测绘基础知识培训（PDF48页）

测绘基础知识讲座2018-07-02一、测绘学概论1.基本概念测绘学是以地球为研究对象，对地球进行测定和描述的科学。用仪器测量地球表面自然形态的地理要素和人工设施的形状、大小、空间位置及属性，并依据这些观测数据，通过地图制图方法绘制成各类地图。测绘学是研究实体（包括地球整体、表面以及外层空间的各种自然和人造物体）和地理空间分布有关的几何、物理、人文及随时间变化信息的采集、处理、管理、更新和利用的科学与技术。对地球而言是研究测定和推算地面及其外层空间点的几何位置，确定地球形状和重力场，获取地球表面自然形态和人工设施几何分布以及相关属性信息，编制各种地图，建立地理信息系统，为国家建设发展提供服务的学科。2018-07-02一、测绘学概论2018-07-02一、测绘学概论2018-07-02一、测绘学概论2018-07-02一、测绘学概论2.研究内容1)在已知地球形状、大小及重力场的基础上建立统一的地球坐标系统。用于表示地球表面及外部空间任意一点在此坐标系中的准确几何位置。2)以大量地面点的坐标、高程为基础进行地表形态的测绘工作，包括地表的自然形态，如：水系、地貌、土壤和植被的分布；人类活动产生的人工形态，如：居民地、交通、各种建筑物等，利用测量仪器和测量方法获得的自然形态与人类社会活动产生的人工形态现象，形成各种比例尺地形原图或地理数据库。3)制作地图并以图形方式，将自然界和人类社会现象的空间分布、相互位置关系以及动态变化信息反映和展示出来。2018-07-02一、测绘学概论2.研究内容4)在国家经济建设和国防工程建设的规划、设计、施工和运营管理中，都需要进行相应的测绘工作，利用测绘资料引导工程建设的实施，监测工程建筑物的形态变化。5)由于海洋环境的复杂性与特殊性，其测绘工作与陆地测量存在很大区别，故此对海洋水域的测量方法和仪器设备需要开展针对性的研究。6)受测量仪器缺陷、测绘者技术水平和感官局限性以及自然环境各种因素影响，致使测绘工作中的测量结果会存在误差，因此需研究和处理带有误差的观测值，消除或削弱误差影响，以便提高观测质量。这就是测量学中数据处理与平差问题。7)研究测绘学在社会经济发展的各相关领域中的应用。2018-07-02一、测绘学概论3.学科分类1)大地测量学大地测量是研究地球的形状、大小和重力场，测定地面点和地球整体与局部运动的理论与技术的科学。大地测量学中：测定地球大小是指测定地球椭球的大小；研究地球形状是指大地水准面的形状（或地球椭球的扁率）；测定地面点的几何位置是指测定以地球椭球面为参考面的地面点位置，其表示方式有两种：一是采用大地经纬度和大地高程，二是以地球质心为原点的空间直角坐标系中的三维坐标；研究地球重力场是指利用地球的重力作用研究地球形状。研究采用的方法：几何法和物理法2018-07-02一、测绘学概论1)大地测量学2018-07-02一、测绘学概论3.学科分类2)摄影测量学摄影测量是研究利用摄影或遥感手段获取目标物的影像数据，从中提取几何或物理的信息，并通过图形、图像和数字形式表达测绘成果的科学。摄影测量学包括：航空摄影、航天摄影和地面摄影。航空摄影是指通过飞机或其它航空飞行器利用摄影相机摄取地面景物影像的技术；航天摄影是在航天飞行器（卫星、航天飞机、飞船）中利用摄影相机或其他遥感探测器获取地球图像和相关数据的技术；地面摄影是利用安置在地面上基线两端点处的专用摄影相机拍摄立体像对，对所摄目标物进行测绘的技术。摄影测量研究的主要内容：获取目标影像，对影像进行处理，将获得的成果以图形、图像或数字方式予以表达。2018-07-02一、测绘学概论2）摄影测量学2018-07-02一、测绘学概论3.学科分类3)地图制图学地图制图学是研究模拟地图和数字地图的基础理论、地图设计、地图编制和复制的技术方法及其应用的学科。地图制图学主要包括：地图投影：是研究把曲面上经纬线网描绘成平面图形所产生的各种变形特性、大小以及投影方法等；地图编制：研究制作地图的理论与技术，包括制图资料的分析处理、原图编绘、图例及表示方法、图形色彩、制印方案等编图过程的设计；地图设计：通过研究、实验制定新编地图内容、表现形式、生产工艺等工作；地图印制：研究复制和印刷地图过程中各种工艺的理论和技术方法；地图应用：研究地图分析、地图评价、地图阅读、地图量算和图上作业等相关内容。2018-07-02一、测绘学概论3）地图制图学2018-07-02一、测绘学概论3.学科分类4)工程测量学工程测量学是研究在工程建设和自然资源开发各个阶段进行测量工作的理论和技术的学科。工程测量学主要包括：规划设计、施工兴建、运营管理等阶段的测量工作。规划设计阶段：主要是提供地形资料和配合地质勘探、水文测验所进行的测量工作；施工兴建阶段：按设计的精度要求建立施工控制网，在实地准确的标定出工程结构各部分的平面位置和高程，为工程施工和安装提供测量依据；运营管理阶段：工程竣工后为监视工程状况和保障工程安全所进行的周期性重复测量，即变形观测；此外还有精密工程测量，测量精度在毫米级以上；基于工程测量专题的地理信息系统与建设、三维工业测量、房产测绘、灾害监测与预报等测绘工作。2018-07-02一、测绘学概论4）工程测量学2018-07-023.学科分类5)海洋测绘学海洋测绘学是研究以海洋水体和海底为对象所进行的测量和海图编制理论和方法的学科。海洋测绘学主要包括：海道、海洋大地、海底地形、海洋专题测量以及航海图、海底地形、海洋图集的编制等。一、测绘学概论2018-07-02大地体大海高山质点O二、坐标高程系统1.基本概念大地体平均海水面延展离心力P引力F重力G水准面大地水准面静止不流动水面上每一分子都受到重力作用，当重力相同时形成重力等位面，这个面称为水准面。由平均海水面代替静止不流动水面时，形成的重力位水准面，称为大地水准面。由于地球引力的大小与地球内部的质量有关，而地球内部的质量分布又不均匀，这便引起了地面上各点铅垂线方向产生不规则变化，因此大地水准面实际上是一个有着微小起伏的不规则曲面。悬挂点O铅垂线方向重力G大地水准面2018-07-02大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学相结合，让人们在确定空间几何位置的同时，获得海拔高度与地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部的物质结构、密度分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有非常重要的作用。二、坐标高程系统大地水准面似大地水准面它是从地面点沿正常重力线方向量取正常高获得端点所构成的封闭曲面。似大地水准面是为便于计算而引入的辅助面。它与大地水准面不完全吻合，但十分接近，在海洋面上似大地水准面与大地水准面重合，而在大陆上存在微小差异。2018-07-02取大小与大地体相接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大小，其椭球体的表面称之为参考椭球面。在地球表面上适当地点P,设想将椭球体与大地体相切，切点P位于P点的铅垂线方向上，这时椭球面上P的法线与该点大地水准面的铅垂线相重合，并使椭球体短轴与地球自转轴平行，这便建立了大地水准面与参考椭球面的相对关系，这一过程也称之为参考椭球体的定位。P点称为大地原点。地球是一个不规则的椭球体，为描述地球几何空间某一物体的准确位置，需要引入一个可供量测和计算的框架，以规则的参考椭球面向某一地区的大地水准面逼近，最终代替大地水准面。P二、坐标高程系统参考椭球面P参考椭球面2018-07-02二、坐标高程系统2.坐标系统地心坐标系统地心坐标系统的原点位于整个地球（包括：陆地、海洋和大气）的质心；椭球的旋转轴与协议地极重合，起始大地子午面和零子午面相重合。参心坐标系统参心坐标系统的原点位于参考椭球的中心；参考椭球的旋转轴（Z轴）与地球自转轴平行；参考椭球的赤道面（X轴）平行于天文起始子午面。测量坐标系统的表示形式空间直角坐标系统；大地坐标系统；球面坐标系统。起始子午面yExWzNSGOBLHP(B、L、H)(x、y、z)2018-07-02二、坐标高程系统2.坐标系统我国采用的坐标系统北京1954坐标系统：它属参心坐标系统，采用了克拉索夫斯基参考椭球，与前苏联1942年坐标系统进行联测，通过计算而建立的我国大地坐标系统；西安1980坐标系统：它也属参心坐标系统，采用1975年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）椭球为参考椭球，经过大规模的天文大地网计算，建立了我国比较完善的独立的参心坐标系统，以中国地极原点JYDl968.0系统为椭球定向基准，大地原点选在西安附近的泾阳县永乐镇；2000国家大地坐标系：是我国最新国家大地坐标系（ChinaGeodeticCoordinateSystem2000），英文缩写为CGCS2000，自2008年7月1日起启用。它属地心坐标系统，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质心。采用的地球椭球参数如下：长半轴a＝6378137m地心引力常数GM＝3.986004418×1014m3s-2扁率f＝1/298.257222101自转角速度ω＝7.292l15×10-5rads-12018-07-02二、坐标高程系统3.高程系统高程系统正高系统：是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，用符号Hg表示。正常高系统：是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用Hr表示。正高Hg正常高Hr大地高H大地高系统：是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的椭球基准面下，具有不同的大地高。2018-07-02二、坐标高程系统3.高程系统相互关系正高Hg与大地高H的关系：大地高H=正高Hg+大地水准面差距N正高Hg正常高Hr大地高H正常高Hr与大地高H的关系：大地高H=正常高Hr+高程异常ξ大地水准面差距高程异常Nξ我国高程系统采用的是正常高系统我国高程基准我国高程基准采用黄海平均海水面，验潮站是青岛大港验潮站，其附近的观象山设有“中华人民共和国水准原点”。1987年以前采用“1956黄海高程系”，基准点高程为：72.289m；1988年1月1日启用“1985国家高程基准”，基准点高程为：72.2604m,1985年比1965年平均海水面高出了0.029m。2018-07-02三、地形图1.基本比例尺各国地形图采用的基本比例尺系统大致相同，目前中国采用的基本比例尺系统为：1∶5百、1∶1千、1∶2千、1∶5千、1∶1万、1∶2.5万、1∶5万、1∶10万、1∶25万、1∶50万、1∶100万有十一种。水电工程测绘接触较多的是1:500～1:1万地形图。地图投影：1:100万比例尺地形图采用双标准纬线等角圆锥投影，其余比例尺的地形图采用的是高斯--克吕格投影，即横轴等角切圆柱投影，投影所用椭球体为大地基准面椭球。投影分带带宽为6°（1:1万及以上比例尺的地图采用3°带）。每带的坐标原点为赤道与中央经线向西平移500km后所得纵向直线的交点。2018-07-02高斯-克吕格投影(Gauss-Kruger)与UTM（通用横轴墨卡托投影）投影异同高斯-克吕格投影与UTM投影都是横轴墨卡托投影的变种。从投影几何方式看，高斯-克吕格投影是“等角横切圆柱投影”，投影后中央经线保持长度不变，即比例系数为1；UTM投影是“等角横轴割圆柱投影”，圆柱割地球于南纬80度、北纬84度两条等高圈，投影后两条割线上没有变形，中央经线上长度比0.9996。两者主要差别在比例因子上，高斯-克吕格投影中央经线上的比例系数为1，UTM投影为0.9996，两种投影可近似采用X[UTM]=0.9996*X[高斯]，Y[UTM]=0.9996*Y[高斯]，进行坐标转换