同济大学精品课程测量学课件

旋转椭球体
由于大地水准面 受地球内部质量 分布不均匀影响， 是不规则曲面， 无法用数学方法 准确描述和计算， 也难以在其面上 处理测量成果。
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旋转椭球体
用一非常接大地水准面 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，称 参考椭球体。椭球参数：
长半径 a = 6378137m 短半径 b = 6356752m 扁 率 f = (a- b) / a
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（二）空间三维直角坐标系
（地心坐标系）
以地球椭球的中心为 原点，首子午面与 赤道平面的交线 为X轴，赤道平 面内通过原点 与X轴垂直的为 Y轴。地面某点A 的空间三维直角坐标：
（X A，YA， Z A ）
军事的需要
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二. 测量学的作用
(一) 测量学在生活上的作用
城 市 交 通 图
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上海市水系专题图
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同济校园图(四平路校本部)
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(二) 测量学在军事的作用
“天时，地利，人和”是打胜仗 的三大要素。
地利就要了解和利用地形。
地图上详细表示着山脉、河流、 道路、居民点等地形和地物，具 有确定距离、位置、辨识方向的 作用。
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高斯又提出将椭球面变换为平面的地 图投影方法,后经克吕格尔(J.Krüger) 扩充完善，称为“高斯-克吕格尔投影”， 沿用至今。
19世纪50年代,发明了摄影测量,后来 发展成为航空、航天摄影测量和遥感。 1948年发明电磁波测距仪，解决了远程 精密测距的测量难题。
20世纪60年代,发明电子计算机，应 用于测绘界,创立“计算机辅助成图”, 出现了数字地图,开创了数字化新时代。
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亚里士多德（Aristotle） 作了进 一步论证 ，支持这一学说。又一世纪 后 ，埃拉托斯特尼（Eratosthenes） 用在南北两地同时观测日影的办法,首 次推算出地球子午圈的周长。
我国唐代僧人一行根据天文观测， 计算出地球子午线1°的长度。
测绘地图是地球表面形态认识的开 始。晋代裴秀总结出“制图六体”，
大地纬度 －
通过A点的 椭球面法线与 赤道平面的交角(B)
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世界上最古老的天文台
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英国格林尼治(Greenwich)天文台
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英国 格林尼治 皇家天文台
世界时 授时钟
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（一）大地坐标系（地理坐标系）
以经度与纬度表示点位的坐标系 (球面坐标系统)
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在大地重力点上作重力测量
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在珠峰高山地区作重力测量
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利用卫星作地球重力测量
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摄影测量与遥感学
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
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。
我国的考古工作者研究证实，早在2000 多年前已经有在修建帝都、宫殿时大规模 平整地基和定街道与建筑轴线的措施，当 时也需要有原始的测量手段。
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)。
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二. 测绘学科的历史和近代进展
“ 地球的形状是什么样的？”
“ 如何用图形来表示地面形态？”
这是人类为了生存和发展，在历史上 长期探索的问题，并知道需要用大地测量 的方法来解决。 早在公元前6世纪,古希腊的毕达哥拉斯 (Pythagoras)就提出了地球形态的概念。
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(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。
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(四) 测量学在工程建设中的作用
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电子全站仪
功能： 角度测量 距离测量 地面定位 施工放样 卫星定位
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地形测量学
研究将地球表面局部地区的地貌和地 物测绘成地形图、编制地籍图和房产图 等的基本理论和方法的科学。
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地形测量及施工放样
在控制测量的基础 上,测绘地形图(表 示地物和地貌),或 进行施工放样。
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天文台的天文观测
天文台外观
用天文望远镜观测
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物理大地测量学研究地球的重力测量 方法,重力分布情况(重力场)及其应用。 测定重力加速度G的目的：
1.建立国家重力基准网和基本网； 2.确定全球重力场模型及其变化； 3.确定区域的和地球的大地水准面
及其变化(重力异常使大地水准面产 生不规则变化)。
工程规划设计阶段：提供地形资料； 施工兴建阶段：标定设计建筑的位置； 运行管理阶段：竣工测量和变形监测。 高精度工程测量用于大型、精密工程和 设备的精确定位、安装和变形观测。
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道路测量
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道路建筑高程放样 用数字水准仪 和条码水准尺
。
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渠道水位监测
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面水准测量 – 场地平整
= 1 / 298.257
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二. 确定地面点位的坐标系
（一）大地坐标系
子午面 －
首子午面
地球上任一点与
格林尼治
地球旋转轴所组
G
成的平面。
首子午面 －
通过英国格林尼
治(Greenwich)
天文台的子午面。
地球旋转轴 A点子午面
A
赤道平面
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大地经度 －
通过A点的子午面 与首子午面之间 的夹角(L)
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20世纪50年代，测绘仪器向电子化和自 动化方向发展。1948年发明了电磁波测距 仪，实现远程精密测距。电子计算机的发 明，使测绘仪器、测量作业、测量数据处 理和制图逐步实现了自动化。
1957年,前苏联第一颗人造地球卫星发 射成功，测绘学科产生“卫星测量”的分 支。从美国的 GPS, 俄罗斯的 GLONASS, 欧盟的 Galileaous,我国的“北斗星”等卫 星导航系统的建立，卫星定位GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机,已成为 测量的主要仪器之一。
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地球的制高点 － 珠穆朗玛峰
海拔高程 8844.43m
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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
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大地水准面
液体受重力而形成的静止表面称为水准面
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”
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一.测绘学科的定义和内涵 二.测绘科学的历史和近代发展 三.测绘学科的分支
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一. 测量学的定义和内涵
1.早期的定义：
研究地球的形状和大小，确定 地面点的坐标的学科。
2.当前的定义：
研究测定和描绘地球及其表面 的各种形态的理论和方法的学科。
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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)。
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测量的主要仪器之一
用卫星定位的 GNSS接收机
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测量的主要仪器之一
从 经纬仪 发展到全能的 电子全站仪
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T4
高精密经纬仪
用于大地测量 及天文测量
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T3
精密光学经纬仪
用于大地测量
及
精密工程测量
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光 学 经 纬 仪
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电子经纬仪
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用经纬仪作三角高程测量
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用水准仪作精密水准测量
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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
(世界时、恒星时)，它对于地球科学和 空间技术(卫星发射、定位和宇宙航行) 都十分重要。
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工程的竣工和变形监测
为了保障建筑物的施工和运行 时的安全，需要测量工作者以技术 上可行的最高精度，监测建筑物的 变形量和变形的发展情况。经常需 要在一段时间内进行连续观测，为 此要使用自动化的监测和记录的测
量仪器，在各种工程建设中的应 用愈来愈广泛。
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§1-2 测绘学科的内涵 和发展简史
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。
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航空摄影测量
机载空间三维数据采集系统
机身利用卫星定位
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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
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工程测量学
研究工程建设和自然资源开发中进行的 控制测量、地形测绘、施工放样和变形监 测的理论和技术的学科。是测绘学科在国 民经济和国防建设中的直接应用。
研究以海洋水体和海底为对象的学科。 包括：海洋大地测量、海底地形测量、海 道测量、海洋专题测量等。
海洋测区条件复杂,受潮汐、气象、透 明度差等影响，需用特种仪器和方法:卫星 导航、惯性组合导航、天文测量、水声定 位系统、水下摄影测量等。
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地图制图学
研究模拟地图和数字地图的设计、编绘、 复制的理论和方法的科学。主要内容：
掌握测量的基本理论，基本方法和基本技 能，培养学生动手、实践和创新能力，为学生 从事城市规划、土木工程勘测、设计、施工、 管理奠定基础。
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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
为当时“地图制图”订立标准。
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古希腊托勒密(C.Ptolemeaus)提出 “地图投影”概念和测经纬度定地面点 位方法。
此后，一系列重大科学发明与测绘 学科相辅相成地发展：
17世纪初发明望远镜，1730年,英国 西森(Sisson)制成测角用的经纬仪，促 进三角测量的发展。
1795年,德国高斯(C.F.Gauss)提出最 小二乘法(Least Square Method)为测 量数据处理奠定数学基础。
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大桥变形监测
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隧道工程测量
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工业测量(属于精密工程测量)
研究各种工业设备和大型工 业产品（船舶、飞机等）的 施工放样、细部安装、竣工 测量和变形测量。
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轨道梁架设中用全站仪施工定位
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用激光三维扫描仪检测飞机外形
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海洋测绘学
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地形图图例1
地形图图例2
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地形图图例2
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§1-3 地面点位的确定和坐标系
一. 地球的形状和大小
认识地球是人类探索自然的目标之 一，也是测量学 的任务之一。
绝大多数测量工作是在地球面上进 行，以地球作为参考系。
因此，有必要首先讨论地球的形 状和大小。
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三、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。
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世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定
地图投影 地图编绘 地图整饰 地图出版
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世界地图
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上海市地图
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测量仪器学
研究测量仪器的制造、改进Hale Waihona Puke Baidu创新 的学科。
测绘学科的发展离不开测绘理论的 进展和测绘仪器的发明和创新。17世纪 发明了望远镜、经纬仪、水准仪、平板 仪，使控制测量和地形测量精度提高。 19世纪摄影技术发明，便应用于测量， 到20世纪初，创造出自动航空摄影机， 实现了大面积航空摄影测量。
（第四版）
作者 ： 顾孝烈 鲍 峰 程效军 同济大学出版社
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《测量学》（第四版）
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《 测 量 实 验 》 （ 第
二 版
）
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测量学的教学目的
《测量学》是城市规划、土木工程、道路 交通工程、测绘工程、地质工程、港口航道与 海岸工程等专业必修的专业基础课，是一门实 践性强，理论和实践相结合的课程。