第一章测量学基础

CUG测量学基础中国地质大学测绘工程系中国地质大学测绘工程系第一章绪论第一节测量学的定义及分类一、定义是一门研究测定地面点的空间位置，确定地球形状和大小，将地球表面的形状和其他信息以图表的形式表达的科学二、主要任务：精确地测定地面点的位置；确定地球的形状和大小；将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图中国地质大学测绘工程系二、测量学的分类研究区域：R=10公里，不顾及地球曲率的影响主要任务：用地图的形式描述地物、地貌1、地形测量学（terrainsurveying）研究区域：R=10公里，顾及地球曲率的影响主要任务：研究地球形状、大小；建立国家统一的坐标系；研究地球重力场理论、技术和方法2、大地测量学(geodeticsurveying)中国地质大学测绘工程系二、测量学的分类用像片来研究地物、地貌，分为航空摄影测量学和地面摄影测量学3、摄影测量学(photographicsurveying)在工程的勘测设计、施工、竣工后的变形监测中的应用4、工程测量学(engineeringsurveying)研究地图制作的理论、方法和工艺的科学5、制图学(mapping)中国地质大学测绘工程系学习本课程要求：掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程设计和施工中，要求具有应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。简而言之,通过学习本课程之后，要求大家1.会测地形图2.会用地形图3.会工程放样中国地质大学测绘工程系第二节测量工作的基准面一、地球的形状和大小天圆地方（最早）－球形（古希腊毕达哥拉斯公元前6世纪）－200年后亚里士多德证明地圆说-公元前3世纪埃拉托色尼推算出地球子午圈的周长－公元8世纪一行实地测量子午弧长－17世纪末牛顿（英国）和惠更斯（荷兰）应用力学原理提出地扁说－1873利斯廷（德国）提出大地水准面－1945莫洛坚斯基创立用地面重力测量数据研究真实地球自然表面陆地：29.2%海洋：70.8%最高：8844.43m，最低：-11022m地球平均半径：6371km中国地质大学测绘工程系第一章绪论一、水准面和铅垂线处于自由静止状态的水面水平面：与水准面相切的平面水平线：水平面上的直线铅垂线和水准面是测量工作中野外观测的基准线和基准面。第三节测量工作的基准面寻找基准面中国地质大学测绘工程系二、大地水准面1、水准面(Geoidalsurface)水准面的特性：是一个重力等位面，处处与铅垂线方向相垂直是一个有微小起伏的不规则的曲面大地水准面——自由静止的平均海水面无限穿过大陆岛屿而形成的自行封闭曲面大地体中国地质大学测绘工程系2、旋转椭球体旋转椭球体表面是测量计算和制图基准面1222222czbyax我国目前采用的是1975年“国际大地测量与地球物理联合会”推荐的椭球参数（IAG-75)，称为“1980年国家大地坐标系”三元素：长半径a=6378140m;短半径b=6356755m扁率：α＝1/298.257配合最佳的参考椭球面大地水准面大地水准面差距N参考椭球：与某国或某一地区局部大地水准面符合最佳的旋转椭球地球椭球：与整个大地水准面符合最佳的旋转椭球中国地质大学测绘工程系中国地质大学测绘工程系第三节确定地面点位的坐标系1.大地坐标系(L,B)地轴：NS子午面：包括椭球旋转轴NS的平面起始子午面：通过格林尼治平均天文台的子午面子午线或经线、经圈：子午面与椭球面的交线纬圈：垂直于旋转轴NS的平面与椭球面的交线赤道面：通过椭球中心且垂直于旋转轴的平面赤道：赤道面与椭球面的交线基准线：法线基准面：旋转椭球面中国地质大学测绘工程系大地经度L(longitude)地面点在椭球面上投影点所在的子午面与起始子午面间的平角，从首子午线起算，向东为东经(0°～180°)，向西为西经(0°～180°)。我国的经度全部为东经。大地纬度B(latitude)－过某点的法线与赤道面的交角。由赤道面起算，向北为北纬(0°～90°)，向南为南纬(0°～90°)我国的纬度全部是北纬。中国地质大学测绘工程系2、天文坐标系（λ，φ）天文经度（λ）天文纬度（φ）经纬度表示方法同大地坐标系基准线：铅垂线基准面：大地水准面中国地质大学测绘工程系天文经纬度由天文测量方法直接测定－－大地原点－－推算大地经纬度大地原点：在适当地点选择一点P，设想把椭球体与大地体相切，即此时铅垂线与法线相重合。相切点P称为大地原点中国地质大学测绘工程系“大地原点”建于１９７８年１２月，坐落在西安市北60km处泾阳县永乐镇北洪流村。坐标为东经１０８°５５′、北纬３４°３２′，海拔４１７．２０米，占地３．９２公顷，由主体建筑、中心标志、测量仪器台和投影亭等组成。主体建筑为六方体圆柱状，塔楼高２５．８米，原点在主体建筑的地下室，为红色玛瑙石制成，直径１０公分，标志中部凸起的半球上镌刻的精密“＋”字中国地质大学测绘工程系3、高斯平面直角坐标系南北方向为纵轴：x轴东西方向为横轴：y轴测量坐标系的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限为顺时针方向编号。中国地质大学测绘工程系4、高程高程某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，又称为绝对高程、海拔我国的大地水准面以黄海平均海水面高为准，并在青岛建立了水准原点1956年黄海高程系水准原点：72.289m1985年国家高程基准水准原点：72.260m高差两点的高程之差，如hAB、hBAhAB=HB-HA，hBA=HA-HB相对高程从某点到假定水准面的垂直距离中国地质大学测绘工程系在青岛观象山上，有一个神秘的，由花岗岩建造的小屋，外面有两层高栅栏，石屋子内还有三道铁将军把门。在石屋子里面，有一口旱井，井底岩石板上镶嵌着一颗直径约4.7cm的黄色玛瑙球，玛瑙上一个红色小点，上面标出“此处海拔高度72．260米”，这就是我国的“水准原点”。中国地质大学测绘工程系中国地质大学测绘工程系第四节用水平面代替水准面的限度一、地球曲率对水平距离的影响当S=3.16km时，△s:s=1:12194000当S=10km时，△s:s=1:1217700当S=20km时，△s:s=1:304400所以，在进行距离测量时可用水平面代替水准面。253)(31:)15231(,,RSSSRSRSRStgRtStS代入上式得将则而如图中国地质大学测绘工程系二、地球曲率对水平角度的影响下式中P为水平面上三角形面积，R＝6371km当P=10平方公里时，=0.05当P=100平方公里时，=0.51当P=400平方公里时，=2.03当P=2500平方公里时，=12.71所以，地球曲率对水平角度的影响很小,可不予考虑。中国地质大学测绘工程系三、地球曲率对高差的影响例：当t=10km时，△h=7.8m当t=100m时，△h=0.78mm所以，测量高差时必须考虑地球曲率的影响。RthhRththhRtRhR22)(2)(2222222中国地质大学测绘工程系结论：在半径R小于10KM的圆面积范围内进行距离测量和角度测量时可用水平面代替水准面，而在进行高差测量时必须考虑地球曲率的影响中国地质大学测绘工程系第五节测量工作的内容测定三个元素：水平角β、水平距离D和高差h。测量的基本工作：高程测量、距离测量和水平角测量测量工作的基本技能：观测、计算和绘图