《测量基础知识》课件

测量基础1第1章测绘基础知识23第1章测绘基础知识§1.1测绘学的任务及作用测绘学的内容和任务测绘是指对自然地理要素或者地表的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及获取的数据、信息、进行处理和提供的活动。测绘学研究的主要对象是地球的自然表面，研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。它是地球科学的重要组成部分。。4第1章测绘基础知识§1.1测绘学的任务及作用测绘学研究的具体内容：（１）测量学——研究地球形状和大小(包括地球重力场)——确定地面点的空间位置(含地下和空间)（２）地图制图学——研究社会和自然信息的地理分布——绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图5第1章测绘基础知识§1.1测绘学的任务及作用测绘学的分科１．大地测量学２．摄影测量与遥感学３．工程测量学４．海洋测量学５．地图制图学６．测绘仪器学７．普通测量学——几何(天文)大地测量学、物理(重力)大地测量学、卫星(空间)大地测量学——地面(近景)摄影测量学、航空摄影测量学、航天遥感测量学——普通工程测量学（包含土木、建筑、水利、交通、矿山测量等）、精密工程测量学、特种工程测量学——海洋水体测量学、水下地形测量学、航道测量——地图学与GIS、地图制图工程——光学测绘仪器学、电子测绘仪器学——局部地区地形测量与一般工程测量6第1章测绘基础知识§1.1测绘学的任务及作用在国家经济建设中的作用1.工程建设的尖兵2.军事作战的眼睛3.科学研究的工具4.现代管理的基础（数字地球、数字中国和数字城市）7第1章测绘基础知识§1.2地球的形状和大小8第1章测量学的基础知识§1.2地球的形状和大小9第1章测量学的基础知识§1.2地球的形状和大小10第1章测量学的基础知识§1.2地球的形状和大小11第1章测量学的基础知识§1.2地球的形状和大小一、地球形状和大小1.地球是一个表面起伏较大的椭球地球表面最高峰：8844.43m海洋底部最深处:11022.00m地球表面最大高差近20km2.地球又是一个近似光滑的水球大陆面积:占29%海洋面积:占71%3.地球平均半径:6371km2019年10月3日星期四合肥工业大学土建学院测量工程系12测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。13一、地球的形状14§1.2地球的形状和大小二、基本概念1.重力方向线即铅垂线,是测量工作的基准线2.水准面自由静止的水面;是等位面,有无数个地心O离心力地心引力重力G重力的方向线称为铅垂线15设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。大地水准面静止海水面陆地大地水准面16地球表面大地水准面和铅垂线示意图17地心OOG格林尼治天文台G地球自转轴起始天文子午面地球自然表面大地水准面E18WDM94模型描述的地球形状19§1.2地球的形状和大小二、基本概念3.大地水准面静止平衡状态下的平均海水面,向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面特性:唯一性、等位面、不规则曲面作用：测量野外工作的基准面4.大地体由大地水准面包围的地球形体，是不规则球体。20二、基本概念5.旋转椭球与大地体非常接近的数学椭球长半径为a，短半径为b扁率数学模型地球平均半径R=6371km§1.2地球的形状和大小1222222bzayax)(31baaRabaZYX21§1.2地球形状和大小•旋转椭球理论上是唯一的数学球体•旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为参考椭球•同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球椭球体，又称为参考椭球体•参考椭球面是测量计算和制图的基准面22§1.3测量中常用的坐标系统地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关，测量中常用的坐标系统有：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一、天文坐标系球面坐标，称为地理坐标基准面：大地水准面基准线：铅垂线地面点位用天文经度和天文纬度来表示23二、大地坐标系基准面：参考椭球面基准线：法线地面点位用大地经度和大地纬度来表示1.1954年北京坐标系2.1980国家大地坐标系3.WGS-84世界大地坐标系§1.3测量中常用的坐标系统三、空间直角坐标系三维坐标(X,Y,Z)241980国家大地坐标系大地原点——位于陕西省泾阳县永乐镇25§1.3测量中常用的坐标系统四、大地坐标和空间直角坐标的转换五、高斯投影和高斯平面直角坐标系1.高斯投影——横切椭圆柱正形投影。又称为高斯—克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。目的：将球面坐标转换为平面坐标。26OSN赤道面中央子午线M高斯投影的概念271.高斯投影•中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。•中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。•为保证投影精度，必须采用分带投影。6度投影带：中央子午线经度为360NL282.高斯投影分带（1）6度投影带：中央子午线经度为360NLnL3'0（2）3度投影带：中央子午线经度为29五、高斯投影和高斯平面直角坐标系3.高斯平面直角坐标系•x坐标：中央子午线向西平移500km，向北为正。•y坐标：赤道，向东为正。•为区分点位所在的高斯投影带，在Y坐标前必须加两位数的带号。•如：mymxAA230.58763420695.3516432•我国六度带带号N=13~23，三度带带号n=25~4530xⅣαⅠyⅢⅡ高斯平面直角坐标系yⅡⅠαxⅢⅣ笛卡尔平面直角坐标系3.测量高斯平面直角坐标系与数学笛卡尔平面直角坐标系的区别31六、墨卡托投影——等角正圆柱投影七、独立平面直角坐标系•在半径R10km的范围内，可用水平面代替大地水准面作为基准面。•以磁子午线的方向作为X轴，向北为正；其垂直方向为Y轴，向东为正。•坐标原点选在测区西南角。x测区oy32§1.4地面点的高程一、高程地面点沿铅垂线方向到高程基准面的距离•绝对高程H（海拔）：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离•相对高程H'：地面点沿铅垂线方向到任意水准面的距离•高差h：地面两点高程之差''ABABABHHHHh33二、我国的高程系统•国家水准原点（高程零点H。）位于青岛观象山，黄海平均海水面为高程基准面•1956黄海高程系：H。=72.289m•1985国家高程基准：H。=72.260m，相差29mm•合肥市目前仍采用上海吴淞高程系•如合肥市某点:•吴淞高程—1.856m=85黄海高程34§1.6测量工作的基本概念一、测量三项基本工作•测量工作包括测定和测设两部分，其实质都是确定地面点的点位•确定点位的三要素：高差、水平角、水平距离•测量三项基本工作：高程测量角度测量距离测量35二、测量工作的原则•从整体到局部，先控制后碎部——减少误差结累——加快测量速度•前项工作未作检核，不进行下一步工作——保证成果质量36三、普通测量的基本内容第2章水准仪及水准测量3738第2章水准仪及水准测量§2.1高程测量概述测量三项基本工作之一：高程测量高程测量：测量地面上各点高程的工作高程测量有下列几种方法：1.几何水准测量——是高程测量最主要的方法2.三角高程测量3.物理高程测量包括:气压高程测量、液体静力水准测量4.GPS高程测量2012年6月39第2章水准仪及水准测量§2.2水准测量原理原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。1.高差法:hAB=后视读数—前视读数，即：待定点B点的高程：bahABbaHhHHAABAB2.仪高法(视线高法):bHHaHHiBAi40第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度划分为四个等级：精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10D—大地测量；S—水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。水准仪按其构造可分为四种：微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）2012年6月宁夏国土资源厅41第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用一、DS3微倾式水准仪1.DS3微倾式水准仪的构造作用：为测量高差提供一条水平视线组成：望远镜、水准器、基座132765498101412131115161.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板；9.脚螺旋；10.弹簧帽；11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座2012年6月42第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用2.水准尺和尺垫（1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种（2）标准水准尺为一对双面尺，其中:A尺和B尺黑面0~3m;A尺红面4.687~7.687m,B尺红面4.787~7.787m。（3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。43第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用二、精密水准仪和精密水准尺精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(thefirstandsecondorderleveling)和高精度的工程测量中；例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。44第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用二、精密水准仪和精密水准尺1.N3精密水准仪•下图就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为±0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。2012年6月45第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用二、精密水准仪和精密水准尺2.精密水准尺(因瓦水准尺)•精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。•长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值分为基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。•基辅分划差为：3.01550m46第2章水准仪及水准测量§2.3水准仪及其使用三、数字水准仪（电子水准仪）望远镜基座—脚螺旋自动安平补偿器电子水准仪调焦螺旋制动、微动螺旋调焦发送器：计算概略视距值；补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态分光镜：将由物镜计入的光分为可见光和红外光行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数47§2.4水准测量方法一、水准测量的外业实施1.水准点——事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(BenchMark),常以BM表示。水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面,用于放置水准尺。482.待定点高程的测量和计算检核•已知HA，求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2….称为转点,起高程传递作用,常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫。49•每测站高差：•各测站高差之和：•待定点B点高程：iiibahiiiABbahhABABhHH施测方法（动画）2.待定点高程的测量和计算检核50普通水准测量记录表0.7182.20950.5831.2681.425ZD1∑a–∑b=5.358–3.867=1.491∑h=2.209–0.718=1.491HB–HA=51.491–50.000=1.491HB–HA=∑h=∑a–∑b(计算无误)计算检核3.8675.358Σ51.4910.346B50.6181.5811.219ZD351.3360.6720.863ZD2HA=50.000m50.0000.5830.7530.8731.851A–前视+后视备注高程（m）高差标尺读数（m）测点0.