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1、CUGCUGCUGCUG測量學基礎中國地質(zhì)大學測繪工程系中國地質(zhì)大學測繪工程系中國地質(zhì)大學測繪工程系 第一章 緒論 第一節(jié) 測量學的定義及分類一、定義一、定義一、定義一、定義 是一門研究測定地面點的空間位置，確定地是一門研究測定地面點的空間位置，確定地是一門研究測定地面點的空間位置，確定地是一門研究測定地面點的空間位置，確定地球形狀和大小，將地球表面的形狀和其他信息以圖球形狀和大小，將地球表面的形狀和其他信息以圖球形狀和大小，將地球表面的形狀和其他信息以圖球形狀和大小，將地球表面的形狀和其他信息以圖表的形式表達的科學表的形式表達的科學表的形式表達的科學表的形式表達的科學二二二二、主要任務：主要

2、任務：主要任務：主要任務：精確地測定地面點的位置；確定精確地測定地面點的位置；確定精確地測定地面點的位置；確定精確地測定地面點的位置；確定 地球的形狀和大??；地球的形狀和大?。坏厍虻男螤詈痛笮?；地球的形狀和大?。粚⒌厍虮砻娴男螒B(tài)及其他相將地球表面的形態(tài)及其他相將地球表面的形態(tài)及其他相將地球表面的形態(tài)及其他相關(guān)信息測繪成圖關(guān)信息測繪成圖關(guān)信息測繪成圖關(guān)信息測繪成圖中國地質(zhì)大學測繪工程系 二、測量學的分類研究區(qū)域：R=10公里，顧及地球曲率的影響主要任務：研究地球形狀、大??；建立國家統(tǒng)一的坐標系；研究地球重力場理論、技術(shù)和方法2、大地測量學、大地測量學(geodetic surveying)中國地

3、質(zhì)大學測繪工程系 二、測量學的分類用像片來研究地物、地貌，分為航空攝影測量學和地面攝影測量學3、攝影測量學攝影測量學(photographic surveying)在工程的勘測設計、施工、竣工后的變形監(jiān)測中的應用4、工程測量學、工程測量學(engineering surveying)研究地圖制作的理論、方法和工藝的科學5、制圖學、制圖學(mapping)中國地質(zhì)大學測繪工程系學習本課程要求：學習本課程要求：學習本課程要求：學習本課程要求：掌握普通測量學的基本知識和基礎理論；能正確使用工程水準儀、工程掌握普通測量學的基本知識和基礎理論；能正確使用工程水準儀、工程掌握普通測量學的基本知識和基礎理論

4、；能正確使用工程水準儀、工程掌握普通測量學的基本知識和基礎理論；能正確使用工程水準儀、工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大比例尺地形圖的成圖原理和方法；在工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大比例尺地形圖的成圖原理和方法；在工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大比例尺地形圖的成圖原理和方法；在工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大比例尺地形圖的成圖原理和方法；在工程設計和施工中，要求具有應用地形圖和有關(guān)測量資料的能力和進行一般設計和施工中，要求具有應用地形圖和有關(guān)測量資料的能力和進行一般設計和施工中，要求具有應用地形圖和有關(guān)測量資料的能力和進行一般設計和施工中，要求具有應用地形圖和有關(guān)測量資料的能力和進行一般工程施工測設的

5、能力，以便能靈活應用所學的測量知識為專業(yè)工作服務。工程施工測設的能力，以便能靈活應用所學的測量知識為專業(yè)工作服務。工程施工測設的能力，以便能靈活應用所學的測量知識為專業(yè)工作服務。工程施工測設的能力，以便能靈活應用所學的測量知識為專業(yè)工作服務。簡而言之簡而言之簡而言之簡而言之,通過學習本課程之后，要求大家通過學習本課程之后，要求大家通過學習本課程之后，要求大家通過學習本課程之后，要求大家 1.1.會測地形圖會測地形圖會測地形圖會測地形圖 2.2.會用地形圖會用地形圖會用地形圖會用地形圖 3.3.會工程放樣會工程放樣會工程放樣會工程放樣中國地質(zhì)大學測繪工程系第二節(jié)測量工作的基準面一、地球的形狀和大

6、小一、地球的形狀和大小一、地球的形狀和大小一、地球的形狀和大小天圓地方（最早）球形（古希臘畢達哥拉斯公元前天圓地方（最早）球形（古希臘畢達哥拉斯公元前天圓地方（最早）球形（古希臘畢達哥拉斯公元前天圓地方（最早）球形（古希臘畢達哥拉斯公元前6 6世紀）世紀）世紀）世紀）200200年后亞里士多德證明地圓說年后亞里士多德證明地圓說年后亞里士多德證明地圓說年后亞里士多德證明地圓說-公元前公元前公元前公元前3 3世紀埃拉托色世紀埃拉托色世紀埃拉托色世紀埃拉托色尼推算出地球子午圈的周長公元尼推算出地球子午圈的周長公元尼推算出地球子午圈的周長公元尼推算出地球子午圈的周長公元8 8世紀一行實地測量子午世紀一

7、行實地測量子午世紀一行實地測量子午世紀一行實地測量子午弧長弧長弧長弧長1717世紀末牛頓（英國）和惠更斯（荷蘭）應用力學世紀末牛頓（英國）和惠更斯（荷蘭）應用力學世紀末牛頓（英國）和惠更斯（荷蘭）應用力學世紀末牛頓（英國）和惠更斯（荷蘭）應用力學原理提出地扁說原理提出地扁說原理提出地扁說原理提出地扁說18731873利斯廷（德國）提出大地水準面利斯廷（德國）提出大地水準面利斯廷（德國）提出大地水準面利斯廷（德國）提出大地水準面19451945莫洛堅斯基創(chuàng)立用地面重力測量數(shù)據(jù)研究真實地莫洛堅斯基創(chuàng)立用地面重力測量數(shù)據(jù)研究真實地莫洛堅斯基創(chuàng)立用地面重力測量數(shù)據(jù)研究真實地莫洛堅斯基創(chuàng)立用地面重力測量

8、數(shù)據(jù)研究真實地球自然表面球自然表面球自然表面球自然表面陸地：陸地：陸地：陸地：29.2%29.2%海洋：海洋：海洋：海洋：70.8%70.8%最高：最高：最高：最高：8844.43m8844.43m，最低：，最低：，最低：，最低：-11022m-11022m地球平均半徑：地球平均半徑：地球平均半徑：地球平均半徑：6371km6371km中國地質(zhì)大學測繪工程系第一章第一章 緒論緒論一、水準面和鉛垂線一、水準面和鉛垂線處于自由靜止狀態(tài)的水面處于自由靜止狀態(tài)的水面處于自由靜止狀態(tài)的水面處于自由靜止狀態(tài)的水面水平面：水平面：與水準面相切的平面與水準面相切的平面與水準面相切的平面與水準面相切的平面水平線

9、：水平線：水平面上的直線水平面上的直線水平面上的直線水平面上的直線鉛垂線鉛垂線和和和和水準面水準面是測量工作中是測量工作中是測量工作中是測量工作中野外觀測的基準線野外觀測的基準線野外觀測的基準線野外觀測的基準線和基準面和基準面和基準面和基準面。第三節(jié)測量工作的基準面第三節(jié)測量工作的基準面尋找基準面中國地質(zhì)大學測繪工程系二、大地水準面二、大地水準面二、大地水準面二、大地水準面1 1、水準面、水準面、水準面、水準面(Geoidal surface)(Geoidal surface)水準面的特性水準面的特性水準面的特性水準面的特性：是一個重力等位面，處處與鉛垂線是一個重力等位面，處處與鉛垂線是一個重

10、力等位面，處處與鉛垂線是一個重力等位面，處處與鉛垂線方向相垂直方向相垂直方向相垂直方向相垂直是一個有微小起伏的不規(guī)則的曲面是一個有微小起伏的不規(guī)則的曲面是一個有微小起伏的不規(guī)則的曲面是一個有微小起伏的不規(guī)則的曲面大地水準面大地水準面大地水準面大地水準面自由靜止的平均海水自由靜止的平均海水自由靜止的平均海水自由靜止的平均海水面無限穿過大陸島嶼而形成的自行面無限穿過大陸島嶼而形成的自行面無限穿過大陸島嶼而形成的自行面無限穿過大陸島嶼而形成的自行封閉曲面封閉曲面封閉曲面封閉曲面大地體大地體大地體大地體中國地質(zhì)大學測繪工程系2 2、旋轉(zhuǎn)橢球體、旋轉(zhuǎn)橢球體、旋轉(zhuǎn)橢球體、旋轉(zhuǎn)橢球體旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)橢球體表

11、面橢球體表面橢球體表面橢球體表面是測量計算和制圖是測量計算和制圖是測量計算和制圖是測量計算和制圖基準面基準面基準面基準面我國目前采用的是1975年“國際大地測量與地球物理聯(lián)合會”推薦的橢球參數(shù)（IAG-75)，稱為“1980年國家大地坐標系”三元素三元素：長半徑a=6378140m;短半徑b=6356755m 扁率：1/298.257配合最佳的參考橢球面 大地水準面大地水準大地水準面差距面差距N參考橢球參考橢球參考橢球參考橢球：與某國或某一地區(qū)局部大地水準面符合最佳的：與某國或某一地區(qū)局部大地水準面符合最佳的 旋轉(zhuǎn)橢球旋轉(zhuǎn)橢球地球橢球地球橢球地球橢球地球橢球：與整個大地水準面符合最佳的旋轉(zhuǎn)橢球

12、：與整個大地水準面符合最佳的旋轉(zhuǎn)橢球中國地質(zhì)大學測繪工程系中國地質(zhì)大學測繪工程系第三節(jié) 確定地面點位的坐標系1.大地坐標系(L,B)地軸：NS子午面子午面：包括橢球旋轉(zhuǎn)軸NS的平面起始子午面起始子午面：通過格林尼治平均天文臺的子午面子午線或經(jīng)線、經(jīng)圈子午線或經(jīng)線、經(jīng)圈：子午面與橢球面的交線緯圈緯圈：垂直于旋轉(zhuǎn)軸NS 的平面與橢球面的交線赤道面赤道面：通過橢球中心 且垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面赤道赤道：赤道面與橢球面 的交線基準線：法線基準面：旋轉(zhuǎn)橢球面中國地質(zhì)大學測繪工程系大地經(jīng)度大地經(jīng)度大地經(jīng)度大地經(jīng)度L L(longitude(longitude)地面點在橢球面上投影點地面點在橢球面上投影點所在的

13、子午面與起始子午所在的子午面與起始子午面間的平角，從首子午線面間的平角，從首子午線起算，向東為東經(jīng)起算，向東為東經(jīng)(0(0 180)180)，向西為西經(jīng)，向西為西經(jīng)(0(0 180)180)。我國的經(jīng)度我國的經(jīng)度我國的經(jīng)度我國的經(jīng)度全部為東經(jīng)。全部為東經(jīng)。全部為東經(jīng)。全部為東經(jīng)。大地緯度大地緯度大地緯度大地緯度B B(latitude(latitude)過某點的法線與赤道面的過某點的法線與赤道面的交角。交角。由赤道面起算，向由赤道面起算，向北為北緯北為北緯(0(0 90)90)，向南為南緯向南為南緯(0(0 90)90)我國的緯度全部是北緯我國的緯度全部是北緯我國的緯度全部是北緯我國的緯度全部

14、是北緯。中國地質(zhì)大學測繪工程系2 2、天文坐標系、天文坐標系、天文坐標系、天文坐標系 （，）天文經(jīng)度（天文經(jīng)度（）天文緯度（天文緯度（）經(jīng)緯度表示方法經(jīng)緯度表示方法同大同大地坐標系地坐標系基準線：鉛垂線基準面：大地水準面中國地質(zhì)大學測繪工程系 天文經(jīng)緯度由天文測量方法直接測定大地原點推算天文經(jīng)緯度由天文測量方法直接測定大地原點推算天文經(jīng)緯度由天文測量方法直接測定大地原點推算天文經(jīng)緯度由天文測量方法直接測定大地原點推算大地經(jīng)緯度大地經(jīng)緯度大地經(jīng)緯度大地經(jīng)緯度 大地原點：在適當?shù)攸c選擇一點大地原點：在適當?shù)攸c選擇一點大地原點：在適當?shù)攸c選擇一點大地原點：在適當?shù)攸c選擇一點P P，設想把橢球體與大地

15、體，設想把橢球體與大地體，設想把橢球體與大地體，設想把橢球體與大地體相切，即此時鉛垂線與法線相重合。相切點相切，即此時鉛垂線與法線相重合。相切點相切，即此時鉛垂線與法線相重合。相切點相切，即此時鉛垂線與法線相重合。相切點P P 稱為稱為稱為稱為大地原大地原大地原大地原點點點點中國地質(zhì)大學測繪工程系“大地原點大地原點”建于建于年年月，坐落在西安市北月，坐落在西安市北60km60km處涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流處涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村。坐標為東經(jīng)村。坐標為東經(jīng)、北緯、北緯，海拔，海拔米，占地米，占地公頃，由主體建筑、中心標志、測量儀器臺和投影亭等組成。主體建筑為六方體公頃，由主體建筑、中心標志、測量儀器臺和

16、投影亭等組成。主體建筑為六方體圓柱狀，塔樓高米，原點在主體建筑的地下室圓柱狀，塔樓高米，原點在主體建筑的地下室 ，為紅色瑪瑙石制成，直，為紅色瑪瑙石制成，直徑公分，標志中部凸起的半球上鐫刻的精密徑公分，標志中部凸起的半球上鐫刻的精密“”字字 中國地質(zhì)大學測繪工程系3 3、高斯平面直角坐標系、高斯平面直角坐標系、高斯平面直角坐標系、高斯平面直角坐標系 南北方向為縱軸：南北方向為縱軸：南北方向為縱軸：南北方向為縱軸：x x軸軸軸軸 東西方向為橫軸：東西方向為橫軸：東西方向為橫軸：東西方向為橫軸：y y軸軸軸軸 測量坐標系的測量坐標系的測量坐標系的測量坐標系的、象限為順時針方向編號。象限為順時針方向

17、編號。象限為順時針方向編號。象限為順時針方向編號。中國地質(zhì)大學測繪工程系4 4、高程、高程、高程、高程高程高程高程高程 某點沿鉛垂線方向到大地水準面的某點沿鉛垂線方向到大地水準面的某點沿鉛垂線方向到大地水準面的某點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離，又稱為絕對高程、海拔距離，又稱為絕對高程、海拔距離，又稱為絕對高程、海拔距離，又稱為絕對高程、海拔我國的大地水準面以黃海平均海水面我國的大地水準面以黃海平均海水面我國的大地水準面以黃海平均海水面我國的大地水準面以黃海平均海水面高為準，并在青島建立了高為準，并在青島建立了高為準，并在青島建立了高為準，并在青島建立了水準原點水準原點水準原點水準原點1956

18、1956年黃海高程系年黃海高程系年黃海高程系年黃海高程系水準原點：水準原點：水準原點：水準原點：72.289m72.289m19851985年國家高程基準年國家高程基準年國家高程基準年國家高程基準水準原點：水準原點：水準原點：水準原點：72.260m72.260m高差高差高差高差兩點的高程之差，如兩點的高程之差，如兩點的高程之差，如兩點的高程之差，如h hABAB、h hBABAh hABAB=H=HBB-H-HAA，h hBABA=H=HAA-H-HBB相對高程 從某點到假定水準面的垂直距離中國地質(zhì)大學測繪工程系在青島觀象山上，有一個神秘的，由花崗巖建造的小屋，外面有兩層高柵欄，石屋子內(nèi)還有

19、三道鐵將軍把門。在石屋子里面，有一口旱井，井底巖石板上鑲嵌著一顆直徑約4.7cm的黃色瑪瑙球，瑪瑙上一個紅色小點，上面標出“此處海拔高度72260米”，這就是我國的“水準原點”。中國地質(zhì)大學測繪工程系中國地質(zhì)大學測繪工程系 第四節(jié)第四節(jié) 用水平面代替水準面的限度用水平面代替水準面的限度一、地球曲率對水平距離的影響一、地球曲率對水平距離的影響一、地球曲率對水平距離的影響一、地球曲率對水平距離的影響當當當當S=3.16kmS=3.16km時，時，時，時，s:s=1:12194000s:s=1:12194000當當當當S=10kmS=10km時，時，時，時，s:s=1:1217700s:s=1:12

20、17700當當當當S=20kmS=20km時，時，時，時，s:s=1:304400s:s=1:304400 所以，在進行距離測量時可所以，在進行距離測量時可所以，在進行距離測量時可所以，在進行距離測量時可用水平面代替水準面用水平面代替水準面用水平面代替水準面用水平面代替水準面。中國地質(zhì)大學測繪工程系二、地球曲率對水平角度的影響二、地球曲率對水平角度的影響二、地球曲率對水平角度的影響二、地球曲率對水平角度的影響下式中下式中下式中下式中P P為水平面上三角形面積，為水平面上三角形面積，為水平面上三角形面積，為水平面上三角形面積，RR6371km6371km當當當當P=10P=10平方公里時，平方公

21、里時，平方公里時，平方公里時，=0.05=0.05 當當當當P=100P=100平方公里時，平方公里時，平方公里時，平方公里時，=0.51=0.51 當當當當P=400P=400平方公里時，平方公里時，平方公里時，平方公里時，=2.03=2.03 當當當當P=2500P=2500平方公里時，平方公里時，平方公里時，平方公里時，=12.71=12.71 所以，地球曲率對水平角度的影響很小所以，地球曲率對水平角度的影響很小所以，地球曲率對水平角度的影響很小所以，地球曲率對水平角度的影響很小,可不予考慮?？刹挥杩紤]?？刹挥杩紤]?？刹挥杩紤]。中國地質(zhì)大學測繪工程系三、地球曲率對高差的影響三、地球曲率對

22、高差的影響三、地球曲率對高差的影響三、地球曲率對高差的影響例：當例：當例：當例：當t=10kmt=10km時，時，時，時，h=7.8mh=7.8m 當當當當t=100mt=100m時，時，時，時，h=0.78mmh=0.78mm 所以，測量高差時必須考所以，測量高差時必須考所以，測量高差時必須考所以，測量高差時必須考 慮地球曲率的影響。慮地球曲率的影響。慮地球曲率的影響。慮地球曲率的影響。中國地質(zhì)大學測繪工程系結(jié)論結(jié)論：在半徑在半徑R小于小于10KM的圓面積范圍內(nèi)的圓面積范圍內(nèi)進行距離測量和角度測量時可用水平面代進行距離測量和角度測量時可用水平面代替水準面，而在進行高差測量時必須考慮替水準面，而在進行高差測量時必須考慮地球曲率的影響地球曲率的影響中國地質(zhì)大學測繪工程系 第五節(jié)第五節(jié) 測量工作的內(nèi)容測量工作的內(nèi)容測定三個元素測定三個元素測定三個元素測定三個元素：水平角水平角水平角水平角、水平距離、水平距離、水平距離、水平距離DD和高差和高差和高差和高差h h。測量的基本工作測量的基本工作測量的基本工作測量的基本工作：高程測量、距離測量和水平角測量高程測量、距離測量和水平角測量高程測量、距離測量和水平角測量高程測量、距離測量和水平角測量測量工作的基本技能測量工作的基本技能測量工作的基本技能測量工作的基本技能：觀測、計算和繪圖觀測、計算和繪圖觀測、計算和繪圖觀測、計算和繪圖