测量基本知识.pptx

测测量量学学陈丽华陈丽华浙江大学建工学院浙江大学建工学院使用教材：使用教材：1、测量学测量学，浙江大学出版社，浙江大学出版社，2009年，浙江省重点教材年，浙江省重点教材2、测量学实验与实习测量学实验与实习，浙江大学，浙江大学出版社，出版社，2011年，浙江省重点教材年，浙江省重点教材第一章第一章测量基本知识测量基本知识l测绘学概述测绘学概述l地球的形状和大小地球的形状和大小l测量坐标系与地面点位的确定测量坐标系与地面点位的确定l测量的基本工作与原则测量的基本工作与原则l地球曲率对测量观测量的影响地球曲率对测量观测量的影响第一节第一节 测绘学概述测绘学概述测绘的概念测绘的概念l测绘测绘：测量与地图制图的总称测量与地图制图的总称l测绘学测绘学：研究地理信息的获取、处理、描述和应用的学科：研究地理信息的获取、处理、描述和应用的学科l测绘学的研究对象：测绘学的研究对象：地球表面（地下、空间）地球表面（地下、空间）测绘学的研究内容：测绘学的研究内容：地球的形状和大小、地球的形状和大小、地面点间的相互关系地面点间的相互关系一、测量工作的作用一、测量工作的作用l在科学研究方面在科学研究方面l在国防建设方面在国防建设方面l在经济建设方面在经济建设方面l在工程建设方面在工程建设方面l在日常生活方面在日常生活方面l在其他方面在其他方面测量工作的作用测量工作的作用界碑测量界河测量测量工作的作用测量工作的作用测量工作的作用测量工作的作用测绘贯穿三峡工程选址、施工、放样、机电安装、竣工以及大坝变形观测的全测绘贯穿三峡工程选址、施工、放样、机电安装、竣工以及大坝变形观测的全过程，并为库区生态保护、文物抢救、移民安置等提供了基本用图和测绘数据。过程，并为库区生态保护、文物抢救、移民安置等提供了基本用图和测绘数据。测量工作的作用测量工作的作用三峡坝区不同时期航空影像对比三峡坝区不同时期航空影像对比二、二、测量学的发展概况测量学的发展概况1、中国古代测绘技术、中国古代测绘技术l公元前公元前21世纪，夏禹治水时世纪，夏禹治水时“陆行乘车，水行乘舟，泥行陆行乘车，水行乘舟，泥行乘撬乘撬，山行乘，山行乘撵撵，左，左准绳准绳，右，右规矩规矩，载四时，以开九州，载四时，以开九州，通九道，陂九泽，度九山通九道，陂九泽，度九山”。l西汉长沙国的地形图、驻军图、城邑图，是迄今发现的最西汉长沙国的地形图、驻军图、城邑图，是迄今发现的最古老最详实的地图。古老最详实的地图。l西晋的裴秀总结和提出了分率、准望、道里、高下、方斜、西晋的裴秀总结和提出了分率、准望、道里、高下、方斜、迂直的迂直的“制图六体制图六体”l唐代高僧一行主持进行了世界上最早的唐代高僧一行主持进行了世界上最早的子午线测量子午线测量。马王堆地形图马王堆地形图l北宋沈括用分级筑堰静水水位方法测量汴渠四百多公北宋沈括用分级筑堰静水水位方法测量汴渠四百多公里沿河段的高差，用水平望尺、干尺和罗盘测量里沿河段的高差，用水平望尺、干尺和罗盘测量地形，并在世界上最早发现了地形，并在世界上最早发现了磁针偏角磁针偏角。l元朝郭守敬创制了多种天文仪器，主持进行了大规模元朝郭守敬创制了多种天文仪器，主持进行了大规模的的天文测量天文测量。l明代郑和七使西洋首次绘制了航海图。明代郑和七使西洋首次绘制了航海图。l清康熙年间，开展了大规模的经纬度测量和地形测量，清康熙年间，开展了大规模的经纬度测量和地形测量，历时历时10年，测绘范围超过年，测绘范围超过1000万平方公里，于万平方公里，于1718年编成著名的年编成著名的皇舆全览图皇舆全览图郑和航海图郑和航海图皇舆全览图皇舆全览图2、新中国测绘技术、新中国测绘技术l建立和统一了全国建立和统一了全国坐标系统和高程系统坐标系统和高程系统1954北京坐标系；北京坐标系；1980西安坐标系；西安坐标系；1956年黄海高程系统；年黄海高程系统；1985国家高程基准国家高程基准；2000国家大地国家大地坐标系坐标系(2008年年)。l建立了遍及全国的国家水平控制网、国家水建立了遍及全国的国家水平控制网、国家水准网、准网、GPS网等网等l完成了国家基本图的测制工作，并不断更新。完成了国家基本图的测制工作，并不断更新。l在资源勘察和区域规划中进行了大量测绘工作。在资源勘察和区域规划中进行了大量测绘工作。l在工厂建设、矿山建设、铁路建设、公路建设、在工厂建设、矿山建设、铁路建设、公路建设、水利建设、城市建设水利建设、城市建设、灾害治理、灾害治理等方面的测量工等方面的测量工作。作。l科学考察中的测量。南极、北极考察，世界第一科学考察中的测量。南极、北极考察，世界第一高峰珠穆朗玛峰的高程精确测定。高峰珠穆朗玛峰的高程精确测定。l2005年测量珠穆朗玛峰的高程为：年测量珠穆朗玛峰的高程为：8844.430.21米米3、测绘新技术、测绘新技术l3S技术技术GPS全球定位系统全球定位系统GIS地理信息系统地理信息系统RS遥感遥感l数字地球数字地球GPSGPS卫星卫星北斗导航卫星用于海事、航空、国防、民用等各个领域北斗导航卫星用于海事、航空、国防、民用等各个领域l大地测量学大地测量学l摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学l地图制图学地图制图学l工程测量学工程测量学l海洋测绘学海洋测绘学l普通测量学普通测量学三、测绘学的分支学科三、测绘学的分支学科全球卫星定位系统（全球卫星定位系统（GPS）连续运行参考站）连续运行参考站激光测距观测站激光测距观测站航空摄影航空摄影航空影像航空影像1:5万万四、测量学的任务四、测量学的任务地形图的测绘地形图的测绘地形图的应用地形图的应用施工测量施工测量建筑物的变形观测建筑物的变形观测1、地形图的测绘地形图的测绘测图测图：使用测量仪器，按一定的程序和方法，根据：使用测量仪器，按一定的程序和方法，根据地形图图式规定的符号，将地球表面测绘在图纸上，供地形图图式规定的符号，将地球表面测绘在图纸上，供规划设计等使用。规划设计等使用。地形地形：地物与地貌的总称：地物与地貌的总称地物地物：地面上的固定性物体：地面上的固定性物体地貌地貌：地面的高低起伏：地面的高低起伏2、地形图的应用地形图的应用自动安平水准仪自动安平水准仪DSZ2DZS3-1型号：型号：AL328天宝天宝ZEISSDiNi系列系列电子水准仪电子水准仪电子水准仪电子水准仪DT-02电子经纬仪电子经纬仪DT200系列系列电子经纬仪电子经纬仪TPS1000/2000高精度全站仪高精度全站仪TC标准型全站仪标准型全站仪TCA全自动全站仪全自动全站仪/测量机器人测量机器人地形图的测绘地形图的测绘3 3、施工测量、施工测量各种工程建设在施工阶段的测量工作。各种工程建设在施工阶段的测量工作。建筑物的建筑物的放样放样：把图纸上设计好的各种建：把图纸上设计好的各种建(构构)筑物筑物的平面位置和高程标定在实地上，也叫测设。的平面位置和高程标定在实地上，也叫测设。施工测量施工测量施工测量施工测量核电站建设核电站建设施工测量施工测量西湖边第一高楼西湖边第一高楼浙大湖滨校区教学主楼，高度浙大湖滨校区教学主楼，高度67米，米，共有共有22层层2007年年1月月16日日4、建筑物的变形观测、建筑物的变形观测测定建筑物及其地基在建筑物荷重和外力作用下测定建筑物及其地基在建筑物荷重和外力作用下随时间而发生的变形，目的是监测建筑物的安全性。随时间而发生的变形，目的是监测建筑物的安全性。隔河岩大坝自动分洪监测隔河岩大坝自动分洪监测第二节第二节地球的形状和大小地球的形状和大小基本概念基本概念l铅垂线铅垂线：重力的方向线：重力的方向线l水准面水准面：水在静止时的表面：水在静止时的表面水准面是重力等位面，特性：处处与铅垂线正交。水准面是重力等位面，特性：处处与铅垂线正交。l大地水准面大地水准面：与假想的无扰动的处于流体平衡状态的：与假想的无扰动的处于流体平衡状态的海洋面相重合重力等位面。海洋面相重合重力等位面。大地水准面为一个没有皱纹和棱角的、连续的大地水准面为一个没有皱纹和棱角的、连续的封闭曲面，是一个与平均海水面相吻合的水准面。封闭曲面，是一个与平均海水面相吻合的水准面。作用作用:作为高程基准面作为高程基准面l大地体大地体：由大地水准面所包围的形体。：由大地水准面所包围的形体。l参考椭球体参考椭球体：一个国家或地区为处理测量成果而采用：一个国家或地区为处理测量成果而采用的一种与地球大小、形状最接近并具有一定参数的地的一种与地球大小、形状最接近并具有一定参数的地球椭球。球椭球。l参考椭球面参考椭球面：参考椭球体的表面。：参考椭球体的表面。l1954年北京坐标系年北京坐标系，所用的椭球参数：，所用的椭球参数：长半径长半径a=6378245米米扁率扁率f=（a-b）/a=1/298.3l1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系（1980西安坐标系西安坐标系），所用的椭球，所用的椭球参数：参数：长半径长半径a=6378140米米短半径短半径b=6356755.2882米米扁率扁率f=（a-b）/a=1/298.257l2000国家大地坐标系，所用的椭球参数：国家大地坐标系，所用的椭球参数：长半径长半径a=6378137米米扁率扁率f=（a-b）/a=1/298.257222101l地球的平均半径：地球的平均半径：R=6371千米千米第三节第三节测量坐标系与地面点位的确定测量坐标系与地面点位的确定一、一、测量坐标系测量坐标系二、点的坐标二、点的坐标可用地理坐标或平面直角坐标表示。可用地理坐标或平面直角坐标表示。1、地理坐标、地理坐标用经纬度表示地面点位置的球面坐标，可分为用经纬度表示地面点位置的球面坐标，可分为大地坐标及天文坐标。大地坐标及天文坐标。大地坐标（大地坐标（L，B）：以子午线的法线为以子午线的法线为基准，该法线与赤道面的交角基准，该法线与赤道面的交角B即为即为P点的点的大地纬度。大地纬度。天文坐标（天文坐标（,）：以铅垂线为基准。以铅垂线为基准。P4 P4 图图1-31-3EwSP0PN第四节第四节地面点位的确定地面点位的确定x(北北)y(东东)yoox测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系数学平面直角坐标系数学平面直角坐标系2、平面直角坐标、平面直角坐标测量上的平面直角坐标与数学中的平面直测量上的平面直角坐标与数学中的平面直角坐标是有所不同的：角坐标是有所不同的：以南北方向的纵轴为以南北方向的纵轴为x轴，自原点向北为正，向轴，自原点向北为正，向南为负；南为负；以东西方向的横轴为以东西方向的横轴为y轴，自原点向东为正，向西轴，自原点向东为正，向西为负；为负；象限按顺时针方向编号。象限按顺时针方向编号。中央子午线中央子午线与圆柱体相切，投影时其长度不变，展开后为与圆柱体相切，投影时其长度不变，展开后为X轴轴；赤赤道道与中央子午线正交，展开后为与中央子午线正交，展开后为Y轴。轴。NSOWE8(1)高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标(2)独立坐标系坐标独立坐标系坐标国家大地原点（陕西泾阳）国家大地原点（陕西泾阳）杭州紫薇园坐标原点杭州紫薇园坐标原点三、点的高程三、点的高程l高程：地面点至高程基准面的铅垂距离高程：地面点至高程基准面的铅垂距离l高程基准面通常有：高程基准面通常有：参考椭球面参考椭球面大地高大地高大地水准面大地水准面正高正高似大地水准面似大地水准面正常高正常高我国采用正常高系统我国采用正常高系统绝对高程绝对高程：地面点至高程基准面的铅垂距离，：地面点至高程基准面的铅垂距离，也叫海拔，简称高程，用也叫海拔，简称高程，用H表示。表示。l相对高程相对高程：地面点至任意水准面的铅垂距离，：地面点至任意水准面的铅垂距离，也叫假定高程，用也叫假定高程，用H表示。表示。当测区附近无国家水准点或使用需要时，而引测绝当测区附近无国家水准点或使用需要时，而引测绝对高程有困难时，可采用假定高程系统。对高程有困难时，可采用假定高程系统。高差高差：两点间的高程之差，用：两点间的高程之差，用h表示表示高差有正负高差有正负国家水准原点（山东青岛）国家水准原点（山东青岛）第四节第四节 测量的基本工作与原则测量的基本工作与原则一、测量的基本工作一、测量的基本工作地面点的坐标和高程通常不是直接测定的。地面点的坐标和高程通常不是直接测定的。xyoAB12DB1D121B1、平面直角坐标的测定、平面直角坐标的测定测定点的坐标的主要工作是量边和测角。测定点的坐标的主要工作是量边和测角。必须注意必须注意：点的坐标是地面点投影在水平面的位置，：点的坐标是地面点投影在水平面的位置，所以量边及测角时，所测边长及角度也应为地面点投影所以量边及测角时，所测边长及角度也应为地面点投影到水平面上的边长和角度，即水平距离及水平角，而不到水平面上的边长和角度，即水平距离及水平角，而不是地面点之间所组成的空间距离和角度。是地面点之间所组成的空间距离和角度。2、高程的测定、高程的测定测定点的高程的主要工作是测量高差。测定点的高程的主要工作是测量高差。综上所述，综上所述，确定地面点位的确定地面点位的3个基本要素个基本要素是：是：水平距离、水平角及高差水平距离、水平角及高差。我们把距离测量、角度测量及高程测量作为我们把距离测量、角度测量及高程测量作为测量的测量的三项基本工作三项基本工作。o从整体到局部；从整体到局部；先先控制后碎部；由高级到低级控制后碎部；由高级到低级o步步有检核步步有检核二、测量工作的基本原则二、测量工作的基本原则第五节第五节 地球曲率对测量观测量的影响地球曲率对测量观测量的影响一、地球曲率对水平距离的影响一、地球曲率对水平距离的影响RDABODBB地球曲率对水平距离的影响：地球曲率对水平距离的影响：距离距离D（千米）（千米）距离误差距离误差D（厘米）（厘米）相对误差相对误差D/D100.81:1217700206.61:30440050102.71:48700对距离测量来说，在以对距离测量来说，在以10千米为半径的范围内，千米为半径的范围内，可以用水平面代替球面。可以用水平面代替球面。二、地球曲率对高程的影响二、地球曲率对高程的影响RDABODBBhR地球曲率对高程的影响：地球曲率对高程的影响：l对高程测量来说，不得用平面代替水准面。对高程测量来说，不得用平面代替水准面。距离距离D（千米）（千米）0.050.10.512510高程误差高程误差h（厘米）（厘米）0.020.082831196 785第一章第一章测量基本知识测量基本知识l作业：作业：l19-2、3、4、5、6、7