测量学课件PPT

测量学原理王金鑫郑州大学水利与环境学院地理信息工程系（环保馆207）[e-mail]见面有“题”那位同学知道2008年9月25日和2007年10月24日，中国发生了哪两件震惊世界的大事吗？星夜启航2008年9月25日21时10分，载着翟志刚、刘伯明、景海鹏3位航天员的神舟七号飞船在中国酒泉卫星发射中心发射升空。太空漫步五星耀宇伴星放飞伴星所摄照片载誉而归北京时间2007年10月24日16时05分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将“嫦娥一号”月球探测卫星送入太空。见面有“题”那么，“嫦娥一号”给我们的测量学有什么关系呢？从图中可以看出，“嫦娥一号”的运行轨道十分复杂，它是靠什么计算与设计出来的呢？答案就是主要靠测量学。见面有“题”看见“测量学”三个字，你想到了什么？自然空间(不规则)测量空间（规则）XYZ（经纬度）需要知道什么？标准点及相对于它的方向、距离和高低角度、距离和水准第一章绪论学习本章的意义：使同学们了解什么是测量学？它主要包括哪些内容？在国民经济建设，尤其在工程建设中有哪些重要作用？内容主要有：测量学的任务及其在工程建设中的作用、我国测量学发展概况、地面点的确定、用水平面代替水准面的限度、测量的基本工作和工作方法。教学要求：（1）掌握测量学的任务及作用、地面点位的确定、测量的基本工作和原则。（2）了解测量发展史、水平面代替水准面的限度。第一章重难点重点测量工作的基准地面点位的确定大地水准面用平面代替水准面的限度难点大地水准面高斯投影一、测量学的任务及作用1、测量学的任务：测绘科学是自然科学的一部分，它主要研究的对象是地球的表面，是一门应用科学定义：是研究地球的形状和大小，确定地面点位（包括空中、地下和海底），以及对于这些空间位置信息进行处理、存储、管理的科学。主要任务：测绘：地面点→图测设：图→地面2、测量工作在工程建设中的作用：例如：郑州大学新区建设（在测量的地形图上）征地→报批→（在测量的地形图上）规划、设计→施工（需要施工放样、测设）→竣工、验收（需要竣工测量）→使用、工程管理（变形观测）例如：国防建设、具体军事行动的指挥、导弹的发射，这些都需要地形图和各种测量数据为依据。所以说测量学是一门重要的课程。3、测量学有关的学科：大地测量学地形测量学摄影测量学工程测量学海洋测量学地图制图学遥感信息系统GPS系统GIS信息系统二、现代测量科学的发展概况：新的3S技术：GPS－卫星定位系统GIS－地理信息系统RS－遥感三、地面点位的确定1、地球的形状和大小水准面：处处与重力线正交的海水面大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面大地体：大地水准面所包含的形体地球椭球体：与整个大地水准面吻合得最佳的旋转椭球椭球参数：a=6378137m，b=6356752m，扁率：e=(a-b)/a=1/298.2572、测量坐标系（重点）2.1地理坐标系(geographicalreferencesystem)①天文坐标系子午面子午线赤道①天文坐标系天文经度λ天文纬度φ特点：天文坐标系以铅垂线为基准线，以大地水准面为基准面；测量方法：在地面点上用天文测量的方法测定。②大地坐标系大地经度L：大地纬度B：特点：大地坐标是以法线为基准线，以椭球体面为基准面测量方法：大地坐标是根据大地原点坐标，再按大地测量所测得的数据推算而得。2.2高斯平面直角坐标系高斯投影的特点⑴等角投影；⑵投影后中央子午线的长度不变，离开中央子午线越远的线变形越大，并且凹向中央子午线，各纬圈投影后凸向赤道；⑶中央子午相投影后为坐标纵轴X，赤道投影后为坐标横轴Y，从而构成高斯平面直角坐标系；⑷为了将变形限制在一定精度范围内，采用分带投影法，有6度带和3度带两种投影方法；高斯平面直角坐标系2.3平面直角坐标系当测区较小时（半径小于10km范围），可以把地表一小块球面当作平面看待测量工作中的平面直角坐标系与笛卡儿直角坐标系的区别：坐标轴互换象限顺序相反2.4WGS-84坐标系“WorldGeodeticSystem”(世界大地坐标系)坐标原点在地心Z轴方向：指向地球北极X轴方向：指向格林尼治子午面与地球赤道面之交点Y轴方向：垂直于XOZ平面，构成右手坐标系3、地面点的高程绝对高程：简称高程，又称海拔；相对高程：又称假定高程；高差：两点间绝对高程或相对高程之差我国的高程系统：1956年黄海高程系（72.289m）1985年国家高程基准（72.260m）四、用水平面代替水准面的限度1、水准面曲率对距离的影响D=R*tgθ，S=R*θ结论：在半径为10km的范围内，以水平面代替水准面所产生的距离误差可忽略不计2、水准面曲率对高差的影响△h=S²/(2R)结论：在进行高程测量时不能水平面代替水准面五、测量的基本工作高程测量水平角测量距离测量六、测量工作的原则⑴测量的布局上，是“有整体到局部”；⑵测量的次序上，是“先控制后碎步”；⑶在测量的精度上，是“从高级到低级”目的：消除误差积累，满足精度要求七、怎样学好测量课学习过程可分为三个阶段：基础课阶段→技术基础课→专业课、毕业设计。测量课是技术基础课，处在第二阶段，承上启下，所以学好测量课是非常必要的，要着重以下三点：①重视实践；②建立正确的精度概念；③重视数据的记录、整理和计算处理。测量记录与计算规则1.在测量手簿上书写前，应准备好硬性铅笔，同时熟悉表上各项内容的填写与计算方法。2.记录观测数据前，应将表头的仪器型号编号、日期、天气、测站、观测者及记录者姓名等无一遗漏地填写完全。3.观测读数后，记录者应随即在测量手簿上的相应栏内填写，并复诵回报以资检核。不得另纸记录事后转抄。4.记录时要求字体端正清晰，数位对齐、数字齐全。字脚靠近底线；表示精度或占位的“0”均不能省略。5观测数据的尾数不得更改，读错或记错后必须重测重记。如：角度测量时，秒级数字出错，应重测该测回；水准测量时毫米级数字出错，应重测该测站。6观测数据的前几位若出错时，应用细横线划去错误的数字，并在原数字上方写出正确的数字。注意不得涂改已记录的数据，禁止连续更改数字。7记录数据修改后，都应在备注栏内写明原因（记错、测错、超限）。8每站观测结束后，必须在现场完成规定的计算的检核，确认无误后方可迁站。9数据运算应根据所取位数，按“4舍6入，5前单进双舍的规则进行凑整”。10应该保持测量手簿的整洁，严禁在手簿上书写无关的内容。往届同学在学习中存在的问题上课不认真听讲，逃课现象较多；做实验时，只有部分同学认真做，很多同学应付，抄袭别人的数据；在我们专业第8周的设计周之后，来上课同学不到一半，甚至更少。一些本来表现比较好的同学，也从此放弃了学习！本门课虽然不是我们的专业课，但对我们以后的设计工作很有帮助。我们既然来听课，就要认真听一听，起码达到基本要求。第二章水准测量教学要求：（1）掌握水准测量原理、水准仪的构造与使用、水准测量的施测、水准仪的检验和校正、三四等水准测量。（2）了解自动安平水准仪、精密水准仪和精密水准尺第二章重难点重点：水准测量的原理水准仪的使用水准测量的方法及成果整理三四等水准测量难点：三四等水准测量高程测量概述高程测量的方法：水准测量三角高程测量GPS高程测量气压高程测量。高程系统采用“1985年国家高程基准”§2-1水准测量原理1、水准测量的原理水准测量的原理：是利用水准仪(level)提供的水平视线(horizontalsight)，读取竖立于两个点上的水准尺(levelingstaff)上的读数，来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算未知点高程2、基本概念后视点后视读数前视点前视读数测站3、高程的计算方法①高差法②视线高法bah－ABABABHHhABABHHhaiAHH＝bi－HHB4.水准面曲率对水准测量的影响RSSbabbaaabahRSbbRSaabahbaABbaAB2)'()'(''2'2'''2222当后视距与前视距相等时，可以不考虑水准面曲率对水准测量的影响。a'ab'bABhABAHBH§2-3水准仪和水准尺水准测量所用的仪器为水准仪，工具有水准尺和尺垫水准仪按其精度可以分为等四个等级：水准仪按其构造可以分为以下4类：激光水准仪电子水准仪自动安平水准仪微倾式水准仪一、水准仪的构造水准仪主要由三个部分组成：望远镜、水准器、基座1、望远镜望远镜主要由四大光学部件组成：物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜，另外还包括一些调节螺旋。十字丝的交点与物镜光心的连线，称为视准轴成像原理b’a’C1AB1b234aC22、水准器1）管水准器管水准器轴：过零点做内圆弧的切线LL分划值τ″：2mm弧长所对的圆心角τ″=2/R×ρ″=20″/2mm用微倾螺旋调节作用：精平仪器2)圆水准器圆水准器轴：过圆水准器零点的球面法线L0L0。分划值τ：一般为8′～10′R愈大，τ愈小，水准管的精度愈高作用：粗平仪器3、基座基座的作用是支承仪器的上部，用中心螺旋将基座连接到三脚架上主要作用：调节圆水准气泡二、水准尺和尺垫水准尺的种类直尺塔尺折尺铟刚尺长度2-5m尺垫尺垫是在转点处放置水准尺用的三、水准仪的轴系及关系轴系视准轴CC管水准器轴LL圆水准器轴L0L0竖轴VV满足的关系1.圆水准器轴平行于仪器竖轴L0L0‖VV2.水准管轴应平行于视准轴LL‖CC3.十字丝横丝应垂直与仪器竖轴四、自动安平水准仪自动安平水准仪：用补偿器代替水准器，能使仪器的视准轴，在1～2秒钟内自动、精确、可靠地安放在水平位置。满足条件：fα=sβ=zz0§2-3水准仪的使用微倾水准仪的使用安置仪器粗平瞄准精平读数自动安平水准仪的使用安置仪器粗平瞄准读数视差视差出现的现象：尺像晃动，读数不准。产生视差的原因：尺像没有准确落在十字丝面上。消除视差的方法：重新调节目镜和物镜，进行仔细对光。实验一：水准仪的认识与使用注意事项1、水准仪安放到三脚架上必须立即将中心连接螺旋旋紧，以防仪器从脚架上掉下摔坏。2、开箱后先看清仪器放置情况及箱内附件情况，用双手取出仪器并随手关箱。3、仪器旋扭不宜拧得过紧，微动螺旋只能用到适中位置，不宜太过头。4、自动安平水准仪一般为正像望远镜，读数前无精平动作，但要检查有关按钮以判断补偿装置是否有效。5、仪器装箱一般要松开水平制动螺旋，试着合上箱盖，不可用力过猛，压坏仪器。6、水准尺不用时不可靠在墙上或树上，应平放在地上，以免被风吹到和被别人绊倒。7、气氛要严肃，不可在仪器旁追逐打闹，操作时，时刻注意脚下，以免把仪器摔坏。8、测绘仪器都是比较贵重的，大家一定要小心，按规程操作，轻拿轻放。9、按我校规定，无论是谁把仪器损坏，要照价赔偿！10、实验中出现什么问题要及时向老师报告。§2-4水准测量的一般方法一、水准点BM（BenchMark）二、水准测量的实施水准测量的实施测站、测点、转点TPh1=a1-b1h2=a2-b2………..hn=an-bnΣh=Σa-Σb三、水准路线水准路线：在水准点之间进行水准测量所经过的路线，称为水准路线。包括：符合水准路线、闭合水准路线和支水准路线。高差闭合差fh定义：一条水准路线高差测量值之和与高差理论值之和的差值fh＝∑h测－∑h理符合：fh＝∑h测－（H终－H起）闭合：fh＝∑h测支水准：fh＝∑h往＋∑h返等外高差闭合差限差：(mm)L40允fh)(n12mmfh允四、水准测量的校核方法1、计算校核：Σh=Σa-Σb2、测站校核：变仪器高法双面尺法3、成果检核：按三种路线形式|fh|≤|fh允|成果合格|fh|≥|fh允|成果不合格，返工重测五观测、记录、计算测站测站后视读数前视读数高差平均高差高程1A100.000B2BC3CD4DA∑a∑b∑h∑h§2-5水准测量内业计算一、高差闭