测量学 第一章
【测量学课件】第一章测量学的任务及其分支
海底地形测量——测定海底起伏、沉积物结构和地物的 测量工作
海洋专题测量——以海洋区域的地理专题要素为对象的 测量工作
海图编制——设计、编绘、整饰和印刷海图的工作
三、测绘学的现代发展
测绘学中的3S技术
◆ 全球定位系统（Global Positioning System, GPS）
在计算机软件和硬件支持下，把各种地理信息按照空间 分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、显示和综 合分析应用的技术系统
我国地心坐标系参考框架
2008年7月1日起启用“2000国家大地坐标系”
➢ 国家高程基准
我国采用 1985 黄 海 高 程系统，基准 是青岛水准原 点及其高程值。 国家一、二等 水准网则为此 高程系统的参 考框架。
任务：
• 测绘科学是一门研究如何确定地球形状和大小 及地面、地下和空间中各物体的几何形态及其空
间位置的科学，为人类了解自然、认识自然和能 动的改造自然服务。
研究三维空间中各种物体的形状、大小、 位置、方向和其分布的学科。
• ⑴ 测量（精确测定点的位置，物的形状、大小） • ⑵ 标定（将图纸上设计好的位置标定在实地） • ⑶ 绘图（将所测数据根据需要展绘到图上）
运营管理阶段的测量——工程竣工后为监视工程状 况，保证安全，进行周期 性的重复测量，观测其变 形情况
高精度工程测量——采用非常规的测量仪器和方法， 使其测量的绝对精度达到毫米 以上要求的测量工作
4 地图制图学（地图学）
研究模拟和数字地图的基础理论、设计、 编绘、复制的技术方法及应用的学科 。
地图投影——依据数学原理将地球椭球面上的 经纬度线网描绘在平面上相应的 经纬线网
《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。
测量学基本知识基本分类1
4. 我国的高程系统
主要有： （1）1985国家高程系统 （2）1956黄海高程系统 （3）地方高程系统。 注：水准原点：青岛市观象山 H0= 72.260m（85黄海系） = 72.289m（56黄海系）
§1.3 测量工作概述
一．测量的基本工作
——测角、量边、测高差
二．测量工作中用水平面代替水准面的限度
三．学习本课程的意义及要求
1．学习本课程的意义。
◆采矿工程的建设、生产阶段、扩建维修 及变形监测、地面建筑物的保护等均要
进行测量工作。
◆从高职专业的特点看，更要学好测量学。
２．学习好本课程的要求。
◆认真听课；
◆做好笔记； ◆独立完成作业；
◆实验课认真对待。
§1.2 地面点位的确定
确定地面点的空间位置需要用三个 量，在测量工作中一般用:
图形：正反方位角关系图及例题
例1 X 已知: AB= 88°20′24″ JK=316°12′3 ″ 求 BA ，KJ AB A 解： BA=268°20′24 ″ KJ=136°12′3 ″
AB
B
BA Y
2、象限角 定义：直线与标准方向线所夹的锐角 称为象限角。象限角的取值范围为 0°-90°
(三）．测量工作的基本原则 布局上：由整体到局部 精度上：由高级到低级 次序上：先控制后碎部
测量工作的又一原则:
“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。
四.角度与弧度的换算关系
1弧度 = 180
= 57.29577951 =
0
0
= 3438' = ' = 206265" = "
1．对水平角、距离的影响——两点距离
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。
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 。
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
第一章测量学的基本知识第一节测量学及其地位和作用测量学是一门古老的地球科学，它来自于希腊文的“土地划分”，至少已有4000多年的历史。
我国是世界文明古国之一，测量学的发展也有悠久的历史。
早在公元前2200年夏禹治水时就已使用了“左准绳，右拐矩”的测量工具和方法，春秋战国时期已经制成了利用磁石的指南仪器“司南”，唐代僧一行主持了世界上最早的子午线弧长测量，西晋裴秀的《制图六体》被誉为世界上最早的地图制图理论。
为准确确定空间点的坐标位置，早在1615～1617年就已有人采用了三角测量来建立测量控制网的方法，当时荷兰的天文学家和数学家斯涅利乌斯就采用三角方法进行了子午圈的弧长测量。
直到今天，这种方法在测量工作的外业和成果处理中仍被广泛的采用。
近代的测量学已经发展为一门综合科学，它在一系列测量仪器与工具的帮助下能够解决许多复杂的科学、技术与工程问题，研究如何测定地面点的位置和高程，将地球表面的地形及其它信息测绘成图以及确定地球的形状和大小的科学。
也就是说，测量学是研究如何测量和描绘地球整体以及地面形状的科学。
测量一词是泛指对各种量的量测，而测量学所要量测的对像是地球的表面乃至整个的地球。
由于测量学一般都包含测和绘两项内容，所以这门科学又称为测绘科学。
测绘科学的研究对象主要是地球的形状和大小以及地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）上各种物体的几何形状与空间位置，通过测绘工作把地球表面用平面图、地图或剖面图表示出来，以及对于这些空间位置信息进行处理、储存、管理，同时解决各种类型的实际问题。
测绘技术对于空间技术研究、地壳形变、地震预报、地球动力学研究等科学研究方面也是不可缺少的工具。
按照所研究的内容、范围和对象的不同测量学有许多分支学科(1) 大地测量学：研究地球的形状、大小和重力场问题及大范围内建立国家大地控制网的理论、方法和技术的科学，是整个测量学的基础理论学科。
大地测量必须考虑地球曲率的影响。
大地测量学可分为常规大地测量学和卫星大地测量学。
测量 学
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第二节 地面点位的确定
规定在横坐标值前冠以投影带带号。如A、B两点均位于第20号带， 则
yA＝20636780m，yB＝20227560m
当要求投影变形更小时，可采用3°带投影。如图1－5所示，3°带
是从东经1°30′开始，每隔经度3°划分一带，将整个地球划分成120
个带。每一带按前面所述方法，建立各自的高斯平面直角坐标系。各带
中央子午线的经度λ0′，可按式（1－3）计算。
λ0′＝3°n
（1－3）
式中 n—3°带的带号。
为避免y坐标出现负值，3°带的坐标原点同6°带一样向西移动
500km，但加在y坐标前的带号应是3°带号。假设C点所在的中央子午线 精度为105°，yC＝538640m，那么该点所在的3°带的带号为n＝105°/3 ＝35，则该点加上带号后的y坐标值为yC＝35538640m。
三、建筑工程测量的任务
建筑工程测量是测量学的一个组成部分。它是一门测定地面点位的 科学，广泛用于建筑工程的勘测、设计、施工和管理各个阶段。其主要 任务包括以下几个方面。
（1）测绘大比例尺地形图。将地面上的地物、地貌的几何形状及 其空间位置，按照规定的符号和比例尺缩绘成地形图，为建筑工程的规 划、设计提供图纸和资料。
（2）相对高程。局部地区采用国家高程基准有困难时，可以采用 地面点到假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程。如 图1－10中，A、B两点的相对高程为HA′、HB′。
（3）高差。地面两点间的高程之差，称为高差，用h表示。高差有 方向和正负。A、B两点的高差为
(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。
测量学电子版
第一章 绪 论§1.1 测量学的发展、学习意义及要求一．测量学的发展概况1．我国古代测量学的成就（1） 长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。
（2） 北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。
（3） 清朝康熙年间， 1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。
2．目前测量学发展状况及展望（1） 测量室内外一体化。
（2） GPS（Global positioning system）的发展。
（3） RS（Remote sense）的发展。
（4） GIS（Geographic information system）的发展。
（5） 3S技术的结合,和数字地球的概念。
二．路桥专业学生学习测量学的意义及要求1．学习本课程的意义。
从公路的设计、施工、竣工到日后扩建维修及变形监测均要进行测量工作。
从高职路桥专业的特点，更要学好测量学。
2．掌握好本课程的要求。
认真听课，做好笔记；独立完成作业；实验课认真对待。
三．测量学科的分类1．测量学的定义——根据它的任务与作用，包括:测定（测绘）——由地面到图形。
测设（放样）——由图形到地面。
2．测量学科的分类一般分为：普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学和制图学。
复习：测量学的分类§1.2 地面点位的确定在测量工作中，我们一般用：某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。
一．测量基准面1．测量工作基准面——水准面、大地水准面。
水准面——静止海水面所形成的封闭的曲面。
大地水准面——其中通过平均海水面的那个水准面。
水准面的特性——处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。
铅垂线——测量工作的基准线2．测量计算基准面——旋转椭球由一椭圆（长半轴a，短半轴b）绕其短半轴b旋转而成的椭球体。
二．地面点的坐标坐标分为地理坐标、高斯平面直角坐标和平面直角坐标。
（一）地理坐标（属于球面坐标系统）适用于：在地球椭球面上确定点位。
测量学1第一章教材
（1－1）
h S s S S R
设S=10 km，h=637 m，代入(1－2）式中，算得 S 1m
（1－2）
虽然AB= 10 km，bc=10 km，但 ab bc(ab bc 1m) 。这就是说，在高度不 同的水准面上，测得的等长距离，投影到同一水准面上后并不等长，这个差值 S 就 是高度对长度归算的影响。这个差值大约为：每降低6.4 m，1 km长度要减少1 mm. 因此，当进行高精度测量时，必须要选取一个确定的共同基准面，计算出高度 对长度归算的影响值，并对长度观测值进行相应的改正。在以10 km为半径的圆面 积内进行普通测量，当地面高差不大时，可以不考虑高度对长度归算的影响。
§1－6 确定地面点位的坐标系
1、大地坐标系(L,B)
地轴、子午面、起始子午面、子午线、赤道面、赤道、 平行圈
大地经度：过P点的子午面与首子午面所夹的两 面角，用L表示。从首子午线向东0°至180°称 东经，符号为（＋），从首子午线向西0°至 180°，称为西经。符号为（－）。 大地纬度：是过P点的法线和赤道面之间的夹角， 在子午面上量度，用B表示。从赤道向北， 0° 至90°称北纬，符号为（＋） ；从赤道向南， 0°至90°称为南纬，符号为（－）。 法线：垂直于椭球面的直线。
§1-5 用水平面代替水准面的限度
一、对水平距离的影响 设A、B两点在水准面上的距离为D，在水平面上的距离为D′，两者之差 为△D，则用水平面代替水准面所引起的距离误差为
D D D R tan R R(tan )
角值一般很小，
（1－3）
根 据 三 角 函 数 的 级 数 公 式 ， 知 ：
R (a a b) / 3 6371 km
1 第一章 测量学的基本知识
展开后为Y轴，向东为正。
图形：高斯投影方法图一
N
S
图形：高斯投影方法图二
投影
剪开
展平
1)、6°带的划分
为限制高斯投影离中央子午线愈远，长
度变形愈大的缺点，从经度0°开始，将
整个地球分成60个带，6°为一带。
λ =6n-3 λ——中央子午线经度, n——投影带号。
(2) 高斯平面直角坐标的表示
例：设第21投影带内A、B投影的横坐标分别为： ya=+ 224567m Yb=-245678m
则：
高斯坐标表示
ya =500000+224567 =724567m yb =500000-245678 =254322m
即： ya =21724567m
yb=21254322m
用一非常接近大地水准面的 数学面------旋转椭球面代替 大地水准面，用旋转椭球体 描述地球。最接近某地区称 参考椭球体。
P
长半径 a=6378137m 短半径b=6356752m 扁率 =(a-b)/b=1/298.257
P
要求：①总质量=地球质量，中心与质心重合，短 轴与旋转轴重合。 ②旋转角速度与地球自转速度相等。 ③表面与大地水准面拟合最好。
N
PHMFra bibliotekG
大地纬度(B)
过地面点的法线与赤道 面之间的夹角
B L
大地高(H)
地面点沿法线至参考椭 球面的距离
S
大地坐标系：以法线，参考椭球面的位置 为基准
▲我国目前常用大地坐标系：
◎1954年北京坐标系，大地原点在原苏联。
◎ 1980年国家大地坐标系，大地原点在陕 西省永乐镇。
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。
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✓ 椭球的基本元素有：
Y
长半径为a，
X
短半径为b，扁率 f a b ✓ 旋转椭球理论上是唯一a 的数学球体；
✓ 旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定 并采用的旋转椭球称为参考椭球。
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小 2.测量基准面 （1）大地水准面 （2）参考椭球面
✓ 根据一定的条件，确定参考椭球与大地水准面的相对位置， 所作的测量工作，称为参考椭球体的定位。
(x, y，H)
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 1．大地坐标系 表示地面点在地球椭球面上的位 置，用大地经度L和大地纬度B表示。 基准面：参考椭球面 基准线：法线
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 2．空间直角坐标系
以椭球体中心O为原点，起始子午面 与赤道面交线为X轴，赤道面上与 X轴 正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为
4.海洋测绘学：以海洋和陆地水域为对象所进行的测量和
海图编绘工作，属于海洋测绘学的范畴。
5.工程测量学：研究工程建设和资源开发中，在规划、设
计、施工、管理各阶段进行的控制测量、地形测绘和施工放 样、变形监测的理论、技术和方法的学科。
6.制图学：是利用测量所得的成果资料，研究如何投影编
绘和制印各种地图的工作，属于制图学的范畴。
目的：将球面坐标转换为平面坐标。
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 4．高斯平面直角坐标系 （1）高斯投影
N
M
中
央
子
O
午 线
赤道面
S
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 4．高斯平面直角坐标系 （1）高斯投影
✓ 中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。 ✓ 中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。 ✓ 为保证投影精度，必须采用分带投影。
❖ 本书主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内 容。
§1-1 测量学的任务与应用
❖四、测量学的作用
勘测设计阶段: 测绘各种比例尺的地形图, 供
规划、设计使用
施工阶段: 施工测量、测设(施工放样)、竣工
测量和变形观测
运营管理阶段: 建（构）筑物变形观测和安
全监测预报、扩建改建
§1-2 测量学的发展与现状
A (第一象限)
o
西 (西南角)
xA y (东)
(第三象限)
(第二象限) 南
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 3．独立平面直角坐标系
测量平面直角坐标系
数学平面直角坐标系
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 4．高斯平面直角坐标系 （1）高斯投影
高斯投影：横切椭圆柱正形投影。又称为高斯—克吕格投影。
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小 2.测量基准面 （1）大地水准面
大地水准面：水准面有无数个， 其中通过平均海水面的一个水准面 称为大地水准面。由大地水准面所 包围的地球形体 称为大地体。 ✓ 大地水准面和铅垂线是测量工
作的基准面和基准线 。
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小 2.测量基准面 （1）大地水准面 （2）参考椭球面
✓ 从全球卫星定位系统（GPS）→“3S”集成技术
§1-2 测量学的发展与现状
❖ 三、我国测量事业的发展 ✓ 建立和统一了全国坐标系统和高程系统 ✓ 建立了全国的大地控制网、国家水准网、基本重力网、完
成了大地网和水准网的整体平差；完成了国家基本图的测 绘工作 ✓ 已完成全国GPS 大地控制网和GIS基础框架 ✓ 进行了珠穆朗玛峰高程的测量。 ✓ 制定了各种测绘技术规范（规程）和法规，统一了技术规 格和精度指标。 ✓ 测绘仪器生产发展迅速，不仅生产出各等级的经纬仪、水 准仪、平板仪，而且还能批量生产电子经纬仪、电磁波测 距仪、自动安平水准仪、全站仪、GPS接收机、解析测图 仪等。
测量学
测量学课程概述
❖ 课程性质：专业基础课 ❖总学时数： 48学时
其中：课堂理论教学48学时
❖ 使用教材：《测量学》
主编
——华中科技大学出版社（吴建新等
❖ 相关课程：测量教学实习（1周）
《测量学》教材内容
❖ 分为两大部分 ❖ 第一部分：基本部分（前9章） ✓ 第1章－测量学基本概念 ✓ 第2、3、4、5章－测量三项基本工作(H、β、D） ✓ 第6章——测量误差基础 ✓ 第7章——控制测量 ✓ 第8、9章—— 地形图基本知识、地形图测绘与应用 ❖ 第二部分：专业部分（后3章） ✓ 第10章——测设基本工作与施工测量 ✓ 第11、12章——道路中线测量
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小 1.地球的形状和大小 ✓ 地球是一个表面起伏较大的椭球
地球表面最高峰： 8844.43m 海洋底部最深处: 11022.00m 地球表面最大高差近20km ✓ 地球平均半径: 6371km ✓ 地球又是一个近似光滑的水球 大陆面积: 占29% 海洋面积: 占71 %
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定
4．高斯平面直角坐标系
（2） 高斯平面直角坐标系
坐标原点：中央子午线和赤道的交点
x坐标：中央子午线的投影向北为正。
y坐标：赤道的投影，向东为正。
x
N
B yb
ya A
W
o
yE
S
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 4．高斯平面直角坐标系
（2） 高斯平面直角坐标系
❖ 一、测量学的发展简史 ✓ 世界最早的测量记载： 公元前21世纪《史记.夏本记》
记载“准、绳、规、距” ✓ 世界最早的地球球体说：公元前6世纪，古希腊毕达哥拉
斯，地球自转 ✓ 世界最早的测量仪器：公元前3世纪中国四大发明之一
司南，即指南针 ✓ 世界最早提出大地测量名词：公元前3世纪古希腊亚里士
多德提出 ✓ 世界最早的地图论著：公元前3世纪古希腊埃拉托色尼
✓ 1794年，最早提出最小二乘法，奠定了的近代测量平差理 论的基础，1809年正式发表（概率论创始人法国拉格朗日 1806年发表最小二乘原理）
✓ 1822年，创立高斯投影理论，1912年由德国大地测量学家 克吕格补充完善，正式建立高斯-克吕格投影和高斯-克吕 格平面直角坐标系，简称高斯平面直角坐标系
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定
4．高斯平面直角坐标系
（2） 高斯平面直角坐标系
B点真正横坐标yb＝-124625.723m； 按照上述规定，y值应 改写为 yb ＝20(-124625.723+500000)＝20375374.277
x
N
x
500km
N
B yb
ya A
W o
yE
ya
§1-3 测量学的基础知识
§1-3 测量学的基础知识
§1-3 测量学的基础知识
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小 2.测量基准面 （1）大地水准面
水准面：设想有一个自由平静的海水面，向陆地延伸而形成 一个封闭的曲面，我们把自由平静的海水面称为水准面。 ✓ 水准面是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。
《地理学》提出经纬图，地球周长 ✓ 世界最早的天文测量仪器：公元100年，中国东汉张衡，
混天仪
§1-2 测量学的发展与现状
❖ 一、测量学的发展简史 ✓ 世界最早的地图制图规范：公元265年，中国西晋裴秀
《禹贡地域图》序言“制图六体” ✓ 世界最早的地形模型：公元421年，中国南朝谢庄
制造《木方丈图》 ✓ 世界最早的近代地球仪：1429年，德国白海姆制作 ✓ 世界最早的地球投影：1569年，德国墨卡托投影 ✓ 世界最早的望远镜： 1608年，荷兰，汉斯发明望远镜 ✓ 世界最早的近代测量工作：1617年，荷兰，斯纳尔
为使用方便，通常用一个非常接近 于大地水准面，并可用数学式表示 的几何形体（即地球椭球）来代替 地球的形状作为测量计算工作的基 准面。地球椭球是一个椭圆绕其短 轴旋转而成的形体，故地球椭球又称为旋转椭球。
§1-3 测量学的基础知识
❖ 一、地球的形状和大小
Z
2.测量基准面
（1）大地水准面
（2）参考椭球面
§1-2 测量学的发展与现状
❖ 二、测量学的发展现状
✓ 从游标经纬仪 → 光学经纬仪 → 电子经纬仪 →电子全站仪→数字智能型全站仪
✓ 从光学水准仪→自动安平水准仪→电子水准仪→ 数字水准仪
✓ 从地面摄影测量→航空摄影测量→数字摄影测量 →卫星遥感（RS）图像处理→三维激光扫描系统
✓ 从野外白纸测图→计算机机助制图→数字化自动 成图→地理信息系统（GIS）
在世界首次进行三角测量 ✓ 世界最早的地球椭球论： 1672年，法国里歇通过观测钟
摆周期的实验，推论地球是椭球；1687年，英国牛顿在 《自然哲学的数学原理》书中根据万有引力定律证明了地 球是旋转椭球的理论
§1-2 测量学的发展与现状
❖ 一、测量学的发展简史
高斯（C.F.Gauss，1777~1855年）世界近代测量史的杰出代表，现代测 绘科学的奠基人，德国著名的数学家、物理学家、天文学家。
✓ 1826年，创立三角测量控制网整体条件平差理论 ✓ 1828年，提出平均海水面概念，为全球建立大地水准面作
为高程基准面打下基础
§1-2 测量学的发展与现状
❖ 二、测量学的发展现状 ✓ 望远镜的发明，推动了光学测量仪器（如光学水
准仪、经纬仪）的发展和广泛使用 ✓ 1859年第一台地形摄影机在法国制造，洛斯达开
A
yb
B
W o
yE
S S
§1-3 测量学的基础知识
❖ 二、地面点位的确定 5．高程系统 （确定该点沿铅垂方向到某基准面的距离。）