大地測量學(xué)課件 地球橢球與測量計(jì)算

大地測量學(xué)課件:地球橢球與測量計(jì)算緒論大地測量學(xué)是研究地球形狀、大小、重力場及地球表面點(diǎn)位的學(xué)科，是測繪學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一。地球的形狀地球的形狀并非完美的球體，而是一個(gè)不規(guī)則的球體，稱為**大地水準(zhǔn)面**。大地水準(zhǔn)面是一個(gè)由重力等勢面定義的曲面，代表了全球平均海平面，是一個(gè)不規(guī)則的曲面。由于地球的自轉(zhuǎn)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致地球的形狀并不完全規(guī)則，存在著明顯的**地表起伏**。地球的形狀可以用不同的數(shù)學(xué)模型來描述，其中最常用的模型是**地球橢球體**。地球橢球地球形狀地球是一個(gè)不規(guī)則的球體，形狀復(fù)雜。簡化模型為了方便測量和計(jì)算，我們使用地球橢球來近似表示地球形狀。地球橢球地球橢球是一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體，是由一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而形成的。地球橢球的定義與特征定義地球橢球是數(shù)學(xué)上近似地球形狀的旋轉(zhuǎn)橢球體，是一個(gè)理想化的幾何模型。特征地球橢球的特征包括長半軸、短半軸、扁率和赤道周長。用途地球橢球是大地測量學(xué)、地圖學(xué)和導(dǎo)航中的重要參考面，用于確定地球表面點(diǎn)的坐標(biāo)。地球橢球的示意圖地球橢球模型是一個(gè)理想化的數(shù)學(xué)模型，它近似地代表了地球的形狀。地球橢球是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢圓體旋轉(zhuǎn)而成的，其赤道半徑大于極半徑，形成一個(gè)扁球體。地球橢球的數(shù)學(xué)模型WGS84GRS80克拉索夫斯基地球橢球的參數(shù)6378137長半軸6356752短半軸298.257222101扁率大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)系是一個(gè)三維空間坐標(biāo)系，用于確定地球表面點(diǎn)的位置。經(jīng)度經(jīng)度是地球表面上某一點(diǎn)的經(jīng)線圈與本初子午線之間的夾角。緯度緯度是地球表面上某一點(diǎn)的經(jīng)線圈與赤道之間的夾角。高程高程是指地球表面上某一點(diǎn)到參考橢球面的距離。大地坐標(biāo)系示意圖大地坐標(biāo)系示意圖展示了經(jīng)度、緯度和大地高程如何共同定義地球表面上某個(gè)點(diǎn)的空間位置。經(jīng)度和緯度是地理坐標(biāo)系的一部分，用于描述地球表面的位置，而大地高程則表示該點(diǎn)距離參考橢球面的高度。大地坐標(biāo)系與大地測量坐標(biāo)系在地球橢球面上建立的坐標(biāo)系，用于確定地面點(diǎn)的位置。大地測量利用各種測量手段和方法，確定地球形狀和大小，以及地面點(diǎn)的位置和高程。高程測量定義確定地面點(diǎn)高程的測量工作。高程是指地面點(diǎn)到參考面的垂直距離。意義高程測量在工程建設(shè)、地形圖繪制、資源勘探等方面至關(guān)重要。它為工程設(shè)計(jì)、施工和管理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。高程測量的概念定義高程測量是指確定地面點(diǎn)相對某一參考面的高度。參考面通常以平均海平面作為高程的參考面，稱為大地水準(zhǔn)面。高程值高程值表示地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的垂直距離。高程測量的方法1水準(zhǔn)測量利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，直接測定兩點(diǎn)之間的高差2三角高程測量利用三角形邊角關(guān)系，間接計(jì)算高差3GPS高程測量利用衛(wèi)星信號(hào)，獲取大地高程常用高程測量方法水準(zhǔn)測量水準(zhǔn)測量是一種精確的測量方法，利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺來確定兩點(diǎn)之間的高差。水準(zhǔn)測量是高程測量中最常用的方法之一，可以提供高精度的測量結(jié)果。三角高程測量三角高程測量利用三角形原理，通過測量水平距離和垂直角來計(jì)算高差。三角高程測量適合于地形起伏較大的地區(qū)，但精度較低。GPS高程測量GPS高程測量利用衛(wèi)星信號(hào)來確定點(diǎn)位的高程。GPS高程測量可以快速、便捷地進(jìn)行高程測量，但精度受限于衛(wèi)星信號(hào)的精度。水準(zhǔn)測量精確測量高程差水準(zhǔn)測量是大地測量中常用的方法，用于精確測量地面點(diǎn)之間的高程差。水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)測量利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，通過視準(zhǔn)軸的水平視線，測定地面點(diǎn)的高程差。水準(zhǔn)測量的步驟1準(zhǔn)備工作檢查儀器，設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)，確定測站位置。2觀測過程對準(zhǔn)水準(zhǔn)點(diǎn)，進(jìn)行水準(zhǔn)測量，記錄觀測數(shù)據(jù)。3數(shù)據(jù)處理計(jì)算高差，進(jìn)行誤差分析，整理水準(zhǔn)測量成果。水準(zhǔn)測量的誤差源儀器誤差水準(zhǔn)儀本身的精度和校準(zhǔn)誤差。觀測誤差觀測人員的讀數(shù)誤差和瞄準(zhǔn)誤差。外界環(huán)境影響溫度、氣壓、濕度等環(huán)境因素對水準(zhǔn)測量的影響。地球曲率影響地球表面并非完全平坦，曲率會(huì)引入誤差。角測量測角儀器常用的測角儀器包括經(jīng)緯儀、全站儀等，它們能夠精確測量水平角和垂直角。這些儀器采用光學(xué)或電子技術(shù)，利用望遠(yuǎn)鏡和編碼器等部件來實(shí)現(xiàn)角度測量。角度測量角度測量是指確定兩條直線之間的夾角，是大地測量學(xué)中的重要內(nèi)容之一。角度測量在許多工程項(xiàng)目中起著至關(guān)重要的作用，例如建筑工程、道路建設(shè)、橋梁設(shè)計(jì)等。角測量的原理角度測量角測量是大地測量學(xué)的重要組成部分，用于確定地面點(diǎn)之間的相對位置，并建立地面控制網(wǎng)。原理角測量基于測量兩個(gè)方向之間的夾角，即方位角，從而確定地面點(diǎn)的相對位置。常用角測量儀器全站儀全站儀集成了電子經(jīng)緯儀、測距儀和數(shù)據(jù)處理器，是現(xiàn)代測量的核心儀器。它可以快速、精確地測量角度和距離，并自動(dòng)計(jì)算坐標(biāo)。電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀是一種數(shù)字化測角儀器，可用于測量水平角和垂直角，并通過電子讀數(shù)顯示結(jié)果。激光測距儀激光測距儀利用激光束測量距離，具有快速、精確的特點(diǎn)，常用于測量距離和地形起伏。角測量的誤差1觀測誤差儀器本身的精度、觀測者的操作水平都會(huì)影響測量結(jié)果。2外界環(huán)境影響溫度、濕度、風(fēng)力等環(huán)境因素會(huì)造成測量誤差。3目標(biāo)體自身誤差目標(biāo)體本身的形狀、尺寸、位置等因素也會(huì)引入誤差。角測量的計(jì)算方法方向角計(jì)算通過觀測獲取的水平角，可以計(jì)算出各邊之間的方向角。坐標(biāo)計(jì)算利用方向角和距離，可以計(jì)算出各點(diǎn)在平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。高程計(jì)算利用高程角和距離，可以計(jì)算出各點(diǎn)的高程。距離測量距離測量是測定兩點(diǎn)間距離的測量，是大地測量學(xué)中的重要內(nèi)容之一。直接測量法直接測量法是指用測量工具直接測量兩點(diǎn)間的距離，例如鋼尺、卷尺等。間接測量法間接測量法是指利用光學(xué)儀器或電子儀器測量兩點(diǎn)間的光學(xué)距離或電磁波傳播時(shí)間，然后計(jì)算出實(shí)際距離。距離測量的概念距離測量是指在實(shí)際應(yīng)用中，確定兩點(diǎn)之間直線距離的過程。距離測量是大地測量學(xué)中一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作，廣泛應(yīng)用于各種工程項(xiàng)目、地理信息系統(tǒng)建設(shè)、地圖制作等領(lǐng)域。距離測量的精度直接影響著其他測量的精度，因此，選擇合適的測量方法和儀器，并嚴(yán)格控制誤差是至關(guān)重要的。常用距離測量方法電子測距儀利用電磁波測距，精確度高，操作簡便，廣泛應(yīng)用于各種工程測量中。GNSS測量利用衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行測距，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位，適用于大范圍測量和動(dòng)態(tài)監(jiān)測。激光測距儀利用激光束測距，精確度高，測量速度快，適合于各種地形測量。距離測量的誤差儀器誤差儀器本身的精度和校準(zhǔn)誤差會(huì)影響距離測量結(jié)果。環(huán)境誤差溫度、氣壓、濕度等環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致測量誤差。操作誤差操作人員的經(jīng)驗(yàn)水平、操作方法和測量環(huán)境都會(huì)引入誤差。坐標(biāo)測量坐標(biāo)測量是確定地面點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置，是大地測量學(xué)的重要內(nèi)容之一。通過測量點(diǎn)的平面坐標(biāo)和高程坐標(biāo)，可以建立地面點(diǎn)的位置信息。坐標(biāo)測量的計(jì)算經(jīng)度λ=λ0+Δλ緯度φ=φ0+Δφ高程H=H0+ΔH典型坐標(biāo)測量計(jì)算3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將不同坐標(biāo)系下的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一坐標(biāo)系2坐標(biāo)平差利用觀測數(shù)據(jù)對坐標(biāo)進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)1坐標(biāo)計(jì)算根據(jù)觀測數(shù)據(jù)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)大地測量學(xué)在工程中的應(yīng)用橋梁建設(shè)大地測量學(xué)為橋梁建設(shè)提供精確的測量數(shù)據(jù)，確保橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。道路建設(shè)大地測量學(xué)用于確定道路的路線、坡度和高程，為道路建設(shè)提供