测量学第1章 绪 论
12009第1章绪论工程测量
2、地球的物理表面——水准面
水准面
地球自 然表面
大地水准面：
作用： 大地水准面是测量工作 的基准面。
大地体：大地水准面所包围的形体。
该几何体必须满足两个条件： ① 形状接近地球自然形体； ② 可以用简单的数学公式表示。
大地原点：全国统一坐标的起算点。
我国大地原点，即
椭球定位最佳拟合的参 考点
我国统一采用的坐 标系为“1980年国 家坐标系”。
测量工作的基准线和基准面
测量工作的基准线—铅垂线（重力的作用线） 测量工作的基准面—大地水准面。 测量内业计算的基准线—法线。 测量内业计算的基准面—参考椭球面。
O 铅垂线
优点：① 减少误差积累； ② 避免错误发生 ③ 提高工作效率。
§1.5现代测绘科学技术发展简介
1．我国古代测量学的成就
2．目前测量学发展状况及展望 测量室内外一体化。 GPS（Global positioning system）的发展。 RS（Remote sense）的发展。 GIS（Geographic information system）的发展。 3S技术的结合和数字地球的概念。
上述内容,具体地说包括如下六项基本技能: 测、记、算、绘、用、放。 测 ── 仪器使用和观测的正规操作方法。 记 ── 正规的记录方法。 算 ── 准确地按正规格式进行内业计算或 应用计算机编程进行计算。 绘 ── 绘制地形图方法。 用 ── 地形图的阅读与应用方法。 放 ── 正规的施工放样及施工质量检测方 法。 四心──热心、爱心、耐心、齐心 。
二、对高程的影响
测量学 第1章绪论
1、测量学的定义
它是研究地球的形状、大小以及地 球表面各种形态的科学。
主要任务： 确定地球的形状和大小 确定地面点的位置和高程 测绘地面地形图
2、测量学分类
大地测量学
测
地形测量学
量
学
的
摄影测量与遥感
分
类
工程测量学
地图制图学
大地测量学
是“测定和描绘地球表面的科学”
在广大区域建立国家大地控制网，测定地球形状、 大小、重力场及其变化的技术方法的学科。
大地测量学--GPS
地形测量学
研究小区域内地表各类物体形状和大小， 将小区域内地物和地面起伏按一定比例缩 小后，绘制成平面图或地形图的学科。
摄影测量与遥感
对非接触传感器获取的影像和数字表达的记 录进行量测和解译的过程。是影像信息的获 取，处理，提取和成果表达的一门信息科学。
原始影像
处理后的影像
地图制图学（续）
3、测量的基准线和基准面
外业：铅垂线和大地水准面
内业：法线和参考椭球面
N
P地球表面
P0
R
参考椭球面
W
E
大地水准面
S
4、地面上点位的表示方法
坐标
高程
地理坐标
绝对高程
高斯平面直角坐标 相对高程
平面直角坐标
（1）投影的基本概念
N
高
N
斯
|
克
W
E
吕
格
S
投 投影的基本条件：
S
影 1、中央子午线的投影为直线而且是投影的对称轴。
教学内容
第一部分（第1章）
测量学的基本概念和基本知识
第二部分（第2-4章）
《测量学》第01章 绪论02
§1.4 用水平面代替水准面的限度
一、对水平距离的影响
水准面上弧长为S，其所对圆心角为θ， 地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差 值为ΔS。
S AC AB t S
1 S3 S 3 R2 S 1 S 2 相对差值： ( ) S 3 R
上式中取R=6371km，则 S/km
2.平面直角坐标系
数学平面直角坐标系
测量平面测区范围较小（半径为10km的范围内）， 能够忽略地球曲率对该区的影响而将其当 作平面看待。
一般选定子午线方向为纵 轴，即x轴，原点设在测区 的西南角，以避免坐标出 现负值。 O
X
测区
Y
（2）高斯平面直角坐标系
地理坐标对局部测量工作来说是非常不 方便的。例如，在赤道上，1º 的经度差或纬 度差对应的地面距离约为110km。测量计算 最好在平面上进行，但地球是一个不可展的 曲面，必须通过投影的方法将地球表面上的 点位化算到平面上。地图投影有多种方法， 我国采用的是高斯－克吕格正形投影，简称 高斯投影。
高斯投影-1
高斯投影是高斯在1820~1830年间，为解 决德国汉诺威地区大地测量投影问题而提出 的一种投影方法。1912年起，德国学者克吕 格(Kruger)将高斯投影公式加以整理和扩充 并推导出了实用计算公式。从几何意义上看， 就是假设一个椭圆柱横套在地球椭球体外并 与椭球面上的某一条子午线相切，这条相切 的子午线称为中央子午线。
高差——h
地面上两点的高程之差。
高差计算公式
hAB HB H A HB H H A HB hBA A
由上式可知，高差与起算面无关， 并且有正、有负之分，并用下标注明其 方向。在土木建筑工程中，又将绝对高 程和相对高程统称为标高。
《测量学》第1章绪论
二、我国测绘事业的发展
上世纪80年代建立自己的大地坐标原点和高 程原点，并已经建立了覆盖全国的一、二等控制 网。 能生产全系列的光学经纬仪，能生产光电测 距仪、电子经纬仪、全站仪、GPS接收机 我国的数字摄影测量技术在世界处于较先进 地位 和欧空局合作，参与伽利略计划 建立了自己的卫星导航系统——北斗导航系 统 完成了一系列重大工程的工程测量工作。
• 1.3 测绘在社会经济中的作用
测绘为各种工程建设服务 测绘信息是规划和资源管理的基础 资料 军事上离不开测绘 科学研究
测量学
地理系 郑元福
准备：
便宜的16K作业本，20页左右即可。 科学计算器（智能手机或支持jar程序的手机也可以）
教材：
《现代普通测量学》清华大学出版社
参考书：
《测绘学概论》宁津生 陈俊勇 李德仁等主编 《数字测图原理与方法》 《测量学》第三版，陆国胜主编。
第1章
测量学概述
• 1.1 测绘学与测量学 一 测绘学的研究对象
地图学
研究地图的编制和应用的学科。
海洋测量学
研究以海洋水体和海底为对象，所进行的测量和 海图的编制理论和方法的学科。
摄影测量学
研究利用摄影或的手段，获取目标物的影像数据， 从中提取几何的或物理、生物的信息，并用图形、图像 或数字形式表达测绘成果的绘工作的理论、 工作方法、技术和应用的学科。 内容包括图根控制网建立、地形图测绘及一般工 程的测设。
二、测绘学分支
测绘学 大地测量学
工程测量学 地图学
海洋测量学
（普通）测量学 摄影测量学
大地测量学
研究和测定地球的形状、大小和地球重力场，以 及测定特定地面上点空间位置。
工程测量学
研究工程建设和资源开发中，在规划、设计、施 工和运营管理的各个阶段进行的控制测量、地形绘和施 工放样，变形监测的理论、技术和方法的学科。
《测量学》复习资料
《测量学》复习资料第一章绪论1.测量学：就是研究地球的形状与大小以及确定地面点位置的学科。
2.测量学的任务：测图、测设、用图。
3.测量学的作用：测量在国民经济、国防和科学研究中起着重要作用。
4.测图：也称测绘，就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成地形图，供规划设计、工程建设和国防建设使用。
5.测设：也称放样、标定，就是把图上设计好的建筑物和构筑物的位置标定到实地去，作为施工的依据。
6.用图：指识别和使用地形图的知识、方法和技能。
7.铅垂线：重力的方向线。
是测量工作的基准线。
8.水准面：海洋或湖泊的水面在静止时的表面。
9.水平面：与水准面相切的平面。
10.大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面。
是测量工作的基准面。
11.大地体：大地水准面所包围的地球形体。
12.参考椭球：旋转椭球面所包围的球体。
长半径a =6378143 m；短半径b =6356758 m；扁率f= a-b/a=1:298.25513.高斯投影规律：1中央子午线投影后为直线，长度不变，其他子午线为对称且凹向中央子午线的曲线。
2赤道投影后为直线，与中央子午线正交，其他纬线为对称且凸向赤道的曲线。
3经纬线保持正交，投影后无角度变形。
14.高斯平面直角坐标系的建立：X轴：中央经线；Y轴：赤道；原点：交点。
通用坐标：Y=带号＋y(自然) + 500000 m15.高斯坐标系与数学坐标系的异同：坐标轴不同；坐标象限不同；方位角的起算基准不同。
16.相对高程：地面点沿铅垂线到假定水准面的距离。
17.绝对高程：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。
18.高差：地面上任意两点之间的高程之差。
后视-前视。
Hab=a-b（负，a高）19.1956年黄海高程系统H水准原点＝72.289 m20.1985年国家高程基准H水准原点＝72.2604 m21.测量工作的基本内容：距离测量、角度测量、高程测量、制图。
22.测量工作的原则：由高级到低级、先控制后碎部；步步有检核。
测量期末考试知识点
《测量学》课程期末考试知识点（一）第一章 绪论1、测量学研究的对象和任务是什么？测量学、地物、地貌、地形、测定、测设的定义？ 测量学的研究对象：研究地球的形状与大小，确定地球表面各种物体的形状大小，空间位置的科学。
测量学的主要任务：测定与测设。
测量学：研究地球表面局部地区内测绘工作的基本原理、计算、方法和应用的学科，测量学将地表物体分为地物和地貌。
地物：地面上的天然或人工形成的物体，它包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路、桥梁等。
地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵和平原等。
地形：地物和地貌的总称。
测定：使用测量仪器和工具，通过测量与计算将地物和地貌的位置按一定比例尺。
规定的符号缩小绘制成地形图，供科学研究和工程建设规划设计使用。
测设：将在地形图上设计出的建筑物和构造物的位置在湿地标定出来，作为施工的依据。
2、水准面、大地水准面、铅垂线、参考椭球面和法线的定义是什么？水准面：假象静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成一个封闭的曲面。
大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面。
铅垂线：物体重心与地球重心的连线称为铅垂线。
参考椭球面：旋转椭球又称参考椭球，其表面称为参考椭球面。
法线：由地表任一点向参考椭球面所作垂线。
3、外业测量工作的基准面和基准线是什么？基准面：水准面基准线：铅垂线4、测量中点位的表示方法是什么？地理坐标系、直角坐标系（高斯坐标、假定坐标）5、确定地面点相对位置的三个基本几何要素是什么？水平角（方向）、距离、高差6、简述测量平面直角坐标系统与数学坐标系统的不同之处？为什么这样规定？X 与y 轴的位置互换，第一象限位置相同，二→三→四象限顺时针编号。
在数学上使用三角函数在高斯平面直角坐标中照常使用。
7、高斯平面直角坐标是怎样建立的？将中央子午线东西各一定经差范围内的地区投影到椭球柱面上，再将该横椭球柱面沿过南、北极点的母校切开展平，便构成了高斯直角坐标系。
8、北京某点的大地精度为116°20′，试计算它所在的6°带和3°带的带号，相应的中央子午线经度是多少？①6°：N=Int （（L+3）/6 +0.5） Lo=6N-3 Lo 为中央子午经度②3°：n=Int((L/3)+0.5) Lo=3n9、绝对高程和相对高程的定义，两点间的高程如何计算？决定高程：地面点到大地水准面的铅垂距离称为改点的绝对高程或海拔，简称高程。
第一章 测量学(卞正富主编)绪论
地物：地球表面天然形成的物体或固定物体。 如房屋，道路，河流。
地貌：地球表面高低起伏的形状，如山岭，洼 地，河谷。
第一章 绪论
一、测量工作的内容 测量工作就是确定一个点的位置（点与点间的
距离、角度、高差）。 测量工作基本内容：水平角测量、水平距离测
量、高程测量。 测量工作基本技能：观测、计算、绘图。
大地坐标系。
第一章 绪论
2、高斯平面直角坐标
高斯投影：正形投影的一种，同时，中央子午线（以能够 被15整除的经度作为该区域的中央子午线）投影为一直线， 且长度不变。 高斯投影规律： （1） 中央子午线的投影为一直线，且长度不变，其余子午 线的投影均为曲线，对称地凹向中央子午线；
（2） 赤道的投影为直线，且与中央子午线垂直，其余纬线 的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；
❖ 3、地理信息系统（GIS）：以采集、存储、描述 、检索、分析与空间位置有关的信息的计算机系统 。它是集计算机、地理、测绘、环境科学、空间技 术、信息科学、管理科学、网络技术、现代通讯技 术、多媒体技术为一体的多学科综合而成的新兴学 科。
❖ [信息高速公路：利用网络快速传输。
❖ 空间信息基础设施：信息高速公路的基础，包 括存储和管理控制数据、土地利用数据等。
❖ 2、在园林专业中的作用
❖ （1）利用测绘获得的地形图进行有关工程的 规划与设计。
❖ （2）将规划设计图纸通过测量的手段标定到 现场。
❖ （3）利用测量的手段标定取样点的位置、监 控工程施工质量等。
❖ （4）绘制工程俊工平面图等。
第二节 地球的形状与大小
第一章 绪论
地球是椭球体，地球表面不规则，海拔有 8846.13米的,也有低于海水面11022米的, 平 均半径为6371公里,对于普通测量来说，可以 视为圆球，小范围内可以视为平面。
第一章 绪论
测绘 测设
5
1.2 地球形状和大小
一、地球的自然形体 不规则的曲面。 不规则的曲面。 最高点： 8844.43米 最高点：珠峰 8844.43米， 最低点： 11022米 最低点：马氏海沟 -11022米。 相差约20km 20km。 相差约20km。 在不规则的曲面上无法进行 计算和绘图。 计算和绘图。 人们找寻一个理想几何体 来代表地球形状和大小， 来代表地球形状和大小， 需满足二个条件： 需满足二个条件： 1、与地球自然形体十分接近 2、可以用数学公式来表达
6 0
24
°
°
°
6、高斯平面坐标系的建立 中央子午线的投影为X 中央子午线的投影为X‘轴，赤道投影为Y’轴， 赤道投影为Y 原点为O 原点为O‘轴，X’，Y‘称为坐标自然值。 称为坐标自然值。
25
为了使横坐标不出现负值， 西移500千米， 500千米 为了使横坐标不出现负值，将X‘西移500千米， 并且在横坐标前冠以带号形成高斯通用坐标系。 并且在横坐标前冠以带号形成高斯通用坐标系。 X，Y称为坐标通用值。 称为坐标通用值。 X=X‘ X=X‘ 带号N 500000米 带号N Y＇+500000米 Y=
18
2、高斯投影的原理
高斯投影采用分带投影。 高斯投影采用分带投影。将椭球面按 采用分带投影 高斯投影平面 一定经差分带，分别进行投影。 一定经差分带，分别进行投影。
N 中 央 子 午 线
c
赤道
S
பைடு நூலகம்
19
3、高斯投影特点 投影后角度保持不变 中央子午线长度不变 经线和纬线长度有所变形
中 央 子 午 线
问题的提出： 问题的提出： 为什么在小范围内可以用 水平面来代替水准面进行计算。 水平面来代替水准面进行计算。 一、地球曲率对水平距的影响 地面上AB两点 地面上AB两点 AB 投影在水平面上的长度为D 投影在水平面上的长度为D， 投影在水准面上的弧长为S 投影在水准面上的弧长为S，
测量学-第一章 绪论
– 定位
• 大地水准面与椭球体最接近 • 单点定位：大地原点参考椭球面和大地水准面相切，
法线和垂线重合。
北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。
地球
大地体
大地水准面
大地水准面和铅垂线 是测量工作的基准面 和基准线
参考椭球
参考椭球面
参考椭球面和法线测量 内业计算的基准面和基 准线
• 施工阶段：把线路和各种建筑物正确的测设到 地面上。
• 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。（是否符 合设计的要求）
• 运营阶段：为改建、扩建而进行的各种测量。 • 变形观测：为安全运营，防止灾害进行变形测
量。
§1.2 测量学的发展概况
世界最早的地图
公元前3200年古埃及绘在苇草上的金矿图
陶片上的古巴比伦
§1.3.2 空间位置表示方法
地面点的空间位置表示方法
1.二维坐标系和一维坐标系组合表示
地理坐标和高程 平面直角坐标和高程
2.三维的空间直角坐标
天文地理坐标系
大地水准面和铅垂线是天文地理坐 标系的基准面和基准线
地面点的坐标是它沿铅垂线在大地 水准面上投影点的经度和纬度（
） ,
正高是地面点沿铅垂线到大地水准 面的距离
N
P
首
子 午
O
线
赤道
大地水准面 S
图5-1 天文地理坐标系
大地地理坐标系
– 基准面：参考椭球面 – 基准线：法线
表示地面点在地球椭球面上 的位置，用地面点沿投影到 椭球面上的投影点的大地经 度L和大地纬度B，表示。
我国目前采用的国家大地坐标系是1954年北京坐标 系和1980年国家大地坐标系 。
第1章 绪论分解
第一章绪论1.1 测量学与土木工程测量测量学的经典定义是：测量学是研究地球的形状和大小，测定地面点的位置及高程，将地表形状及其它信息测绘成地形图的科学。
测量学的主要任务有三个方面：一是研究确定地球的形状和大小，建立统一的测绘基准；二是将地球表面的地物地貌测绘成图；三是将图纸上的设计成果测设至现场。
根据测量及研究的对象、任务及采用技术手段的不同，传统上又将测量学分为以下几个分支学科：大地测量学——研究和确定地球形状、大小和重力场，测定地面点的几何位置和地球整体与局部运动的理论和技术的学科。
其基本任务是建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。
按照测量手段的不同，大地测量学又分为常规大地测量、卫星大地测量及物理大地测量等。
普通测量学——研究地球表面较小区域内测绘工作的基本理论、技术、方法及应用的学科。
是测量学的基础。
主要内容包括：建立图根控制网、测绘地形图、应用地形图、以及一般工程的施工测量。
具体工作有角度测量、距离测量、高程测量、测量数据平差处理和绘图。
在测绘地形图过程中无需考虑地球曲率的影响，用平面代替地球曲面。
摄影测量学——研究利用摄影或遥感的手段获取目标物的影像数据，从中提取几何的或物理的信息，并用图形、图像和数字形式表达测绘成果的学科。
其基本任务是通过对摄影像片或遥感图像进行处理、量测、解译，以测定物体的形状、大小和空间位置，进而制作成图。
摄影测量学包括航空摄影测量、航天摄影测量（遥感）、地面摄影测量和近景摄影测量等。
地图制图学——研究模拟地图和数字地图的基础理论、设计、编绘和复制的技术方法以及应用的学科。
它的基本任务是利用各种测量成果编制各类地图，其内容主要包括地图投影、地图编制、地图整饰、地图制印和地图应用等。
随着计算机技术的引入，出现了计算机地图制图技术，使地图产品由纸质模拟地图向数字地图转变，从二维静态向三维立体和四维动态转变。
测量学 第一章 测量学绪论
后为凸向赤道的曲线，并以 赤道为对称轴。
平行圈
（5）经线与纬线投影后仍然保持
正交。
赤道
O
y
（6）离中央子午线愈远，长度变 子午线
形愈大。
中央子午线
4、投影带的划分
我国规定按经差6º和3º进 行投影分带。
6º带自首子午线开始，按6º的 经差自西向东分成60个带。
3º带自1.5 º开始，按3º的经差 自西向东分成120个带。
几何形体，作为地球的参考形状和大小。
二、测量工作的基准线和基准面
测量工作的基准线—铅垂线。 测量工作的基准面—大地水准面。 测量内业计算的基准面—参考椭球面。
O 铅垂线
G
大地水 准面
三、地面点位的确定（X Y H）
地面点位的确定
高程 地理坐标
天文坐标
大地坐标
坐标
高斯平面直角坐标
平面直角坐标
独立平面直角坐标
例： 有一国家控制点的坐标: x=3102467.280m ,y=19367622．380m， （1）该点位于6˚ 带的第几带？ （第19带） （2）该带中央子午线经度是多少？ （L。=6º×19-3º=111˚） （3）该点在中央子午线的哪一侧？
（先去掉带号，原来横坐标y＝367622.380—500000＝-132377.620m，在西侧）
（距中央子午线132377.620m，距赤道310状相关概念
1、地球自然形体：是一个不规则的几何体，海洋面积约占地
球表面的71%。
2、水准面：静止的水面。
3、大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛
屿延伸所形成的闭合曲面。 4、大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形
测量学课件 第一章 绪论
第一章绪论第一节工程测量的任务和作用第二节地面点位的确定第三节测量三要素第四节用水平面代替水准面的限度第五节测量工作概述exit第一节工程测量的任务和作用一、测量学的一般概念测量学(Surveying)是测定地面点的空间位置，将地球表面地形和其它地理信息测绘成图，研究并确定地球形状和大小的科学。
工程测量是研究工程建设在勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。
主要内容有：工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量等。
第一节工程测量的任务和作用二、工程测量的任务和作用•测量学将地表物体分为地物和地貌,地物和地貌总称为地形(landform) 。
•地物(feature)：地面上天然或人工形成的物体，它包括平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、桥梁等；•地貌(geomorphy)：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵和平原等。
• 1.测定(location)：使用测量仪器和工具，通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小绘制成地图。
• 2. 测设(setting-out)：将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。
•测绘科学在建筑类各专业的工作中有着广泛的应用。
例如：勘测设计、施工、竣工测量和对重要建筑物进行变形观测等。
第一节工程测量的任务和作用三、测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设•①设计阶段——测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；•②施工阶段——将设计建构物的平面位置•和高程在实地标定出来，作为施工的依据；•③工程完工后——测绘竣工图，供日后扩建、•改建、维修和城市管理用；•对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行•变形观测，保证建筑物安全。
第一节工程测量的任务和作用2) 铁路、公路建设的测量工作①测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。
测量学第一章绪论
天文纬度
某点天顶方向与天球赤道面的夹角
在大地测量学中，常以天文经纬度定义地理坐标
地图与测量 第1章 绪 论
三、大地坐标 —— 地面点在参考椭球面上的位置
法线 在参考椭球面上过某一个点作一个 与椭球体相切的平面，再通过这个 点所作的垂直于这个平面的直线 通过椭球旋转轴和地球上任意一点的平面 通过格林尼治天文台的子午面 子午面与椭球面的交线，也称作经线或经圈 起始子午面与椭球面的交线 垂直于旋转轴的平面与椭球面的交线
地图 投影 按照一定的数学法则，将参考椭球面上的经 纬网转换到平面上，使地面点位的地理坐标 与地图上相对应点位的平面直角坐标或平面 极坐标间，建立起一一对应的函数关系 长度 投影 变形 角度 面积
变形性质 分 类
等角投影 等面积投影 任意投影
高斯——克吕格投影 高斯——克吕格投影
地图与测量 第1章 绪 论
技术设计 在全测区内选择有控制意义且密度较小 的点，组成整体控制网，各控制点的位 置用精密仪器和相应方法测定 在控制测量的基础上测定碎部点的工作
控制测量
碎部测量
检查验收
地貌、地物的特征点、拐点
地面上高低起伏的形态
地图与测量 第1章 绪 论
地面上固定性的物体
地图与测量 第1章 绪 论
平面控制测量 控制测量 高程控制测量 利用仪器在野外测出控制点 之间或控制点与碎部点之间 的距离、角度、高差，从而 确定点的位置的工作 将外业成果在室内进行整理 、计算和绘制成图的工作
测设
地面
测定
地图
规划设计图
测设
地面
地图与测量 第1章 绪 论
地图与测量 第1章 绪 论
地图与测量 第1章 绪 论
§2
(完整版)测量学(第五版)第1章绪论
•110
•12
测量工作在工程建设中作用
测绘和采集表示各种地物和 地貌的形状、大小、位置等空 间几何数据，进行数字化管理， 提供工程设计所必要的地形信 息(地形图和地形数据)。
把设计的建筑物、大型设 备等按设计的形状、大小和位 置准确地在实地标定出来，才 能进行施工(称为测设或施工放 样，并贯穿于施工全过程)。
•110
•18
世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定
•110
•19
用经纬仪作三角高程测量
•110
•20
用水准仪作精密水准测量
•110
•21
上述:三角高程测量和水准测量,都属 于几何大地测量，几何大地测量中还包 括三角测量和天文测量等。
天文测量研究测定恒星的坐标，以及 利用观测恒星确定地面点的大地位置(经 度、纬度、方位角)和十分精确的时间
•110
•2
第一章 绪论
§1-1 测量学的任务与主要内容
一、测量学的产生
生产、生活的需要 城市建设、农田、水利建设等
交通运输的需要 物流运输、航空、航海、旅行等
军事的需要
•110
•3
二、测量学的作用
(一) 测量学在生活上的作用
城 市 交 通 图
•110
•4
上海市水系专题图
•110
•5
同济校园图(四平路校本部)
用高科技测量手段标定国界，常在国 家间的领土争执中起到重要作用;也常以 对方出版的地图上对国境线的表示,作为 有利于己方的证据。
•110
•8
(四) 测量学在工程建设中的作用
在工程建设的规划设计中，首先需要有 地形图。在修建工厂和居民点时，须要先 平整地基和设计房屋的放样。在建设城市 道路网（包括高架道路、地下铁道和桥梁)， 都需要用测量方法精确地定向,定位和定高 程。
测量学复习资料
仅供参考第一章绪论1、基本概念：大地水准面、参考椭球面、绝对高程、相对高程、测设。
大地水准面：自由静止的平均海水面延伸到大陆、岛屿内而形成的闭合曲面。
参考椭球面：接近大地水准面，用数学式表示的椭球面，作为测量计算工作基准面相对高程：地面点到一般水准面的铅垂距离，又称为假定高程。
绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离，也称海拔测设：把规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来。
2、测量学的主要任务是测定、测设和用图。
3、测量工作的基准面和基准线是什么？基准面：在测量工作中，常以大地水准面作为测量的基准面基准线：在测量工作中，常以铅垂线或法线作为测量的基准线4、常用的坐标系和高程系有哪些？坐标系：1954年北京坐标系、1980年国家大地坐标系、WGS—84坐标系、国家2000坐标系高程系：1956年黄海高程系、1985年国家高程基准5、高斯直角坐标系的主要特点是什么？它和笛卡尔坐标系有什么区别。
高斯坐标系的特点：1）中央子午线投影后为直线，且为投影的对称轴，长度不变2）除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。
投影后有长度变形。
3）赤道线投影后为直线，但有长度变形4）除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴5）经线与纬线投影后仍然保持正交6）所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l7）离中央子午线愈远，长度变形愈大与笛卡尔坐标系的区别：不同点：1、x，y轴互异。
2、坐标象限不同。
3、表示直线方向的方位角定义不同。
相同点：数学计算公式相同6、测量工作应遵循的原则是什么？由高级道低级，由控制到碎部，步步有检核7、地球曲率对高差测量的影响最大。
第二章水准测量1、基本概念：转点、视准轴（视线）、视差转点：待测高程的两点间高差无法直接测得,须添加的若干个临时立尺点，起传递高差的作用视准轴：十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴或视线视差：当眼睛在目镜端上下微微移动时，若发现十字丝与目标影像有相对运动，这种现象称为视差2、了解水准测量的基本原理（后视、前视）未知点高程=已知点高程+（后视读数—前视读数）水准测量：利用仪器提供的一条水平视线，借助水准尺，测定地面两点之间的高差，从已知点高程推算未知点高程的方法。
测量学
第一章绪论（填空为主）测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位置的科学。
测定就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成地形图，供规划设计、工程建设和国防建设使用。
（地面到图纸）测设(也称放样)就是把图上设计好的建筑物和构筑物的位置标定到实地上去，以便于施工。
（图纸到地面）测量学的分支：大地测量学、地形测量学、摄影测量学、海洋测量学、工程测量学、矿山测量学、制图学、新的学科。
矿山测量学：研究如何确保矿产资源的合理开发、安全生产和矿区环境治理的测量工作。
测量学在矿山工程中的应用：贯穿矿井生命周期的所有阶段（勘探、设计、建设、生产、报废）；在矿床勘探阶段，地面控制网，地形图，标定设计好的勘探工程,储量计算；在矿山设计阶段，测绘地形图，供工业广场、建(构)筑物、线路等设计用。
进行土方量计算等；在矿山建设阶段，主要是进行一系列施工测量；在矿山生产阶段，需要进行巷道标定与测绘，储量管理。
开采监督，岩层与地表移动观测与研究，露天矿边坡稳定性的观测与研究;参加采矿计划编制和环境保护与土地复垦的工作；当矿山报废时,还须将全套矿山测量图纸、测量手簿及计算资料转交给有关单位长期保存。
重力：由于地球的自转运动，地球上任一点都受到地球引力和离心力的双重作用，这两个力的合力，称为重力。
铅垂线：重力的方向线称为铅垂线，铅垂线是测量工作的基准线。
水准面：静止的水面所形成的曲面称为水准面。
过水准面上的任意一点所作的铅垂线，在该点均与水准面正交。
水平面：水准面相切的平面称为水平面。
大地水准面：与平均海水面重合并向陆地延伸所形成的封闭曲面，称为大地水准面。
大地水准面是测量工作的基准面（外业观测）。
大地体：由大地水准面所包围的地球形体，称为大地体，它代表了地球的自然形状和大小。
旋转椭球体：一个非常接近大地体，并可用数学公式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。
它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的体，故又称旋转椭球体。
旋转椭球面：旋转椭球体外表面，是球面坐标系的基准面。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地形
我们把地面上天然或 人造的物体称为地物, 如房屋、道路、森林、 河流等。
把地面高低起伏的状态 称为地貌,如高山、丘 陵、平原、深谷等。
1 、地球的形状及大小 2、地面点位置的表示方法 3、 水平面代替水准面的限度
比例尺精度
正常人的眼睛只能分辨出图纸上大于0.1 毫米的两点间距离，因此，在测量工作 中把图纸上0.1毫米所代表的实地水平距 离，称为比例尺精度。
0.1 M
式中： ——比例尺精度；
M——比例尺分母。
1.4 测量工作的原则和程序
确定地面点相对位置的基本测量工作：
角度测量，距离测量和高程测量
D R ( 1 3 ) 1 R3
3
3
将 D 代入上式得：
R
D
D3 3R 2
或
D D
D2 3R 2
取R=6371公里，D=10、25、50……公里代入上式，计算结果见表1-1。
表1-1
以水平面代替水准面对水平距离的影响
D（公里） △D（厘米）
△D/D
D（公里） △（厘米）
测量工作的原则：
“先整体，后局部” “先控制，后碎部”
图1-8
复习题1
1．什么是测量学？测量学的任务有哪些？ 2．什么是水准面？大地水准面？大地体？ 3．什么是绝对高程？相对高程？高差？ 4．地面上两点间的水平距离为163.46m。问其在1︰500、
1︰2000地形图上各为多少厘米？ 5．什么叫比例尺精度？1︰2000的比例尺精度是多少？在
4、扁率：旋转椭球体是由长半径a,短半径b所决定，而把 a b
a
称为扁率，用 来表示。
1979年国际大地测量与地球 物理联合会通过并推荐的 椭球体元素为 a=6378137米 b=6356752米
α 1 298.257
我国“1980年大地坐标坐 标系”采用的参考椭球体 数据是国际大地测量协会 1975年推荐值
其数学表达式为：
1 d MD
式中：M——比例尺分母； d——图上两点间距离； D——相应实地两点间距离 。
例1 测得地面两点间水平距离为120米， 求在1︰1000 和1︰2000比例尺的地形图 上长度应为多少厘米？
解：根据公式（1-4）可知
d1
D M1
120 100 1000
12 （厘米）
1 、大地测量学 2 、普通测量学（地形测量学） 3 、遥感摄影测量学 4 、工程测量学 5 、地图制图学与地理信息系统
大地测量学 研究地球整体形状、大小及重力场,探索
其运动状态和变化规律，解决地球整体或大 区域内精密测量的学科。
根据测量设备、方法和手段的不同,又可 划分为常规大地测量学和卫星大地测量学。
结论:地球曲率对高程的影响很大，高程测量一般精度要求较高，即使 是最低等级的高程测量，每公里允许的误差仅为3~4厘米，所以在进行 高程测量时，即使距离不大，也必须考虑到地球曲率的影响，不能以水 平面代替水准面。
1.3 地形图成图原理
地物的投影 地貌的投影 地形图的比例尺 比例尺精度
地貌的投影
用图 ：解决如何使用图纸，利用图纸进行地形分析
并在图纸上规划、设计建筑物或构筑物等工程。
在国防建设方面 在科学研究方面 在工程建设方面 在农业生产方面
1）光学经纬仪、水准仪 2）激光、红外光测距仪 3）全站仪 GPS
全球定位系统（GPS）
系统组成 :地面控制部分+空间部分 +用户部分
d2
D M2
120 100 1000
6
（厘米）
数学比例尺：以分子为1的分数形式表示的比例尺，称为数 字比例尺。如1/500、1/1000、1/2000等，或 者写成1︰500、1︰1000、 1︰2000的形式。
图示比例尺：在实际工作中为了避免计算出错和防止因图纸 伸缩引起测量误差，常在测图的同时，就将图 纸的比例尺绘制在图纸的正下方，用以直接量 取图上某线段的实际距离。
等高线: 定义:水准面与地球自然表面的交线，或者，
地面上高程相等的相邻各点连成的闭合曲线。 性质：在同一等高线上高程相等。 任何一等高线必须闭合。
等高距：相邻两等高线之间的高差。
Байду номын сангаас
地形图的比例尺
比例尺：将地面上的地物和地貌投影到水平面 上以后，按一定的比例缩绘成图。图 上两点间的距离与相应地面两点间距 离之比，称为图纸的比例尺。
相对高程：地面点到任意水准面的铅垂距离，称为该点的相 对高程，也称假定高程。
我国是以黄海的平均海水面作为全国高程的 起算面（即大地水准面）。在青岛的万象山建 立了国家水准原点。
“1956年黄海高程系”， 水准原点其高程为72.289米。
“1985年国家高程基准”， 水准原点的高程为72.2604米。
实际测量工作中有何意义？ 6．测量工作应遵循的原则是什么？
对水平距离的影响 对高程的影响
对水平距离的影响
以水平面代替水准面对水平距离的影响为 ΔD D' D Rtgθ Rθ R(tgθ θ) （1-1） 将展开为级数，得
tg
1 3
3
2 15
5
（1-2）
因为值很小，取前两项代入公式（1-1）得 ：
测绘 ： 介绍如何正确使用测量仪器和工具,按照一定的测
量方法和手段,将地球表面局部地区的形状和大小 缩绘成图。为各项工程规划、设计提供技术资料。
测设：解决如何将图纸上规划、设计好的建筑物或构筑物
的位置,采用测量仪器和工具按照一定的测量方法在 地面上准确地确定下来,以便进行施工,因此,又常称 为施工放样。
对高程的影响
在图1-5中，△h即为水平面代替水准面产生的高程误差。其大小为
(R h)2 R 2 D'2
（1-3）
R h R 2 D'2
h R 2 D2 R
根据前面分析，与相差很小，以代替，将不同的代入上式得：
D =1公里
△h=7.8厘米
D =10公里 △h=780厘米
测量学
测量学:
研究地球形状、大小或测量地球 上局部地区地表物体的几何形状及空 间位置的科学。
1.1 测量学的任务及其在工程建设中的作用 1.2 地面点位的确定 1.3 地形图成图原理 1.4 测量工作的原则和程序
1 、测量学的学科分类 2 、普通测量学的任务 3 、测量学在工程建设中的作用 4 、现代测量科学发展概况
定义：
1、水准面：我们可以认为地球是 由海水面延伸,通过所有的岛屿和 大陆所形成的球体。这个封闭的曲 面称为水准面。水准面的特点是处 处与重力线相垂直。
2、大地体：与静止状态的平均海水面
相重合的水准面称为大地水准面。大地
图1-1
水准面所包围的形体称为大地体。
3、旋转椭球面：在测量工作中,通常取一个与大地水准面相接 近,并且可以用数学公式表达的规则曲面——旋转椭球体来代 替大地水准面,作为测量上计算、绘图的基准面。
研究地球表面局部地区的形状，解决小 区域内的地形图测绘的理论、设备和方法的 学科。
通过摄影像片和遥感信息图片,来测定地 面物体的形状及空间位置,调制成图的学科。
主要研究工程建设在规划、设计、施工和 运行管理各阶段的有关测量技术方法和理论的 学科。
主要研究用地图图形科学地、抽象概括地 反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、 相互联系及其动态变化，并对空间信息进行获 取、抽象、存储、管理、分析、护理、可视化 及其应用的一门科学与技术。
△D/D
10
1
1/1000000
50
103
1/48700
25
13
1/195000
100
821
1/12200
结论:当距离不超过10公里时，最大误差为1厘米，相对误差约为1/100万。 这样的误差即使是精密距离丈量也是允许的。所以在半径为10公里的范围 内，可以忽略地球曲率对水平距离的影响，以水平面代替水准面。
a=6378140米 b=6356755米
1
298.257
地理坐标 平面直角坐标 地面点的高程
地理坐标：用经度和纬度来表示地面点的球面坐标，称 为地理坐标（用λ、φ 表示 ）。
图1-2
平面直角坐标系：
图1-3
高程：地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高 程，简称高程，亦称海拔 。