中南大学《土木工程测量》课件第01章绪论
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土木工程测量(精)
第一章：绪论一、 土木工程测量学的任务：测定、测设、监测 二、 地面点位的确定：确定地面点的位置的 三要素：水平角、水平距离、高差1、 水准面（人为规定的水平面）有无数个；大地水准面（海平面的平均高度）只有一个2、 大地水准面和铅垂线是测量专业所依据的基准面和基准线3、 常用的坐标系有：大地坐标系（1980西安坐标系或1980国家坐标系）； 高斯平面投影直角坐标系 6°带：中央子午线经度为 3°带：中央子午线经度为 独立平面直角坐标系 4、 高程系统（目前采用 绝对高程（海拔）：地面点到大地水准面的铅锤距离；相对高程：到任意水准面的铅锤距离 水准面以上的高程为正，反之为负5、 半径小于10km 的区域内（普通测量），地球曲率对水平距离的影响可以忽略，用水平面 代替水准面 三、 测量工作的基本原则：测量工作的组织原则：7C第二章：水准仪及水准测量一、高程测量分为 水准测量、三角高程测量和气压高程测量 水准测量的基本原理： 高差=后视读数-前视读数（hAB = a - b ）a?b 时高差为正，B 点比A 点高，反之成立1水准仪的基本构造 （三部分）望远镜、水准器、基座 2、水准测量的一般方法：3、 水准尺和尺垫尺垫的作用：防止水准尺的位置和高度发生变化而影响水准测量的精度 尺垫的位置：在起点和终点不能放尺垫而中间测点（转点）必须要放4、 水准点分为永久性和临时性（BM:已知高程的永久水准点） 二、水准路线：单一水准路线和水准网1、 单一水准路线： 附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线2、 水准测量的检核：计算检核、测站检核（变仪器高法、双面尺法） （1）、附合水准路线的成果检核：:中央子午线视为 X 轴，并且y 坐标加上500km 以免出现负值 6n ・3， 3n ;佃85黄海高程系统）从整体到局部、从高级到低级 从整体到局部、先控制后碎步 180 3600P = -------------四、一弧度对应的秒值:hAB -W a-W b A / \ ” B （AB 间可能有n 个测站）、成果检核f h =艺h 测-（H 终-H始）f h —高差闭合差（普通水准测量中，不得超过± 40j L mm 或者± 12j n mm L （ km ）是水准路线的长度，n 为测站数）H 终一终点水准点BM2的高程送h 测=hAB =送a"送、f 容?fh、高差闭合差的调整（ 按与测站数（或距离）成正比例反符号 的分配原则）ViL —水准路线的总长度Li —第i 测段路线长度 n —水准路线的总测站数n i—第i 段测站数3、闭合水准路线成果计算（〔八f h=送 h 测-（H 终-H始）；fh 容 = ±12石（或士 4%）H始一始点水准点BM1的高程表2冲图根水准测量的成果处理V i（mm ）:高差改正数式中高差改正数的计算检核：Z v i =-f h4、 水准测量误差： 仪器误差、观测误差、外界条件的影响5、 水准测量时要求前、后视距相等 可以抵消i 角、地球曲率和大气折光的影响。
测绘讲义土木工程测量-第一章绪论
6°带 投影是从英格林尼治子午线开始，自西向东，每隔6° 投影一次。将椭球分成60个带，编号为1～60带。
各带中央子午线经度 (L06)按下式计算：
L60 6n 3 (1-3)
已知某点大地经度L，可按下式计算所属的带号：
n L(的整数商)+1(有余数时)
(1-4)
工程测量学6
§1 绪1.3 论 测量常用的坐标系统
扁率
α=1:298.275
由于α很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其 半工径程为测平量均学值6371km。
1绪论 §1.2 地球的形状和大小
并选择陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点，进行了大 地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使 用的“1980年国家大地坐标系”。
由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时， 可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为6371km
工程测量学
1绪论 §1.1 土木工程测量学的任务
工程测量学的主要任务： ⑴研究测绘地形图的理论和方法 ⑵研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和方法 ⑶研究建(构)筑物施工放样、建筑质量检验的技术和 方法 ⑷对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测
工程测量学
1绪论
§1.2 地球的形状和大小
测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则， 有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达 8848.13m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。但是这样 的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。再顾及到 海洋约占整个地球表面的71%，因此，人们把海水面所包围的地球 形体看着地球的形状。
摄影测量学——利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间 位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同， 可分为地面、航空、水下和航天摄影测量学。
各带中央子午线经度 (L06)按下式计算：
L60 6n 3 (1-3)
已知某点大地经度L，可按下式计算所属的带号：
n L(的整数商)+1(有余数时)
(1-4)
工程测量学6
§1 绪1.3 论 测量常用的坐标系统
扁率
α=1:298.275
由于α很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其 半工径程为测平量均学值6371km。
1绪论 §1.2 地球的形状和大小
并选择陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点，进行了大 地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使 用的“1980年国家大地坐标系”。
由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时， 可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为6371km
工程测量学
1绪论 §1.1 土木工程测量学的任务
工程测量学的主要任务： ⑴研究测绘地形图的理论和方法 ⑵研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和方法 ⑶研究建(构)筑物施工放样、建筑质量检验的技术和 方法 ⑷对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测
工程测量学
1绪论
§1.2 地球的形状和大小
测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则， 有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达 8848.13m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。但是这样 的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。再顾及到 海洋约占整个地球表面的71%，因此，人们把海水面所包围的地球 形体看着地球的形状。
摄影测量学——利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间 位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同， 可分为地面、航空、水下和航天摄影测量学。
土木工程测量第1章绪论(莫PPT-1)
五、高程系统（掌握）
地面点的空间位置除了基准面上的投影位置外，还有高程位置， 与之对应的是高程系统。
高程系统是用以传算全国高程测量控制网中各点高程所采用的 统一系统。我国法定高程系统是正常高系统（似大地水准面）， 高程起算依据是国家黄海1985高程基准。 由于高程基准面选择的不同，有不同的高程系统。
假定高程
假定
绝对高程
绝对高程
掌握 高差----地面上两点间的高程之差称为高差，用h表示
(注意：未强调是何种高程) 。 A、B两点高差为：
hAB H B H A H H
/ B
/ A / B
(1—6)
B、A两点高差为:
hBA H A H B H H
/ A
结论：上式说明，高差的大小与高程基准面的选择无关 h AB 与 hBA 大小 （即与高程） ，只与两地面点的位置有关； 相等，符号相反。
（２）在3°带的带号为： １）计算：116°28′/3°=38.822 ２）3°带的带号为：n =39带 或n=2×N-1=2×20-1=39 （３）6°带中央子午线的经度 6 L0 =6°N －3°=6°×20－3°=117° （４）3°带中央子午线的经度为： 3 L0 =3°n=3°×39=117°
则：点的横坐标y （高斯坐标） =y坐标值（国 家统一坐标去掉带号后）－500000m（即 500km=50万米）
若计算点的高斯横坐标y为“—”（负），则
该点位于中央子午线的西面；反之“+”该点位
于中央子午线的东面。
【案例】已知某点的坐标（国家统一坐标） 为x=4271817.800m,y=20317897.338m,则该点 位于六度带的第几带?它位于赤道的南面或北面? 点的高斯纵、横坐标为多少米?在中央子午线的 东面或西面?其最东面和最西面经度各多少?该中 央子午线位于3度带的第几带? 解：⑴∵该点的x=4271817.800m y=20317897.338m
土木工程测量课件绪论
? 研究利用摄影或遥感手段，获取地 面目标物的影像数据，从中提取几何 或物理信息，用图形、图像和数字信 息表达的理论和方法的学科。
摄影测量的方法有地面摄影、航空 摄影和航天摄影和遥感。小范围的地 形测量或工程测量可利用地面摄影测 量方法。
航空摄影测量
? 机载空间三维数据采集系统
同济大学的车载空间三维数据采集 系统－ 地面摄影测量的自动化
( 三) 测量学在国土管理中的作用
城市土地的规划，城市道路的红线规 划，房地产开发，地籍的界址点测定, 都 需要由测量提供地形图和有关土地信息。
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。
( 四) 测量学在工程建设中的作用
作为 施工的依据。
返回
一. 地球的形状和大小
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%。
高山
陆地
海洋
丘陵
地球的制高点 － 珠穆朗玛峰
海拔高程 8844.43m
地球海面下最深处
马里亚纳海沟 － 斐查兹海渊剖面图
?高程为 －11000 m
大地水准面
液体受重力而形成的静止表面称为水准面
二、测量学科的分支
? 大地测量学
研究和测定地球的形状、大小、重力场 和地面点几何位置及其变化的理论和技术 的学科。地球的形状大小以大地水准面为 代表。大地点的定位，用经纬度或空间直 角坐标，定位方法有几何法大地测量、物 理法大地测量和近代的卫星法大地测量。
世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定
摄影测量与遥感学
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。
摄影测量的方法有地面摄影、航空 摄影和航天摄影和遥感。小范围的地 形测量或工程测量可利用地面摄影测 量方法。
航空摄影测量
? 机载空间三维数据采集系统
同济大学的车载空间三维数据采集 系统－ 地面摄影测量的自动化
( 三) 测量学在国土管理中的作用
城市土地的规划，城市道路的红线规 划，房地产开发，地籍的界址点测定, 都 需要由测量提供地形图和有关土地信息。
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。
( 四) 测量学在工程建设中的作用
作为 施工的依据。
返回
一. 地球的形状和大小
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%。
高山
陆地
海洋
丘陵
地球的制高点 － 珠穆朗玛峰
海拔高程 8844.43m
地球海面下最深处
马里亚纳海沟 － 斐查兹海渊剖面图
?高程为 －11000 m
大地水准面
液体受重力而形成的静止表面称为水准面
二、测量学科的分支
? 大地测量学
研究和测定地球的形状、大小、重力场 和地面点几何位置及其变化的理论和技术 的学科。地球的形状大小以大地水准面为 代表。大地点的定位，用经纬度或空间直 角坐标，定位方法有几何法大地测量、物 理法大地测量和近代的卫星法大地测量。
世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定
摄影测量与遥感学
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。
第一章 土木工程测量绪论
Ⅳ x α Ⅰp
D
o
y
Ⅲ
Ⅱ
x=Dcosα
y=Dsinα
高斯平面直角坐标系
y
x=Dcosα
y=Dsinα
Ⅱ
o
Ⅲ
p
DⅠ
α
x
Ⅳ
笛卡尔坐标系
实用文档
独立平面直角坐标
当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面，
并在平面上建立独立平面直角坐标系；
地面点的位置可用平面直角坐标确定；
坐标系原点一般 选在测区西南角
北
实用文档
3、高斯投影的特性 x
（1）中央子午线投影后为直
线，且长度不变。 （2） 除中央子午线外，其
平行圈
余子午线的投影均为凹向
赤道
O
y
中央子午线的曲线，并以
子午线
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。
中央子午线
实用文档
x
（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。
当hAC为正时， C点高于A点； 当hAC为负时， C点低于A点；
实用文档
我国的高程系统：
水准原点 全国高程的起算点。
1985年国家高程基准 （72.260m ） 1956年黄海高程系 （72.289m）
目前我国统一采用
1985年国家高程基准 。
水准原点 H0
验潮站
实用文档
大地水 准面
三、地面点的坐标
实用文档
2．参考椭球体及参考椭球面
参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示 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形体， 故又称旋转椭球体。
土木工程测量课件
14
前进方向
a A
B
b
hAB
A、B两点间高差hAB为：
h ab AB
高差等于后视读数减去前视读数。
15
二、计算未知点高程
1．高差法 前进方向
a A
HA
B
大地水准面
H H h
B
Hale Waihona Puke AABb hAB
HB
16
2．视线高法
前进方向
a A
HA
Hi
大地水准面
H i
H B
H A
H i
a
b
B
b
hAB
HB
17
37 44 10 37 42 00 37 42 04 A
110 28 58 110 26 48 110 26 52
B
D 150 14 51 330 14 43 + 8 150 14 47 150 12 37 150 12 33
O A 0 02 18 180 02 08 +10 0 02 13
（90 03 24）
点号
距离 /km
测站 实测高差 改正数 改正后高差
数
/m
/mm
/m
高程 /m
点号
备 注
1
2
3
4
5
6
7
89
BMA 1.0
1
1.2
2
1.4
3
BMA 2.2
∑ 5.8
8 ＋1.575 ＋12 ＋1.587
12 －2.036 ＋14 －2.022 14 ＋1.742 ＋16 ＋1.758
16 －1.349 ＋26 －1.323
26
前进方向
a A
B
b
hAB
A、B两点间高差hAB为：
h ab AB
高差等于后视读数减去前视读数。
15
二、计算未知点高程
1．高差法 前进方向
a A
HA
B
大地水准面
H H h
B
Hale Waihona Puke AABb hAB
HB
16
2．视线高法
前进方向
a A
HA
Hi
大地水准面
H i
H B
H A
H i
a
b
B
b
hAB
HB
17
37 44 10 37 42 00 37 42 04 A
110 28 58 110 26 48 110 26 52
B
D 150 14 51 330 14 43 + 8 150 14 47 150 12 37 150 12 33
O A 0 02 18 180 02 08 +10 0 02 13
（90 03 24）
点号
距离 /km
测站 实测高差 改正数 改正后高差
数
/m
/mm
/m
高程 /m
点号
备 注
1
2
3
4
5
6
7
89
BMA 1.0
1
1.2
2
1.4
3
BMA 2.2
∑ 5.8
8 ＋1.575 ＋12 ＋1.587
12 －2.036 ＋14 －2.022 14 ＋1.742 ＋16 ＋1.758
16 －1.349 ＋26 －1.323
26
中南大学土木工程测量课件 第01章绪论
中 南 大 学
二、测量坐标系
Dept. of RE, CSU
1、大地坐标系(大地经度Ｌ，大地纬度Ｂ)
大地坐标，是表示地面点在参考椭球面上的位置，它的基准是法线和参考椭 球面，它用大地经度(Ｌ)和大地纬度(Ｂ)表示。 Ａ点大地经度：过Ａ点的大地子午面和首子午面所夹的两面角。 Ａ点大地纬度：过Ａ点的法线与赤道面的夹角。
球自转轴相重合。地面点的空间
x
中 南 大 学
位置用三维直角坐标xA 、 yA 、
zA表示。全球定位系统（GPS）
采用的就是地心坐标系。
3、平面直角坐标系
Dept. of RE, CSU 适用于：研究范围较小，将水准面看作水平面。
中 南 大 学
数学平面直角坐标系
测量平面直角坐标系
坐标系的异同：
Dept. of RE, CSU
5. 高程系统 5、地面点的高程
Dept. of RE, CSU 地面点的高程系统 地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对 高程或海拔，简称高程。在下图中地面点A、B的绝对高 程分别为Ha、Hb。
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
当在局部地区进行
高程测量时，也可以假 定一个水准面作为高程
课程特点
Dept. of RE, CSU
1、实用性强，属专业基础课
测量基本功：测、绘、算 2、实践性强：
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
第一章 绪论
§1.1 测量学与土木工程 §1.2 地面点位的表示方法 §1.3 用水平面代替水准面的限度
中 南 大 学
§1.4 测量工作概述
§1.1 测量学与土木工程
测(measurement)和解译(interpretation)
“工程测量”课程教学PPT课件
.
15
假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上
.
16
地球表面投影到横椭圆柱面上
• 地球的投影
• 红线是投影线
•
取出地球的投 影---剪开---压 平后
.
17
2.高斯平面的特点
• 1)投影后的中央子午线NBS是直线， 长度不变。
• 2)投影后的赤道ABC是直线，保持 ABC⊥NBS。
• 3)离开中央子午线的子午线投影是 以二极为终点的弧线，离中央子午 线越远，弧线的曲率越大，说明离 中央子午线越远投影变形越大。
.
18
3.高斯平面直角坐标系的建立
• 建立规则: • ①X轴是中央子午线NBS的投影，
北方为正方向； • ②Y轴是赤道ABC的投影，东方
为正方向； • ③原点，即中央子午线与赤道交
点用O表示； • ④四象限按顺时针顺序Ⅰ、Ⅱ、
Ⅲ、Ⅳ排列
.
19
高斯平面直角坐标表示地面点位置
• 如x=2433586.693m， y=38514366.157m。
.
24
第四节 高程系统的概念
• 一、高程系统的一般概念 • 二、实际应用中的地面点高程的概念
.
25
一、高程系统的一般概念
• 地面点高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。
• 大地高系统：以参考椭球体面为基准面的高程系统。大地高，表示地面点到参考 椭球体面的垂直距离。
• 正高系统：以大地水准面为基准面的高程系统。正高，表示地面点到大地水准面 的垂直距离。
• 2.坐标轴X轴的正方向不一定指向北极，可根据 工作需要自行确定，具有某种实用性；
• 3.坐标系原点不一定设在赤道上，一般设在有 利于工作的范围内，具有相应的区域性。
土木工程测量---绪论
第一章 绪 论
横圆柱正形投影
第一章 绪 论
第一章 绪 论
纵坐标x:赤道向北为正，向南为负； 横坐标y:中央子午线向东为正，向西为负。
我国位于北半球，x值均为正值。投影带内的横坐标y，有正负， 为了使横坐标y不出现负值，为此： 将3°或6°带投影的纵坐标轴要 西移500 km，即在每带的横坐 标上加500 km。位于中央子午 线以东的各点的横坐标都大于500km， 而位于中央子午线以西的各点的横坐 标，均小于500km。 为了指明该点属于何带，规定在横坐 标y值之前，要写上带号。加上500 km 和带号的横坐标值称为通用值。 未加500 km和带号的横坐标值为自然值。
第一章 绪 论
三 高程 1 绝对高程
地面点到大地水准面的铅垂 距离，称为该点的绝对高程或海 拔。 两点间的高程差，称为高差。 两点间的高程差 hAB=HB-HA。
2 假定高程 在局部地区或某项工程建设中，当引测绝对高程有困难时，可
以任意假定一个水准面为高程起算面。从某点到假定水准面的垂直 距离，称为该点的假定高程或相对高程。采用假定高程时，应先在 测区内选定一个高程基准点并确定其假定高程值，再以它为基准 推算其他各点的假定高程。
第一章 绪 论
二、 高斯平面直角坐标系 1、高斯投影基本要求：
将地球展开成水平面，将产生三种投影变形：长度变形、角 度变形和面积变形。高斯投影要求投影后的角度保持不变形，同 时长度变化也要尽可能小。 2、高斯投影的规律是： (1) 中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形； 其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线 为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大； (2) 赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并 以赤道为对称轴； (3) 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形； (4) 中央子午线和赤道的投影相互垂直 目前我国采用的高斯投影，就是一种横圆柱正形投影。 按投影带不同通常分为6度带和3度带。
土木工程测量学第一章
系统误差的特性及处理
系统误差特性
系统误差具有可预测性和重复性，通常是由某些固定因素引起的。
处理方法
系统误差可以通过对测量设备、方法和环境等进行检查和校准来减小或消除。
综合误差的处理方法
综合误差定义
综合误差是系统误差和偶然误差的综合表现 ，具有复杂性和不确定性。
处理方法
综合误差的处理需要综合考虑系统误差和偶 然误差的特性，采用多种方法进行处理，如
数据筛选、数据平滑、最小二乘法等。
05 小结
本章重点内容回顾
测量学在土木工程中的重 要性。
测量学的定义、发展历程 和应用领域。
测量学概述
01
03 02
本章重点内容回顾
坐标系与测量基准
1
2
地球坐标系、空间直角坐标系和测量基准的概念。
3
大地水准面、地球椭球体量仪器与工具
传统测量仪器（如水准仪、经纬仪）和现代测量仪器（如全站仪、GPS） 的原理和使用方法。
数据采集和处理的基本流程。
下章内容预告
测量误差与精度
01
测量误差的来源、分类和传播 。
02
精度评估与数据处理的基本方 法。
03
工程测量实践
04
土木工程中常见的测量任务和
实施方法。
05
工程测量中的安全注意事项和
通过测距和测角技术，能够实现三维 坐标的快速测量。
定向测量仪器
罗盘
利用磁针确定方向，常用于地质勘探和户外活动中。
陀螺仪
利用陀螺特性确定方向，不受地磁场影响，适用于精密定向测量。
04 测量误差与数据处理
测量误差及其分类
测量误差定义
测量误差是指实际测量值与理 想测量值之间的差异。
土木工程测量第1章 绪论
第1章
绪 论
1.1 土木工程测量概述
1.1.1 土木工程测量的概念及内容
学 与 技 术 ︒ 管 理 ︑ 更 新 和 利 用 的 科 化 的 信 息 的 采 集 ︑ 处 理 ︑ 理 ︑ 人 文 及 其 随 时 间 变 布 有 关 的 各 种 几 何 ︑ 物
造 物 体 ︶ 与 地 理 空 间 分
外 层 空 间 各 种 自 然 和 人
大小，因此大地水准面是测量工作的基准面。如
图1—2所示。
图1-2大地水准面
1.2.2 地球的形状和大小
大地水准面虽然非常接近于地球的物理表面，
但是由于地球内部质量分布的不均匀性，使得铅垂
线的方向产生不规则的变化，结果大地水准面就变 成了一个有微小起伏变化的、不规则的复杂曲面， 如图1-3所示。
图1-3 大地水准面的不规则变化
旋转椭球：旋转椭球体面所包围的球体称为旋转 椭球，也叫参考椭球。 若对参考椭球面的数学式加入地球重力异常变化参 数的改正，便可得到大地水准面较为近似的数学式。这 样，从严格意义上讲，测绘工作是提取参考椭球面为测 量的基准面，但在实际工作中仍取大地水准面作为测量 的基准面。当对测量成果的要求不十分严格时，不必改 正到参考椭球面上。另一方面，实际工作中又可以十分 容易地得到水准面的铅垂线，所以用大地水准面作为测 量的基准面便大大简化了操作和计算工作，因而水准面 和铅垂线便成为实际测绘工作的基准面和基准线。
重力：由于地球的自转运动，地球上任一点都受到 地球引力和离心力双重作用，这两个力的合力称为重力。 基准线：重力的方向线称为铅垂线，铅垂线是测量 工作的基准线，如图1-1所示。
图1-1 测量的基准线
水准面：人们设想以一个静止不动的海水面
延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围了整个地
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水准面是个复杂的不规则曲面。
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曲面。
◆大地水准面——其中通过平均海水面的那个水准面。
中 南 大 学
28
2．测量计算基准面——旋转椭球
Dept. of RE, CSU 由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而成的 椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。
Dept. of RE, CSU
方法：
（1）先将自然值的横坐标Y加上 500000米； （2）再在新的横坐标Y之前标以 2位数的带号。 所以点的横坐标通用值为
中 南 大 学
y=N*1000000+500000+y’
41
Dept. of RE, CSU
中 南 大 学
通过对摄影像片或遥感图像进行处理(processing)、量
测(measurement)和解译(interpretation)
测定物体的形状(shape)、大小(size)和位置(position) 进而制作成图
9
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
黑白(全色)像片对
10
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU 不同点：
1．测量上北方向为X轴正向，
东方向为Y轴正向。 2．角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。
相同点:
数学中的三角公式在测量中可直接应用。
中 南 大 学
sin
px oy cos(900 ) op op
34
4、高斯平面直角坐标
Dept. of RE, CSU 适用于：研究范围较大。 （1）高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面上。 使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切，展开后为X轴，向 北为正； 展开后为Y轴，向东为正。
7
大地测量学(Geodesy)
Dept. of RE, CSU
定义
研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地
表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。 必须考虑地球曲率 基本任务 测定地球形状、大小和重力场(gravity field) 建立国家大地控制网(national geodetic control network)
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
1
课程介绍
Dept. of RE, CSU
1、实用性很强 测量基本功：测、绘、算（毕业学生多年之后可能还需要用到此课程的 内容），考研（专业基础课）。 2、以往学习情况 课不难，考试的时候比较简单，但是学的不扎实；眼高手低，基础知识 掌握不好，不该出错的地方出了错。 3、实践性强：56学时，20学时为实验课，4学分 暑期还有4周勘测实习，4学分 ① 时间少，预习；②实验指导书；③实验手薄； ④ 实验分组，4人一组，成绩，动手能力，男女，组长 小心仪器，照价赔偿 4、成绩：卷面70%；平时30% 操作水平，实验报告，作业 （按时，独立）、出勤等 5、实验报告：认真、规范、完整、按时 6、答 疑：集中答疑 7、教材和实验手册：南校区图书馆统一购买。
地图投影 (map projection)
中 南 大 学
地图编制 (map compilation) 地图整饰 (map grooming) 地图制印 (map printing)
21
南 大 学
22
Dept. of RE, CSU
§1.2
Dept. of RE, CSU
地面点位的确定
一、地球的形状和大小 二、测量坐标系
中 南 大 学
24
一、地球的形状和大小
Dept. of RE, CSU
应掌握水准面、大地水准面、参考椭球的概念及关系，以及测量
的基准面。 地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。 测量工作是在地球表面上进行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、 平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形态，其中海洋面积约 占71%，陆地面积约占29%。
◆工程测量学 (Engineering surveying)
中 南 大 学
◆地图制图学 (Cartography)
6
普通测量学
Dept. of RE, CSU
定义
研究将地球表面局部地区的地貌及地物测绘成大比
例尺地形图的基本理论和方法的科学。
不考虑地球曲率 基本任务
中 南 大 学
地图绘制理论与方法研究。
3、土木工程测量学的作用
（1）勘测设计：
为选线测绘带状地形图。
（2）施工（放样）：
把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。
（3）竣工：
对建筑物进行竣工测量。
（4）营运：
中 南 大 学
维护、保养（公路段中肯定有搞测量的） 扩大建而进行的各种测量。
为改建、
（5）变形观测
为安全运营，防止灾害进行变形测量。
23
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。
计算公式：
λ =6N-3 λ——中央子午线经度, N——投影带号。
2．3°带的划分
中 南 大 学
若仍不能满足精度要求,可进行3 3
°带、1.5 °带的划分。
°带计算公式： λ =3N λ——中央子午线经度, N——投影带号。
中 南 大 学
29
2．测量计算基准面——旋转椭球
Dept. of RE, CSU
大地水准面是有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示的复杂曲面。 将地球表面上的物体投影到大地水准面上，计算起来非常困难。 通常选一个与本地区大地水准面最接近的、能用数学方程表示的椭球面 作为投影的基准面，这个椭球面是由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的
中 南 大 学
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
8
摄影测量与遥感学
Dept. of RE, CSU
(Photogrammetry and Remote Sensing)
定义
研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提
取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学 科。 基本任务
z
G
.
o
S
N
A
.
zA
W
E
yA
xA
y
x
中 南 大 学
直角坐标xA 、 yA 、zA表示。全
球定位系统（GPS）采用的就是地 心坐标系。
32
3、平面直角坐标系
Dept. of RE, CSU 适用于：研究范围较小，将水准面看作水平面。
中 南 大 学
数学平面直角坐标系
测量平面直角坐标系
33
坐标系的异同：
2
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
第一章
§1.1 §1.2 §1.4
绪论
测量学与土木工程 地面点位的确定 测量工作概述
中 南 大 学
3
§1.1 测量学与土木工程
Dept. of RE, CSU
1．测量学(surveying)的定义及任务 2．测量学科的分类
中 南 大 学
3．测量学作用
中 南 大 学
我国所处经纬度范围：
E=75～135 N=20～50
31
Dept. of RE, CSU
2、地心坐标系
地心坐标系属空间三维直角坐 标系，用于卫星大地测量。地心 坐标系取地球质心(地球的质量中 心)为坐标系原点，轴在地球赤道 平面内，本初子午面与赤道平面 的交线为轴，轴与地球自转轴相 重合。地面点的空间位置用三维
◆测设（放样）(seeing-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。
中 南 大 学
测定:地面 测设:图纸
图纸 地面
5
2．测量学科的分类
Dept. of RE, CSU
◆普通测量学
◆大地测量学 (Geodesy )
◆摄影测量学 (Photogrammetry)
14
天安门广场
Dept. of RE, CSU
IKONOS
1m分辨
率全色影 像
中 南 大 学
15
IKONOS获取的影像
Dept. of RE, CSU
中 南 大 学
2003-10-4
神州五号发射11天前的“酒泉卫星发射中心”影像
16
IKONOS获取的影像
Dept. of RE, CSU
中 南 大 学
19
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
Topographic Maps
/
20
地图制图学(Cartography)
Dept. of RE, CSU
定义 研究模拟(analogous)和数字(digital)地图的基础理论、 设计、编绘、复制的技术和方法的学科。 基本任务 利用各种测量成果编制(compile)各类地图 工作内容一般包括
中 南 大 学
25
大地水准面（mean sea level）
Dept. of RE, CSU 静止的水面称为水准面。
同一水准面上的重力位处处相等； 同一水准面上任一点的铅垂线都与水准面相正交。
与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆地而形成的 封闭曲面称为大地水准面。 大地水准面包围的形体称为大地体(Geoid)。
配合最佳的 参考椭球面
大地水准 面差距N
中 南 大 学
大地 水准面
26
图形：水准面及大地水准面图
Dept. of RE, CSU
中 南 大 学
◆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
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曲面。
◆大地水准面——其中通过平均海水面的那个水准面。
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28
2．测量计算基准面——旋转椭球
Dept. of RE, CSU 由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而成的 椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。
Dept. of RE, CSU
方法：
（1）先将自然值的横坐标Y加上 500000米； （2）再在新的横坐标Y之前标以 2位数的带号。 所以点的横坐标通用值为
中 南 大 学
y=N*1000000+500000+y’
41
Dept. of RE, CSU
中 南 大 学
通过对摄影像片或遥感图像进行处理(processing)、量
测(measurement)和解译(interpretation)
测定物体的形状(shape)、大小(size)和位置(position) 进而制作成图
9
中 南 大 学
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黑白(全色)像片对
10
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU 不同点：
1．测量上北方向为X轴正向，
东方向为Y轴正向。 2．角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。
相同点:
数学中的三角公式在测量中可直接应用。
中 南 大 学
sin
px oy cos(900 ) op op
34
4、高斯平面直角坐标
Dept. of RE, CSU 适用于：研究范围较大。 （1）高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面上。 使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切，展开后为X轴，向 北为正； 展开后为Y轴，向东为正。
7
大地测量学(Geodesy)
Dept. of RE, CSU
定义
研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地
表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。 必须考虑地球曲率 基本任务 测定地球形状、大小和重力场(gravity field) 建立国家大地控制网(national geodetic control network)
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
1
课程介绍
Dept. of RE, CSU
1、实用性很强 测量基本功：测、绘、算（毕业学生多年之后可能还需要用到此课程的 内容），考研（专业基础课）。 2、以往学习情况 课不难，考试的时候比较简单，但是学的不扎实；眼高手低，基础知识 掌握不好，不该出错的地方出了错。 3、实践性强：56学时，20学时为实验课，4学分 暑期还有4周勘测实习，4学分 ① 时间少，预习；②实验指导书；③实验手薄； ④ 实验分组，4人一组，成绩，动手能力，男女，组长 小心仪器，照价赔偿 4、成绩：卷面70%；平时30% 操作水平，实验报告，作业 （按时，独立）、出勤等 5、实验报告：认真、规范、完整、按时 6、答 疑：集中答疑 7、教材和实验手册：南校区图书馆统一购买。
地图投影 (map projection)
中 南 大 学
地图编制 (map compilation) 地图整饰 (map grooming) 地图制印 (map printing)
21
南 大 学
22
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§1.2
Dept. of RE, CSU
地面点位的确定
一、地球的形状和大小 二、测量坐标系
中 南 大 学
24
一、地球的形状和大小
Dept. of RE, CSU
应掌握水准面、大地水准面、参考椭球的概念及关系，以及测量
的基准面。 地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。 测量工作是在地球表面上进行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、 平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形态，其中海洋面积约 占71%，陆地面积约占29%。
◆工程测量学 (Engineering surveying)
中 南 大 学
◆地图制图学 (Cartography)
6
普通测量学
Dept. of RE, CSU
定义
研究将地球表面局部地区的地貌及地物测绘成大比
例尺地形图的基本理论和方法的科学。
不考虑地球曲率 基本任务
中 南 大 学
地图绘制理论与方法研究。
3、土木工程测量学的作用
（1）勘测设计：
为选线测绘带状地形图。
（2）施工（放样）：
把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。
（3）竣工：
对建筑物进行竣工测量。
（4）营运：
中 南 大 学
维护、保养（公路段中肯定有搞测量的） 扩大建而进行的各种测量。
为改建、
（5）变形观测
为安全运营，防止灾害进行变形测量。
23
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。
计算公式：
λ =6N-3 λ——中央子午线经度, N——投影带号。
2．3°带的划分
中 南 大 学
若仍不能满足精度要求,可进行3 3
°带、1.5 °带的划分。
°带计算公式： λ =3N λ——中央子午线经度, N——投影带号。
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29
2．测量计算基准面——旋转椭球
Dept. of RE, CSU
大地水准面是有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示的复杂曲面。 将地球表面上的物体投影到大地水准面上，计算起来非常困难。 通常选一个与本地区大地水准面最接近的、能用数学方程表示的椭球面 作为投影的基准面，这个椭球面是由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的
中 南 大 学
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
8
摄影测量与遥感学
Dept. of RE, CSU
(Photogrammetry and Remote Sensing)
定义
研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提
取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学 科。 基本任务
z
G
.
o
S
N
A
.
zA
W
E
yA
xA
y
x
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直角坐标xA 、 yA 、zA表示。全
球定位系统（GPS）采用的就是地 心坐标系。
32
3、平面直角坐标系
Dept. of RE, CSU 适用于：研究范围较小，将水准面看作水平面。
中 南 大 学
数学平面直角坐标系
测量平面直角坐标系
33
坐标系的异同：
2
中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
第一章
§1.1 §1.2 §1.4
绪论
测量学与土木工程 地面点位的确定 测量工作概述
中 南 大 学
3
§1.1 测量学与土木工程
Dept. of RE, CSU
1．测量学(surveying)的定义及任务 2．测量学科的分类
中 南 大 学
3．测量学作用
中 南 大 学
我国所处经纬度范围：
E=75～135 N=20～50
31
Dept. of RE, CSU
2、地心坐标系
地心坐标系属空间三维直角坐 标系，用于卫星大地测量。地心 坐标系取地球质心(地球的质量中 心)为坐标系原点，轴在地球赤道 平面内，本初子午面与赤道平面 的交线为轴，轴与地球自转轴相 重合。地面点的空间位置用三维
◆测设（放样）(seeing-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。
中 南 大 学
测定:地面 测设:图纸
图纸 地面
5
2．测量学科的分类
Dept. of RE, CSU
◆普通测量学
◆大地测量学 (Geodesy )
◆摄影测量学 (Photogrammetry)
14
天安门广场
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IKONOS
1m分辨
率全色影 像
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15
IKONOS获取的影像
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2003-10-4
神州五号发射11天前的“酒泉卫星发射中心”影像
16
IKONOS获取的影像
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中 南 大 学
Dept. of RE, CSU
Topographic Maps
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地图制图学(Cartography)
Dept. of RE, CSU
定义 研究模拟(analogous)和数字(digital)地图的基础理论、 设计、编绘、复制的技术和方法的学科。 基本任务 利用各种测量成果编制(compile)各类地图 工作内容一般包括
中 南 大 学
25
大地水准面（mean sea level）
Dept. of RE, CSU 静止的水面称为水准面。
同一水准面上的重力位处处相等； 同一水准面上任一点的铅垂线都与水准面相正交。
与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆地而形成的 封闭曲面称为大地水准面。 大地水准面包围的形体称为大地体(Geoid)。
配合最佳的 参考椭球面
大地水准 面差距N
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大地 水准面
26
图形：水准面及大地水准面图
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◆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