測繪學(xué)概論教案

1、南陽師院課程（課時(shí)）教學(xué)計(jì)劃課 程： 測繪學(xué)概論 教 師： 王 永 麗 院（系）： 環(huán)境科學(xué)與旅游學(xué)院 學(xué)年學(xué)期： 2015-2016學(xué)年第一學(xué)期 南陽師范學(xué)院課程教學(xué)安排教材名稱及使用版本測繪學(xué)概論寧津生第二版本課程教學(xué)計(jì)劃課時(shí)數(shù)64本課程實(shí)際安排課時(shí)數(shù)64教學(xué)內(nèi)容及課時(shí)分配情況第1章 緒論（4學(xué)時(shí)，講授）測繪學(xué)的概念、基本內(nèi)容以及發(fā)展和展望；學(xué)科分類及其科學(xué)地位和作用第二章大地測量學(xué)（8學(xué)時(shí)，講授）大地測量學(xué)的基本任務(wù)、作用與服務(wù)對象、現(xiàn)代發(fā)展和學(xué)科分類；大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)和大地測量常數(shù)、坐標(biāo)框架高程系統(tǒng)和深度基準(zhǔn)，重力系統(tǒng)和重力測量框架；實(shí)用大地測量學(xué)的任務(wù)與方法，國家平面控制網(wǎng)、高程控制

2、網(wǎng)和重力控制網(wǎng)；橢球面大地測量學(xué)的基本任務(wù)，大地線極其解算，高斯克呂格投影與地形圖分帶；物理大地測量學(xué)的任務(wù)和內(nèi)容，地球重力場，重力測量技術(shù)；衛(wèi)星大地測量學(xué)的內(nèi)容、技術(shù)特點(diǎn)與作用，衛(wèi)星激光測距技術(shù)，測高技術(shù)，甚長基線干涉測量技術(shù)第三章攝影測量學(xué)（12學(xué)時(shí)，講授）攝影測量學(xué)的概念，分類及發(fā)展；攝影機(jī)的內(nèi)外方位元素，共線方程及恢復(fù)外方位元素的方法；平面和立體攝影測量，空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差，數(shù)字高程模型與等高線測繪；攝影測量自動(dòng)化發(fā)展與影像匹配原理，數(shù)字影像極其匹配原理，內(nèi)定向與相對定向自動(dòng)化，核線與核線影像，dem 的自動(dòng)生成，數(shù)字糾正，三維景觀影像圖與數(shù)碼城市；數(shù)字?jǐn)z影測量與計(jì)算機(jī)視覺，信息

3、獲取的種類與方法，數(shù)字?jǐn)z影測量理論和實(shí)踐的發(fā)展第4章 地圖制圖學(xué)（6學(xué)時(shí)，講授）地圖的特征，內(nèi)容和分類；地圖投影、定向及比例尺，地圖符號、色彩及注記；普通地圖要素的表示，制圖綜合及其設(shè)計(jì)、編制過程和工藝流程；專題地圖的分類、表示方法及其設(shè)計(jì)與編制；地圖集的特點(diǎn)、分類及其設(shè)計(jì)與編制；電子地圖的特點(diǎn)，技術(shù)基礎(chǔ)，種類及設(shè)計(jì)；地圖、多媒體地學(xué)信息和三維仿真地圖可視化，虛擬環(huán)境；常規(guī)地圖的應(yīng)用，電子地圖的應(yīng)用；數(shù)字地圖制圖技術(shù)的發(fā)展，地圖學(xué)新理論的不斷探索，自動(dòng)地圖制圖綜合的發(fā)展趨勢，空間信息可視化的發(fā)展趨勢；第5章 工程測量學(xué)（6學(xué)時(shí)，講授）工程測量學(xué)的含義和發(fā)展概況；規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，施工建設(shè)階段，運(yùn)行

4、管理階段及典型的工程測量問題；工程測量儀器和方法；控制網(wǎng)的坐標(biāo)系、作用和分類、設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理；施工放樣方法、曲線測設(shè)，三維工業(yè)測量，竣工測量；變形監(jiān)測的目的和內(nèi)容，變形監(jiān)測的方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)整理及其資料整理和成果表達(dá)；工程測量學(xué)的發(fā)展展望第六章海洋測繪學(xué)（4學(xué)時(shí)，講授）海洋測繪的特點(diǎn)及高新技術(shù)的運(yùn)用；海洋大地測量，海道測量，海洋重力測量，磁力測量，水文測量，海底地形測量，工程測量，海圖學(xué)；海洋衛(wèi)星測高，控制測量，定位測量，水深測量及海圖制圖備注1、教材與參考書：教材：測繪學(xué)概論，武漢大學(xué)出版社，寧津生，陳俊勇，李德仁，劉經(jīng)南，張祖勛等，2004，10；參考書：無2、作業(yè)和考核方式：課程結(jié)束后，通

5、過閉卷考試3.其它注意事項(xiàng)：部分課程如海洋測量及數(shù)字化地球等內(nèi)容，可以安排學(xué)生以自學(xué)為主。南陽師范學(xué)院課時(shí)教學(xué)計(jì)劃章節(jié)第一章課題緒論計(jì)劃課時(shí)數(shù)4授課班級15級測繪7班教學(xué)目的1.了解測繪學(xué)的基本概念；2.掌握測繪學(xué)研究內(nèi)容、學(xué)科分類；3.熟悉測繪學(xué)的現(xiàn)代概念和內(nèi)涵。教學(xué)重點(diǎn)測繪學(xué)的基本體系和主要內(nèi)容教學(xué)難點(diǎn)無教學(xué)方法和手段課堂講解備注教 學(xué) 內(nèi) 容批注1.1測繪學(xué)的基本概念與研究內(nèi)容 測繪學(xué)：研究測定和推算地面點(diǎn)的幾何位置、地球形狀及地球重力場，據(jù)此測量地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何分布，并結(jié)合某些社會(huì)信息和自然信息的地球分布，編制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地圖和專題地圖的理論和技術(shù)的學(xué)科。

6、 它是地球科學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。 研究內(nèi)容： 1、研究建立測量基準(zhǔn)、確定地面點(diǎn)位的技術(shù)與方法 在已知的地球的形狀、大小及其重力場的基礎(chǔ)上建立一個(gè)統(tǒng)一的地球坐標(biāo)系統(tǒng)，用以表示地球表面及其外部空間任一點(diǎn)在這個(gè)坐標(biāo)系中的準(zhǔn)確的幾何位置（b l h) 。 2、測繪地形原圖并建立各種地理信息系統(tǒng)。 有了大量的地面點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，就可進(jìn)行地表形態(tài)的（自然形態(tài)：水系、地貌、土壤和植被；人工形態(tài)：居民地、道路、管線等）位置的測繪工作。 3、研究地圖制作的理論、技藝和方法 4、研究海洋環(huán)境下的測繪方法 5、在各個(gè)領(lǐng)域的的應(yīng)用研究 6、研究觀測數(shù)據(jù)處理和平差問題 1、測繪學(xué)有悠久的歷史 測繪起源于社會(huì)的生產(chǎn)需求隨著

7、社會(huì)的進(jìn)步而發(fā)展 2、測繪學(xué)的研究對象是地球。它隨著人類對地球形狀認(rèn)識的深化和測定的精確度提高而向前發(fā)展 天圓地方說：人類初期對地球的認(rèn)識 地圓說：公元6世紀(jì) 地扁說：公元十七世紀(jì)牛頓提出 非橢球性（梨形）認(rèn)識：公元十九世紀(jì) 真實(shí)地球：1849年-1945年1.2測繪學(xué)的歷史發(fā)展 測繪學(xué)的研究結(jié)果是地圖。地圖的演變及其制作方法的進(jìn)步是測繪學(xué)發(fā)展的重要標(biāo)志.測繪學(xué)獲取觀測成果的工具是測量儀器，它的形成和發(fā)展依賴于測繪方法和儀器的創(chuàng)造和變革 古老的測量方法： 皮尺、指南針等 光學(xué)儀器的測量： 經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀等 電子儀器及其它測量方法： 電子經(jīng)緯儀、全站儀、自動(dòng)繪圖儀、gps、遙感圖片等1.3測繪學(xué)

8、的學(xué)科分類 大地測量學(xué) 幾何大地測量學(xué) 物理大地測量學(xué) 空間大地測量學(xué) 大地測量方法 幾何法 物理法 衛(wèi)星法 幾何法:所謂幾何法是用幾何觀測量(距離、角度、方向、高差)來建立水平控制網(wǎng)或高程控制網(wǎng)，提供地面點(diǎn)的水平位置或高程。如圖所示為三角測量作業(yè)。 物理法: 物理法是用地球的重力等物理觀測量通過地球重力場的理論和方法推求大地水準(zhǔn)面相對于地球橢球的距離(稱為大地水準(zhǔn)面差距)、地球橢球的扁率(地球形狀)等。如圖為重力測量作業(yè)。 衛(wèi)星法:衛(wèi)星法是利用人造地球衛(wèi)星觀測量進(jìn)行空間定位，提供地面點(diǎn)在地心坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。如圖為衛(wèi)星定位作業(yè)。攝影測量與遙感 它是研究利用攝影或遙感的手段獲取目標(biāo)物的影像數(shù)

9、據(jù)，從中提取幾何的或物理的信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)測繪成果的學(xué)科。 主要研究內(nèi)容：獲取目標(biāo)物的影像，對影像進(jìn)行處理，將所測得的成果用圖形、圖像或數(shù)字表示。由于現(xiàn)代航天技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)代遙感技術(shù)可以提供比光學(xué)攝影所獲得的黑白像片更為豐富的影像信息，因此在攝影測量學(xué)中引進(jìn)廠遙感技術(shù)，促進(jìn)了航天測繪的發(fā)展。 地圖制圖學(xué)與地理信息工程 是利用測量所得的成果資料，研究如何投影編繪和制印各種地圖的工作，屬于制圖學(xué)的范疇。 傳統(tǒng)的地圖投影內(nèi)容： 地圖投影 ；地圖編制 ；地圖設(shè)計(jì) ；地圖制印 地圖應(yīng)用主要內(nèi)容：空間信息的采集，圖形、圖像處理功能的開發(fā)，組件式gis技術(shù)，資源信息系統(tǒng)的標(biāo)

10、準(zhǔn)化，空間數(shù)據(jù)庫信息，信息系統(tǒng)模型的研究，gis軟件的研究。 此時(shí)地圖是以數(shù)字形式存儲在計(jì)算機(jī)中，稱之為數(shù)字地圖。 工程測量學(xué) 定義一：工程測量學(xué)主要研究在工程、工業(yè)和城市建設(shè)以及資源開發(fā)各個(gè)階段所進(jìn)行的地形和有關(guān)信息的采集和處理，施工放樣、設(shè)備安裝、變形監(jiān)測分析和預(yù)報(bào)等的理論、方法和技術(shù)，以及研究對測量和工程有關(guān)的信息進(jìn)行管理和使用的學(xué)科。 定義二：工程測量學(xué)是研究各項(xiàng)基建工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。 定義三：工程測量學(xué)是研究地球空間（包括地面、地下、水下、空中）中具體幾何實(shí)體的測量描繪和抽象幾何實(shí)體的測設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)的一門應(yīng)用性學(xué)科。 總的來

11、說工程測量學(xué)包括兩大部分： 以工程建筑為對象的工程測量 以機(jī)器和設(shè)備為對象的工業(yè)測量 總的來說工程測量學(xué)包括兩大部分：1. 以工程建筑為對象的工程測量一 提供地物、地貌資料二 建筑物的施工放樣 三 各類工程建設(shè)物形變、山體地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、機(jī)理解釋和預(yù)報(bào)四 與研究對象有關(guān)的信息系統(tǒng)的建立和應(yīng)用等2. 以機(jī)器和設(shè)備為對象的工業(yè)測量一 大型精密設(shè)備的安裝和調(diào)試測量二 工業(yè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量檢測和控制三 工程測量專用儀器的研制與應(yīng)用 海洋測繪學(xué) 研究以海洋水體和海底為對象所進(jìn)行的測量及海圖編制理論和方法技術(shù)的學(xué)科。 研究內(nèi)容： 海洋大地測量控制網(wǎng) 海洋測量的基準(zhǔn)研究 海洋定位系統(tǒng) 衛(wèi)星定位 聲學(xué)定位 水深測

12、量技術(shù) 海底地形及數(shù)字化技術(shù) 海洋地球物理測量等 主要是測量內(nèi)容綜合性強(qiáng)，需多種儀器配合施測，同時(shí)完成多種觀測項(xiàng)目； 測區(qū)條件比較復(fù)雜，海面受潮汐、氣象等影響起伏不定;大多為動(dòng)態(tài)作業(yè),測者不能用肉眼通視水域底部，精確測量難度較大。 一般均采用無線電導(dǎo)航系統(tǒng)、電磁波測距儀器、水聲定位系統(tǒng)、衛(wèi)星組合導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航組合系統(tǒng)，以及天文方法等進(jìn)行控制點(diǎn)的測定和測點(diǎn)的定位；采用水聲儀器、激光儀器，以及水下攝影測量方法等進(jìn)行水深測量和海底地形測量；采用衛(wèi)星技術(shù)、航空測量以及海洋重力測量和磁力測量等進(jìn)行海洋地球物理測量。四、 測繪學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展 1、3s技術(shù)遙感（remote sensing rs） 不接觸

13、物體本身，用傳感器收集目標(biāo)物的電磁波信息，經(jīng)處理、分析后，識別目標(biāo)物，揭示其幾何、物理特性和相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的科學(xué)技術(shù)。地理信息系統(tǒng) (geographic information system gis) 在計(jì)算機(jī)軟件和硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格式輸入、存儲、檢索、顯示和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)（global positioning system gps） 美國發(fā)展的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位的軍事系統(tǒng)。 gps是美國軍方在1973年開始發(fā)展的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位軍事系統(tǒng)，由分布在6個(gè)軌道上的24個(gè)衛(wèi)星組成。大約在1983年開始用于解決大地測量問題。它的基

14、本定位原理是依據(jù)用戶和4顆衛(wèi)星之間的偽距測量，根據(jù)衛(wèi)星在適當(dāng)參考框架中的已知坐標(biāo)確定用戶接收機(jī)天線的坐標(biāo)。信號由衛(wèi)星發(fā)出，基本觀測值是由衛(wèi)星天線到接收機(jī)天線信號的傳播時(shí)間間隔，然后用信號傳播速度將信號傳播時(shí)間換算成距離1.4測繪學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展 遙感(rs)是不接觸物體本身，用傳感器采集目標(biāo)物的電磁波信息，經(jīng)處理、分析后，識別目標(biāo)物，揭示其幾何、物理性質(zhì)和相互聯(lián)系及其變化規(guī)律的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。物體的種類及所處環(huán)境不同，具有反射或輻射不同波長的電磁波的特性。遙感技術(shù)就是利用物體的這種電磁波特性，通過測量電磁波，從而判讀和分析地表的目標(biāo)及現(xiàn)象，達(dá)到識別物體及物體所在的環(huán)境條件的技術(shù)。 gis是在計(jì)算機(jī)軟

15、件和硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖和綜合分析應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)。是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間地理分布數(shù)據(jù)相結(jié)合，通過系列空間操作和分析方法，為地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和工程設(shè)計(jì)、政府行政職能和企業(yè)經(jīng)營提供規(guī)劃、管理和決策有用的信息，并回答用戶提出的有關(guān)問題。1.5測繪學(xué)的科學(xué)地位和作用在科學(xué)研究中的作用；國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的作用；在國防建設(shè)中的作用；在社會(huì)發(fā)展中的作用章節(jié)第二章課題大地測量學(xué)計(jì)劃課時(shí)數(shù)2授課班級15級測繪7班教學(xué)目的1.熟悉大地測量學(xué)的概念、基本任務(wù)和作用；2.熟悉大地測量學(xué)的分支學(xué)科及它們的任務(wù)和方法。教學(xué)重點(diǎn)大地測量學(xué)的基本任務(wù)、作用與

16、服務(wù)對象、現(xiàn)代發(fā)展和學(xué)科分類；大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)和大地測量常數(shù)、坐標(biāo)框架高程系統(tǒng)和深度基準(zhǔn)，重力系統(tǒng)和重力測量框架教學(xué)難點(diǎn)平面控制網(wǎng)，高程控制網(wǎng)，大地線極其解算，高斯克呂格投影與地形圖分帶教學(xué)方法和手段課堂講解備注教 學(xué) 內(nèi) 容批注2.1概述2 .1 .1 大地測量學(xué)的基本任務(wù)大地測量學(xué)是一門古老而又年輕的科學(xué), 是地球科學(xué)的一個(gè)分支。其基本目標(biāo)是測定和研究地球空間點(diǎn)的位置、重力及其隨時(shí)間變化的信息, 為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展、國家安全、以及地球科學(xué)和空間科學(xué)研究等提供大地測量基礎(chǔ)設(shè)施、信息和技術(shù)支持?，F(xiàn)代大地測量學(xué)與地球科學(xué)和空間科學(xué)的多個(gè)分支相互交叉, 已成為推動(dòng)地球科學(xué)、空間科學(xué)和軍事科學(xué)

17、發(fā)展的前沿科學(xué)之一, 其范圍也已從測量地球發(fā)展到測量整個(gè)地球外空間。v 大地測量學(xué)的基本任務(wù)是: ( 1) 建立和維護(hù)高精度全球和區(qū)域性大地測量系統(tǒng)與大地測量參考框架; ( 2) 獲取空間點(diǎn)位置的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息; ( 3 )測定和研究地球形狀大小、地球外部重力場及其隨時(shí)間的變化; ( 4) 測定和研究全球和區(qū)域性地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象, 包括地球自轉(zhuǎn)與極移、地球潮汐、板塊運(yùn)動(dòng)與地殼形變以及其他全球變化; (5 )研究地球表面觀測量向橢球面和平面的投影變換及相關(guān)的大地測量計(jì)算問題; ( 6) 研究新型的大地測量儀器和大地測量方法; ( 7) 研究空間大地測量理論和方法; ( 8) 研究月球和行星大地測量

18、理論和方法, 研究月球或行星探測器定位、定軌和導(dǎo)航技術(shù), 構(gòu)建月球或行星坐標(biāo)參考系統(tǒng)和框架, 探測月球和行星重力場。v 20 世紀(jì)70 年代以前的大地測量通常稱為傳統(tǒng)大地測量。70 年代以后, 形成了現(xiàn)代大地測量, 它通常具有六個(gè)特點(diǎn)。1 . 長距離、大范圍2 . 高精度 3 . 實(shí)時(shí)、快速4 .“時(shí)間維” 5 . 地心 6 . 學(xué)科的融合教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .1 .2 大地測量學(xué)的作用與服務(wù)對象大地測量學(xué)是測繪科學(xué)與技術(shù)的重要理論基礎(chǔ), 是地理信息系統(tǒng)、數(shù)字地球、數(shù)字中國和數(shù)字區(qū)域的幾何和物理的基礎(chǔ)平臺, 它通過將各種空間信息源統(tǒng)一起來, 重構(gòu)這些信息源之間的幾何和物理的拓?fù)潢P(guān)聯(lián)。因此,

19、大地測量是組織、管理、融合和分析地球海量時(shí)空信息的一個(gè)數(shù)理基礎(chǔ), 也是描述、構(gòu)建和認(rèn)知地球, 進(jìn)而解決地球科學(xué)問題的一個(gè)時(shí)空平臺。 任何與地理位置有關(guān)的測繪都必須以法定的或協(xié)議的大地測量基準(zhǔn)為基礎(chǔ)。各種測繪只有在大地測量基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上, 才能獲得統(tǒng)一的、協(xié)調(diào)的、法定的坐標(biāo)和高程系統(tǒng), 才能獲得正確的點(diǎn)位和海拔高以及點(diǎn)之間的空間關(guān)系和尺度。v 1 . 經(jīng)濟(jì)建設(shè) 大地測量廣泛應(yīng)用于大范圍、跨地區(qū)工程的精密測量控制, 是確保工程規(guī)劃放樣到實(shí)地,確保按設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施的一種重要技術(shù)手段。v 2 . 資源與環(huán)境發(fā)展測定全球和局域重力場及其時(shí)變 勘探地下資源大地測量形變監(jiān)測 地震、地質(zhì)等災(zāi)害監(jiān)測、分析和預(yù)報(bào)空間

20、大地測量技術(shù) 無線通信、氣象、汛情、全球變化的預(yù)報(bào)預(yù)測v 3 . 空間技術(shù)與航天工程v 4 . 地球自轉(zhuǎn)與地球動(dòng)力學(xué)5 . 國防安全與軍事信息化2 .1 .3 大地測量學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展20 世紀(jì)80 年代以來, 由于空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛躍發(fā)展, 以電磁波測距、衛(wèi)星測量、甚長基線干涉測量等為代表的新的大地測量技術(shù)出現(xiàn), 給傳統(tǒng)大地測量帶來了革命性的變革, 形成了現(xiàn)代大地測量學(xué)?，F(xiàn)代大地測量則已超過原來傳統(tǒng)的研究內(nèi)容, 將原來所考慮的靜態(tài)內(nèi)容, 在長距離、大范圍、實(shí)時(shí)和高精度測量的條件下, 和時(shí)間(歷元) 這一因素聯(lián)系起來。 現(xiàn)代大地測量學(xué)業(yè)已形成了學(xué)科交叉意義上的一門科學(xué), 它將更大地

21、影響和促進(jìn)地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和行星科學(xué)的發(fā)展。教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .1 .4 大地測量學(xué)的學(xué)科分類大地測量學(xué)的學(xué)科有著多種分類方法, 而且相互交叉。本書按照所研究的內(nèi)容將現(xiàn)代大地測量學(xué)分為四類: 實(shí)用大地測量學(xué)、橢球面大地測量學(xué)、物理大地測量學(xué)和衛(wèi)星大地測量學(xué)。海洋大地測量學(xué)、動(dòng)力大地測量學(xué)以及月球和行星大地測量學(xué) 主要是利用上述四個(gè)方面內(nèi)容中的有關(guān)理論和方法形成的。2.2大地測量系統(tǒng)與參考框架大地測量系統(tǒng)是總體概念, 大地測量參考框架是大地測量系統(tǒng)的具體應(yīng)用形式。 大地測量系統(tǒng)包括：坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)/ 深度基準(zhǔn)和重力參考系統(tǒng)。 與大地測量系統(tǒng)相對應(yīng), 大地測量參考框架有： 坐標(biāo)( 參考)

22、 框架、高程( 參考) 框架和重力測量( 參考) 框架三種。2 .2 .1 大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)和大地測量常數(shù) 根據(jù)其原點(diǎn)位置不同, 分為地心坐標(biāo)系統(tǒng)和參心坐標(biāo)系統(tǒng)。 從表現(xiàn)形式上分, 大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)又分為 空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)、大地坐標(biāo)系統(tǒng)和球坐標(biāo)系統(tǒng)三種形式。 空間直角坐標(biāo)一般用( x, y, z)表示; 大地坐標(biāo)用(經(jīng)度, 緯度, 大地高h(yuǎn) )表示, 其中大地高h(yuǎn) 是指空間點(diǎn)沿橢球面法線方向高出橢球面的距離。1. 地心坐標(biāo)系統(tǒng) 地心坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下四個(gè)條件: ( 1) 原點(diǎn)位于整個(gè)地球(包括海洋和大氣) 的質(zhì)心; ( 2)尺度是廣義相對論意義下某一局部地球框架內(nèi)的尺度; ( 3)定向?yàn)閲H時(shí)

23、間局測定的某一歷元的協(xié)議地極和零子午線, 稱為地球定向參數(shù)eop ; ( 4 ) 定向隨時(shí)間的演變滿足地殼無整體運(yùn)動(dòng)的約束條件。教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 . 參心坐標(biāo)系統(tǒng) 參心坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)位于參考橢球中心, z 軸( 橢球旋轉(zhuǎn)軸) 與地球自轉(zhuǎn)軸平行, x 軸在參考橢球的赤道面并平行于天文起始子午面。 新中國成立初期, 由于缺乏天文大地網(wǎng)觀測資料, 我國暫時(shí)采用了克拉索夫斯基參考橢球, 并與前蘇聯(lián)1942 年坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)測, 通過計(jì)算建立了我國大地坐標(biāo)系統(tǒng), 稱為北京1954 (大地) 坐標(biāo)系統(tǒng)。20 世紀(jì)80 年代, 采用iugg75 橢球?yàn)閰⒖紮E球, 經(jīng)過大規(guī)模的天文大地網(wǎng)計(jì)算, 建立了比較

24、完善的我國獨(dú)立的參心坐標(biāo)系統(tǒng), 稱為西安1980 坐標(biāo)系統(tǒng)。西安1980坐標(biāo)系統(tǒng)克服了北京1954 坐標(biāo)系統(tǒng)對我國大地測量計(jì)算的某些不利影響。3 . 大地測量常數(shù) 大地測量常數(shù)是指與地球一起旋轉(zhuǎn)且和地球表面最佳吻合的旋轉(zhuǎn)橢球(即地球橢球) 幾何和物理參數(shù)。 它分為基本常數(shù)和導(dǎo)出常數(shù)。 基本常數(shù)惟一定義了大地測量系統(tǒng)。 導(dǎo)出常數(shù)由基本常數(shù)導(dǎo)出 , 便于大地測量應(yīng)用。 大地測量常數(shù)按屬性分為幾何常數(shù)和物理常數(shù)。 我國西安 1980 坐 標(biāo)系統(tǒng)采用 iugg75 的大地測量常數(shù)。 目前 , 正被廣泛使用的常數(shù)是 grs80 定義的。2 .2 .2 大地測量坐標(biāo)框架1 . 參心坐標(biāo)框架 傳統(tǒng)的大地測量

25、坐標(biāo)框架是由天文大地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和維持的 , 一般定義在參心坐標(biāo)系統(tǒng)中 , 是一種區(qū)域性、二維、靜態(tài)的地球坐標(biāo)框架。 20 世紀(jì) , 世界上絕大部分國家或地區(qū)都采用天文大地網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)和維持各自的參心坐標(biāo)框架。2 . 地心坐標(biāo)框架 國際地面參考框架( itrf )是國際地面參考系統(tǒng)( itrs )的 具體實(shí) 現(xiàn)。 它以甚長基線干涉測量( vlbi) 、衛(wèi)星激光測距( slr )、激光測月 ( llr )、gps 和 衛(wèi)星多普勒定軌定位( doris )等空間大地測量技術(shù)構(gòu)成全球觀測網(wǎng)點(diǎn) , 經(jīng)數(shù)據(jù)處理 , 得到 itrf點(diǎn) (地面觀測站)的 站坐標(biāo)和 速度場等。 教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .2 .3 高程系

26、統(tǒng)和高程框架1 . 高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)定義了陸地上高程測量的起算點(diǎn)。區(qū)域性高程基準(zhǔn)可以用驗(yàn)潮站的長期平均海面來確定 , 通常定義該平均海面的高程為零。 在地面預(yù)先設(shè)置好一固定點(diǎn) ( 組 ) , 利用精密水準(zhǔn)測量聯(lián)測固定點(diǎn)與該平均海面的高差 , 從而確定固定點(diǎn) ( 組 ) 的海拔高程。 這個(gè)固定點(diǎn)就稱為水準(zhǔn)原點(diǎn) , 其高程就是區(qū)域性水準(zhǔn)測量的起算高程。2 . 高程系統(tǒng) 我國的高程系統(tǒng)采用正常高系統(tǒng)。 正常高的起算面是似大地水準(zhǔn)面( 似大地水準(zhǔn)面可由物理大地測量方法確定)。 由地面點(diǎn)沿垂線向下至似大地水準(zhǔn)面之間的距離 , 就是該點(diǎn)的正常高 , 即該點(diǎn)的高程。3 . 高程框架 高程框架是高程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

27、。 我國水準(zhǔn)高程框架由全國高精度水準(zhǔn)控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn),以黃海高程基準(zhǔn)為起算基準(zhǔn),以正常高系統(tǒng)為水準(zhǔn)高差傳遞方式。 水準(zhǔn)高程框架分為四個(gè)等級,分別稱為國家一、二、三、四等水準(zhǔn)控制網(wǎng)。 框架點(diǎn)的正常高采用逐級控制,其現(xiàn)勢性通過一等水準(zhǔn)控制網(wǎng)的定期全線復(fù)測和二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)部分復(fù)測來維護(hù)。2 .2 .4 深度基準(zhǔn)1 . 深度基準(zhǔn)概念 深度是指在海洋(主要指沿岸海域) 水深測量所獲得的水深值 , 是從測量時(shí)的海面( 即瞬時(shí)海面)起算的。由于受潮汐、海浪和海流等的影響 , 瞬時(shí)海面的位置會(huì)隨時(shí)間發(fā)生變化 , 因此 ,同一測深點(diǎn)在不同時(shí)間測得的瞬時(shí)深度值是不一樣的。 為此 , 必須規(guī)定一個(gè)固定的水面作為深度的參考

28、面 , 把不同時(shí)間測得的深度都化算到這一參考水面上去。 這一參考水面即稱為深度基準(zhǔn)面。教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .2 .5 重力系統(tǒng)和重力測量框架重力是重力加速度的簡稱。重力測量就是測定空間一點(diǎn)的重力加速度。 重力基準(zhǔn)就是標(biāo)定一個(gè)國家或地區(qū)的(絕對) 重力值的標(biāo)準(zhǔn)。 在20世紀(jì)5070年代,我國采用波茨坦重力基準(zhǔn),而我國重力參考系統(tǒng)采用克拉索夫斯基橢球常數(shù)。 20世紀(jì)80年代,我國重力基準(zhǔn)用經(jīng)過國際比對的高精度相對重力儀自行測定,而重力參考系統(tǒng)則采用iugg75 橢球常數(shù)及其相應(yīng)的正常重力場。 20世紀(jì)初,我國用國際重力局標(biāo)定的高精度絕對重力儀和相對重力儀測定我國新的重力基準(zhǔn)。 目前的重力系統(tǒng)采用

29、 grs80 橢球常數(shù)及其相應(yīng)的正常重力場。2.3實(shí)用大地測量學(xué)2 .3 .1 實(shí)用大地測量學(xué)的任務(wù)與方法u 實(shí)用大地測量學(xué)的基本任務(wù)是建立地面大地控制網(wǎng) , 即以精確可靠的地面點(diǎn)坐標(biāo)、高程和重力值來實(shí)現(xiàn)大地測量系統(tǒng)。u 地面大地控制網(wǎng)大體分為平面控制網(wǎng)、高程控制網(wǎng)和重力控制網(wǎng)三類。u 地面大地控制網(wǎng)的布設(shè)一般遵循 “ 從大到小、逐級控制”的原則 , 從高級控制網(wǎng)通過幾個(gè)等級逐步過渡到實(shí)際業(yè)務(wù)工作,包括測制地圖所需的低級控制網(wǎng),其精度逐級降低,邊長逐級縮短。u 國家大地控制網(wǎng)是主控制網(wǎng) , 是國家所有地理坐標(biāo)、高程、重力值的基礎(chǔ) , 其精度和可靠性應(yīng)足以保證國家各類工程和各種測繪的需要。 （應(yīng)

30、覆蓋全國國土并有必要的密度、 應(yīng)定期進(jìn)行復(fù)測。）2 .3 .2 國家平面控制網(wǎng)1.平面控制測量目的 進(jìn)行平面控制測量的主要目的是完成點(diǎn)位(坐標(biāo)) 的傳遞和控制。2 . 平面控制測量的技術(shù)3 . 大地天文測量4 . 國家平面控制網(wǎng)的布網(wǎng)方案教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .3 .3 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng)布設(shè)的目的和任務(wù)有兩個(gè) : 一是在全國范圍內(nèi)建立統(tǒng)一的高程控制網(wǎng) , 為地形測圖和工程建設(shè)提供必要的高程控制 ; 二是為地殼垂直運(yùn)動(dòng)、海面地形及其變化和大地水準(zhǔn)面形狀等地球科學(xué)研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。1 . 國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布網(wǎng)方案國家水準(zhǔn)網(wǎng)采用從高到低, 從整體到局部, 逐級控制,逐級加密的方式布設(shè),

31、分為 一、二、三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)。2 . 國家水準(zhǔn)網(wǎng)的觀測水準(zhǔn)測量是目前精確測定地面點(diǎn)海拔高程的主要手段,其主要測量設(shè)備是水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2 .3 .4 國家重力控制網(wǎng)國家重力測量框架由絕對重力和相對重力測量方法建立 , 它為其他加密重力測量( 包括地面、海洋和航空加密重力測量) 提供重力起算值 (由重力基本點(diǎn)提供 ) 和相對重力測量的尺度(由長短重力基線提供) 。 相對重力測量是地面加密重力測量的主要技術(shù)手段。 我國國家重力測量框架 , 即我國重力控制網(wǎng)分為二級 : 重力基準(zhǔn)網(wǎng)和一等重力網(wǎng)。 重力基準(zhǔn)網(wǎng)是重力控制網(wǎng)中最高級控制 , 其中包括絕對重力點(diǎn)和相對重力點(diǎn) , 前者稱為基準(zhǔn)重力點(diǎn) , 后者稱

32、為基本重力點(diǎn)。 這些點(diǎn)在全國范圍內(nèi)布設(shè)成多邊形網(wǎng), 點(diǎn)間距離為 3001000 km。 一等重力網(wǎng)是在重力基準(zhǔn)網(wǎng)基礎(chǔ)上的次一級重力加密控制網(wǎng)。它在全國范圍內(nèi)布設(shè), 其網(wǎng)點(diǎn)稱為一等重力點(diǎn) , 點(diǎn)間距離一般為 100300 k m。2.4橢球面大地測量學(xué)2 .4 .1 橢球面大地測量學(xué)的基本任務(wù)橢球面大地測量學(xué)的基本任務(wù)是研究旋轉(zhuǎn)橢球面的數(shù)學(xué)性質(zhì),以及以該面為參考的大地測量計(jì)算問題。 其主要研究內(nèi)容有: 大地控制網(wǎng)的地面數(shù)據(jù)向橢球面的歸算問題; 橢球面法截線和大地線的性質(zhì),以及橢球面三角形的解算方法; 大地測量主題及其解算方法; 橢球面投影到平面上的問題,以及不同形式的地球坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換問題。

33、教 學(xué) 內(nèi) 容批注2 .4 .2 橢球面的大地線及其解算1 . 法截線與大地線 包含橢球面上一點(diǎn)法線的平面稱為法截面 , 法截面與該橢球面的交線稱為法截線。 橢球面上兩點(diǎn)間的最短程曲線稱為大地線。 大地線又稱測地線 , 它是一條空間曲面曲線。在橢球面大地測量計(jì)算中 , 經(jīng)常出現(xiàn)兩類問題 : (1 )已 知 p1 點(diǎn)的大地坐標(biāo)及其至 p2 點(diǎn)的大地方位角 a12 和距離 s12 (大地線 ) ( 如圖 2 -13 ) , 計(jì)算 p2 點(diǎn)的大地坐 標(biāo)和大地方位角 a21 ; ( 2 ) 已 知 p1和 p2 點(diǎn)的大地坐標(biāo)和大地方位角 , 計(jì)算兩點(diǎn)的 正、反方位角及其距離。這兩個(gè)問題分別稱為大地測量

34、主題的正算與反算問題 , 也稱為第一和第 二大地測量主題。 從解析幾何意義上講 , 大地測量主題就是研究大地極坐標(biāo)與橢球面大地坐標(biāo)之間的相互轉(zhuǎn)換問題。2 .4 .3 高斯-克呂格投影與地形圖分帶1 . 高斯-克呂格投影的概念（等角橫軸切橢圓柱投影） 為了將地球橢球面上的各種量 , 如方向、長度歸算到地圖平面上相應(yīng)的量 , 就要采用地圖投影的數(shù)學(xué)方 法。 在大于等于 150 萬比例尺的地形圖中 , 我國使用高斯-克呂格投影 (或 簡稱高斯投影)。 它是一種橫軸、橢圓柱面、等角投影。 高斯投影是以上述平面直角坐標(biāo)系為基礎(chǔ) , 同時(shí)滿足如下三個(gè)要求 : u 一是橢球面上的角度投影到平面上后保持不變

35、; u 二是中央子午線的投影是一條直線,并且是投影點(diǎn)的對稱軸 ; u 三 是中央子午線投影后沒有長度變形,即在中央子午線方向上滿足等長的條件。2 . 高斯-克呂格投影的分帶 在高斯投影中 , 除了中央子午線上沒有長度變形外 , 其他所有長度都會(huì)發(fā)生變形 , 且變形大小與橫坐標(biāo) y 的平方成正比 , 即離開中央子午線越遠(yuǎn), 變形就越大。 因此 , 有必要把投影的區(qū)域限制在中央子午線兩側(cè)的一定范圍內(nèi) , 這就產(chǎn)生了投影分帶的問題。（為什么要進(jìn)行分帶？）教 學(xué) 內(nèi) 容批注每個(gè)投影帶設(shè)立一個(gè)獨(dú)立的平面直角坐標(biāo)系 , 以中央子午線為縱坐標(biāo) x 軸 , 以子午線與赤道的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn),赤道線作為橫坐標(biāo) y

36、 軸。這樣,在中央子午線以東的點(diǎn)橫坐標(biāo) y 為正值 , 以西的點(diǎn)橫坐標(biāo) y 為負(fù)值。 為了避免負(fù)值的不方便 , 一般規(guī)定將中央子午線向西平移500 km , 這樣得出的橫坐標(biāo)用 y 表示 , y = 500 km + y, y 就總為正值。2.5物理大地測量學(xué)物理大地測量學(xué)的任務(wù)主要是研究利用地球的重力等物理觀測量(包括直接觀測量和間接觀測量)確定地球形狀、地球外部重力場及其變化等問題。 物理大地測量學(xué)的主要內(nèi)容有: (1) 研究地球形狀及其外部重力場 ; (2) 發(fā)展重力場探測設(shè)備及探測方法 ; (3) 研究利用地球重力場理論和信息解決大地測量科學(xué)問題.2 .5 .2 地球重力場1 . 重力

37、與重力位 重力 g 是地球引力 f 和離心力 p 的合力(如圖 2 -16) 。 即 g = f + p ；g 的方向?yàn)殂U垂線方向 , 數(shù)值 g = | g| 狹義地簡稱為重力。地球重力場通常是指地球重力作用的空間 ,在此空間中每一點(diǎn)所受的重力的大小和方向只同該點(diǎn)的位置有關(guān)。2 . 大地水準(zhǔn)面 地球外部重力等位面俗稱水準(zhǔn)面 , 但它并非是幾何曲面 , 而是一個(gè)近似于橢球面的復(fù)雜曲面。 其中, 與靜止?fàn)顟B(tài)海水面相重合的那個(gè)重力等位面稱為大地水準(zhǔn)面 ( 如圖 2-17 ) , 它是海拔高程的起算面 , 即地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的垂直距離就是該點(diǎn)的高程。2 .5 .3 重力測量技術(shù)1 . 地面重力測量

38、地面重力測量分為絕對重力測量和相對重力測量兩種。2 . 海洋和航空重力測量 海洋和航空重力測量主要是指用裝載在輪船或飛機(jī)上的相對重力儀所進(jìn)行的連續(xù)重力測量。 相對重力儀工作在運(yùn)動(dòng)載體中 , 因各種影響而產(chǎn)生的加速度將引起靈敏系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)產(chǎn)生位移 , 影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。 教 學(xué) 內(nèi) 容批注3 . 衛(wèi)星重力測量 衛(wèi)星重力測量的主要手段有衛(wèi)星跟蹤測量技術(shù) , 如衛(wèi)星激光測距技術(shù)、星載多普勒定軌定位系統(tǒng)(doris) 、星載精密測距測速系統(tǒng) ( prare) 以及衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星技術(shù)( ss t )、衛(wèi)星重力梯度測量技術(shù)( sgg)和衛(wèi)星測高技術(shù)( sa )。 1) 地面跟蹤衛(wèi)星測定地球重力場。2)

39、 衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星測量地球重力場。2.6衛(wèi)星大地測量學(xué)2 .6 .1 衛(wèi)星大地測量學(xué)的內(nèi)容、技術(shù)特點(diǎn)與作用1 . 衛(wèi)星大地測量學(xué)的主要內(nèi)容衛(wèi)星大地測量學(xué)是利用人造衛(wèi)星進(jìn)行精確測量 , 研究利用這些觀測數(shù) 據(jù)解決大地測量學(xué)中的問題。 其主要內(nèi)容是 : (1) 建立和維持全球和區(qū)域性大地測量系統(tǒng)與大地測量框架 ; (2) 快速、精確測定全球、區(qū)域或局部空間點(diǎn)的三維位置和相互位置關(guān)系 ; (3) 利用地面站觀測數(shù)據(jù)確定衛(wèi)星軌道 ; (4) 探測地球重力場及其時(shí)間變化 , 測定地球潮汐 ; (5)監(jiān)測和研究地球動(dòng)力學(xué)( 地球自轉(zhuǎn)、極移、全球變化及其他全球和區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)問題) ; (6) 監(jiān)測和研究電 離

40、層、對流 層、海洋環(huán)流、海平面變化、冰川、冰原的時(shí)變。2 . 衛(wèi)星大地測量學(xué)的技術(shù)特點(diǎn) 衛(wèi)星大地測量技術(shù)根據(jù)觀測目標(biāo)的不同可分為如下三種類型 : (1) 衛(wèi)星地面跟蹤觀測 , 如衛(wèi)星激光測距, 星載多普勒定軌定位系 統(tǒng)(doris ) , 星載 精密 測距測 速系 統(tǒng)( prare ) ; (2) 衛(wèi)星對地觀測 , 如衛(wèi)星測高( sa) , 衛(wèi)星重力梯度測量( sgg) , 以及衛(wèi)星導(dǎo)航定位系 統(tǒng) (如 gps、glon ass、伽利略、中國北斗導(dǎo)航 ) ; (3) 衛(wèi)星對衛(wèi)星觀測 , 如高低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星 ( sst-hl) 、低低衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星( sst-ll)。按衛(wèi)星大地測量學(xué)的性質(zhì)來分,

41、衛(wèi)星大地測量可分為幾何方法和動(dòng)力方法。2 .6 .2 衛(wèi)星激光測距技術(shù)1 . 衛(wèi)星激光測距原理 衛(wèi)星激光測距( slr )的基本工作 原理 ( 如圖 2-23 ) 是記錄激光發(fā)射 時(shí)刻 ts 及經(jīng)衛(wèi)星反射后再接收到激光信號的時(shí)刻 tt , 利用下式計(jì)算測站至衛(wèi)星的距離 :d = 1 /2 c( tt - ts ) = 1 /2 ct教 學(xué) 內(nèi) 容批注衛(wèi)星激光測距儀分為固定式和流動(dòng)式兩類；兩類測距儀的精度大致相同。目前衛(wèi)星激光測距的精度達(dá)到厘米級。2 . 衛(wèi)星激光測距的應(yīng)用 1）測定測站的地心坐標(biāo) , 建立與維持地球參考框架。利用 slr 技術(shù)測定測站三維地心坐標(biāo)的精度可達(dá)到厘米級，是空間技術(shù)中

42、測定高程精度最高的一種衛(wèi)星大地測量技術(shù)；可以精密確 定地球質(zhì)心的位置和地球定向參數(shù)及其時(shí)間變化, 從而建立和維持精確的地球參考框架。2） 精確測定地球引力場、大地測量常數(shù)及其時(shí)間變化。利用不同軌道傾角和高度的激光衛(wèi)星 , 可精確建立地球引力場模型 , 測定地球引力場低階位系數(shù)的季節(jié)性變化與固體潮參數(shù)。2 .6 .3 衛(wèi)星測高技術(shù)2 . 衛(wèi)星測高技術(shù)的應(yīng)用 衛(wèi)星測高技術(shù)是目前研究和監(jiān)測海洋環(huán)流(海面地形) 與中尺度海洋現(xiàn)象及其動(dòng)力環(huán)境的重要手段之一 , 其應(yīng)用如下： 1) 精確測定平均海面高 , 實(shí)現(xiàn)海洋深度基準(zhǔn)的垂向定位。 2) 測定高分辨率的海洋重力場。 3) 反演高分辨率的海洋潮汐模型。

43、4) 監(jiān)測海平面變化與厄爾尼諾現(xiàn)象。 5)利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù) , 還可以研究和監(jiān)測其他海洋動(dòng)力環(huán)境, 如反演海底壓力、海底地形, 研究海洋質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)、海氣相互作用, 監(jiān)測冰面特征等。2 .6 .4 其他衛(wèi)星大地測量技術(shù)2 .6 .5 甚長基線干涉測量技術(shù)2 .7 大地測量的時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間的描述包括時(shí)間原點(diǎn)、單位（尺度）兩大要素。時(shí)間是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過程的連續(xù)的表現(xiàn)，選擇測量時(shí)間單位的基本原則是選取一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。時(shí)間的特點(diǎn)是連續(xù)、均勻，故一種物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)也應(yīng)該連續(xù)、均勻。教 學(xué) 內(nèi) 容批注2.7.2 時(shí)間系統(tǒng)框架描述一個(gè)時(shí)間系統(tǒng)框架通常需要涉及以下四個(gè)方面的內(nèi)容：1. 時(shí)間頻率基準(zhǔn)：不同的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，其

44、建立和維護(hù)方法不同。2. 守時(shí)系統(tǒng)：用于建立和維持時(shí)間基準(zhǔn)，確定時(shí)刻。3. 授時(shí)系統(tǒng)：主要是向用戶授時(shí)和時(shí)間服務(wù)。. 覆蓋范圍（區(qū)域或全球）2 .8 我國近五十年大地測量的進(jìn)展v 2.8.1 20 世紀(jì) 5070 年代v 2.8.2 20世紀(jì)80年代v 2.8.3 20世紀(jì)90年代v 2.8.4 2000年以來章節(jié)第三章課題攝影測量學(xué)計(jì)劃課時(shí)數(shù)2授課班級15級測繪7班教學(xué)目的1. 了解攝影測量的概念、分類和基本原理；2.了解數(shù)字?jǐn)z影測量及其應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)攝影測量學(xué)的概念，分類及發(fā)展；攝影機(jī)的內(nèi)外方位元素，共線方程及恢復(fù)外方位元素的方法；平面和立體攝影測量，空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差，數(shù)字高程模型

45、與等高線測繪教學(xué)難點(diǎn)無教學(xué)方法和手段課堂講解備注教 學(xué) 內(nèi) 容批注3.1概述3 .1 .1 什么是攝影測量學(xué)攝影測 量是 一門 通過攝 影 , 對所 獲得的 影像 進(jìn)行 測量 (特 別是 測繪國 家基 本比例 尺地 形圖)的學(xué)科。 它的基本原理來自測量的交會(huì)方法。 測量的前方交會(huì)原理( 如圖 3 -1 所示)是 : 在空間物體前面的兩個(gè)已知位置(稱為測站 , 為方便起見 , 假定這兩個(gè)點(diǎn)位于同一個(gè)水平面上) 放置兩臺經(jīng)緯儀 , 利用望遠(yuǎn)鏡分別在測站 1、2 照準(zhǔn)同一個(gè)點(diǎn)( a) , 這 樣就可 以根據(jù)兩個(gè)測站的已知坐標(biāo)( x1 , y1 , z1 ) , ( x2 , y2 , z2 )與在兩

46、個(gè)測站所測得的水平角、垂直角( 1 , 1 ) , ( 2 , 2 ) , 求 得點(diǎn) a 的坐標(biāo) ( x , y , z)3 .1 .2 攝影測量的分類根據(jù)對地面獲取影像位置的不同 , 攝影測量可以分為航空 攝影 測量、航天 攝影 測量 與地面 (或 近景)攝影測量。 攝影測量最主要的攝影對象是地球表面, 用來測繪國家各種基本比例尺的地形圖,為各種地理信息系統(tǒng)與土地信息系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3 .1 .3 攝影測量的發(fā)展18511859 年法國陸軍上校勞賽達(dá)特提出的交會(huì)攝影測量 , 被稱為攝影測量學(xué)的真正起點(diǎn)。 從空中拍攝地面的照片, 最早是1858年納達(dá)在氣球上進(jìn)行的。1903 年萊特兄弟發(fā)明了

47、飛機(jī) , 使航空攝影測量成為可能。 第一次世界大戰(zhàn)期間第一臺航空攝影機(jī)問世。 由于航空攝影比地面攝影具有明顯的優(yōu)越性(如視場開闊、能快速獲得大面積地區(qū)的像片等) , 航空攝影測量成為 20 世紀(jì)以來大面積測制地形圖最有效的快速方法。 因此 , 攝影測量的發(fā)展經(jīng)歷了模擬、解析和數(shù)字?jǐn)z影測量三個(gè)階段。 s教 學(xué) 內(nèi) 容批注s教 學(xué) 內(nèi) 容批注3.2攝影測量學(xué)的一些基本原理3 .2 .1 攝影機(jī)的內(nèi)方位元素從幾何上理解 , 攝影機(jī)是一個(gè)四棱 錐體 , 其 頂點(diǎn)就 是攝 影機(jī)物 鏡的 中心 s, 其底面 就是 攝影機(jī)的成像平面(影像) , 如圖 3 -13 所示。 攝影 中心 到成像 面的 距離稱 攝

48、影 機(jī)的 焦距 f , 攝 影中心到成像面的垂足 o 稱為像主點(diǎn) , so 稱為攝 影機(jī) 的主光 軸。 主點(diǎn) 離影 像中 心點(diǎn)的 位置x0 、y0確定了像主點(diǎn)在影像上的位置。 f、 x0 、 y0 一起稱為攝影機(jī)的內(nèi)方位元素。內(nèi)方位元素可以通過攝影機(jī)檢校(在計(jì)算機(jī)視覺中稱為標(biāo)定) 獲得。 測量專用的攝影機(jī)在出廠前由工廠對攝影機(jī)進(jìn)行過檢校 , 其內(nèi)方位元 素是已 知的 , 則 稱為量 測攝 影機(jī) ,3 .2 .2 攝影機(jī)的外方位元素?cái)z影機(jī)的內(nèi)方位元素只能確定攝影光線在攝影機(jī)內(nèi)部的方位 、,但是它不能確定投影光線 s a 在物方空間的位置 , 此時(shí)投影光線 s a 并 不指向空 間點(diǎn) a。 欲 確

49、定投影光線 s a 在物方 空間的位置 , 就必須確定 (恢 復(fù))攝 取影像時(shí)攝影機(jī) 的 “ 位 置”與 “ 姿 態(tài)”,即攝影時(shí)攝影機(jī)在物方空間坐標(biāo) 系中的 位置 x s 、 y s 、 zs 和攝影 機(jī)的 姿 態(tài)角 、 、, 這 6 個(gè) 參數(shù)就是攝影機(jī)的外方位元素3 .2 .3 共線方程在模擬攝影測量時(shí)代模擬, 用 精密 的金 屬導(dǎo) 桿代 替 投影 光線 ,實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)共線。3 .2 .4 恢復(fù)( 獲得)外方位元素的方法獲得攝影機(jī)的外方位元素有很多種方法 , 其中主要有空間后方交會(huì)、空中三角測量與區(qū)域網(wǎng)平差、相對定向與絕對定向以及在攝影過程中直接獲取。教 學(xué) 內(nèi) 容批注3.3平面攝影測量與立體攝

50、影測量3 .3 .1 平面攝影測量1 . 影像與地圖、影像地圖影像是物體的中心投影, 而地圖 是地 面在 水平面 上垂 直( 正 射) 投 影的 縮小 ,兩者是不同的。 從這個(gè)意義上說 , 攝影測量可以 被認(rèn)為是 研究 并實(shí)現(xiàn) 由中 心投 影( 影像 )轉(zhuǎn) 換為正射投影(地圖) 的科學(xué)與技術(shù)。2 . 糾正儀、正射糾正儀3 .3 .2 立體攝影測量立體攝影測量是對相鄰的兩張影像建立立體模 型 , 進(jìn) 行測 繪地 形圖或 建立 數(shù)字地 面模 型等。1 . 天然立體視覺、視差、人造立體視覺2 . 人造立體觀測的條件與立體觀測方法利用兩張具有重疊度的影像進(jìn)行人造立體觀測的條件是 : ( 1) 分像 ,

51、 即左眼只能看左影像 ,右眼只能看右影像 , 而不能同時(shí)看到 ; (2 )左右 影像必須 平行 眼睛 基線 , 即不 能上 下岔開 , 按 攝影測量的術(shù)語則稱 : 沒有上下視差( y-parallax )。滿足上述條件進(jìn)行立體觀測 , 最常用的方法有 :1) 通過光學(xué)系統(tǒng)(如立體反光鏡)2) 互補(bǔ)色法(anaglyph)3 ) 同 步 閃 閉 法 ( synchronized eyewear)4) 偏振光法( polarizing grasses )3 . 攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)4 . 立體像對的相對定向確定一個(gè)立體像對兩 張影 像的 相對 位置 稱 為相 對定 向 , 它 用于 建立 地 面立

52、體 模型。 相對定向的惟一標(biāo)準(zhǔn) 是 兩 張 影 像 上 同 名 點(diǎn) 的 投 影 光 線 對 對 相 交 , 所 有 同 名 點(diǎn) 的 交 點(diǎn) 集 合 構(gòu)成了地面的幾何模型 ( 簡 稱地 面 模型 ) 。 確 定 兩 張影 像 的 相 對 位置 的 元 素 稱 為相 對 定 向 元素。s教 學(xué) 內(nèi) 容批注3.3平面攝影測量與立體攝影測量3 .3 .1 平面攝影測量1 . 影像與地圖、影像地圖影像是物體的中心投影, 而地圖 是地 面在 水平面 上垂 直( 正 射) 投 影的 縮小 ,兩者是不同的。 從這個(gè)意義上說 , 攝影測量可以 被認(rèn)為是 研究 并實(shí)現(xiàn) 由中 心投 影( 影像 )轉(zhuǎn) 換為正射投影(

53、地圖) 的科學(xué)與技術(shù)。2 . 糾正儀、正射糾正儀3 .3 .2 立體攝影測量立體攝影測量是對相鄰的兩張影像建立立體模 型 , 進(jìn) 行測 繪地 形圖或 建立 數(shù)字地 面模 型等。1 . 天然立體視覺、視差、人造立體視覺2 . 人造立體觀測的條件與立體觀測方法利用兩張具有重疊度的影像進(jìn)行人造立體觀測的條件是 : ( 1) 分像 , 即左眼只能看左影像 ,右眼只能看右影像 , 而不能同時(shí)看到 ; (2 )左右 影像必須 平行 眼睛 基線 , 即不 能上 下岔開 , 按 攝影測量的術(shù)語則稱 : 沒有上下視差( y-parallax )。滿足上述條件進(jìn)行立體觀測 , 最常用的方法有 :1) 通過光學(xué)系統(tǒng)

54、(如立體反光鏡)2) 互補(bǔ)色法(anaglyph)3 ) 同 步 閃 閉 法 ( synchronized eyewear)4) 偏振光法( polarizing grasses )3 . 攝影過程的幾何反轉(zhuǎn)4 . 立體像對的相對定向確定一個(gè)立體像對兩 張影 像的 相對 位置 稱 為相 對定 向 , 它 用于 建立 地 面立 體 模型。 相對定向的惟一標(biāo)準(zhǔn) 是 兩 張 影 像 上 同 名 點(diǎn) 的 投 影 光 線 對 對 相 交 , 所 有 同 名 點(diǎn) 的 交 點(diǎn) 集 合 構(gòu)成了地面的幾何模型 ( 簡 稱地 面 模型 ) 。 確 定 兩 張影 像 的 相 對 位置 的 元 素 稱 為相 對 定 向 元素。s教 學(xué) 內(nèi) 容批注3 .4 空中三角測量與數(shù)字地面模型對測繪工作而言 , 攝影測量可分為外業(yè)工作 與內(nèi) 業(yè)