测量学基础知识

1/27/2020,#,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,11/19/2024,1,第,2,章 测量学的基础知识,2.1,地球的形状和大小,11/19/2024,2,第,2,章 测量学的基础知识,2.1,地球的形状和大小,11/19/2024,3,第,2,章 测量学的基础知识,2.1,地球的形状和大小,11/19/2024,4,第,2,章 测量学的基础知识,2.1,地球的形状和大小,11/19/2024,5,第,2,章 测量学的基础知识,2.1,地球的形状和大小,一、地球形状和大小,1.,地球是一个表面起伏较大的椭球,地球表面最高峰：,8844.43m,海洋底部最深处,:11022.00m,地球表面最大高差近,20km,2.,地球又是一个近似光滑的水球,大陆面积,:,占,29%,海洋面积,:,占,71%,3.,地球平均半径,:6371km,11/19/2024,6,测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。,11/19/2024,7,抽象,一、地球的形状,11/19/2024,8,实际地球,地球表面,大地体,旋转椭球体,大地水准面,旋转椭球面,一、地球的形状,11/19/2024,9,大地体,旋转椭球体,大地水准面,参考椭球面,？,为什么需要,抽象出,两个椭球,一、地球的形状,11/19/2024,10,2.1,地球的形状和大小,二、基本概念,1.,重力方向线,即铅垂线,是测量工作的,基准线,2.,水准面,自由静止的水面,;,是等位面,有无数个,地心,O,离心力,地心引力,重力,G,重力的方向线称为铅垂线,11/19/2024,11,设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。,大地水准面,静止海水面,陆地,大地水准面,11/19/2024,12,地球表面,低密度矿体,高密度矿体,大地水准面,大地水准面和铅垂线示意图,11/19/2024,13,地心,O,O,G,格林尼治天文台,G,地球自转轴,起始天文子午面,地球自然表面,大地水准面,E,11/19/2024,14,2.1,地球的形状和大小,二、基本概念,3.,大地水准面,静止平衡状态下的平均海水面,向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面,特性,:,唯一性、等位面、不规则曲面,作用：,测量野外工作的,基准面,4.,大地体,由大地水准面包围的地球形体，是不规则球体。,11/19/2024,15,二、基本概念,5.,旋转椭球,与大地体非常接近的,数学椭球,长半径为,a,，短半径为,b,扁率,数学模型 地球平均半径,R=6371km,2.1,地球的形状和大小,Z,Y,X,11/19/2024,16,2.2,地球椭球,参考椭球体,旋转椭球理论上是唯一的数学球体,旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为,参考椭球,同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球椭球体，又称为,参考椭球体,参考椭球面,是测量计算和制图的基准面,11/19/2024,17,2.3,地面点位的确定,地球表面所有地理空间信息总称为,地形。,地形,包括,地物,和,地貌,两大部分,11/19/2024,18,2.3,地面点位的确定,地物,：地面上人造和天然的固定物体,将地物,特征点,按比例缩小在图纸上，并用一定的地物符号绘制在地形图上。,11/19/2024,19,2.3,地面点位的确定,地貌,：地面高低起伏的形态,在地形图上通常用,等高线,来表示地貌,11/19/2024,20,2.3,地面点位的确定,11/19/2024,21,大地经度,L,大地纬度,B,P,（,L B H,）,O,S,N,E,K,B,L,大地高,H,1,、确定椭球的形状和大小,2,、椭球的定位和定向,起始大地子午面,赤道面,11/19/2024,22,2.4,测量中常用的坐标系统,地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关，测量中常用的坐标系统有：天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系,一、天文坐标系,球面坐标，称为地理坐标,基准面,：大地水准面,基准线,：铅垂线,地面点位用天文经度和天文纬度来表示,11/19/2024,23,二、大地坐标系,基准面,：参考椭球面,基准线,：法线,地面点位用大地,经度,和大地,纬度,来表示,1.1954,年北京坐标系,2.1980,国家大地坐标系,3.WGS-84,世界大地坐标系,2.4,测量中常用的坐标系统,三、,空间直角坐标系,三维坐标,(X,Y,Z),11/19/2024,24,1980,国家大地坐标系,大地原点,位于陕西省泾阳县永乐镇,11/19/2024,25,2.4,测量中常用的坐标系统,四、大地坐标和空间直角坐标的转换,五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,1.,高斯投影,横切椭圆柱正形投影。又称为高斯,克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。,目的：,将球面坐标转换为平面坐标。,11/19/2024,26,O,S,N,赤道面,中央子午线,M,高斯投影的概念,11/19/2024,27,1.,高斯投影,中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。,中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。,为保证投影精度，必须采用,分带投影,。,6,度投影带,：,中央子午线经度为,11/19/2024,28,2.,高斯投影分带,（,1,）,6,度投影带,：,中央子午线经度为,（,2,）,3,度投影带,：,中央子午线经度为,11/19/2024,29,五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,3.,高斯平面直角坐标系,x,坐标,：中央子午线向西平移,500km,，向北为正。,y,坐标,：赤道，向东为正。,为区分点位所在的高斯投影带，在,Y,坐标前必须加两位数的,带号,。,如：,我国六度带带号,N=1323,，三度带带号,n=2545,11/19/2024,30,x,y,高斯,平面直角坐标系,y,x,笛卡尔,平面直角坐标系,3.,测量,高斯平面直角坐标系,与,数学,笛卡尔,平面直角坐标系的区别,11/19/2024,31,六、墨卡托投影,等角正圆柱投影,七、独立平面直角坐标系,在,半径,R10km,的范围内，可用水平面代替大地水准面作为基准面。,以磁子午线的方向作为,X,轴，向北为正；其垂直方向为,Y,轴，向东为正。,坐标原点选在测区西南角。,x,测区,o y,11/19/2024,32,2.5,地面点的高程,一、,高程,地面点沿铅垂线方向到,高程基准面,的距离,绝对高程,H,（海拔）：,地面点沿铅垂线方向到,大地水准面,的距离,相对高程,H,：,地面点沿铅垂线方向到,任意水准面,的距离,高差,h,：,地面两点高程之差,11/19/2024,33,二、我国的高程系统,国家水准原点,（高程零点,H,。,）,位于青岛观象山，,黄海平均海水面为高程基准面,1956,黄海高程系,：,H,。,=72.289m,1985,国家高程基准,：,H,。,=72.260m,，相差,29mm,合肥市目前仍采用上海,吴淞高程系,如合肥市某点,:,吴淞高程,1.856m=85,黄海高程,11/19/2024,34,2.6,用水平面代替水准面的限度,一、对距离的影响,大地水准面上：,在水平面上：,误差值：,相对误差：,结论：,当测区半径,r10km,时,误差仅为,1/120,万，可用水平面,代替大地水准面,11/19/2024,35,二、对水平角的影响,球面三角形,内角和,球面角超,P,球面三角形面积,R,地球半径，,结论：,当测区范围在,100km,2,，用水平面代替水准面时，对角度影响仅为,0.51,，在普通测量工作中可以忽略不计,11/19/2024,36,三、对高程的影响,用水平面代替水准面对高程的影响就是,地球曲率,对高程的影响,结论,:,必须顾及其影响,进行改正,11/19/2024,37,2.7,测量工作的基本概念,一、测量三项基本工作,测量工作包括,测定,和,测设,两部分，其实质都是确定地面点的点位,确定点位的,三要素,：高差、水平角、水平距离,测量,三项基本工作,：,高程测量,角度测量,距离测量,11/19/2024,38,二、测量工作的原则,从整体到局部，先控制后碎部,减少误差结累,加快测量速度,前项工作未作检核，不进行下一步工作,保证成果质量,11/19/2024,39,三、普通测量的基本内容,