同济大学课程测量学课件.pptx

测测 量量 学学 作者：顾孝烈 鲍 峰 程效军同济大学出版社1 1（第四版）110110测量学（第四版）1101102 2测量实验（第二版）1101103 3测量学的教学目的 测量学是城市规划、土木工程、道路交通工程、测绘工程、地质工程、港口航道与海岸工程等专业必修的专业基础课，是一门实践性强，理论和实践相结合的课程。掌握测量的基本理论，基本方法和基本技能，培养学生动手、实践和创新能力，为学生从事城市规划、土木工程勘测、设计、施工、管理奠定基础。1101104 4第一章 绪论1-1 测量学的任务与主要内容 生产、生活的需要 城市建设、农田、水利建设等 交通运输的需要 物流运输、航空、航海、旅行等 军事的需要 1101105 5 一.测量学的产生(一一)测量学在生活上的作用城市交通图1101106 6二.测量学的作用上海市水系专题图1101107 7同济校园图(四平路校本部)1101108 8(二)测量学在军事的作用“天时，地利，人和”是打胜仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定距离、位置、辨识方向的作用。1101109 9 (三)测量学在国土管理中的作用 城市土地的规划，城市道路的红线规划，房地产开发，地籍的界址点测定,都需要由测量提供地形图和有关土地信息。用高科技测量手段标定国界，常在国家间的领土争执中起到重要作用;也常以对方出版的地图上对国境线的表示,作为有利于己方的证据。1101101010(四)测量学在工程建设中的作用 在工程建设的规划设计中，首先需要有地形图。在修建工厂和居民点时，须要先平整地基和设计房屋的放样。在建设城市道路网（包括高架道路、地下铁道和桥梁)，都需要用测量方法精确地定向,定位和定高程。我国的考古工作者研究证实，早在2000多年前已经有在修建帝都、宫殿时大规模平整地基和定街道与建筑轴线的措施，当时也需要有原始的测量手段。1101101111工程的竣工和变形监测 为了保障建筑物的施工和运行时的安全，需要测量工作者以技术上可行的最高精度，监测建筑物的变形量和变形的发展情况。经常需要在一段时间内进行连续观测，为此要使用自动化的监测和记录的测量仪器，在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。11011012121-2 测绘学科的内涵 和发展简史1101101313一.测绘学科的定义和内涵二.测绘科学的历史和近代发展三.测绘学科的分支一.测量学的定义和内涵1.早期的定义：研究地球的形状和大小，确定地面点的坐标的学科。2.当前的定义：研究测定和描绘地球及其表面的各种形态的理论和方法的学科。1101101414 测绘和采集表示各种地物和地貌的形状、大小、位置等空间几何数据，进行数字化管理，提供工程设计所必要的地形信息(地形图和地形数据)。把设计的建筑物、大型设备等按设计的形状、大小和位置准确地在实地标定出来，才能进行施工(称为测设或施工放样，并贯穿于施工全过程)。1101101515测量工作在工程建设中作用 这是人类为了生存和发展，在历史上长期探索的问题，并知道需要用大地测量的方法来解决。早在公元前6世纪,古希腊的毕达哥拉斯(Pythagoras)就提出了地球形态的概念。1101101616二.测绘学科的历史和近代进展“地球的形状是什么样的？”“如何用图形来表示地面形态？”亚里士多德（Aristotle）作了进一步论证，支持这一学说。又一世纪后，埃拉托斯特尼（Eratosthenes）用在南北两地同时观测日影的办法,首次推算出地球子午圈的周长。我国唐代僧人一行根据天文观测，计算出地球子午线1的长度。测绘地图是地球表面形态认识的开始。晋代裴秀总结出“制图六体”，为当时“地图制图”订立标准。1101101717 古希腊托勒密(C.Ptolemeaus)提出“地图投影”概念和测经纬度定地面点位方法。此后，一系列重大科学发明与测绘学科相辅相成地发展：17世纪初发明望远镜，1730年,英国西森(Sisson)制成测角用的经纬仪，促进三角测量的发展。1795年,德国高斯(C.F.Gauss)提出最小二乘法(Least Square Method)为测量数据处理奠定数学基础。1101101818 高斯又提出将椭球面变换为平面的地图投影方法,后经克吕格尔(J.Krger)扩充完善，称为“高斯-克吕格尔投影”，沿用至今。19世纪50年代,发明了摄影测量,后来发展成为航空、航天摄影测量和遥感。1948年发明电磁波测距仪，解决了远程精密测距的测量难题。20世纪60年代,发明电子计算机，应用于测绘界,创立“计算机辅助成图”,出现了数字地图,开创了数字化新时代。1101101919三、测量学科的分支大地测量学 研究和测定地球的形状、大小、重力场和地面点几何位置及其变化的理论和技术的学科。地球的形状大小以大地水准面为代表。大地点的定位，用经纬度或空间直角坐标，定位方法有几何法大地测量、物理法大地测量和近代的卫星法大地测量。1101102020世界屋脊-珠穆朗玛峰的高程测定1101102121用经纬仪作三角高程测量1101102222用水准仪作精密水准测量1101102323 上述:三角高程测量和水准测量,都属于几何大地测量，几何大地测量中还包括三角测量和天文测量等。天文测量研究测定恒星的坐标，以及利用观测恒星确定地面点的大地位置(经度、纬度、方位角)和十分精确的时间(世界时、恒星时)，它对于地球科学和空间技术(卫星发射、定位和宇宙航行)都十分重要。1101102424天文台的天文观测1101102525天文台外观用天文望远镜观测 物理大地测量学研究地球的重力测量方法,重力分布情况(重力场)及其应用。测定重力加速度G的目的：1.建立国家重力基准网和基本网；2.确定全球重力场模型及其变化；3.确定区域的和地球的大地水准面 及其变化(重力异常使大地水准面产 生不规则变化)。1101102626在大地重力点上作重力测量1101102727在珠峰高山地区作重力测量1101102828利用卫星作地球重力测量1101102929摄影测量与遥感学 研究利用摄影或遥感手段，获取地面目标物的影像数据，从中提取几何或物理信息，用图形、图像和数字信息表达的理论和方法的学科。摄影测量的方法有地面摄影、航空摄影和航天摄影和遥感。小范围的地形测量或工程测量可利用地面摄影测量方法。1101103030机载空间三维数据采集系统1101103131航空摄影测量机身利用卫星定位同济大学的车载空间三维数据采集系统车载空间三维数据采集系统 地面摄影测量的自动化1101103232工程测量学 研究工程建设和自然资源开发中进行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。是测绘学科在国民经济和国防建设中的直接应用。工程规划设计阶段：提供地形资料；施工兴建阶段：标定设计建筑的位置；运行管理阶段：竣工测量和变形监测。高精度工程测量用于大型、精密工程和 设备的精确定位、安装和变形观测。1101103333道路测量 道路建筑高程放样 用数字水准仪 和条码水准尺。1101103434渠道水位监测1101103535面水准测量 场地平整1101103636大桥变形监测1101103737隧道工程测量1101103838工业测量(属于精密工程测量)研究各种工业设备和大型工业产品（船舶、飞机等）的施工放样、细部安装、竣工测量和变形测量。1101103939轨道梁架设中用全站仪施工定位11011040401101104141用激光三维扫描仪检测飞机外形海洋测绘学 研究以海洋水体和海底为对象的学科。包括：海洋大地测量、海底地形测量、海道测量、海洋专题测量等。海洋测区条件复杂,受潮汐、气象、透明度差等影响，需用特种仪器和方法:卫星导航、惯性组合导航、天文测量、水声定位系统、水下摄影测量等。1101104242地图制图学 研究模拟地图和数字地图的设计、编绘、复制的理论和方法的科学。主要内容：地图投影 地图编绘 地图整饰 地图出版 11011043431101104444 世界地图1101104545上海市地图测量仪器学 研究测量仪器的制造、改进和创新的学科。测绘学科的发展离不开测绘理论的进展和测绘仪器的发明和创新。17世纪发明了望远镜、经纬仪、水准仪、平板仪，使控制测量和地形测量精度提高。19世纪摄影技术发明，便应用于测量，到20世纪初，创造出自动航空摄影机，实现了大面积航空摄影测量。1101104646 20世纪50年代，测绘仪器向电子化和自动化方向发展。1948年发明了电磁波测距仪，实现远程精密测距。电子计算机的发明，使测绘仪器、测量作业、测量数据处理和制图逐步实现了自动化。1957年,前苏联第一颗人造地球卫星发射成功，测绘学科产生“卫星测量”的分支。从美国的 GPS,俄罗斯的 GLONASS,欧盟的 Galileaous,我国的“北斗星”等卫星导航系统的建立，卫星定位GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机,已成为测量的主要仪器之一。1101104747用卫星定位的GNSS接收机1101104848测量的主要仪器之一测量的主要仪器之一1101104949从 经纬仪 发展到全能的 电子全站仪T4高精密经纬仪用于大地测量及天文测量1101105050T3精密光学经纬仪用于大地测量及精密工程测量1101105151光学经纬仪1101105252电子经纬仪1101105353电子全站仪1101105454功能：功能：角度测量角度测量 距离测量距离测量 地面定位地面定位 施工放样施工放样 卫星定位卫星定位地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌和地物测绘成地形图、编制地籍图和房产图等的基本理论和方法的科学。11011055551101105656 地形测量及施工放样在控制测量的基础上,测绘地形图(表示地物和地貌),或进行施工放样。地形图图例21101105757地形图图例1地形图图例21101105858认识地球是人类探索自然的目标之一，也是测量学 的任务之一。绝大多数测量工作是在地球面上进行，以地球作为参考系。因此，有必要首先讨论地球的形状和大小。11011059591-3 地面点位的确定和坐标系一.地球的形状和大小地球的制高点 珠穆朗玛峰海拔高程 8844.43m1101106060 马里亚纳海沟 斐查兹海渊剖面图1101106161地球海面下最深处高程为高程为 1100011000 m m大地水准面 与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为“大地水准面”1101106262液体受重力而形成的静止表面称为水准面旋转椭球体 由于大地水准面受地球内部质量分布不均匀影响，是不规则曲面，无法用数学方法准确描述和计算，也难以在其面上处理测量成果。1101106363旋转椭球体 用一非常接大地水准面 的数学面旋转椭球面 代替大地水准面，用旋 转椭球体描述地球，称 参考椭球体。椭球参数：1101106464长半径 a=6378137m短半径 b=6356752m扁 率 f=(a-b)/a =1/298.257二.确定地面点位的坐标系子午面子午面 地球上任一点与 地球旋转轴所组 成的平面。首子午面首子午面 通过英国格林尼 治(Greenwich)天文台的子午面。1101106565G（一）大地坐标系A首子午面地球旋转轴地球旋转轴赤道平面赤道平面 格林尼治格林尼治A A点子午面点子午面大地经度 通过A点的子午面 与首子午面之间 的夹角(L)大地纬度 通过A点的 椭球面法线与 赤道平面的交角(B)1101106666世界上最古老的天文台1101106767英国格林尼治(Greenwich)天文台11011068681101106969英 国格林尼治皇家天文台世界时授时钟（一）大地坐标系（地理坐标系）1101107070以经度与纬度表示点位的坐标系(球面坐标系统)以地球椭球的中心为原点，首子午面与赤道平面的交线为X轴，赤道平面内通过原点与X轴垂直的为Y轴。地面某点A的空间三维直角坐标：（X Y Z ）（二）空间三维直角坐标系 （地心坐标系）1101107171 A A，A A，A A（三）高斯平面直角坐标系 高斯投影是等角横切椭圆柱投影。等角投影就是 正形投影。就是在极小的区域内椭球面上的图形，投影后保持形状相似。即投影后角度不变形。1101107272高斯投影的分带和编号1101107373 中央子午线经度 投影分带号 N点在高斯平面直角坐标系中的坐标值 中央子午线的投影是X轴，赤道的投影是Y轴，其交点是坐标原点。点的X坐标是点至赤道的距离,赤道以北 x 值为正；点的Y坐标是点至中央子午线的距离，y 值有正有负。1101107474点在高斯平面直角坐标系中的坐标值 为了避免Y坐标出现负值，把Y坐标值加500公里。1101107575为了区分不同投影带中的点，在点的为了区分不同投影带中的点，在点的Y Y坐标值上加带号坐标值上加带号 N N所以点的横坐标以下式表示：所以点的横坐标以下式表示：Y=N*1000000+500000+y（四）地平坐标系地平坐标系为小范围的平面直角坐标系地平坐标系以当地的水平面为投影面通常以当地的正北方向为X坐标轴的正方向某一建筑地区的“建筑坐标系”也是一种地平坐标系 地平坐标系为独立坐标系应与国家或城市坐标系进行连测1101107676（五）平面坐标变换坐标轴的平移和旋转1101107777建筑坐标系(x,y)变换为城市坐标系(x,y)变换参数(x,y),0 0 0 0平移量(x0,y0)旋转角（五）平面坐标变换1101107878城市坐标系(x,y)变换为建筑坐标系（x,y）变换参数(x0,y0),（六）地面点的高程高程（绝对高程、海拔）高程（绝对高程、海拔）地面点到大地水准面的铅垂距离。地面点到大地水准面的铅垂距离。假定高程（相对高程）假定高程（相对高程）地面点到假定水准面的铅垂距离地面点到假定水准面的铅垂距离。1101107979高差 两点间的高程之差(不论绝对高程或相对高程)测定平均海水面(高程为零)的验潮站1101108080水准原点至1985国家高程基准“零海平面”的高程72.2604 m1101108181青岛观象山水准原点1101108282水准原点旱井1101108383水准原点玛瑙石标志1101108484水准原点标牌1101108585从水准原点测定全国各基准点高程的精密水准测量11011086861-4 测量工作的程序及基本内容基本原则控制测量地形测量施工放样基本观测量：距离,角度,高差1101108787布局上：由整体到局部由整体到局部精度上：由高级到低级由高级到低级次序上：先控制后细部先控制后细部 一.测量工作的基本原则 所有测量工作都必须遵循以上原则 也是测量的工作程序1101108888测量工作的程序由整体到局部由高级到低级先控制后细部11011089892.一等三角锁二等连续网1101109090一等三角锁为国家平面控制网的基础传统平面控制网布置形式二.控制测量11011091912.一等三角锁二等连续网1101109292 A级 GNSS 网为国家平面控制网的基础现代 GNSS 控制网布置形式 中国的法定大地坐标中心 中华人民共和国大地原点，坐落在西安之北约100公里的泾阳县内。大地原点的地面海拔高程为417.7米，它距我国陆边正北880公里，东北2500公里，正东1000公里，正南1750公里，西南2250公里，正西2930公里，西北2500公里。大致位于我国大陆领土的中心。11011093931101109494我国大地坐标系原点所在地的大门国家测绘地理信息局建立的“大地原点”1101109595中国大地坐标系的基准点建筑外观1101109696国家大地原点地面标志1101109797大地原点玛瑙中心标志三.细部测量1101109898 在控制测量基础上，测绘地形细部或进行建筑物的细部放样。浦东运河小湾桥扩建工程细部测绘 1101109999四.基本观测量 确定地面点位的三个基本要素:110110100100距离-S角度-,高差-h1-5 水准面曲率对观测量的影响在小测区内，用水平面代替水准面，讨论由此对距离和高差测量的影响：110110101101一.水准面曲率对距离测量的影响110110102102 S(km)S(cm)S/S 10 0.8 1：120万 25 12.8 1：20万 50 102.7 1：4.9万 100 821.2 1：1.2万结论：在半径小于10 km 的范围内测量 距离不必考虑水准面曲率改正。水准面曲率对距离测量影响的具体数值：110110103103二.水准面曲率对高差测量的影响110110104104水准面曲率对高差测量影响的具体数值：S(m)(m)h(mm)h(mm)100 0.8 200 3 500 20 1000 80 2000 310 110110105105 进行高程测量应顾及这种 影响并加改正或设法抵消（一）长度单位 公制单位：公里(千米)、米、分米、厘米、毫米 市制单位：里、丈、尺、寸、英制单位：海里、码、英尺、英寸1101101061061-6 测量的度量单位（二）面积和体积单位 1.面积单位：平方米(m)亩(mu)=666.6667m 公亩(are)=100m =0.15mu 公顷(hm)=10000m =15mu 平方公里(km)=100公顷 1500mu 2.体积单位 立方米(方)m1101101071072 22 22 23 32 22 2 60进制角度单位：度(d)、分(m)、秒（s)10进制角度单位：新度(g)、新分(gm)、新秒（gs)弧度单位（弧长与半径之比）：一圆周=2弧度弧度与角度单位的换算参数：一弧度=57.3 =3438 =206265110110108108（三）角度单位测量计算工作中的数值取位测量工作的基本观测量为距离、高差和角度，前二者为长度单位，后者为角度单位。在测量学的计算中，长度与角度的小数取位应与测量的精度相配合。长度以米为单位，一般取3位小数(小数点后为分米、厘米、毫米)。角度以360制的度、分、秒为单位，一般取至整秒。过少的小数取位会损失测量的精度，过多的小数取位造则成冗余数据。110110109109110110110110测量学第一章 测量学概述放映结束