测量学全集-PPT课件

郑州交通职业学院测量学课程性质：专业基础课总学时数：60学时其中：课堂理论教学50学时实验10学时使用教材：《测量学》——人民交通出版社（许娅娅等主编相关课程：测量教学实习（2周）测量学课程概述《测量学》教材内容分为两大部分第一部分：基本部分（前9章）第1章－测量学基本概念第2、3、4、5章－测量三项基本工作(H、β、D）第6章——测量误差基础第7章——控制测量第8、9章——地形图基本知识、地形图测绘与应用第二部分：专业部分（后3章）第10章——测设基本工作与施工测量第11、12章——道路中线测量§1-1测量学的任务与应用一、定义测量学：研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和水下）点空间位置的科学。二、任务1.测定（地面图纸）：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成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防建设及科学研究使用。二、任务2.测设：测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度，把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。（图纸地面）§1-1测量学的任务与应用三、测量学的分类1.普通测量学：研究确定地球表面小范围（10—25公里）内点位的理论和方法，不顾及地球曲率，把地球表面当作平面看待。2.大地测量学：研究地球表面广大区域点位测定的理论和方法。包括地球的大小和形状的测定、大地区控制测量、天文和重力测量。§1-1测量学的任务与应用§1-1测量学的任务与应用三、测量学的分类3.摄影测量与遥感学：利用摄影相片或遥感技术来确定地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位置的学科。§1-1测量学的任务与应用三、测量学的分类4.海洋测绘学：以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和海图编绘工作，属于海洋测绘学的范畴。5.工程测量学：研究工程建设和资源开发中，在规划、设计、施工、管理各阶段进行的控制测量、地形测绘和施工放样、变形监测的理论、技术和方法的学科。6.制图学：是利用测量所得的成果资料，研究如何投影编绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。本书主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容。§1-1测量学的任务与应用四、测量学的作用勘测设计阶段:测绘各种比例尺的地形图,供规划、设计使用施工阶段:施工测量、测设(施工放样)、竣工测量和变形观测运营管理阶段:建（构）筑物变形观测和安全监测预报、扩建改建§1-2测量学的发展与现状一、测量学的发展简史世界最早的测量记载：公元前21世纪《史记.夏本记》记载“准、绳、规、距”世界最早的地球球体说：公元前6世纪，古希腊毕达哥拉斯，地球自转世界最早的测量仪器：公元前3世纪中国四大发明之一司南，即指南针世界最早提出大地测量名词：公元前3世纪古希腊亚里士多德提出世界最早的地图论著：公元前3世纪古希腊埃拉托色尼《地理学》提出经纬图，地球周长世界最早的天文测量仪器：公元100年，中国东汉张衡，混天仪§1-2测量学的发展与现状一、测量学的发展简史世界最早的地图制图规范：公元265年，中国西晋裴秀《禹贡地域图》序言“制图六体”世界最早的地形模型：公元421年，中国南朝谢庄制造《木方丈图》世界最早的近代地球仪：1429年，德国白海姆制作世界最早的地球投影：1569年，德国墨卡托投影世界最早的望远镜：1608年，荷兰，汉斯发明望远镜世界最早的近代测量工作：1617年，荷兰，斯纳尔在世界首次进行三角测量世界最早的地球椭球论：1672年，法国里歇通过观测钟摆周期的实验，推论地球是椭球；1687年，英国牛顿在《自然哲学的数学原理》书中根据万有引力定律证明了地球是旋转椭球的理论§1-2测量学的发展与现状一、测量学的发展简史高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代测量史的杰出代表，现代测绘科学的奠基人，德国著名的数学家、物理学家、天文学家。1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代测量平差理论的基础，1809年正式发表（概率论创始人法国拉格朗日1806年发表最小二乘原理）1822年，创立高斯投影理论，1912年由德国大地测量学家克吕格补充完善，正式建立高斯-克吕格投影和高斯-克吕格平面直角坐标系，简称高斯平面直角坐标系1826年，创立三角测量控制网整体条件平差理论1828年，提出平均海水面概念，为全球建立大地水准面作为高程基准面打下基础§1-2测量学的发展与现状二、测量学的发展现状望远镜的发明，推动了光学测量仪器（如光学水准仪、经纬仪）的发展和广泛使用1859年第一台地形摄影机在法国制造，洛斯达开创了地面摄影测量方法1903年飞机的发明，1915年第一台自动连续航空摄影机在德国蔡司测绘仪器厂研制成功，使航空摄影测量成为现实1947年瑞典生产第一台光电测距仪，世界从此进入电子测量时代。随后相继出现了微波测距仪、激光测距仪、红外测距仪等电子经纬仪+光电测距仪+计算机=电子全站仪§1-2测量学的发展与现状二、测量学的发展现状从游标经纬仪→光学经纬仪→电子经纬仪→电子全站仪→数字智能型全站仪从光学水准仪→自动安平水准仪→电子水准仪→数字水准仪从地面摄影测量→航空摄影测量→数字摄影测量→卫星遥感（RS）图像处理→三维激光扫描系统从野外白纸测图→计算机机助制图→数字化自动成图→地理信息系统（GIS）从全球卫星定位系统（GPS）→“3S”集成技术§1-2测量学的发展与现状三、我国测量事业的发展建立和统一了全国坐标系统和高程系统建立了全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网、完成了大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测绘工作已完成全国GPS大地控制网和GIS基础框架进行了珠穆朗玛峰高程的测量。制定了各种测绘技术规范（规程）和法规，统一了技术规格和精度指标。测绘仪器生产发展迅速，不仅生产出各等级的经纬仪、水准仪、平板仪，而且还能批量生产电子经纬仪、电磁波测距仪、自动安平水准仪、全站仪、GPS接收机、解析测图仪等。§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小1.地球的形状和大小地球是一个表面起伏较大的椭球地球表面最高峰：8844.43m海洋底部最深处:11022.00m地球表面最大高差近20km地球平均半径:6371km地球又是一个近似光滑的水球大陆面积:占29%海洋面积:占71%§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小2.测量基准面（1）大地水准面水准面：设想有一个自由平静的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把自由平静的海水面称为水准面。水准面是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小2.测量基准面（1）大地水准面大地水准面：水准面有无数个，其中通过平均海水面的一个水准面称为大地水准面。由大地水准面所包围的地球形体称为大地体。大地水准面和铅垂线是测量工作的基准面和基准线。§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小2.测量基准面（1）大地水准面（2）参考椭球面为使用方便，通常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。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称为旋转椭球。§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小2.测量基准面（1）大地水准面（2）参考椭球面椭球的基本元素有：长半径为a，短半径为b，扁率旋转椭球理论上是唯一的数学球体；旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为参考椭球。ZYXabaf§1-3测量学的基础知识一、地球的形状和大小2.测量基准面（1）大地水准面（2）参考椭球面根据一定的条件，确定参考椭球与大地水准面的相对位置，所作的测量工作，称为参考椭球体的定位。以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点进行定位，建立了全国统一坐标系，即“1980年国家大地坐标系”。§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定测量工作的实质是确定地面点的空间位置，地面点的空间位置可用三维的空间直角坐标（X，Y，Z）或用二维坐标系(x,y)（如大地坐标系）和一维坐标系（如指定的高程系统（H）来表示，可写为(x,y，H)§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定1．大地坐标系表示地面点在地球椭球面上的位置，用大地经度L和大地纬度B表示。基准面：参考椭球面基准线：法线§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定2．空间直角坐标系以椭球体中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴，指向符合右手规则。在该坐标系中，P点的点位用OP在这三个坐标轴上的投影x,y,z表示。§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定3．独立平面直角坐标系测量工作中采用的平面直角坐标系如图所示。规定：南北方向为纵轴X轴，向北为正；东西方向为横轴Y轴,向东为正。yA西y(东)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AxAo(西南角)(北)§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定3．独立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§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（1）高斯投影高斯投影：横切椭圆柱正形投影。又称为高斯—克吕格投影。目的：将球面坐标转换为平面坐标。§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（1）高斯投影OSN赤道面中央子午线M§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（1）高斯投影中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。为保证投影精度，必须采用分带投影。§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（2）高斯平面直角坐标系坐标原点：中央子午线和赤道的交点x坐标：中央子午线的投影向北为正。y坐标：赤道的投影，向东为正。WENSABoybyayx§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（2）高斯平面直角坐标系（1）6度投影带：中央子午线经度为（2）3度投影带：中央子午线经度为360NLnL3'0§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（2）高斯平面直角坐标系我国位于北半球(赤道以北)，x坐标值均为正值，而y坐标值则有正有负。为了避免y坐标值出现负值，我国规定将每带的坐标原点向西移500km。由于各投影带上的坐标系是采用相对独立的高斯平面直角坐标系，为了能正确区分某点所处投影带的位置，规定在横坐标值前面冠以投影带带号。§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定4．高斯平面直角坐标系（2）高斯平面直角坐标系B点真正横坐标yb＝-124625.723m；按照上述规定，y值应改写为yb＝20(-124625.723+500000)＝20375374.277WENSABoybyayxWENSABoybya500kmyx§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定5．高程系统（确定该点沿铅垂方向到某基准面的距离。）绝对高程（海拔）：指某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用Ｈ表示。相对高程：某点距假定水准面的铅垂距离。高差：地面上两点间的高程之差。ABHAHBH'AH'B黄海平均海水面大地水准面假定水准面hAB''ABABABHHHHh§1-3测量学的基础知识二、地面点位的确定5．高程系统高程基准面如何确定，基准点的高程为多少呢？以青岛验潮站多年的观测资料求得黄海平均海水面，作为我国的高程基准面，建立了“1956年黄海高程系”，并在青岛市观象山上建立了国家水准基点（Ｈ=72.289m）。在1987年启用“1985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程Ｈ＝72.260m。§1-3测量学的基础知识三、用水平