測量學(xué)緒論課件.ppt

1、測量學(xué),任務(wù) （測繪、放樣、監(jiān)測）,作用 （經(jīng)濟(jì)、國防、科研） 教育,是研究地球的形狀和大小、地球重力場以及確定地球表面物體的空間位置，以及對空間位置信息進(jìn)行采集、處理、儲存、管理的科學(xué)。,1-1.測繪學(xué)的定義及內(nèi)容,1、定義： 研究地球的形狀和大小以及確定地面（包含空中、地下和水下）點空間位置信息并繪制成圖的科學(xué)。 2、內(nèi)容： 測定： 使用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)或成果，將地球表面的地形縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計、國防建設(shè)及科學(xué)研究使用。,（,地面,圖紙,）,2、內(nèi)容： 測設(shè)： 測設(shè)是指用一定的測量方法，按照一定的精度，把設(shè)計圖紙上劃設(shè)計好的建(構(gòu))筑物的平

2、面位置和高程標(biāo)定在實地上，作為施工的依據(jù)。,（,圖紙,地面,）,3.測量學(xué)的學(xué)科分類 大地測量學(xué)：(Geodesy) 研究和確定地球形狀、大小、重力場、整體與局部運動和地球表面點的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的學(xué)科。其基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球的形狀、大小和重力場，為地形測圖和各種工程測量提供基礎(chǔ)起算數(shù)據(jù)；為空間科學(xué)、軍事科學(xué)及研究地殼變形、地震預(yù)報等提供重要資料。按照測量手段的不同，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)、衛(wèi)星大地測量學(xué)及物理大地測量學(xué)等。 地形測量學(xué)： 是研究如何將地球表面局部區(qū)域內(nèi)的地物、地貌及其它有關(guān)信息測繪成地形圖的理論、方法和技術(shù)的學(xué)科。按成圖方式的不同地

3、形測圖可分為模擬化測圖和數(shù)字化測圖。,攝影測量學(xué)：研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語義和非語義信息，并用圖形、圖像和數(shù)字形 式表達(dá)的學(xué)科。其基本任務(wù)是通過對攝影像片或遙感圖像進(jìn)行處理、量測、解譯，以測定物體的形狀、大小和位置進(jìn)而制作成圖。根據(jù)獲得影像的方式及遙感距離的不同，本學(xué)科又分為地面攝影測量學(xué)，航空攝影測量學(xué)和航天遙感測量等。,攝影測量學(xué) 衛(wèi)星攝影測量全球測繪 繪制高清晰影像地圖,工程測量學(xué)： 工程測量學(xué)是研究各項工程在勘測設(shè)計、施工和 運營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。各項工程包括： 鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線（輸電 線、輸油管）工程、 礦

4、山、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和城市建設(shè)等。一般 的工程建設(shè)分為勘測設(shè)計、施工和運營管理三個階段。工程測 量學(xué)是研究這三階段所進(jìn)行的各種測量工作。 學(xué)科細(xì)分： 水利工程測量，建筑工程測量，道路交通測量、海道測量學(xué)等 本課件主要介紹普通測量學(xué)及部分工程測量學(xué)的內(nèi)容，以便能為測繪工程、土地管理、房地產(chǎn)開發(fā)、城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計等提供測量專業(yè)服務(wù)。,工程測量學(xué),海洋測繪學(xué),海道測量以保證航行安全為目的對地球表面水域及 毗鄰陸地所進(jìn)行的水深和岸線測量以及底 質(zhì)、障礙物的探測等工作,海洋大地測量為確定海面地形、海底地形以及海洋 重力及其變化所進(jìn)行的大地測量工作,海底地形測量測定海底起伏、沉積物結(jié)構(gòu)和地物的 測量工作,海圖

5、編制設(shè)計、編繪、整飾和印刷海圖的工作,海洋專題測量以海洋區(qū)域的地理專題要素為對象的 測量工作,地圖制圖學(xué)(Cartography) 是研究模擬和數(shù)字地圖的基礎(chǔ)理論、設(shè)計、編繪、復(fù)制的技術(shù)以及應(yīng)用的學(xué)科。它的基本任務(wù)是利用各種測量成果編制各類地圖，其內(nèi)容一般包括地圖投影、地圖編制、地圖整飾和地圖制印等分支。,科學(xué)研究 國防建設(shè) 經(jīng)濟(jì)建設(shè),4、測量學(xué)的作用：,即： 提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 提供地圖 行政勘界與權(quán)屬定界 提供各種工程需要的測量技術(shù) 軍事測繪,測量學(xué)在軍事中的作用 “天時，地利，人和”是打勝仗的三大要素。要有地利就要了解和利用地利。 地圖上詳細(xì)表示著山脈、河流、道路、居民點等地形和地物，具有確定

6、位置、辨識方向的作用。 地圖一直在軍事活動中起著重要的作用，這對于行軍、布防以及了解敵情等軍事活動都是十分重要的。 傳統(tǒng)上各國測繪部門隸屬于軍事部門。至今相當(dāng)多國家的測繪部門仍然隸屬于軍事部門。隨著測繪技術(shù)在各方面的應(yīng)用愈來愈廣泛，測繪科技國際間的交流日益頻繁，不少國家終于建立了民用的測繪機構(gòu),測量學(xué)在國土管理中的作用 測量學(xué)的起源和土地界線的劃定緊密聯(lián)系著。非洲尼羅河每年泛濫會把土地的界線沖刷掉，為了每年恢復(fù)土地的界線很早就采用了測量技術(shù) 地籍測量。用以測定地塊的邊界和坐落，求算地塊的面積，在農(nóng)業(yè)為主的社會里，國家為了征稅而開展地籍測量，同時記錄業(yè)主姓名和土地用途等。在我國,地籍測量是國家管

7、理土地的基礎(chǔ)。地籍測量的成果不僅用于征稅，還用于管理土地的權(quán)屬，保障用地的秩序，以提高土地利用的效益，合理和節(jié)約利用十分珍貴和有限的土地。 測量學(xué)還服務(wù)于國家領(lǐng)土的管理。,測量學(xué)在道路工程建設(shè)中的作用 勘測設(shè)計階段：為選線測制帶狀地形圖。 施工階段：把線路和各種建筑物正確地測設(shè)到地面上。 竣工測量：對建筑物進(jìn)行竣工測量。 運營階段：為改建、擴(kuò)建而進(jìn)行的各種測量。 變形觀測：為安全運營，防止災(zāi)害進(jìn)行的變形監(jiān)測。,新發(fā)展 衛(wèi)星定位 北斗系統(tǒng),地理信息系統(tǒng) 模擬推演系統(tǒng)國慶閱兵,月球攝影測量 嫦娥一號奔月,1.2 地球的形狀和大小,地球自然表面 是最自然的面，包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面

8、。難以用一個簡潔的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述出來，所以不適合于數(shù)學(xué)建模。特征如下： 1. 地球是一個表面起伏較大的橢球 地球表面最高峰： 8848.13m 海洋底部最深處: 11022.00m 地球表面最大高差近20km 2. 地球又是一個近似光滑的水球 大陸面積: 占29% 海洋面積: 占71 % 3. 地球平均半徑: 6371km,1、大地水準(zhǔn)面 設(shè)想以一個靜止不動的水面向陸地延伸，形成一個閉合的曲面包圍整個地球，稱這個閉合曲面為水準(zhǔn)面。 水準(zhǔn)面有無數(shù)個，其中與平均海水面重合并向陸地延伸所形成的封閉曲面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是測量工作的基準(zhǔn)面。,W,E,N,S,橢球面,大地水準(zhǔn)面,2、特點： 水準(zhǔn)

9、面是受地球重力影響而形成的，其特點是水準(zhǔn)面上任意一點的鉛垂線(重力作用線)都垂直于該點的曲面。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，重力也受其影響，故引起了鉛垂線方向的改變，致使大地水準(zhǔn)面成為一個有微小起伏的復(fù)雜曲面。,鉛垂線,地球自然表面,大地水準(zhǔn)面,地球橢球面,大地體與大地水準(zhǔn)面 大地體：由大地水準(zhǔn)面所包圍的地球?qū)嶓w。代表了地球的形狀和大小。 鉛垂線：重力的作用線，是測量工作的基準(zhǔn)線。,3、地球橢球或旋轉(zhuǎn)橢球： 經(jīng)測量實踐證明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球的形狀十分近似，而旋轉(zhuǎn)橢球是可以用數(shù)學(xué)式嚴(yán)格表示的，測量工作便取大小和大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的參考形狀和大小。（計算的基準(zhǔn)面

10、）,W,E,N,S,a,b,o,我國目前采用的是1975年“國際大地測量與地球物理聯(lián)合會”推薦的橢球參數(shù)，稱為“1980年國家大地坐標(biāo)系”（簡稱80系），大地原點位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。,地球形狀,長半徑：a=6378.140KM 短半徑：b=6356.755KM 扁率：f=1/298.257,橢球體大小,圓球體大小,R=6371KM,海水71% 陸地29%,4、參考橢球體的定位： 確定橢球體與大地體之間相互關(guān)系并固定下來的工作。以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點為大地原點進(jìn)行定位，建立了全國統(tǒng)一坐標(biāo)系，即“1980年國家大地坐標(biāo)系”。,1、鉛垂線重力方向線。 2、水平線與鉛垂線正交的直線。 3、水準(zhǔn)面

11、水自然靜止時的表面。 同一水準(zhǔn)面上的重力勢能處處相等； 同一水準(zhǔn)面上任一點的鉛垂線都與水準(zhǔn)面相正交。 4、水平面與鉛垂線正交的平面，（水準(zhǔn)面相切的平面）。 水平面內(nèi)任何方向的直線均為水平線。,測量工作的基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面 基準(zhǔn)線：地面點到地心的鉛垂線； 基準(zhǔn)面： （1）小范圍測量水平面； （2）大范圍測量大地水準(zhǔn)面。,小結(jié)： 鉛垂線、水平線、水平面和水準(zhǔn)面,1-3.地面點位的確定,測量工作的實質(zhì)是確定地面點的空間位置，首先必須了解測量的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。 地面點的坐標(biāo)常用 1.大地坐標(biāo)系 2.高斯克呂格爾平面直角坐標(biāo)系（重點） 3.獨立平面直角坐標(biāo)系（重點）。,1.大地坐標(biāo)系,1、大地地理坐標(biāo)（

12、大地坐標(biāo)）（屬于球面坐標(biāo)系統(tǒng)）用經(jīng)度和緯度來表示地面點。 適用于：在地球橢球面上確定點位。,以參考橢球面為基準(zhǔn)面，以橢球面法線為 基準(zhǔn)線建立的坐標(biāo)系。 地球表面任意一點的經(jīng)度和緯度，稱為該 點的地理坐標(biāo)，可表示為 A(L,B) 。 如：北京 東經(jīng)11628北緯3954,S,緯線,N,O,地 軸：地球的自轉(zhuǎn)軸(NS)，N為北極，S為南極。,子午面：過地球某點與地軸所組成的平面。,子午線：子午面與地球面的交線， 又叫經(jīng)線。,起始子午面：通過英國格林尼治天文臺 的子午面NGS 。,緯 線：垂直于地軸的平面與地 球面的交線。,赤道平面：垂直于地軸并通過 地球中心的平面WME。,赤 道：赤道平面與地球面

13、 的交線。,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午線,G,橢球上的基本概念,大地經(jīng)度：過P點的子午面NPS與首子午面NMS所構(gòu)成 的二面角叫做P點的大地經(jīng)度，用L表示。,大地緯度：過P點的法線 Pn與赤道面的夾角叫做P點 的大地緯度，用B表示。,赤道平面,O,P,M,大地經(jīng)度L,大地緯度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范圍： 東經(jīng)0180 西經(jīng)0180 B取值范圍： 北緯090 南緯090,2、高斯平面直角坐標(biāo)系,（1）高斯投影橫切橢圓柱正形投影。又稱為高斯克呂格投影。同時滿足等角和高斯投影條件。 目的：將球面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)。,適用于：測區(qū)范圍較大，不能將測區(qū)曲

14、面當(dāng)作平面看待。 當(dāng)測區(qū)范圍較大，若將曲面當(dāng)作平面來看待，則把地球橢球面上的圖形展繪到平面上來，必然產(chǎn)生變形，為減小變形，必須采用適當(dāng)?shù)姆椒▉斫鉀Q。測量上常采用的方法是高斯投影方法。 高斯投影方法是將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上。,中央子午線,高斯投影的概念,(1)高斯投影的表達(dá)橫圓柱描述法 把地球看作一個圓球，設(shè)想把一個平面卷成一個橫圓柱，把它套在圓球外面，使橫圓柱的中心軸線通過圓球的中心，把圓球面上一根子午線與橫圓柱相切，即這條子午線與橫圓柱重合。以此子午線為中心將其左右一定帶寬范圍內(nèi)的球面用正形投影（等角投影即高斯投影）的方法投影至圓柱面上。,圖形：高斯投影方法圖二,投影,剪

15、開,展平,高斯投影特性,1、中央子午線與赤道的描寫形呈直線，長度不變，且二者正交。其他子午線的描寫形為凹向中央子午線的曲線，其長度的變形隨緯度的增大而減小。 2、除赤道外其他緯線的描寫形為向兩極凹進(jìn)的曲線，隨著離開中央子午線經(jīng)差的增大而較顯著的增大。 3、離中央子午線越遠(yuǎn)，長度變形越大,投影分帶 為控制投影變形，這種投影方法把地球分成若干范圍不大的帶進(jìn)行投影，帶的寬度一般分為經(jīng)差6、3和1.5幾種，簡稱6帶、3帶和1.5帶，中心的子午線為中央子午線，其經(jīng)度的計算方法如下。 6帶： L6 =（6N-3） N6 =L/6(整數(shù)）+1 3帶： L3 = （3n） N3 =（L+130）/3 N，n帶

16、號,.6帶劃分方法：從首子午線自西向東每隔 6劃分一帶，稱6帶。位于各帶中央的子午線稱中央子午線。,.3帶劃分：從經(jīng)度130自西向東按3度劃分，帶號用n表示，依次編號1120,例1：某點經(jīng)度11628，屬于6帶的帶號為：_20_,中央子午線經(jīng)度為_117_, 3 帶帶號_39_，中央子午線經(jīng)度為：_117_。,(4).坐標(biāo)建立,以各帶中央子午線為縱軸（x軸），北方向為正，赤道為橫軸（y軸），東方向為正；其交點為原點，即建立起各投影帶的高斯克呂格爾平面直角坐標(biāo)系。,(5)橫坐標(biāo)通用值,目的：避免我國y坐標(biāo)值出現(xiàn)負(fù)值 1）X坐標(biāo)不變； 2）Y坐標(biāo)先加500km，再在其之前冠以該投影帶的帶號。 例題

17、：國家高斯平面點P （ 3032586.48 ， 20648680.54 ），請指出其所在的帶號及自然坐標(biāo)為多少？ (1) 點 P 至赤道的距離：X= 3032586.48m (2) 其投影帶的帶號為 20 、 P 點離 20 帶的縱軸 X 軸的實際距離：Y=648680.54-500000= 148680.54m,中央子午線和赤道投影后成相互垂直的直線。 中央子午線長度不變，離中央子午線越遠(yuǎn)變形越大。 為保證投影精度，必須采用分帶投影。,6度投影帶：中央子午線經(jīng)度為,（2）高斯投影分帶,（1）6度投影帶：中央子午線經(jīng)度為,（2）3度投影帶：中央子午線經(jīng)度為,（3）高斯平面直角坐標(biāo)系 x坐標(biāo)：

18、中央子午線向西平移500km，向北為正。 y坐標(biāo)：赤道，向東為正。 為區(qū)分點位所在的高斯投影帶，在Y坐標(biāo)前必須加兩位數(shù)的帶號。 如：,我國六度帶帶號 N=1323，三度帶帶號 n=2545,高斯平面直角坐標(biāo)系小結(jié) 高斯投影是正形投影，無角度變形； 橢圓柱與橢球面橫切于某一條子午線（稱為中央子午線）； 中央子午線和赤道的投影為相互正交的兩條直線； 中央子午線的投影為縱軸X，赤道的投影為橫軸Y，它們的交點為原點O； 中央子午線投影后長度不變，其它子午線投影后均變長，離中央子午線越遠(yuǎn)其長度變形越大； 其它經(jīng)線投影成為凹向中央子午線，且以中央子午線為對稱軸的曲線。子午線的投影都收斂于兩極； 高斯平面直角坐標(biāo)系常簡稱高斯坐標(biāo)系。,高斯坐標(biāo)系的作用 使較復(fù)雜的橢球面上的計算變?yōu)楸容^簡單的平面上的計算 便于地圖按經(jīng)緯線分幅。如將圖廓點（其地理坐標(biāo)為經(jīng)緯度）按其相應(yīng)的高斯坐標(biāo)展繪在圖紙上，就可得地圖的分幅線。 將大地控制點按其高斯坐標(biāo)展在平面上，作為工程測量和地形測量的起始點,（3）獨立