测量基础知识培训课件

测量基础知识第一部分、概述一、测绘学的分支二、测量学发展概况三、地面点位的确定第二部分、高程、平面测量一、水准测量二、角度测量三、直线定向与方位角测量四、测量误差五、导线测量六、施工放样目录第一部分、概述一、测绘学的分支测绘学按研究范围和对象的不同一般分为以下六大类1、大地测量学：研究和确定地球形状、大小、重力场、整体和局部运动与地表面点的几何位置，以及它们变化理论和技术。分为卫星大地测量、空间大地测量、几何大地测量、重力大地测量、海洋大地测量等。2、普通测量学：研究地球表面小范围测绘的基本理论、技术和方法，不考虑地球曲率影响，将地球局部表面作平面看待。包括图根控制网的建立、地形图测绘、一般工程测量等。3、摄影测量与遥感学：利用对研究对象进行摄影或者辐射感应所得到的像片进行测量工作的学科。分为航天、航空摄影测量、地面立体摄影测量、遥感测量等。4、海洋测绘学：研究以海洋水体和海底为对象的测量和海图编制理论与方法的学科。主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量，各种海洋专题图等。5、工程测量学：研究工程建设和资源开发各个阶段，进行测量工作的理论和技术的学科。包括规划设计阶段测量、施工建设阶段测量、运营管理阶段测量。6、地图学与地理信息系统：地图学研究模拟地图和数字地图理论、设计、编绘等。地理信息系统是在计算机支持下，将各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析应用的技术系统。二、测量学发展概况1、我国古代测量学的成就我国是世界文明古国,由于生活和生产的需要,测量工作开始得很早，在测量方面也取得了辉煌的成就。现举出以下几例。（1）长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——世界上发现的最早的军用地图。（2）北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。（3）清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇与全图》。在清朝康、雍、乾三位皇帝的先后主持下，自康熙十七年至乾隆二十五年，即1708年至1760年的五十余年间，是中国大地测量工作取得辉煌成就，绘制全国地图、省区地图和各项专门地图最多的兴盛时期，亦是世界测绘史上首创中外人士合作先例，在一千余万平方公里的中国大陆上完成了大规模三角测量的宏伟业绩。2、目前测量学发展状况及展望（1）全站仪的测量室内外一体化。（2）全球定位系统GPS的发展。（3）遥感RS的发展。（4）地理信息系统GIS的发展。（5）3S技术的结合,和数字地球三、地面点位的确定地面点位的确定，一般需要三个量。在测量工作中，我们一般用某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定。一、测量基准面1、测量工作基准面——水准面、大地水准面。测量工作是在地球表面进行的，而海洋占整个地球表面的71%，故最能代表地球表面的是海水面，人们将海水面所包围的地球形体看作地球的形状。测量工作基准面自然选择海水面。重力——万有引力与离心力的合力铅垂线——测量工作的基准线。水准面——静止海水面所形成的封闭的曲面，受地球重力影响而形成，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。水准面的特性——处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。水平面——与水准面相切的平面。大地水准面——其中通过平均海水面并向大陆延伸形成的闭合曲面。水准面和大地水准面图2、测量计算基准面——旋转椭球由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面。为了计算方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式来表示的几何体来代替地球的形状，这就是旋转椭球。旋转椭球：由一椭圆（长半轴a，短半轴b）绕其短半轴b旋转而成的椭球体。我国1980年大地坐标系采用1975年国际椭球，参考椭球基本元素是：a=6378140m，b=6356755.3m。二、地面点位的确定一般需要三个量。在测量工作中，我们一般用某点在基准面上的投影位置（x,y）和该点离基准面的高度（H）来确定，即这个点在三维空间中的位置。常用地理坐标系和指定高程系统来表示，也可采用空间直角坐标系表示。1、大地坐标系大地坐标（属于球面坐标系统）——用经度和纬度来表示。大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以法线为基准线，以起始子午面和赤道面在椭球上确定某一点投影位置的两个参考面。2、空间直角坐标系以椭球体中心O为原点，起始子午面与赤道面交线为X轴，赤道面上与X轴正交的方向为Y轴，椭球体的旋转轴为Z轴。这种坐标系常用于卫星定位、空间测量等。3、平面直角坐标——用坐标（x，y）来表示。适用于：测区范围较小，半径不大于10Km范围内，可将测区曲面当作平面看待。其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：（1）测量上取南北方向为纵轴（X轴），东西方向为横轴（Y轴）（2）角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。相同点：数学中的三角公式在测量计算中可直接应用。数学上的平面直角坐标测量上的平面直角坐标4、高斯平面直角坐标（1）高斯平面直角坐标系采用高斯投影方法建立，高斯投影由德国测量学家高斯1825—1830年提出，1912年德国测量学家克吕格推导出实用的坐标投影公式，所以又称为高斯—克吕格投影。（2）高斯投影中，除中央子午线外，各处均存在长度变形，且距离中央子午线越远，长度变形越大，为控制长度变形，将地球椭球面按一定的精度差，分成若干范围不大的带，称投影带。带宽一般分为6°、3°带，将投影带展开在高斯平面直角坐标系的图形拼接起来就得到右侧图形。（3）6°带：从0°子午线开始，每隔经差6°自西向东分带，依次编号1-60，带号N与相应中央子午线精度L的关系L=6N-3我国领土跨11个6°带，即13—23带（4）高斯平面直角坐标系在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线。以二者交点为坐标原点，中央子午线的投影为纵坐标X轴，北方向为正方向；以赤道投影为横坐标Y轴，向东为正方向，这样形成了高斯平面直角坐标系。（5）国家统一坐标我国位于北半球，X坐标都是正的，Y坐标有正有负。为避免Y出现负值，规定将X坐标轴向西移500Km，即Y坐标值都加500Km，为区别某点位于哪个投影带上，还在横坐标前冠以投影带号，这种坐标称为国家统一坐标。如高斯平面坐标x=3275611.188m，y=-376543.211m，该点在19带内的国家统一坐标为x=3275611.188m，y=19123456.789m。5、我国常用的坐标系统（1）WGS84坐标系WGS84椭球参数，用国际大地测量于地球物理联合会第17届大会所给出的推荐值，其中：a=6378137，f=1/298.257223563，坐标原点是地球的质心。（2）BJ54坐标系该坐标系源自于原苏联采用过的1942年普尔科夫坐标系。坐标系采用的参考椭球是克拉索夫斯基椭球，该椭球的参数为：a=6378245f=1/298.3。缺点：a、克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大。b、该坐标系统的大地点坐标是经过局部分区平差得到的，因此，全国的天文大地控制点实际上不能形成一个整体。（3）XIAN80坐标系70年代，经过二十多年的艰巨努力，大地测量工作者终于完成了全国一、二等天文大地网的布测，经整体平差，建立了1980西安坐标系。所采用的地球椭球参数采用了IAG1975年的推荐值，它们是：a=6378140f=1/298.257大地原点：我国中部陕西泾阳县永乐镇。因1980年国家大地坐标系天文大地网整体平差，而1954年北京大地坐标系属局部平差，使两系统的坐标值存在偶然差（4）2000国家大地坐标系是我国当前最新的国家地理坐标系，原点位于地球质心（包括海洋、大气整个地球质量中心）。2008年7月1日起全面启用2000国家大地坐标系。椭球参数a=6378137m，f=1/298.257222101精度高，导航、定位更准确，更有利于发展空间测量技术。三、地面点的高程1、绝对高程H(海拔)——地面点到大地水准面的铅垂距离。2、相对高程H'——地面点到假定水准面的铅垂距离。3、高差——hAB=HB-HA=H'B-H'A五、我国的高程系统主要有：（1）1985国家高程系统（2）1956黄海高程系统（3）地方高程系统。如：日照港港口高程系统。黄海高程系以青岛验潮站1950—1956年验潮资料算得的平均海面为零的高程系统。原点设在青岛市观象山。该原点以“1956年黄海高程系”计算的高程为72．289米。1985国家高程基准由于计算这个基面所依据的青岛验潮站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程和1956年黄海高程的关系为：1985年国家高程基准高程=1956年黄海高程-0.029m。1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。第二部分、高程、平面测量一、水准测量一、基本原理水准测量的原理是利用水准仪提供的“水平视线”，测量两点间高差，从而由已知点高程推算出未知点高程。1、A、B两点间高差：2、测得两点间高差后，若已知A点高程，则可得B点的高程：。3、视线高程：4、转点：当地面上两点的距离较远，或两点的高差太大，放置一次仪器不能测定其高差时，就需增设若干个临时传递高程的立尺点，称为转点。二、连续水准测量在实际水准测量中，A、B两点间高差较大或相距较远，需要增设转点进行连续测量，有：hAB=h1+h2+……+hn=Σh=Σa－ΣbA、B两点间的高差等于后视读数之和减去前视读数之和。三、水准仪和水准尺1、水准仪由望远镜、水准器和基座三部分组成。2、水准尺水准尺主要有：单面尺、双面尺和塔尺。四、水准路线水准路线依据工程的性质和测区情况，可布设成以下几种形式：1、闭合水准路线由已知点BM1——已知点BM12、附合水准路线由已知点BM1——已知点BM23、支水准路线由已知点BM1——某一待定水准点A。4、水准网：若干条单一水准路线相互连接构成的图形。五、水准测量的实施1、高程控制点距离一般地区1—3Km，工业厂区，城镇建筑不宜超过1Km，一个测区不少于3个控制点。2、高程等级测量限差3、观测要求（1）水准仪安置在离前、后视距离大致相等之处。（2）为及时发现观测中的错误，通常采用“两次仪器高法”或“双面尺法”。4、水准测量记录表六、水准测量的成果处理1、计算闭合差：（1）闭合水准路线：fh=∑h测-∑h理（2）附合水准路线：fh=∑h测-∑h理=∑h测-（∑h终-∑h始）2、分配高差闭合差（1）限差：对于普通水准测量，有：fh容=30±√L（2）分配原则：按与距离L或测站数n（山区）成正比，将高差闭合差反号分配到各段高差上。3、计算各待定点高程用改正后的高差和已知点的高程，来计算各待定点的高程。七、例某附合水准路线观测成果略图，BM-A和BM-B为已知高程的水准点，计算待定点1、2、3点的高程。（按五等水准要求）第一步计算高差闭合差：fh=∑h测-（∑h终-∑h始）=4.330-4.293=37mm第二步计算限差：fh容=±30√L==±30√7.4=±81.6mm第三步计算每km改正数：V0=-fh/L=-5mm/Km第四步计算各段高差改正数：Vi=V0×ni，四舍五入后，使∑Vi=-fh。故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。第五步计算各段改正后高差后，计算1、2、3各点的高程。八、水准测量误差及注意事项来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。（一）、仪器误差主要有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差（二）、操作误差主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。（三）、外界条件影响的误差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光、气温和风力。（四）、水准测量的注意事项：1、观测：（1）观测前应认真按要求检查水准仪和水准尺；（2）仪器应安置在土质坚实处，并踩实三角架；（3）前后视距应尽可能相等；