测量与地图学_绪论

旋转椭球体 31
二、椭球体的大小

地球椭球体的三要素
②短半径，即极半径 ①长半径，即赤道半径 ③椭球体扁率： α=(a-b)/a。 地球椭球体的形 状和大小取决于a 、b、α。因此，a 、b、α被称为地 球椭球体的三要 素。
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由于推算的年代、使用的方法以及测定地区的不同，地 球椭球体的数据并不一致，常见的地球椭球体数据：
4．工程测量学 工程测量学是研究工程建设和自然资源开发中，在规划 、勘测设计、施工和运营管理各个阶段进行的控制测量、大 比例尺地形测绘、地籍测绘、施工放样、设备安装、变形监 测及分析与预报等的理论和技术的学科。
5．海洋测绘学
海洋测绘学是以海洋水体和海底为对象，研究海洋定位、 测定海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力 、海洋磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布及编制各 种海图的理论和技术的学科。
常见地球椭球几何参数
椭球名称 德兰布尔 白塞尔 克拉克 海福特 克拉索夫斯基 1980年大地测量参 考系统 WGS-84系统 年代
1800 1841 1880 1909 1940 1979 1984
长半轴a/m
6 375 653 6 378 249 6 378 388 6 378 245 6 378 140 6 378 137
问题：椭球
体到底放在 什么位置最 合适呢？
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三、椭球体的定位

在地球表面适当位置选择一点P，假设将椭球体和大地球 体相切于P’，切点P’位于P点的铅垂线上， 此时，过椭球体 面上P’的法线与该 点对于大地水准面 的铅垂线相重合， 椭球体的形状和大 小与大地球体很接 近，从而也就确定 了椭球体与大地球 体的相互关系。
2. 几何大地测量和物理大地测量科学结合：
对大地测量和地球物理学有研究价值，但在制 图业务中，均把地球当作正球体。
3. 实质是重力等位面：
可使用仪器测得海拔高程（某点到大地水准面 的高度）。
（三）地球数学表面：地球椭球体

地 球 的 形 状
地球自然表面是不规则的、不能用数学公式表达 的曲面。 由于地面表面起伏不平和地球内部质量分布不均 匀，地面上各点铅垂线方向不规则，大地水准面 仍十分复杂。

地球的形状
浩瀚宇宙之中 : 地球是一个表面光 滑、蓝色美丽的正球体。
机舱窗口俯
视大地 : 地表是一个 有些微起伏、 极其复杂的 表面。
事实是：
地球不是一个正球体，而是一个极半径略短、赤道半径 略长，北极略突出、南极略扁平，近于梨形的椭球体。
一、地球的形状
（一）地球自然表面


地球自然表面有高山、丘陵、平原、河谷、湖泊及海洋。世界上最高 的山峰珠穆朗玛峰高达8844.43m，而太平洋西部的马里亚纳海沟 则深达11022m， 但这些同地球的平均半径（约6371 km）相比是微不足道的。
二、测绘学的任务和分类 任务：确定地球的形状和大小；确定地面点的平面位臵和高 程；将地球表面的起伏状态和其他信息测绘成图。 测绘学按照研究范围、研究对象及采用技术手段的不同，分 为以下几个分支学科：大地测量学、摄影测量学、地图学、 工程测量学、海洋测绘学、地形测量学。
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1．大地测量学 大地测量学是研究和确定地球的形状、大小、重力场、 整体与局部运动和地表面点的几何位臵以及它们的变化的理 论和技术的学科。 2．摄影测量学 摄影测量学是研究摄影影像与被摄物体之间的内在几何 和物理关系，进行分析、处理和解译，以确定被摄物体的形 状、大小和空间位臵，并判定其性质的一门学科。 3．地图学 地图学是研究模拟和数字地图的基础理论、设计、编绘、 复制的技术方法以及应用的学科。
（七）教学手段：多媒体教学
（八）考核方式：暂定
（九）其它要求：
严格考勤，注重学生课堂表现及课堂参与情况，课
下作业，课程设计等占学生成绩的较大比率（30％）。
（十）教学重点：


测量坐标系，测量误差基本知识，基本测量 方法，控制测量，地形图的基本知识，碎部 测量，大比例尺地面数字测图方法。 地图符号与地图的表示方法，地图的数学基 础，制图综合，普通地图，专题地图
这种与局部地区的大地 水准面符合得最好的一 个地球椭球体，称为参 考椭球体，从数 学上给 出对地球形状的三级逼 近。 P点称为大地原点

确定参考椭球体，进 而获得大地测量基准 面和大地起算数据的 工作，称为参考椭球 体定位。

各国在椭球体的选择上，总是 寻求最佳的解决方案，就是因 为存在着椭球体的定位问题。
和军队作战的基本用图，也是编制其他地图的基础
。
国家基本比例尺地图包括八种比例尺。
1:5000,1:1万，1:2.5万，1:5万，1:10万，1:25万 ，1:50万和1:100万。
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国 家 基 本 比 例 尺 地 形 图
特点 1 有经纬网和直角坐标，能准确表示地形要素的地理位臵，便于 目标定位和图上量算； 2 内容详细准确； 3 地貌一般用等高线表示，反映地面的实际高度、起伏状态。 4 有规定的比例尺系列。
三、椭球体的定位

我国原来所采用的参考椭球有：新中国成立前 的海福特椭球和新中国成立初期的克拉索夫斯 基椭球。 但由于克拉索夫斯基椭球参数同1975年国际 第三推荐值相比，其长半轴相差105m，因而 1978年我国根据自己实测的天文大地资料推 算出适合本地区的地球椭球参数，从而建立了 1980西安大地坐标系，并将大地原点（下图 ）设于陕西省泾阳县永乐镇。
测量与地图学 讲授人：张霄羽 Email:zhang_xyhz@ 2015年9月
《测量与地图学》课程基本信息
（一）课程名称：测量与地图学
（二）学时学分：54学时（周3学时），3学分
（三）使用教材
《测量与地图学》，王慧麟等编，南京大学出版社
（五）教学参考书
1、《测量学》，顾孝烈、鲍 锋、程效军等，同济大 学出版社。 2、《测量学实验》，顾孝烈、鲍 锋、程效军等，同 济大学出版社。 3、《新编地图学教程》，蔡孟裔等编，高等教育出版 社。 4、《数字测图原理与方法》，潘正风等编，武汉大学 出版社出版。 （六）教学方法： 课堂讲授+课堂讨论+课堂练习
6．地形测量学（普通测量学） 测量学研究地球表面局部地区内测绘工作的基本理论、技 术、方法及应用。由于是在地球表面一个小区域内进行测绘工 作，故可以把这块球面看做平面而不顾及地球曲率的影响。测 量学又称为普通测量学或地形测量学，其主要内容包括角度测 量、距离测量、水准测量、控制测量、地形图测绘及地形图的 应用。

地球上任意一点的受力情况 由于地球质量不均衡，铅垂线 方向既不平行，也不指向地球 质心，和重力方向线相垂直， 形成无数曲面---水准面（重力 等位面）
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（二）地球物理面：大地水准面

海水面受潮汐涨落，所以水准面有无穷多个
地 其中与静止海平面重合的一个水准面称为大 球 地水准面-理想的水准面。 的 大地水准面向大陆内部延伸所包围的形体叫 形 大地体，大地体即代表地球的一般形状。 状
影响精度的因素多
工序多
不足
质量管理难 劳动强度大
二、数字测图 数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测量 发展过程中这是一次根本性的技术变革。
计 算 机 的 存 储 介 质
计算机处理 远距离传输 多方共享 数控绘图仪输出 电子地图或DTM
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软件
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大比例尺地面 数字测图
电子平板（便携机） PC 卡 全站仪及其它测量仪器 电子手簿 掌上电脑 数字化仪 计算机 扫描仪 成图软件 绘图仪 打印机 存盘 显示屏
5 有统一的图示符号，便于识别使用。
现代地图产品出现，4D产品逐步取代传统意义上的地图。 DEM（数字高程模型）：在某一投影平面上（如高斯投影平 面）规则各网点的平面坐标（X，Y）及高程（Z)的数据集。
DLG（数字线化地图）：现有地图矢量数据集，保存各要素
间的空间关系和相关的属性信息。 DRG（数字栅格地图）：现有纸质地形图经过计算机处理后 得到的栅格数据文件，其在内容上、几何精度和色彩方面与 国家基本比例尺地形图保持一致。 DOM（数字正射影像）：中心投影转变为垂直投影的影像。
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三、椭球体的定位
大地原点: 陕西省泾阳县永乐镇
国家大地原点
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测量的基本任务就是确 定地面点的位置。
§2 地面点位置的表示方法
在测量工作中，通常采用地面点在基准面（如椭 球面）上的投影位置（即坐标）及该点沿投影方向到 基准面（如椭球面、水准面）的距离（即高程）来表 示。
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一、参考椭球的主要点、线、面
地球表面的不规则使得它不可能用一个属性公式概括和表达。因此， 迫切需要一个既与地球形状相近又能用数学模型表达的曲面来概括地 球的自然表面，作为测量数据处理与地图制图的基准面。

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一、地球的形状
（二）地球物理面：大地水准面

地球= 71%海洋+ 29%陆地，所以海水所包 围的形体基本上表示了地球的形状。 因此，可以把地球形状看作是被海水包围的球体




旋转轴：参考椭球旋转 时所绕的短轴NS，它 通过椭球中心O。它和 地球旋转轴重合，又称 地轴。 极点：旋转轴与参考椭 球面的交点N、S称为 极点。北端称北极；南 端称南极。 子午面：包括旋转轴 NS的任一平面称为子 午面。它有无数多个。 子午线：子午面与参考 椭球面的交线称为子午 线，亦称经线。各经线 均通过南北极。
大地体 27
（二）地球物理面：大地水准面

地 球 的 形 状

水准面处处与铅垂线正交。铅垂线方向 又称重力方向，而重力又是地球引力与 离心力的合力。 大地水准面是海拔高程系统的起算面。

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