全国GIS应用水平考试培训课件-测量学

全国信息化工程师项目GIS应用水平考试培训课程之一GPS控制测量全站仪测图1.1测量学的定义：•早期定义:是研究地球的形状与大小以及确定地面点位的科学.•当前的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。1概述1.2测量学的任务测绘:是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。测设：是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。监测：监测又称变形观测，是指对地表沉降、滑动和位移现象以及由此而带来的地面上建筑物的变形、倾斜和开裂等现象进行精密的、定期的动态观测，它对于地震预报、大型建筑物和高层建筑物的施工和安全使用都具有重要意义。1.3测量学的分类大地测量学:大地测量学是研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。大地测量学是测绘学各分支学科的理论基础，基本任务是建立地面控制网、重力网，精确测定控制点的空间三维位置，为地形测图提供控制基础，为各类工程施工测量提供依据，为研究地球形状、大小、重力场及其变化，地壳形变及地震预报提供信息。现代大地测量学包括三个基本分支：几何大地测量学、物理大地测量学和空间大地测量学。摄影测量学:摄影测量学是研究、确定被摄物体的形状、大小和空间位置的一门学科。按距离远近分有航空摄影测量、航天摄影测量、地面摄影测量、近景摄影测量和显微摄影测量；按用途分有地形摄影测量和非地形摄影测量；按技术处理方法分，有模拟法摄影测量、解析法摄影测量和数字摄影测量。地图学地图学是研究模拟和数字地图的基础理论、设计、编绘、复制的技术方法以及应用的学科。地图学由理论部分、制图部分和地图应用部分组成。地图是测绘工作的重要产品。工程测量学工程测量学是一门应用学科，按其研究对象可分为：建筑工程测量、水利工程测量、矿山测量、铁路工程测量、公路工程测量、输电线路与输油管道测量、桥梁工程测量、隧道工程测量、港口工程测量、军事工程测量、城市建设测量以及三维工业测量、精密工程测量、工程摄影测量等。海洋测绘学海洋测绘学是以海洋水体和海底为对象，研究海洋定位、测定海洋大地水准面和平均海面、海底和海面地形、海洋重力、海洋磁力、海洋环境等自然和社会信息的地理分布及编制各种海图的理论和技术的学科。内容包括海洋大地测量、海道测量、海底地形测量和海图编制。测量学又称为普通测量学或地形测量学，其主要内容包括角度测量、距离测量、水准测量、控制测量、地形图测绘及地形图的应用。AB水平距离DAB大地水准面a1a2anb1b2bn12n-1HAHBhAB距离测量角度测量水准测量一、地球的形状与大小水准面：自由静止的海水面，有无数个。大地水准面：与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面。大地体：由大地水准面所包围起来的形体。1.4地面点位的确定水准面参考椭球baNWES参考椭球a=6378140mb=6356752m=(a-b)/a=1/298.257用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体(即地球椭球)来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面称。点的高程绝对高程（H）与相对高程（H）ABHAHAHBHB大地水准面假定水准面高差：hAB=HB-HA=HB-HA注意：高差有正负之分。1.5测量工作概述测量工作的基本原则：1.先控制后碎部：在布局上，从整体到局部。在精度上，由高级到低级。2.步步检核确定地面点位的基本要素：xy0M(x,y)N(x,y)A(x,y)xyxy图中:x,y---坐标增量由图中几何关系可知：xA=xN+xyA=yN+y而x=D·cosy=D·sinMN=MN+180+MN=arctg(yN-yM)/(xN-xM)HA=HN+hNA所以，D．．H是测量的基本要素。DXAXNyNyA平面图:将地球表面上的地物轮廓沿铅垂线方向投影到平面上，按一定比例缩小与实地相似的图。1.6地形图图件p地形图：在平面图的基础上，又用等高线表示出测区的地貌的图。dx地图：采用地图投影的方法获得的描绘大面积地区形状和大小的图。dt断面图:描绘地面上某一方向起伏形状的图d1.7比例尺比例尺:图上的直线长度与地面上相应直线的水平距离之比称为图的比例尺。以1／M的形式表示。地形图按比例尺大小分为三类：大比例尺图：1／5001/10000中比例尺图：1／2.5万1/10万小比例尺图：1／25万1/100万比例尺精度比例尺精度:图上0.1mm所代表的实地距离。比例尺精度＝0.0001×M作用:1)按比例尺确定量距精度。例：測1:2000的图，量距精度为0.0001×2000=0.2m2）按量距精度确定比例尺。例:在图上最小要表示0.5米的距离，则应选用的比例尺为0.1mm:0.5m=1:50001.8地形图图示地物符号：依比例符号：不依比例符号：半依比例符号：地貌符号:等高线及特殊符号。注记:指地形图中对地物或地貌符号进行解释说明的文字。d平面图地形图ture地图断面图地物符号地貌符号2.数字测图2.1数字测图的发展（1）白纸测图阶段传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定，以一定的比例尺并按图示符号将其绘制在图纸上，即通常所称的白纸测图。这种测图方法的实质是图解法测图。在测图过程中，数字的精度由于刺点、绘图、图纸伸缩变形能够因素的影响会大大降低，而且工序多、劳动强度大、质量管理难。在今天的信息时代，纸质地形图已难承载诸多图形信息，更新也极不方便，难以适应信息时代经济建设的需要。2.数字测图2.1数字测图的发展（2）数字测图阶段随着科学技术的进步和计算机技术的发展及其各个领域的渗透，以及电子全站仪、GPS-RTK技术等先进测量仪器和技术的广泛应用，地形测量向自动化和数字化方向发展，数字化测图技术应运而生。数字测图具有高度自动化、全数字化、高精度的显著优势而具有广阔的发展前景。数字测图实质上是一种全解析机助测图方法，在地形测量发展过程中这是一次根本性的技术变革。这种变革主要表现在：图解法测图的最终成果是地形图，图纸是地形信息的唯一载体；数字测图地形信息的载体是计算机的存储介质（磁盘或光盘），其提交的成果可供计算机处理、远距离传输、多方共享的数字地形图数据文件，通过数控绘图仪可输出地形图。另外，利用数字地形图可生成电子地图和数字地面模型（DTM）。广义的数字测图包括：利用全站仪或其他测量仪器进行野外数字化测图；利用手扶数字化仪或扫描数字化仪对纸质地形图的数字化；利用航摄、遥感相片进行数字化测图等技术。在20世纪80年代，摄影测量经历了模拟法、解析法发展为数字摄影测量。数字摄影测量是把摄影所获得的影象进行数字化得到数字化影象，由计算机进行数字处理，从而提供数字地形图或专题图、数字地面模型等各种数字化产品。大比例尺地面数字测图是20世纪70年代电子速测仪问世后发展起来的，80年代初全站型电子速测仪的发展加速了数字测图的研究和应用。20世纪90年代出现了载波相位差分技术，又称RTK（RealTimeKinematic）实时动态定位技术，在20KM测程内可达到厘米级的测量精度,能够实时提供测点在指定坐标系的三维坐标成果。2.2测定碎部点坐标的基本方法前方交会法极坐标法2.2测定碎部点坐标的基本方法距离交会法观测方向与已知方向交会法2.2测定碎部点坐标的基本方法方向距离交会法与直角坐标法插点法法2.2测定碎部点坐标的基本方法距离交会法观测方向与已知方向交会法3.地籍测量3.1地籍测量概述地籍—由国家监管的、以土地权属为核心、以地块为基础的土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用现状等土地基本信息的集合，用图、数、表等形式表示。城镇地籍是用来记载城镇土地及其附着物的位置、界址、类型、数量、权属和用途等基本状况的簿册。地籍测量是为获取和表达地籍信息所进行的测绘工作。其基本内容是测定土地及其附着物的权属、位置、数量、质量和利用状况等。初始地籍测量是指在初始土地权属调查的基础上，利用测绘仪器，以科学的方法，在调查区域内，建立地籍控制网，测量每宗土地的地籍要素，绘制地籍图，为土地登记提供依据。初始地籍测量的内容包括：地籍平面控制测量、地籍细部测量。地籍控制测量由控制点构成的几何图形，称为控制网，对控制网进行布设、观测、记录的测量工作称为控制网测量，根据控制网测量成果，进行控制点坐标的计算称为控制网平差。控制网测量与控制网平差统一称为控制测量。控制网测量分为地面控制网测量和GPS控制网测量。地籍细部测量地籍细部测量是地籍测量的核心，是在地籍平面控制网的基础上，测量每宗土地的权属界线、位置、形状及地类界线等，并计算面积、测绘地籍图、绘制宗地图。准确地测定宗地界址点是管理土地产权的基本保证。宗地图是土地证书的附图和宗地档案的附图。地籍细部测量成果经审核依法登记后，具有法律效力。地籍细部测量的内容包括测定界址点、测绘地籍图、制作宗地图和面积量算等。地籍细部测量方法有解析法、图解勘丈法两种。解析法地籍测量：所有界址点都用实测元素按公式解析计算其坐标，精度较高。图解勘丈法地籍测量：界址点的坐标可以在图上图解获得。测量精度较低，很难满足地籍管理的需要，在条件成熟时，应采用解析法进行地籍细部更新测量。3.2地籍控制测量地籍控制网基本要求地籍控制测量坐标系统尽量采用国家统一坐标系统。地籍控制测量坐标系最好选国家统一的3°带平面直角坐标系，使城镇地籍控制网成为国家网的组成部分，使地籍测量能充分利用国家控制点的成果。在条件不具备的地区，地籍控制网可用地方坐标系或任意坐标系。用任意坐标系时，起算数据应在较大比例尺的地形图或土地利用现状图上图解获取。首级地籍控制网的布设首级平面控制网应优先以GPS网形式布设，采用GPS接收机测定控制点的坐标。特殊情况下，也可以用导线网、边角网、三角网等地面控制网布设方法，采用全站仪等测定控制点的坐标。首级地籍控制网的精度，要能保证四等网中最弱相邻点的相对点位中误差，以及四等以下各等级控制点相对于上级控制点的点位中误差不超过±5cm。布设首级地籍控制网时，必须先制定技术设计方案，经上级业务主管部门批准后方可实施。加密控制网的布设加密控制网应按地籍细部测量的要求安排计划，可分期、分片布设，也可以一次整体布设完成。加密控制网可以采用GPS网或导线网的形式布设。当调查区域范围较大，并要求一次整体布设加密控制网时，一般多采用GPS网形式布设，布设导线网时，导线宜布设成直伸形状，当复合导线长度超过《城镇地籍调查规程》规定时，应布设成结点网。结点与结点、结点与高级点之间的导线长度，不应超过复合导线长度的0.7倍。由于目前全站仪和GPS接收机的广泛应用，GPS网和地面控制网计算平差软件的功能增强，因此，加密控制网的等级一般不再分级，计算时应整体平差。与地形测量相比，地籍测量要求平面控制点有较高的密度。一般说来，地籍平面控制点的密度每km2不少于10点。地籍图根控制网的布设为满足地籍细部测量和日常地籍管理的需要，在基本控制（首级网和加密控制网）点的基础上，加密的直接供测图及测量界址点使用的控制网称为地籍图根控制网。通常每2km应布设100-400个地籍图根控制点。3.3地籍图测绘地籍图是土地管理的专题图，它首先要反映包括行政界线、地籍街坊界线、界址点、界址线、地类、地籍号、面积、座落、土地使用者或所有者及土地等级等地籍要素；其次要反映与地籍有密切关系的地物及文字注记，一般不反映地形要素。地籍图是制作宗地图的基础图件。地籍图测量方法分模拟法和数字法两种。数字法测绘地籍图是从野外数据采集及数据组织到绘制地籍图都由计算机等电子设备辅助完成。模拟法测绘地籍图基本靠手工完成。不论采用何种方法测绘地籍图都应充分利用宗地草图数据、权属调查勘丈数据及解析界址点坐标数据。地籍图的分幅与地形图的分幅相似，分幅地籍图的幅