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1、CUGCUGCUGCUG测量学基础中中国国地地质质大大学学测绘测绘工程系工程系中国地质大学测绘工程系 第一章 绪论 第一节 测量学的定义及分类一、定义一、定义一、定义一、定义 是一门研究测定地面点的空间位置，确定地是一门研究测定地面点的空间位置，确定地是一门研究测定地面点的空间位置，确定地是一门研究测定地面点的空间位置，确定地球形状和大小，将地球表面的形状和其他信息以图球形状和大小，将地球表面的形状和其他信息以图球形状和大小，将地球表面的形状和其他信息以图球形状和大小，将地球表面的形状和其他信息以图表的形式表达的科学表的形式表达的科学表的形式表达的科学表的形式表达的科学二二二二、主要任务：主要
2、任务：主要任务：主要任务：精确地测定地面点的位置；确定精确地测定地面点的位置；确定精确地测定地面点的位置；确定精确地测定地面点的位置；确定 地球的形状和大小；地球的形状和大小；地球的形状和大小；地球的形状和大小；将地球表面的形态及其他相将地球表面的形态及其他相将地球表面的形态及其他相将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图关信息测绘成图关信息测绘成图关信息测绘成图中国地质大学测绘工程系 二、测量学的分类研究区域：R=10公里，顾及地球曲率的影响主要任务：研究地球形状、大小；建立国家统一的坐标系；研究地球重力场理论、技术和方法2、大地测量学、大地测量学(geodetic surveying)中国地
3、质大学测绘工程系 二、测量学的分类用像片来研究地物、地貌，分为航空摄影测量学和地面摄影测量学3、摄影测量学摄影测量学(photographic surveying)在工程的勘测设计、施工、竣工后的变形监测中的应用4、工程测量学、工程测量学(engineering surveying)研究地图制作的理论、方法和工艺的科学5、制图学、制图学(mapping)中国地质大学测绘工程系学习本课程要求：学习本课程要求：学习本课程要求：学习本课程要求：掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水准仪、工程掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水准仪、工程掌握普通测量学的基本知识和基础理论
4、；能正确使用工程水准仪、工程掌握普通测量学的基本知识和基础理论；能正确使用工程水准仪、工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程经纬仪等仪器和工具；了解大比例尺地形图的成图原理和方法；在工程设计和施工中，要求具有应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般设计和施工中，要求具有应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般设计和施工中，要求具有应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般设计和施工中，要求具有应用地形图和有关测量资料的能力和进行一般工程施工测设的
5、能力，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。工程施工测设的能力，以便能灵活应用所学的测量知识为专业工作服务。简而言之简而言之简而言之简而言之,通过学习本课程之后，要求大家通过学习本课程之后，要求大家通过学习本课程之后，要求大家通过学习本课程之后，要求大家 1.1.会测地形图会测地形图会测地形图会测地形图 2.2.会用地形图会用地形图会用地形图会用地形图 3.3.会工程放样会工程放样会工程放样会工程放样中国地质大学测绘工程系第二节测量工作的基准面一、地球的形状和大
6、小一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小一、地球的形状和大小天圆地方（最早）球形（古希腊毕达哥拉斯公元前天圆地方（最早）球形（古希腊毕达哥拉斯公元前天圆地方（最早）球形（古希腊毕达哥拉斯公元前天圆地方（最早）球形（古希腊毕达哥拉斯公元前6 6世纪）世纪）世纪）世纪）200200年后亚里士多德证明地圆说年后亚里士多德证明地圆说年后亚里士多德证明地圆说年后亚里士多德证明地圆说-公元前公元前公元前公元前3 3世纪埃拉托色世纪埃拉托色世纪埃拉托色世纪埃拉托色尼推算出地球子午圈的周长公元尼推算出地球子午圈的周长公元尼推算出地球子午圈的周长公元尼推算出地球子午圈的周长公元8 8世纪一行实地测量子午世纪一
7、行实地测量子午世纪一行实地测量子午世纪一行实地测量子午弧长弧长弧长弧长1717世纪末牛顿（英国）和惠更斯（荷兰）应用力学世纪末牛顿（英国）和惠更斯（荷兰）应用力学世纪末牛顿（英国）和惠更斯（荷兰）应用力学世纪末牛顿（英国）和惠更斯（荷兰）应用力学原理提出地扁说原理提出地扁说原理提出地扁说原理提出地扁说18731873利斯廷（德国）提出大地水准面利斯廷（德国）提出大地水准面利斯廷（德国）提出大地水准面利斯廷（德国）提出大地水准面19451945莫洛坚斯基创立用地面重力测量数据研究真实地莫洛坚斯基创立用地面重力测量数据研究真实地莫洛坚斯基创立用地面重力测量数据研究真实地莫洛坚斯基创立用地面重力测量
8、数据研究真实地球自然表面球自然表面球自然表面球自然表面陆地：陆地：陆地：陆地：29.2%29.2%海洋：海洋：海洋：海洋：70.8%70.8%最高：最高：最高：最高：8844.43m8844.43m，最低：，最低：，最低：，最低：-11022m-11022m地球平均半径：地球平均半径：地球平均半径：地球平均半径：6371km6371km中国地质大学测绘工程系第一章第一章 绪论绪论一、水准面和铅垂线一、水准面和铅垂线处于自由静止状态的水面处于自由静止状态的水面处于自由静止状态的水面处于自由静止状态的水面水平面：水平面：与水准面相切的平面与水准面相切的平面与水准面相切的平面与水准面相切的平面水平线
9、：水平线：水平面上的直线水平面上的直线水平面上的直线水平面上的直线铅垂线铅垂线和和和和水准面水准面是测量工作中是测量工作中是测量工作中是测量工作中野外观测的基准线野外观测的基准线野外观测的基准线野外观测的基准线和基准面和基准面和基准面和基准面。第三节测量工作的基准面第三节测量工作的基准面寻找基准面中国地质大学测绘工程系二、大地水准面二、大地水准面二、大地水准面二、大地水准面1 1、水准面、水准面、水准面、水准面(Geoidal surface)(Geoidal surface)水准面的特性水准面的特性水准面的特性水准面的特性：是一个重力等位面，处处与铅垂线是一个重力等位面，处处与铅垂线是一个重
10、力等位面，处处与铅垂线是一个重力等位面，处处与铅垂线方向相垂直方向相垂直方向相垂直方向相垂直是一个有微小起伏的不规则的曲面是一个有微小起伏的不规则的曲面是一个有微小起伏的不规则的曲面是一个有微小起伏的不规则的曲面大地水准面大地水准面大地水准面大地水准面自由静止的平均海水自由静止的平均海水自由静止的平均海水自由静止的平均海水面无限穿过大陆岛屿而形成的自行面无限穿过大陆岛屿而形成的自行面无限穿过大陆岛屿而形成的自行面无限穿过大陆岛屿而形成的自行封闭曲面封闭曲面封闭曲面封闭曲面大地体大地体大地体大地体中国地质大学测绘工程系2 2、旋转椭球体、旋转椭球体、旋转椭球体、旋转椭球体旋转旋转旋转旋转椭球体表
11、面椭球体表面椭球体表面椭球体表面是测量计算和制图是测量计算和制图是测量计算和制图是测量计算和制图基准面基准面基准面基准面我国目前采用的是1975年“国际大地测量与地球物理联合会”推荐的椭球参数（IAG-75)，称为“1980年国家大地坐标系”三元素三元素：长半径a=6378140m;短半径b=6356755m 扁率：1/298.257配合最佳的参考椭球面 大地水准面大地水准大地水准面差距面差距N参考椭球参考椭球参考椭球参考椭球：与某国或某一地区局部大地水准面符合最佳的：与某国或某一地区局部大地水准面符合最佳的 旋转椭球旋转椭球地球椭球地球椭球地球椭球地球椭球：与整个大地水准面符合最佳的旋转椭球
12、：与整个大地水准面符合最佳的旋转椭球中国地质大学测绘工程系中国地质大学测绘工程系第三节 确定地面点位的坐标系1.大地坐标系(L,B)地轴：NS子午面子午面：包括椭球旋转轴NS的平面起始子午面起始子午面：通过格林尼治平均天文台的子午面子午线或经线、经圈子午线或经线、经圈：子午面与椭球面的交线纬圈纬圈：垂直于旋转轴NS 的平面与椭球面的交线赤道面赤道面：通过椭球中心 且垂直于旋转轴的平面赤道赤道：赤道面与椭球面 的交线基准线：法线基准面：旋转椭球面中国地质大学测绘工程系大地经度大地经度大地经度大地经度L L(longitude(longitude)地面点在椭球面上投影点地面点在椭球面上投影点所在的
13、子午面与起始子午所在的子午面与起始子午面间的平角，从首子午线面间的平角，从首子午线起算，向东为东经起算，向东为东经(0(0 180)180)，向西为西经，向西为西经(0(0 180)180)。我国的经度我国的经度我国的经度我国的经度全部为东经。全部为东经。全部为东经。全部为东经。大地纬度大地纬度大地纬度大地纬度B B(latitude(latitude)过某点的法线与赤道面的过某点的法线与赤道面的交角。交角。由赤道面起算，向由赤道面起算，向北为北纬北为北纬(0(0 90)90)，向南为南纬向南为南纬(0(0 90)90)我国的纬度全部是北纬我国的纬度全部是北纬我国的纬度全部是北纬我国的纬度全部
14、是北纬。中国地质大学测绘工程系2 2、天文坐标系、天文坐标系、天文坐标系、天文坐标系 （，）天文经度（天文经度（）天文纬度（天文纬度（）经纬度表示方法经纬度表示方法同大同大地坐标系地坐标系基准线：铅垂线基准面：大地水准面中国地质大学测绘工程系 天文经纬度由天文测量方法直接测定大地原点推算天文经纬度由天文测量方法直接测定大地原点推算天文经纬度由天文测量方法直接测定大地原点推算天文经纬度由天文测量方法直接测定大地原点推算大地经纬度大地经纬度大地经纬度大地经纬度 大地原点：在适当地点选择一点大地原点：在适当地点选择一点大地原点：在适当地点选择一点大地原点：在适当地点选择一点P P，设想把椭球体与大地
15、体，设想把椭球体与大地体，设想把椭球体与大地体，设想把椭球体与大地体相切，即此时铅垂线与法线相重合。相切点相切，即此时铅垂线与法线相重合。相切点相切，即此时铅垂线与法线相重合。相切点相切，即此时铅垂线与法线相重合。相切点P P 称为称为称为称为大地原大地原大地原大地原点点点点中国地质大学测绘工程系“大地原点大地原点”建于建于年年月，坐落在西安市北月，坐落在西安市北60km60km处泾阳县永乐镇北洪流处泾阳县永乐镇北洪流村。坐标为东经村。坐标为东经、北纬、北纬，海拔，海拔米，占地米，占地公顷，由主体建筑、中心标志、测量仪器台和投影亭等组成。主体建筑为六方体公顷，由主体建筑、中心标志、测量仪器台和
16、投影亭等组成。主体建筑为六方体圆柱状，塔楼高米，原点在主体建筑的地下室圆柱状，塔楼高米，原点在主体建筑的地下室 ，为红色玛瑙石制成，直，为红色玛瑙石制成，直径公分，标志中部凸起的半球上镌刻的精密径公分，标志中部凸起的半球上镌刻的精密“”字字 中国地质大学测绘工程系3 3、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系 南北方向为纵轴：南北方向为纵轴：南北方向为纵轴：南北方向为纵轴：x x轴轴轴轴 东西方向为横轴：东西方向为横轴：东西方向为横轴：东西方向为横轴：y y轴轴轴轴 测量坐标系的测量坐标系的测量坐标系的测量坐标系的、象限为顺时针方向编号。象限为顺时针方向
17、编号。象限为顺时针方向编号。象限为顺时针方向编号。中国地质大学测绘工程系4 4、高程、高程、高程、高程高程高程高程高程 某点沿铅垂线方向到大地水准面的某点沿铅垂线方向到大地水准面的某点沿铅垂线方向到大地水准面的某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，又称为绝对高程、海拔距离，又称为绝对高程、海拔距离，又称为绝对高程、海拔距离，又称为绝对高程、海拔我国的大地水准面以黄海平均海水面我国的大地水准面以黄海平均海水面我国的大地水准面以黄海平均海水面我国的大地水准面以黄海平均海水面高为准，并在青岛建立了高为准，并在青岛建立了高为准，并在青岛建立了高为准，并在青岛建立了水准原点水准原点水准原点水准原点1956
18、1956年黄海高程系年黄海高程系年黄海高程系年黄海高程系水准原点：水准原点：水准原点：水准原点：72.289m72.289m19851985年国家高程基准年国家高程基准年国家高程基准年国家高程基准水准原点：水准原点：水准原点：水准原点：72.260m72.260m高差高差高差高差两点的高程之差，如两点的高程之差，如两点的高程之差，如两点的高程之差，如h hABAB、h hBABAh hABAB=H=HBB-H-HAA，h hBABA=H=HAA-H-HBB相对高程 从某点到假定水准面的垂直距离中国地质大学测绘工程系在青岛观象山上，有一个神秘的，由花岗岩建造的小屋，外面有两层高栅栏，石屋子内还有
19、三道铁将军把门。在石屋子里面，有一口旱井，井底岩石板上镶嵌着一颗直径约4.7cm的黄色玛瑙球，玛瑙上一个红色小点，上面标出“此处海拔高度72260米”，这就是我国的“水准原点”。中国地质大学测绘工程系中国地质大学测绘工程系 第四节第四节 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度一、地球曲率对水平距离的影响一、地球曲率对水平距离的影响一、地球曲率对水平距离的影响一、地球曲率对水平距离的影响当当当当S=3.16kmS=3.16km时，时，时，时，s:s=1:12194000s:s=1:12194000当当当当S=10kmS=10km时，时，时，时，s:s=1:1217700s:s=1:12
20、17700当当当当S=20kmS=20km时，时，时，时，s:s=1:304400s:s=1:304400 所以，在进行距离测量时可所以，在进行距离测量时可所以，在进行距离测量时可所以，在进行距离测量时可用水平面代替水准面用水平面代替水准面用水平面代替水准面用水平面代替水准面。中国地质大学测绘工程系二、地球曲率对水平角度的影响二、地球曲率对水平角度的影响二、地球曲率对水平角度的影响二、地球曲率对水平角度的影响下式中下式中下式中下式中P P为水平面上三角形面积，为水平面上三角形面积，为水平面上三角形面积，为水平面上三角形面积，RR6371km6371km当当当当P=10P=10平方公里时，平方公
21、里时，平方公里时，平方公里时，=0.05=0.05 当当当当P=100P=100平方公里时，平方公里时，平方公里时，平方公里时，=0.51=0.51 当当当当P=400P=400平方公里时，平方公里时，平方公里时，平方公里时，=2.03=2.03 当当当当P=2500P=2500平方公里时，平方公里时，平方公里时，平方公里时，=12.71=12.71 所以，地球曲率对水平角度的影响很小所以，地球曲率对水平角度的影响很小所以，地球曲率对水平角度的影响很小所以，地球曲率对水平角度的影响很小,可不予考虑。可不予考虑。可不予考虑。可不予考虑。中国地质大学测绘工程系三、地球曲率对高差的影响三、地球曲率对
22、高差的影响三、地球曲率对高差的影响三、地球曲率对高差的影响例：当例：当例：当例：当t=10kmt=10km时，时，时，时，h=7.8mh=7.8m 当当当当t=100mt=100m时，时，时，时，h=0.78mmh=0.78mm 所以，测量高差时必须考所以，测量高差时必须考所以，测量高差时必须考所以，测量高差时必须考 虑地球曲率的影响。虑地球曲率的影响。虑地球曲率的影响。虑地球曲率的影响。中国地质大学测绘工程系结论结论：在半径在半径R小于小于10KM的圆面积范围内的圆面积范围内进行距离测量和角度测量时可用水平面代进行距离测量和角度测量时可用水平面代替水准面，而在进行高差测量时必须考虑替水准面，而在进行高差测量时必须考虑地球曲率的影响地球曲率的影响中国地质大学测绘工程系 第五第五节节 测测量工作的量工作的内内容容测定三个元素测定三个元素测定三个元素测定三个元素：水平角水平角水平角水平角、水平距离、水平距离、水平距离、水平距离DD和高差和高差和高差和高差h h。测量的基本工作测量的基本工作测量的基本工作测量的基本工作：高程测量、距离测量和水平角测量高程测量、距离测量和水平角测量高程测量、距离测量和水平角测量高程测量、距离测量和水平角测量测量工作的基本技能测量工作的基本技能测量工作的基本技能测量工作的基本技能：观测、计算和绘图观测、计算和绘图观测、计算和绘图观测、计算和绘图