《测量学基本知识》PPT课件.ppt

,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=H2-H1。,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。,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。,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：hAB=HB-HA=HB-HA,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H0=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=AB180,图形：正反方位角关系图及例题,例1已知:AB=882024 JK=316123 求 BA，KJ解：BA=2682024 KJ=136123,2、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,