测量学 第一章

✓ 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。
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。）
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。
§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
§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）
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。
✓ 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。
创了地面摄影测量方法 ✓ 1903年飞机的发明，1915年第一台自动连续航空
摄影机在德国蔡司测绘仪器厂研制成功，使航空 摄影测量成为现实 ✓ 1947年瑞典生产第一台光电测距仪，世界从此进 入电子测量时代。随后相继出现了微波测距仪、 激光测距仪、红外测距仪等 ✓ 电子经纬仪+光电测距仪+计算机=电子全站仪
(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
§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）6度投影带：中央子午线经度为 L0 6 N 3 （2）3度投影带：中央子午线经度为 L'0 3 n
§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
我国位于北半球(赤道以北)，x坐标值均为正值，而y坐标值 则有正有负。为了避免y坐标值出现负值，我国规定将每带 的坐标原点向西移500km。由于各投影带上的坐标系是采用 相对独立的高斯平面直角坐标系，为了能正确区分某点所处 投影带的位置，规定在横坐标值前面冠以投影带带号。
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。
✓ 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
❖ 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
《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
§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。
§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 %
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。
✓ 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
✓ 以陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原 点进行定位，建立了全国统一坐标系， 即“1980年国家大地坐标系”。
§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
❖ 二、地面点位的确定 测量工作的实质是确定地面点的空间位置，地面点 的空间位置可用 ✓ 三维的空间直角坐标 （X，Y，Z） ✓ 或用二维坐标系 (x, y)（如大地坐标系）和一 维坐标系（如指定的高程系统（H）来表示，可写为
§1-1 测量学的任务与应用
❖ 一、定义 测量学：研究地球的形状和大小以及确定地面（包
含空中、地下和水下）点空间位置的科学。
❖ 二、任务
1.测定（地面 图纸）百度文库使用测量仪器和工具，通 过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地 球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设 计、国防建设及科学研究使用。
Z轴，指向符合右手规则。在该坐标 系中，P点的点位用OP在这三个坐标轴
上的投影x,y,z表示 。
§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
测量工作中采用的平面直角坐标系如图所示。规定：
南北方向为纵轴X轴，向北为正；东西方向为横轴Y
轴,向东为正。
(第四象限)
y (北) A
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
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
2.大地测量学：研究地球表面广大区域点位测定的理论和
方法。包括地球的大小和形状的测定、大地区控制测量、 天文和重力测量。
§1-1 测量学的任务与应用
❖三、测量学的分类
3.摄影测量与遥感学：利用摄影相片或遥感技术来确定
地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位置的学科。
§1-1 测量学的任务与应用
❖三、测量学的分类
§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
❖ 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
§1-1 测量学的任务与应用
❖ 二、任务
2.测设：（图纸
地面）
测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度， 把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面 位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。
§1-1 测量学的任务与应用
❖三、测量学的分类
1.普通测量学：研究确定地球表面小范围（10—25公里）
内点位的理论和方法，不顾及地球曲率，把地球表面当作 平面看待。