测量学-测量学基础知识
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研究地球形 状和大小就 是研究大地 水准面的形 状和大地体 的大小。
测绘与GPS
重力方向线又称为铅垂线，是测量工作的基准线
测量上统一以大地水准面作为野外测量的基准面
大地水准面是研究地球重力场和地球内部构造的 重要依据
由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数 学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代 表地球的形状和大小。
测绘工作的基本任务就是确定地面点 的位置。
测绘与GPS
地面点的空间位置的表示：三个量
两个量--地面点沿着投影线（铅垂线或法线） 在投影面（大地水准面或椭球面或平面）上的 坐标
第三个量--地面点沿着投影线到投影面的距离 （高度）
地面点的空间坐标与选用的椭球及坐标系 统有关。
测绘与GPS
2.4 测量中常用的坐标系统
该几何体必须满足 两个条件： ① 形状接近地球自 然形体； ② 可以用简单的数 学公式表示。
测绘与GPS
2.2 地球椭球
地球椭球体
以地球自转轴为短轴的椭圆绕地球自转轴旋转而 成的椭球体，椭圆长轴旋转形成的平面与地球赤 道平面相重合，因此称为地球椭球体，其表面称 为旋转椭球面，与大地水准面最为接近。
水准面（Level surface）
水准面：静止的水面称为水准面，水准面 上处处重力位相等。
特点： （1）是一个重力等位面； （2）水准面上各点均与重力方向正交； （3）在地球表面上、下重力的作用空间内，
通过任何高度的点都有一个水准面，因此 水准面有无穷多个，不相交也不平行。
测绘与GPS
大地水准面（Geoid）
测量工作的基准线—铅垂线 测量工作的基准面—大地水准面 测量计算和制图的基准线—法线 测量计算和制图的基准面—旋转椭球面
城市科学系 周爱华
测绘与GPS
注:
铅垂线
物体重心与地球重心的连线.
法线（normal line）
垂直于曲线上一点的切线的直线
测绘与GPS
2.3 地面点位的确定
地形表面的外形是复杂多样的，在测量工作中， 一般将其分为两大类：地面上自然形成的高低 起伏等变化，例如山岭、溪谷、平原、河海等 称为地貌；地面上由人工建造的固定附着物， 例如房屋、道路、桥梁、界址等称为地物；地 物和地貌统称为地形。
联合会)推荐的总地球椭球。大地原点选在我国中 部陕西省泾阳县永乐镇。
a=6378140m b=6356755.3m f=1/298.257 由于地球椭球体的扁率甚小,当测区面积不大时, 在某些测量工作的计算中,可以把地球当成圆球看 待,半径值近似为6371km。
测绘与GPS
测量工作的基准线和基准面
测绘与GPS
上章复习
什么是测绘学？ 什么是测量学，其研究的范围和内容是什
么？ 测量学的分科？ 现代测绘学的任务？ 测量学的应用？
ห้องสมุดไป่ตู้
测绘与GPS
第2章 测量学的基础知识
测绘与GPS
2 测量学的基础知识
2.1 地球的形状和大小 2.2 地球椭球 2.3 地面点位的确定 2.4 测量中常用的坐标系统 2.5 地面点的高程 2.6 用水平面代替水准面的限度 2.7 测量工作的基本概念 2.8 测量的度量单位
旋转椭球体外表面， 是球面坐标系的基 准面。
测绘与GPS
地球椭球体参数
决定地球椭球体形状大小的参数为椭圆的长 半径a和短半径b，则可计算出椭球的扁率f， 公式为：f=(a-b)/a
在测量中将旋转椭球面代替大地水准面作为 测量计算和制图的基准面。
测绘与GPS
参考椭球：技术条件限制，由局部资料推 求椭球体参数
地貌——指地球表面高低起伏的形态，如山峰、 河谷、台地、悬崖等；
测量中将地物和地貌统称为 地形； 测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表 示，称为地形图。
测绘与GPS
地形测量是在地物和地貌上选择一些有代表性 的点进行测量，将测量点投影到平面上，然后 用点、折线、曲线连接起来表示地物和地貌。 这些能表现地物和地貌特征的点称为特征点。 所以测量实际是测定这些特征点的三维坐标。
椭球定位：椭球体与大地体达到最好扣合 总地球椭球：
和地球大地体体积相等，质量相等 椭球中心和地球质心重合 椭球短轴和地球地轴重合 椭球和全球大地水准面差距N的平方和最小
测绘与GPS
我国解放前采用海福特椭球 解放后采用克拉索夫斯基椭球，大地原点在苏联
普尔科夫 20世纪80年代采用IUGG(国际大地测量与地球物理
测绘与GPS
2.1 地球的形状和大小
地球的形状和大小，自古以来人们对它就 很关心，研究地球的大小和形状是通过测 量工作进行的。 地球的形状和大小 大地水准面 大地体
测绘与GPS
人 类 对 地 球 的 认 识 过 程
圆球
大地水 准面
椭球
真实地 球表面
地球表面由高山、丘陵、平 原、海洋等起伏状态，是一 个不规则的曲面。海洋面积 约占地球表面的71%。所以， 人们设想静止的海水面向大 陆延伸，形成的闭合曲面代 替地球表面。
➢ 由于地球自转产生 的离心力，使地球 形体呈椭球状，在 赤道处较为突出， 在两极处较为扁平。 半径约为6371km。
测绘与GPS
地球上的质点所受的万有引力与惯性离心 力的合力称为重力，重力的方向称为铅垂 线方向。
地球表面的水面，每个水分子都受到重力的 作用，水面静止时，水面上的重力位相等。
测绘与GPS
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。
特点：
一个封闭的曲面； 一个略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式
精确表达； 是测量外业依据的基准面； 是唯一的，具体数值来自验潮站的数据分析结
果。
测绘与GPS
大地体
大地体：大地水准面所包围的代表地球形状 和大小的形体。
在地物的平面位置和地貌的轮廓线上选择的能 表现其特征的点称为特征点。
测绘工作的基本任务就是确定地面点的位 置。
测绘与GPS
2.3 地面点位的确定
确定地面点位，应解决的问题：
认识地球表面的形态？ 坐标系怎样建立？ 如何测量角度、距离和高差？
测绘与GPS
地物——包括地面上人造或天然固定物体，如 房屋、道路、河流、湖泊等；
测量中常用的坐标系统
天文坐标系 大地坐标系 高斯平面直角坐标系 独立平面直角坐标系
测绘与GPS
重力方向线又称为铅垂线，是测量工作的基准线
测量上统一以大地水准面作为野外测量的基准面
大地水准面是研究地球重力场和地球内部构造的 重要依据
由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数 学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代 表地球的形状和大小。
测绘工作的基本任务就是确定地面点 的位置。
测绘与GPS
地面点的空间位置的表示：三个量
两个量--地面点沿着投影线（铅垂线或法线） 在投影面（大地水准面或椭球面或平面）上的 坐标
第三个量--地面点沿着投影线到投影面的距离 （高度）
地面点的空间坐标与选用的椭球及坐标系 统有关。
测绘与GPS
2.4 测量中常用的坐标系统
该几何体必须满足 两个条件： ① 形状接近地球自 然形体； ② 可以用简单的数 学公式表示。
测绘与GPS
2.2 地球椭球
地球椭球体
以地球自转轴为短轴的椭圆绕地球自转轴旋转而 成的椭球体，椭圆长轴旋转形成的平面与地球赤 道平面相重合，因此称为地球椭球体，其表面称 为旋转椭球面，与大地水准面最为接近。
水准面（Level surface）
水准面：静止的水面称为水准面，水准面 上处处重力位相等。
特点： （1）是一个重力等位面； （2）水准面上各点均与重力方向正交； （3）在地球表面上、下重力的作用空间内，
通过任何高度的点都有一个水准面，因此 水准面有无穷多个，不相交也不平行。
测绘与GPS
大地水准面（Geoid）
测量工作的基准线—铅垂线 测量工作的基准面—大地水准面 测量计算和制图的基准线—法线 测量计算和制图的基准面—旋转椭球面
城市科学系 周爱华
测绘与GPS
注:
铅垂线
物体重心与地球重心的连线.
法线（normal line）
垂直于曲线上一点的切线的直线
测绘与GPS
2.3 地面点位的确定
地形表面的外形是复杂多样的，在测量工作中， 一般将其分为两大类：地面上自然形成的高低 起伏等变化，例如山岭、溪谷、平原、河海等 称为地貌；地面上由人工建造的固定附着物， 例如房屋、道路、桥梁、界址等称为地物；地 物和地貌统称为地形。
联合会)推荐的总地球椭球。大地原点选在我国中 部陕西省泾阳县永乐镇。
a=6378140m b=6356755.3m f=1/298.257 由于地球椭球体的扁率甚小,当测区面积不大时, 在某些测量工作的计算中,可以把地球当成圆球看 待,半径值近似为6371km。
测绘与GPS
测量工作的基准线和基准面
测绘与GPS
上章复习
什么是测绘学？ 什么是测量学，其研究的范围和内容是什
么？ 测量学的分科？ 现代测绘学的任务？ 测量学的应用？
ห้องสมุดไป่ตู้
测绘与GPS
第2章 测量学的基础知识
测绘与GPS
2 测量学的基础知识
2.1 地球的形状和大小 2.2 地球椭球 2.3 地面点位的确定 2.4 测量中常用的坐标系统 2.5 地面点的高程 2.6 用水平面代替水准面的限度 2.7 测量工作的基本概念 2.8 测量的度量单位
旋转椭球体外表面， 是球面坐标系的基 准面。
测绘与GPS
地球椭球体参数
决定地球椭球体形状大小的参数为椭圆的长 半径a和短半径b，则可计算出椭球的扁率f， 公式为：f=(a-b)/a
在测量中将旋转椭球面代替大地水准面作为 测量计算和制图的基准面。
测绘与GPS
参考椭球：技术条件限制，由局部资料推 求椭球体参数
地貌——指地球表面高低起伏的形态，如山峰、 河谷、台地、悬崖等；
测量中将地物和地貌统称为 地形； 测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表 示，称为地形图。
测绘与GPS
地形测量是在地物和地貌上选择一些有代表性 的点进行测量，将测量点投影到平面上，然后 用点、折线、曲线连接起来表示地物和地貌。 这些能表现地物和地貌特征的点称为特征点。 所以测量实际是测定这些特征点的三维坐标。
椭球定位：椭球体与大地体达到最好扣合 总地球椭球：
和地球大地体体积相等，质量相等 椭球中心和地球质心重合 椭球短轴和地球地轴重合 椭球和全球大地水准面差距N的平方和最小
测绘与GPS
我国解放前采用海福特椭球 解放后采用克拉索夫斯基椭球，大地原点在苏联
普尔科夫 20世纪80年代采用IUGG(国际大地测量与地球物理
测绘与GPS
2.1 地球的形状和大小
地球的形状和大小，自古以来人们对它就 很关心，研究地球的大小和形状是通过测 量工作进行的。 地球的形状和大小 大地水准面 大地体
测绘与GPS
人 类 对 地 球 的 认 识 过 程
圆球
大地水 准面
椭球
真实地 球表面
地球表面由高山、丘陵、平 原、海洋等起伏状态，是一 个不规则的曲面。海洋面积 约占地球表面的71%。所以， 人们设想静止的海水面向大 陆延伸，形成的闭合曲面代 替地球表面。
➢ 由于地球自转产生 的离心力，使地球 形体呈椭球状，在 赤道处较为突出， 在两极处较为扁平。 半径约为6371km。
测绘与GPS
地球上的质点所受的万有引力与惯性离心 力的合力称为重力，重力的方向称为铅垂 线方向。
地球表面的水面，每个水分子都受到重力的 作用，水面静止时，水面上的重力位相等。
测绘与GPS
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。
特点：
一个封闭的曲面； 一个略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式
精确表达； 是测量外业依据的基准面； 是唯一的，具体数值来自验潮站的数据分析结
果。
测绘与GPS
大地体
大地体：大地水准面所包围的代表地球形状 和大小的形体。
在地物的平面位置和地貌的轮廓线上选择的能 表现其特征的点称为特征点。
测绘工作的基本任务就是确定地面点的位 置。
测绘与GPS
2.3 地面点位的确定
确定地面点位，应解决的问题：
认识地球表面的形态？ 坐标系怎样建立？ 如何测量角度、距离和高差？
测绘与GPS
地物——包括地面上人造或天然固定物体，如 房屋、道路、河流、湖泊等；
测量中常用的坐标系统
天文坐标系 大地坐标系 高斯平面直角坐标系 独立平面直角坐标系