水准面相切的平面称为,水平面,。由于水面可高可低，因此水准面有无穷多个，其中与平均海水面重合并向陆地延伸所形成的封闭曲面，称为,大地水准面。,大地水准面是测量工作的基准面。由大地水准面所包围的地球形体，称为,大地体,，它代表了地球的自然形状和大小。,大地水准面与地球自然表面相比，可称得上是一个光滑的曲面。但由于地球内部质量分布的不均匀性，使得铅垂线的方向产生不规则的变化，结果大地水准面就变成了一个有微小起伏变化的、不规则的复杂曲面。为了计算和绘图方便，通常选择一个非常接近于大地水准面、并可用数学式表示的几何曲面来代表地球的形状，这个面称为旋转椭球体面或地球椭球体面。,我国解放前采用海福特椭球，解放后曾采用前苏联的克拉索夫斯基椭球，并选择西安附近的泾阳县永乐镇某点作为大地原点，建立“1980年国家大地坐标系”。,因地球椭球扁率很小，所以当测区范围不大时，可将地球视为圆球，其半径为,6371 km,。,第一章 绪 论,三、地面点位置的表示方法,测量工作的基本任务是确定地面点的位置。确定地面点的空间位置需要三个量，即平面坐标和高程。,(一)平面坐标,1、地理坐标,通过地轴和地球上任意一点P的平面与地球表面的交线称为P点的,真子午线或经线,。通过英国格林尼治天文台的子午线，称为,首子午线,。垂直于地轴的各平面与地球表面的交线，称为,纬线,。,过地心且与地轴垂直的平面称为赤道面，赤道面与地球表面的交线称为,赤道,。,经度,从首子午线起算，向东为东经(0-180)，向西为西经(0-180)，经度通常用符号表示；纬度从赤道起算，向北为北纬(0-90)，向南为南纬(0-90)，纬度通常用符号表示。,2、平面直角坐标,大地水准面虽是曲面，但当测量区域较小(如在半径小于10km的范围内)时，可以将其当做平面来看待。在这种情况下，地面点的位置可用平面直角坐标表示。右图为测量工作中采用的坐标系。规定南北方向为纵轴，记为x轴，x轴向北为正，向南为负；以东西方向为横轴，记为y轴，y轴向东为正，向西为负。测量坐标系的、象限为顺时针方向编号。测量坐标系与数学坐标系的规定是不同的，其目的是为了便于定向，可以不改变数学公式而直接将其应用于测量计算中。和Y地面某点P的平面位置可用X,和Y,表示。,(二)高程,1、绝对高程,地面点到大地水准面的铅垂,距离，称为该点的,绝对高程,或海,拔。两点间的高程差，称为,高差,。,两点间的高程差 h=H,2,-H,1。,2、假定高程,在局部地区或某项工程建设中，当引测绝对高程有困难时，可以任意假定一个水准面为高程起算面。从某点到假定水准面的垂直距离，称为该点的假定高程或相对高程。采用假定高程时，应先在测区内选定一个高程基准点并确定其假定高程值，再以它为基准,推算其他各点的假定高程。,测设:图纸 地面,测定:地面 图纸,三、,测量学定义及学科分类,1测量学(surveying)的定义,根据它的任务与作用，包括两个方面：,测定（测绘）(location),测设（放样）(seting-out),2测量学科的分类,大地测量学,普通测量学（地形测量学）,摄影测量学,海洋测绘学,工程测量学,制图学,2目前测量学发展状况及展望,测量室内外一体化。,GPS（Global positioning system）,RS（Remote sense）,GIS(Geographic information system),3S技术的结合,数字地球(Digital Earth)的概念。,确定地面点的空间位置需要用三个量，在测量工作中一般用:,某点在基准面上投影位置（x,y）,该点离基准面高度（H）,四测量工作的基准面,1.地球的形状,1）天圆地方,2）天如斗笠，地如覆盘,3）麦哲伦环球航行证实地球是球体,西班牙 大西洋 南美洲 太平洋,好望角 印度洋 菲律宾群岛,4）被静止的海水面所包围的球体。,2测量工作基准面大地水准面。,水准面静止海水面所形成的封闭曲面。,大地水准面其中通过平均海水面的那个水准面，即,测量工作基准面,图形：水准面及大地水准面图,水准面的特性处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。,测量工作的基准线铅垂线,3测量计算基准面旋转椭球,由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而成的椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。,五地面点位置的表示方法,(一)平面坐标,1.地理坐标（属于球面坐标系统）,适用于：在地球椭球面上确定点位。分为：,1）天文地理坐标(天文经度,，天文纬度,),2）大地地理坐标(大地经度,B,，大地纬度,L,),2.平面直角坐标系,适用于：研究范围较小。,数学平面直角坐标系,测量平面直角坐标系,不同点：,1,测量上北方向为,X,轴正向，东方向为,Y,轴正向。,2,角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。,相同点,:,数学中的三角公式在测量中可直接应用。,坐标系的异同：,适用于：研究范围较大。,（1）高斯投影方法：,目的是将椭球面投影到平面上。使投影带的中央子午线与横置圆柱体相切，展开后为X轴，向北为正；赤道投影展开后为Y轴，向东为正。,3.高斯平面直角坐标系,图形：高斯投影方法图一,图形：高斯投影方法图二,投影,剪开,展,平,（2）,高斯平面直角坐标,6,带的划分,为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度,0,开始，将整个地球分成,60,个带，,6,为一带。,计算公式：,=6N-3,中央子午线经度,N,投影带号。,3,带的划分,若仍不能满足精度要求,可进行,3,带（或,1.5,带）的划分。,3,带计算公式：,=3N,中央子午线经度,N,投影带号。,方法：,1）先将自然值的横坐标Y加上500000米；,2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号,。,(3)我国高斯平面直角坐标的表示方法,我国大地原点位于,陕省泾阳县永乐镇。,我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。,大地原点,：全国统一坐标的起算点。,WGS-84坐标系,WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS）采用的坐标系，属于地心空间直角坐标系。,其原点是地球质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极（CIP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交点，Y轴垂直于X，Z轴.,X，Y，Z轴构成右手直角坐标系。,例：国家高斯平面点P（2633586.693，38514366.157）所表示的意义:,(1)表示点P在高斯平面上至赤道的距离;,X,=2633586.693米,(2)其投影带的带号为38、P点离38带的纵轴X轴的实际坐标Y=514366.157-500000=14366.157米,（二）地面点的高程,1.绝对高程H：到大地水准面的铅垂距离。2.假定（相对）高程H：到假定水准面的铅垂距离。3.高差：h,AB,=H,B,-H,A,=H,B,-H,A,主要有：,（1）1985国家高程系统,（2）1956黄海高程系统,（3）地方高程系统。,注：水准原点：青岛市观象山,H,0,=72.260m（85黄海系）,=72.289m（56黄海系）,4.我国的高程系统,五测量的基本工作,测角、量边、测高差,六测量工作中用水平面代替水准面的限度,1对水平角、距离的影响两点距离10Km内，可,用水平面代替水准面,。,2对高程的影响即使距离很短也要顾及地球曲率的影响。,AE点控制点,116点地物特征点、即碎部点。,七测量工作的基本原则,（一）控制测量,平面控制测量、高程控制测量,（二）碎部测量,碎部点：表示地物形态变化的地物特征点,测定碎部点的坐标,(三）测量工作的基本原则,布局上：由整体到局部,精度上：由高级到低级,次序上：先控制后碎部,测量工作的又一原则:,“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。,四.角度与弧度的换算关系,八,、,直线方向,直线方向,:确定一直线与标准方向间角度关系,一、标准方向的种类,1 真子午线方向(真北方向),地球表面某点的真子午线的切线方向,2 磁子午线方向(磁北方向),地球表面某点上磁针所指的方向为该点的磁子午线方向。,3 坐标纵线方向(坐标北方向),测量工作中采用高斯直角坐标系，坐标纵线北端所指的方向为坐标北方向。,磁偏角：,某点的磁子午线方向和真子午线方向间的夹角。,子午线收敛角：,地表某点的真子午线方向与该点坐标纵线之间的夹角。,九、表示直线方向的方法,1.方位角,定义：,由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角,真方位角,磁方位角,坐标方位角,三种方位角的关系：A=Am+A=+,正、反坐标方位角关系：,AB,=,AB,180,图形：正反方位角关系图及例题,例1,已知:,AB,=88,20,24,JK,=316,12,3,求,BA,，,KJ,解：,BA,=268,20,24,KJ,=136,12,3,X,Y,A,B,AB,BA,AB,2、象限角,定义,：,直线与标准方向线所夹的锐角称为象限角。象限角的取值范围为0-90,象限 名称 由方位角求象限角R 由象限角R求方位角,北东（NE）R=R,南东（SE）R=180-=180-R,南西（SW）R=-180 =180+R,北西（NW）R=360-=360-R,