《测量学》第一章教案

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北斗卫星导航系统的定位精度问题,已经与美国的 GPS基本相当,水平方向优于10米(接近GPS民 用等级的5米水平 ),高空方向优于15米,测速 精度优于0.2米/秒。
2012 年12月27日,北斗卫星导航系统正式提供 区域服务新闻发布会召开,核心要点包括:北斗 天基体系亚太区组网基本完成,总体性能和GPS 相当;北斗系统空间信号接口控制文件(ICD) 正式公布;接下来示范项目和中长期规划将支持 北斗产业发展,力争2020年市占率达到7080%。
⑵ 地貌(geomorphy):地表高低起伏的形态,它包括山地、丘陵和 平原等。
地物和地貌总称为地形(landform)。 测量学(surveying)是研究地球的形状和大小,确定地球表面各种物体的
形状、大小和空间位置的科学。
2、测量学的任务是测定和测设
⑴ 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形图,供科学研 究和工程建设规划设计使用。
__用子午弧长规定长度单位是我国首创,清康熙年间,为统一 尺度,规定二百里合经线一度的弧长,即每尺合经线上百分 之一秒(一尺等于0.317m),这比1792年法国建立米为长 度单位早90年。
公元前3世纪,亚历山大学者埃拉托色尼(Eratosthenes) 首次用子午圈测量法估算地球半径。
埃拉托色尼测量原理如下图所示。 他认为亚历山大城与赛 尼城位于同一子午线上。他发现在夏至(6月21日)这 一天正午,日光正直射赛尼城的井底,同日正午在亚历山 大城日光偏南7012’ ,又认为这两束太阳光彼此平行,故 可认为两城的纬度差Δ= 7012’ ,即α= 7012’;他由埃及 地籍图估计这两城的距离为5000古埃及尺,即S= 5 000古埃及尺,由S=R* α,可得R=S/ α 。所得数 值与现代比较误差100KM左右。
⑵ 测设(setting-out):将地形图上设计出的建筑物、构筑物的位置 在实地标定出来,作为施工的依据。
3、测量学的发展简介 古老应用科学,中国,埃及,希腊;指南针,浑天仪等,
地球圆球概念提出,实测地球大小,长度单位提出;
主要事例:
__我国远古,“天圆地方”的说法;
__公元前6世纪后半叶,通过观察月全食时地球在月球上的 投影以及观察航船在地平线消失的情况,古希腊的毕达哥拉 斯(Pythagoras)提出了地球是圆球的说法;
长度单位的建立。法国利用新的 更精确的弧度测量结果,于 1799年计算了一个新的椭球参 数(称为1800年德兰勃尔椭 球): a=6375653m,=1/334,取其 子午圈弧长的四千万分之一作为 长度单位,称为1m。
Sun’s rays
Earth
S
Syene
α
R
Alexandria
α
O
我国对测量科学的主要贡献 1)在公元前21世纪夏禹治水时,就已发明和应用了“准、绳、规、矩”四种测量工具 和方法;
2010年共成功发射5颗北斗导航卫星
2011年共成功发射3颗北斗导航卫星;当2011年4 月第8颗北斗导航卫星入轨后,北斗卫星区域导航 系统形成了由3颗同步静止轨道卫星和3颗倾斜同 步轨道卫星组成的“3+3”星座构型,具备了向我 国大部分地区提供初始服务的能力。
随着2011年7月27日和12月2日,第9、第10颗北 斗导航卫星“落户”倾斜同步轨道,更是有效提高 了系统的可靠性和稳定性。
13)用子午弧长规定长度单位也是我国首创,清康熙年间,为统一尺度,规定二百里 合经线一度的弧长,即每尺合经线上百分之一秒(一尺等于0.317m),这比1792年法
现代测量时期(20世纪40年代至今)
20世纪下半叶,以电磁波测距、人造地球卫星定位系统等为代 表的新的测量技术的出现,为测绘学科又带来了一次飞跃。
__公元前4世纪,我国就利用磁石制成了世界上最早的工具 称为“司南”,宋代出现人工磁铁制成的指南针;
__公元三世纪,西晋裴秀,综合前人经验,制成《制图六体》。 即分率--比例尺,准望--方位角,道理--距离,高下 --地形起伏,方邪--地物形状,迂直--河流道路的曲 直,是世界上最早的制图规范;
__公元二世纪(后汉)张衡制成浑天仪,进行了天文观察;
8)南北朝时,祖冲之所测的朔望月为29.530588日,与现今采用的数值只差0.3秒; 9)公元8世纪,唐朝南宫说在河南测子午线一度之长为351.2唐里(132.31Km); 10)宋代杨忠辅编制的《统天历》,一年为365.2425,与现代值相比,只有26秒的误 差;
11)北宋时,沈括在《梦溪笔谈》中记载了磁偏角现象,比哥伦布的发现早400年; 12)元代时,郭守敬在测绘黄河流域地形图时,“以海面较京师至汴梁地形高下之 差”,是世界上最早使用“海拔”观念的人;
该系统具有三大功能,一是快速确定用户所在的地理位 置,向用户及主管部门提供导航信息;二是为用户与用 户、用户与地面指挥中心之间提供双向简短报文通信服 务,用户可以一次传送120个汉字的短报文信息;三是 向用户定时发播授时信息,为用户提供时差修正值。
北斗试验系统建成后,对推动国防和国民经济建设起到 了重要作用。2008年汶川地震,重灾区通信中断。救援 部队持“北斗”终端设备进入,利用其短报文功能突破 通信盲点,与外界取得联系。同时管理中心则通过位置 报告功能,随时掌握着每一个终端所处的位置。此外, 该系统广泛应用于交通运输、通信、电力、金融、气象、 海洋、水文监测等各个方面,取得了显著效益。
测定方法; 3.了解与掌握有关测量仪器、工具的使用与操作方法; 4.了解地形图测绘的概念,学会认识地形图与使用地形图; 5. 初步了解GPS 、数字成图等当前测绘学科最新的发展技术与仪
器设备。
第1章 绪论
§1.1 测量学简介
1、测量学将地表物体分为地物和地貌
⑴ 地物(feature):地面上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、森林等;
2007年4月14日,第1颗正式的北斗卫星导航定位系 统卫星发射成功 ;
2009年4月15日,第2颗正式的北斗卫星导航定位系 统卫星发射成功 ;也是北斗家族中首颗地球静止轨 道卫星发射成功。这标志着该系统正式进入部署实 施阶段。
2010年1月17日,第3颗正式的北斗卫星导航定位系 统卫星发射成功 .
北斗试验系统实现了从无到有的突破,但也存在一些问题, 如覆盖范围有限、用户数量受限、定位精度不高、不适 用于高速移动的用户等。
新一代北斗导航系统由多颗卫星组成,具备无源定位、测速 和授时功能,同时也将双向简短数字报文通信、位置报 告等功能保留了下来。
2004年,北斗卫星区域导航系统工程正式立项,各项工作 全面启动。新一代北斗导航系统由多颗卫星组成,具备 无源定位、测速和授时功能,同时也将双向简短数字报 文通信、位置报告等功能保留了下来。
2020年左右,将建成由30余颗卫星组成的北斗卫 星导航系统,北斗”未来可在全球范围内提供全 天候、全天时的高精度、高可靠定位、导航、授 时服务,精度更可达到以分米、厘米计的亚米级, 而“北斗”的位置报告、短报文服务等独特功能, 是其独特的优势。
北斗卫星导航系统:
1983年,“两弹一星”元勋、中科院院士陈芳 允提出了双星定位设计方案。基于此方案,我 国开始积极立项论证。1994年,经国家批准, 北斗卫星导航系统建设的大幕正式拉开。
我国基于国情,创造性地提出了北斗卫星导航系统建 设发展的总体思路,先“区域”再“全球”,采取 “三步走”的发展战略。李长江说,“三步走”的 意思是,先建立北斗卫星双星定位试验系统,形成 区域有源定位与导航服务能力;然后完成3种轨道10 余颗卫星的发射,建成区域导航系统,形成区域无 源服务能力,向亚太地区提供定位、导航、授时以 及短报文通信服务;最后建成由5颗静止轨道卫星和 30颗非静止轨道卫星组成、覆盖全球的北斗全球卫 星导航系统,形成全球无源服务能力,实现独立自 主、开放兼容、技术先进、稳定可靠、国际一流、 具有中国特色北斗导航系统建设的目标。
2011年12月27日,北斗卫星导航系统新闻发言人宣 布,该系统开始试运行,向中国及周边地区提供连 续的、免费的导航定位和授时服务。
2012年2月25日成功发射第11颗北斗导航卫星
2012年4月30日4时50分,在西昌卫星发射中心用
“长征三号乙”运载火箭, “一箭双星”成功发
射第12、第13颗北斗导航系统组网卫星,卫星顺 利进入预定转移轨道。
北斗卫星导航定位系统空间段由5颗静止轨道卫星和30 颗非静止轨道卫星组成,提供两种服务方式,即开 放服务和授权服务。开放服务是在服务区免费提供 定位、测速和授时服务,定位精度为10米,授时精 度为50纳秒,测速精度为0.2米/秒。授权服务是 向授权用户提供更精确的定位、测速、授时和通信 服务信息。
北斗一代 :
1989年,“双星定位”原理进行演示性试验成功。1994 年开始工程研制建设。北斗工程启动后,中国航天科技 集团五院承担起北斗导航卫星的研制工作。经过数年攻 关,北斗定位卫星01星于2000年10月31日发射,11月 6日成功定点;同年12月21日,02星发射,12月26日 成功定点。经过近3年的调试、测试和试运行,2003年 12月15日,我国第一代卫星导航系统正式开通运行,成 为继美国的GPS和俄罗斯的格洛纳斯系统之后,全球第 三个建成并投入使用的卫星导航定位系统。
(1)1948年瑞典人贝尔斯特兰德(E. Bergstrand)首 先研制成功世界上第一台光电测距仪,60年代又出现 了激光测距仪;
(2)1956年南非人沃德利(T. L. Wadley)研制成功 世界上第一台微波测距仪;
(3)70年代德国首先研制成功测距、测角相结合的电子 速测仪(全站仪);它具有自动计算测点三维坐标、自 动保存观测数据和将观测数据传输到计算机,结合测绘 成图软件从而实现数字化测图;
(4)美国1973年开始的于1994年3月28日彻底完成的
GPS(Global Positioning System)系统彻底改变了传统 的通过测角量边计算地面点位坐标的方法,测量
人员只需将GPS接收机安置在测点上,通过接 收卫星信号,使用专门的数据处理软件就可以 快速计算出测点的三维坐标。
除了美国的卫星定位系统外,俄罗斯开发了 格Glonass系统,欧洲正在开发伽利略系统, 中国开发了北斗卫星导航系统。
2012年09月19日 “一箭双星”成功发射第 14、15颗北斗导航卫星。
2012年10月25日晚,第16颗北斗导航卫星顺利升 空。至此,系统空间段由5颗地球静止轨道卫星、5 颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中轨道卫星组成星 座,标志着我国全面完成区域导航系统建设,形成 了覆盖亚太大部分地区的服务能力。
2007年2月3日,北斗一代第四颗卫星发射成 功,不过此时,北斗一代已经改名为北斗导 航试验系统,原来的北斗二代则称为北斗卫 星导航定位系统,英文名为Compass Navigation Satellite SyBiblioteka Baidutem。第四颗 北斗导航试验卫星不仅作为早期三颗卫星的 备份,同时还将进行北斗卫星导航定位系统 的相关试验。
2)战国时期制定了世界上最早的恒星表,确定一年为365.25天,比罗马人早400- 500年; 3)公元前4世纪,我国就利用磁石制成了世界上最早的工具称为“司南”,宋代出现人 工磁铁制成的指南针;
4)公元前4世纪,管仲著《管子》书,书内第十卷(地形第二十七)专门论述了地图的 内容和重要用途;
5)三国时,刘徽发明“重差术”,后来编成《海岛算经》一书,举了九个测量题,是 世界上最早的地形测量规范; 6)公元二世纪(后汉)张衡制成浑天仪,进行了天文观察; 7)公元三世纪,西晋裴秀,综合前人经验,制成《制图六体》。即分率--比例尺, 准望--方位角,道理--距离,高下--地形起伏,方邪--地物形状,迂直--河 流道路的曲直,是世界上最早的制图规范;
<测量学>电子教案
For 建筑1201、1202班
东北大学资源与土木工程学院
2014年3月
课程说明
课程的性质、目的与要求
性质:技术基础课,考查课, 五级分制
目的: 掌握一定的测量学基本理论知识与必要的基本操作技能
要求:1. 初步掌握有关测量学的基本知识,明确有关基本概念; 2.掌握测量的基本方法,特别是角度 、距离、高差等基本元素的
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