全国GIS应用水平考试培训测量学.ppt

,全国信息化工程师项目GIS应用水平考试培训课程之一,GPS控制测量,全站仪测图,1.1 测量学的定义：早期定义:是研究地球的形状与大小以及确定地面点位的科学.当前的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。,1 概述,1.2 测量学的任务,测绘:是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。测设：是指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。监测：监测又称变形观测，是指对地表沉降、滑动和位移现象以及由此而带来的地面上建筑物的变形、倾斜和开裂等现象进行精密的、定期的动态观测，它对于地震预报、大型建筑物和高层建筑物的施工和安全使用都具有重要意义。,1.3 测量学的分类,大地测量学:大地测量学是研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。大地测量学是测绘学各分支学科的理论基础，基本任务是建立地面控制网、重力网，精确测定控制点的空间三维位置，为地形测图提供控制基础，为各类工程施工测量提供依据，为研究地球形状、大小、重力场及其变化，地壳形变及地震预报提供信息。现代大地测量学包括三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学和空间大地测量学。,摄影测量学:摄影测量学是研究、确定被摄物体的形状、大小和空间位置的一门学科。按距离远近分有航空摄影测量、航天摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量；按用途分有地形摄影测量和非地形摄影测量；按技术处理方法分，有模拟法摄影测量、解析法摄影测量和数字摄影测量。地图学 地图学是研究模拟和数字地图的基础理论、设计、编绘、复制的技术方法以及应用的学科。地图学由理论部分、制图部分和地图应用部分组成。地图是测绘工作的重要产品。,工程测量学 工程测量学是一门应用学科，按其研究对象可分为：建筑工程测量、水利工程测量、矿山测量、铁路工程测量、公路工程测量、输电线路与输油管道测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、港口工程测量、军事工程测量、城市建设测量以及三维工业测量、精密工程测量、工程摄影测量等。海洋测绘学 海洋测绘学是以海洋水体和海底为对象，研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布及编制各种海图的理论和技术的学科。内容包括海洋大地测量、海道测量、海底地形测量和海图编制。,测量学又称为普通测量学或地形测量学，其主要内容包括角度测量、距离测量、水准测量、控制测量、地形图测绘及地形图的应用。,距离测量,角度测量,水准测量,一、地球的形状与大小水准面：自由静止的海水面，有无数个。大地水准面：与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面。大地体：由大地水准面所包围起来的形体。,1.4 地面点位的确定,水准面,参考椭球,a=6378140mb=6356752m=(a-b)/a=1/298.257,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(即地球椭球)来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面称。,点的高程,绝对高程（H）与相对高程（H）,A,B,HA,HA,HB,HB,大地水准面,假定水准面,高差：hAB=HB-HA=HB-HA,注意：高差有正负之分。,1.5 测量工作概述,测量工作的基本原则：1.先控制后碎部：在布局上，从整体到局部。在精度上，由高级到低级。2.步步检核,确定地面点位的基本要素：,M(x,y),N(x,y),A(x,y),x,y,x,y,图中:x,y-坐标增量,由图中几何关系可知：xA=xN+x yA=yN+y,而 x=Dcos y=Dsin,MN,=MN+180+,MN=arctg(yN-yM)/(xN-xM),HA=HN+hNA,所以，DH 是测量的基本要素。,D,XA,XN,yN,yA,平面图:将地球表面上的地物轮廓沿铅垂线方向 投影到平面上，按一定比例缩小与实地相似的图。,1.6 地形图图件,p,地形图：在平面图的基础上，又用等高线表示出 测区的地貌的图。,dx,地 图：采用地图投影的方法获得的描绘大面积 地区形状和大小的图。,dt,断面图:描绘地面上某一方向起伏形状的图,d,1.7 比例尺,比例尺:图上的直线长度与地面上相应直线的水平距离之比称为图的比例尺。以1M的形式表示。地形图按比例尺大小分为三类：大比例尺图：15001/10000 中比例尺图：12.5万1/10万 小比例尺图：125万1/100万,比例尺精度,比例尺精度:图上0.1mm所代表的实地距离。比例尺精度0.0001M作用:1)按比例尺确定量距精度。例：測1:2000的图，量距精度为0.00012000=0.2m 2）按量距精度确定比例尺。例:在图上最小要表示0.5米的距离，则应选用 的比例尺为0.1mm:0.5m=1:5000,1.8 地形图图示,地物符号：依比例符号：不依比例符号：半依比例符号：地貌符号:等高线及特殊符号。注记:指地形图中对地物或地貌符号进行解释说明的文字。,d,平面图,地形图,tu,re,地图,断面图,地物符号,地貌符号,2.数字测图,2.1数字测图的发展（1）白纸测图阶段 传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定，以一定的比例尺并按图示符号将其绘制在图纸上，即通常所称的白纸测图。这种测图方法的实质是图解法测图。在测图过程中，数字的精度由于刺点、绘图、图纸伸缩变形能够因素的影响会大大降低，而且工序多、劳动强度大、质量管理难。在今天的信息时代，纸质地形图已难承载诸多图形信息，更新也极不方便，难以适应信息时代经济建设的需要。,2.数字测图,2.1数字测图的发展（2）数字测图阶段 随着科学技术的进步和计算机技术的发展及其各个领域的渗透，以及电子全站仪、GPS-RTK技术等先进测量仪器和技术的广泛应用，地形测量向自动化和数字化方向发展，数字化测图技术应运而生。数字测图具有高度自动化、全数字化、高精度的显著优势而具有广阔的发展前景。数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测量发展过程中这是一次根本性的技术变革。这种变革主要表现在：图解法测图的最终成果是地形图，图纸是地形信息的唯一载体；数字测图地形信息的载体是计算机的存储介质（磁盘或光盘），其提交的成果可供计算机处理、远距离传输、多方共享的数字地形图数据文件，通过数控绘图仪可输出地形图。另外，利用数字地形图可生成电子地图和数字地面模型（DTM）。,广义的数字测图包括：利用全站仪或其他测量仪器进行野外数字化测图；利用手扶数字化仪或扫描数字化仪对纸质地形图的数字化；利用航摄、遥感相片进行数字化测图等技术。在20 世纪80 年代，摄影测量经历了模拟法、解析法发展为数字摄影测量。数字摄影测量是把摄影所获得的影象进行数字化得到数字化影象，由计算机进行数字处理，从而提供数字地形图或专题图、数字地面模型等各种数字化产品。大比例尺地面数字测图是20世纪70年代电子速测仪问世后发展起来的，80年代初全站型电子速测仪的发展加速了数字测图的研究和应用。,20 世纪90年代出现了载波相位差分技术，又称RTK（Real Time Kinematic）实时动态定位技术，在20KM测程内可达到厘米级的测量精度,能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果。,2.2测定碎部点坐标的基本方法,前方交会法,极坐标法,2.2测定碎部点坐标的基本方法,距离交会法,观测方向与已知方向交会法,2.2测定碎部点坐标的基本方法,方向距离交会法与直角坐标法,插点法法,2.2测定碎部点坐标的基本方法,距离交会法,观测方向与已知方向交会法,3.地籍测量,3.1地籍测量概述地籍由国家监管的、以土地权属为核心、以地块为基础的土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用现状等土地基本信息的集合，用图、数、表等形式表示。城镇地籍是用来记载城镇土地及其附着物的位置、界址、类型、数量、权属和用途等基本状况的簿册。地籍测量是为获取和表达地籍信息所进行的测绘工作。其基本内容是测定土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用状况等。,初始地籍测量是指在初始土地权属调查的基础上，利用测绘仪器，以科学的方法，在调查区域内，建立地籍控制网，测量每宗土地的地籍要素，绘制地籍图，为土地登记提供依据。初始地籍测量的内容包括：地籍平面控制测量、地籍细部测量。地籍控制测量 由控制点构成的几何图形，称为控制网，对控制网进行布设、观测、记录的测量工作称为控制网测量，根据控制网测量成果，进行控制点坐标的计算称为控制网平差。控制网测量与控制网平差统一称为控制测量。控制网测量分为地面控制网测量和 GPS 控制网测量。,地籍细部测量 地籍细部测量是地籍测量的核心，是在地籍平面控制网的基础上，测量每宗土地的权属界线、位置、形状及地类界线等，并计算面积、测绘地籍图、绘制宗地图。准确地测定宗地界址点是管理土地产权的基本保证。宗地图是土地证书的附图和宗地档案的附图。地籍细部测量成果经审核依法登记后，具有法律效力。地籍细部测量的内容包括测定界址点、测绘地籍图、制作宗地图和面积量算等。地籍细部测量方法有解析法、图解勘丈法两种。解析法地籍测量：所有界址点都用实测元素按公式解析计算其坐标，精度较高。图解勘丈法地籍测量：界址点的坐标可以在图上图解获得。测量精度较低，很难满足地籍管理的需要，在条件成熟时，应采用解析法进行地籍细部更新测量。,3.2地籍控制测量,地籍控制网基本要求 地籍控制测量坐标系统尽量采用国家统一坐标系统。地籍控制测量坐标系最好选国家统一的3带平面直角坐标系，使城镇地籍控制网成为国家网的组成部分，使地籍测量能充分利用国家控制点的成果。在条件不具备的地区，地籍控制网可用地方坐标系或任意坐标系。用任意坐标系时，起算数据应在较大比例尺的地形图或土地利用现状图上图解获取。,首级地籍控制网的布设首级平面控制网应优先以 GPS 网形式布设，采用 GPS 接收机测定控制点的坐标。特殊情况下，也可以用导线网、边角网、三角网等地面控制网布设方法，采用全站仪等测定控制点的坐标。首级地籍控制网的精度，要能保证四等网中最弱相邻点的相对点位中误差，以及四等以下各等级控制点相对于上级控制点的点位中误差不超过 5cm。布设首级地籍控制网时，必须先制定技术设计方案，经上级业务主管部门批准后方可实施。,加密控制网的布设加密控制网应按地籍细部测量的要求安排计划，可分期、分片布设，也可以一次整体布设完成。加密控制网可以采用GPS 网或导线网的形式布设。当调查区域范围较大，并要求一次整体布设加密控制网时，一般多采用 GPS 网形式布设，布设导线网时，导线宜布设成直伸形状，当复合导线长度超过城镇地籍调查规程规定时，应布设成结点网。结点与结点、结点与高级点之间的导线长度，不应超过复合导线长度的 0.7倍。由于目前全站仪和 GPS 接收机的广泛应用，GPS 网和地面控制网计算平差软件的功能增强，因此，加密控制网的等级一般不再分级，计算时应整体平差。与地形测量相比，地籍测量要求平面控制点有较高的密度。一般说来，地籍平面控制点的密度每 km 2不少于 10 点。,地籍图根控制网的布设为满足地籍细部测量和日常地籍管理的需要，在基本控制（首级网和加密控制网）点的基础上，加密的直接供测图及测量界址点使用的控制网称为地籍图根控制网。通常每2km应布设 100-400 个地籍图根控制点。,3.3 地籍图测绘,地籍图是土地管理的专题图，它首先要反映包括行政界线、地籍街坊界线、界址点、界址线、地类、地籍号、面积、座落、土地使用者或所有者及土地等级等地籍要素；其次要反映与地籍有密切关系的地物及文字注记，一般不反映地形要素。地籍图是制作宗地图的基础图件。地籍图测量方法分模拟法和数字法两种。数字法测绘地籍图是从野外数据采集及数据组织到绘制地籍图都由计算机等电子设备辅助完成。模拟法测绘地籍图基本靠手工完成。不论采用何种方法测绘地籍图都应充分利用宗地草图数据、权属调查勘丈数据及解析界址点坐标数据。,地籍图的分幅与地形图的分幅相似，分幅地籍图的幅面采用50cm50cm 或50cm40cm。地籍图的分幅编号方法与地形图的分幅编号方法相似。地籍图分幅编号应以小比例尺图件为基础，逐级编定较大比例尺的地籍图图幅号。当测区已有相应比例尺地形图时，地籍图的分幅与编号方法可沿用地形图的分幅与编号，并于编号后加注图幅内较大单位名称或以著名地理名称命名的图名。,地籍图的内容,地籍要素在地籍图上应表示的地籍要素包括：行政界线、界址点、界址线、地类号、地籍号、座落、土地使用者或所有者及土地等级等。数学要素在地籍图上应表示的数学要素包括：大地坐标系、内外图廓线、坐标格网线及坐标注记、控制点点位及其注记、地籍图比例尺、地籍图分幅索引图、本幅地籍图分幅编号、图名及图幅整饰等内容。地物要素在地籍图上应表示的地物要素包括：建筑物、道路、水系、地貌、土壤植被、注记等。,地籍图的分幅及精度要求,地籍图的分幅图幅规格为 40cm 50cm 的矩形图幅或 50cm 50cm 的正方形图幅。基本地籍图分幅编号按图廓西南角坐标(整 10m)数编码，X 坐标在前，Y 坐标在后，中间短线连接，当勘丈区已有相应比例尺地形图时，基本地籍图的分幅与编号方法亦可沿用地形图的分幅与编号。地籍图的精度要求相邻界址点间距、界址点与邻近地物点关系距离的中误差不得大于图上 0.3mm；宗地内部与界址边不相邻的地物点，不论采用何种方法勘丈，其点位中误差不得大于图上 0.5mm；邻近地物点间距中误差不得大于图上 0.4mm。,地籍图示例,3.4宗地图的制作,宗地图和分幅地籍图是宗地现状的直观描述。宗地图是以宗地为单位编绘的地籍图，分幅地籍图是以地图标准分幅为单位编绘的地籍图。宗地图与地籍图上的内容必须统一。宗地图是土地证书的附图，通过具有法律手续的土地登记过程的认可，是土地所有者或使用者持有的具有法律效力的图件凭证，是处理土地权属问题时具有法律效力的图件。,宗地图的主要内容：图幅号、地籍号；本宗地号、地类号、门牌号、面积及单位名称；本宗地界址点、界址点号(含与邻宗地共用的界址点)、界址线及界址边长；本宗地内建筑物、构筑物；邻宗地界址线(示意)；相邻宗地、道路、街巷及其名称；比例尺、指北方向、图廓线、制图单位、制图员、审核员及日期等。宗地图绘制方法:宗地图绘制方法有蒙绘法、缩放绘制法、复制法、计算机输出法。宗地图的要求：宗地图一般用 32K、16K、8K 纸，宗地过大时，原则上可按分幅图整饰；宗地图必须依比例尺真实蒙绘；宗地图上界址边长必须注记齐全，界址边长注记采用实丈边长和解析反算边长均可；宗地图指北方向必须与相应的地籍图指北方向一致；宗地图的整饰、注记规格同地籍图。,3.5 面积量算,面积量算系指水平面积量算。面积量算的内容包括宗地面积、地类面积、宗地内建筑占地面积、建筑面积量算与面积汇总统计。面积量算方法：面积量算方法一般分为解析法和图解法两种。面积量算的要求：采用部分解析法进行地籍勘丈时，面积量算应采用坐标法计算每个街坊面积，用街坊面积数控制本街坊内各宗地面积之和。街坊内各宗地面积之和与街坊面积误差小于 1/200 时，将误差按面积分配到各宗地，得出平差后的各宗地面积。完全用实测数据计算(量算)的宗地面积可以不参加平差。,图面量算宜采用二级控制，首先以图幅理论面积为首级控制，图幅内各街坊及其他区块面积和图幅理论面积之差小于 0.0025P(P为图幅理论面积)时，将闭合差按比例分配给各街坊及其他区块，得出平差后各街坊及各区块的面积。然后用平差后各街坊及各区块的面积去控制街坊内丈量的各宗地面积，其相对误差不得大于 1/100，在允许范围内将闭合差按比例分配给各宗地，得出平差后的宗地面积。全用实测数据计算的宗地面积可不参加平差。,宗地图示例,9.1 地形图的分幅与编号,为测绘、使用和管理地形图的方便，需要根据各地区的地理位置和测图比例尺，将地形图进行分幅与编号。两种方法：梯形分幅，正方形分幅一般全国范围内中、小比例尺地形图采用梯形分幅。小地区大比例尺地形图采用正方形分幅。,一、梯形分幅编号,我国各种比例尺地形图的分幅是在1:100万比例尺的基础上，按一定的经差和纬差划分的。为使全球地图统一，1:100万比例尺地形图的图幅大小和编号方法由国际统一规定。,1:100万比例尺地形图的分幅编号,1:100万比例尺地形图是按经差6、纬差4进行分幅的。即将地球表面分为60个纵列，从经度180起算，由西向东用1,2,3,60编号。再由赤道向南北至纬度88止，每4分为22横行，用A,B,C,V表示。,注意：,由于经线向两极逐渐收敛,图幅面积逐渐变小,所以特别规定：在纬度060范围内，按经差6、纬差4进行分幅。在纬度6076范围内，按经差12、纬差4进行分幅。在纬度7688范围内，按经差24、纬差4进行分幅。以纬度88线为界的圆作为一幅图,用Z标明。,每副1:100万梯形图图号由横行的字母与纵列的号数组成。如北京某地的地理坐标为B=395415，L=1162406其所在1:100万地形图的图副编号为：J50,某地1:100万地形图图号的求算,设某地地理坐标为(B,L)。其中B为纬度，L为经度。则：横行号=INT(B/4)+1 纵列号=INT(180+L)/6+1 其中 INT为取整符号。如 INT(9.7)=9,例如:,哈尔滨某地的地理坐标为(B=4650,L=12635)该地所在1:100万比例尺地形图的图幅编号为：横行号=INT(B/4)+1=INT(4650/4)+1=12L 纵列号=INT(180+L)/6+1=INT(180+12635)/6+1=52 所以该图图幅编号为:L52,2.1:50万1:5000地形图的分幅编号根据国标GB/T1398992国家基本比例尺地形图分幅和编号的规定，1:50万1:5000地形图的分幅编号均以1:100万地形图编号为基础，采用行列编号方法。即将1:100万地形图按所含各比例尺地形图的纬差和经差划分为若干行和列，横行从上到下、纵列从左到右按顺序分别用三位数字码表示(不足三位者前面补零)，各种比例尺地形图分别采用不同的字符代码加以区别。按上述地形图分幅的方法，1:50万1:5000地形图的编号应由10位编码组成.,例如，上述北京某地的1:500000地形图的编号，见下图1，即阴影部分的图幅编号为J50B001001。该地所在1:250000地形图的图幅编号为J50C001002，见下图2。其他比例尺地形图的分幅编号方法可依此类推，不再详述。,J50,图2,综上所述，地形图采用统一分幅编号，既可避免重复，又能防止遗漏。用图时，若知道了某幅图的编号，就很容易确定它的地理位置和比例尺的大小，这给测绘、保存和使用地形图创造了有利条件。,以上所介绍的是我国1992年12月发布的国家基本比例尺地形图新的分幅与编号GB/T1398992的国家标准。自1993年3月起实施。新测和更新的基本比例尺地形图，均须按照此标准进行分幅编号。这种编号方法有利于计算机管理、处理和识别。,