1、测量学课程概述测量学课程概述课程性质课程性质：专业基础课：专业基础课总学时数总学时数：48学时（学时（2学分）学分） 其中：课堂理论教学其中：课堂理论教学32学时学时 实验实验16学时学时相关课程相关课程：测量教学实习（：测量教学实习（2周，周，1学分）学分）公共邮箱：公共邮箱： 密码：密码：celiang教学基本要求：教学基本要求：课堂纪律：课堂纪律：考核方法：考核方法：平时成绩占平时成绩占30%，结课，结课考试占考试占70%。课堂实验：课堂实验：不许缺勤。不许缺勤。 每班由班长或课代表负责分组，每班由班长或课代表负责分组，5人一组，选一名组长负责本组。人一组，选一名组长负责本组。课程教学内
2、容：课程教学内容：绪论绪论测量的基本工作：水准测量、角测量的基本工作：水准测量、角度测量、距离测量度测量、距离测量测量误差基本知识测量误差基本知识小地区控制测量小地区控制测量地形图基本知识、测图及应用地形图基本知识、测图及应用施工测量的基本工作施工测量的基本工作工业与民用建筑施工测量工业与民用建筑施工测量线路测量与桥梁、隧道施工测量线路测量与桥梁、隧道施工测量本章教学基本内容：本章教学基本内容： 测量学的任务测量学的任务 测量学在工程建设中的作用测量学在工程建设中的作用 地面点位的确定地面点位的确定 水准面和大地水准面水准面和大地水准面 独立平面直角坐标系的确定独立平面直角坐标系的确定 绝对高
3、程和相对高程绝对高程和相对高程 直线定向，坐标正反算直线定向，坐标正反算 测量工作的组织原则测量工作的组织原则重点、难点：重点、难点： 测定、测设的概念与区别测定、测设的概念与区别 水准面和大地水准面的概念水准面和大地水准面的概念 绝对高程和相对高程的概念绝对高程和相对高程的概念 平面直角坐标系、高斯平面直角平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系坐标系 直线定向，坐标正反算直线定向，坐标正反算 测量工作基本原则测量工作基本原则卫星定位卫星定位GPSGPS的原理：测距交会的原理：测距交会ABCA13ppt课件GPSGPS（Global Position SystemGlobal Position S
4、ystem）3D地图与地图与GPS技术配合，实现了技术配合，实现了3D导航应用导航应用北斗卫星定位导航系统北斗卫星定位导航系统1.1测绘学科与工程测量的任务测绘学科与工程测量的任务1.测量学的研究范畴测量学的研究范畴研究地球的形状和大小研究地球的形状和大小确定地球表面物体的空间位置（包确定地球表面物体的空间位置（包括空中、地表、地下和海洋）括空中、地表、地下和海洋）对所得空间位置信息进行处理、储对所得空间位置信息进行处理、储存、管理存、管理地球内地球内部构造部构造 随着科技的发展和社会的进步，测随着科技的发展和社会的进步，测绘学的研究对象不仅是地球，还需绘学的研究对象不仅是地球，还需要将研究范
5、围扩大到地球外层空间要将研究范围扩大到地球外层空间的各种自然和人造实体。的各种自然和人造实体。现代测绘学定义现代测绘学定义 研究对实体（包括地球整体、表面以研究对实体（包括地球整体、表面以及外层空间各种自然和人造的物体）及外层空间各种自然和人造的物体）的与地理空间分布有关的各种几何、的与地理空间分布有关的各种几何、物理、人文及其随时间变化的信息的物理、人文及其随时间变化的信息的采集、处理、管理、更新和利益的科采集、处理、管理、更新和利益的科学技术。学技术。 2.测绘学科的组成测绘学科的组成 按照研究对象及采用技术的不同分类按照研究对象及采用技术的不同分类 大地测量学：大地测量学： 普通测量学普
6、通测量学 摄影测量与遥感学：摄影测量与遥感学： 地图制图与地理信息工程学地图制图与地理信息工程学 工程测量学工程测量学 海洋测量学海洋测量学3.测绘学的内容测绘学的内容 测定测定：指使用测量仪器和工具，通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据，或把地球表面的地形缩绘成地形图的工作形图的工作 测设测设：指把图纸上规划设计好的建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筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据（工程建设出来，作为施工的依据（工程建设中称放样或放线）中称放样或放线） 某某城城市市地地图
7、图某学校所在地的卫星图像某学校所在地的卫星图像 航测或遥感正射影像图航测或遥感正射影像图高空实测成图高空实测成图 航天遥感航天遥感IKONOS影像The image were acquired by the Shuttle Radar Topography Mission aboard the Space Shuttle Endeavor, Feb., 2000 IKONOS卫星卫星图像图像QuickBirdQuickBird网络数字地图网络数字地图三维仿真技术（虚拟现实）三维仿真技术（虚拟现实）美国美国 Mount Hood等等 高高 线线植植 被被河流、道路河流、道路降水量降水量4.工程测
8、量的主要任务工程测量的主要任务 研究测绘地形图的理论和方法研究测绘地形图的理论和方法 研究在地形图上进行规划、设计的基研究在地形图上进行规划、设计的基本原理和和方法本原理和和方法 研究建（构）筑物施工放样、建筑质研究建（构）筑物施工放样、建筑质量检验的技术和方法量检验的技术和方法 对大型建筑物的安全性进行位移和变对大型建筑物的安全性进行位移和变形监测形监测意义意义举例说明：举例说明： 1. 勘测设计阶段勘测设计阶段: 测绘各种比例测绘各种比例尺的地尺的地 形图形图, 供规划、设计使用供规划、设计使用 2. 施工阶段施工阶段: 施工测量、测设施工测量、测设(施施工放样工放样)、竣工测量和变形观测
9、、竣工测量和变形观测 3. 运营管理阶段运营管理阶段: 建（构）筑物建（构）筑物变形观测和安全监测预报、扩建改变形观测和安全监测预报、扩建改建建1.2.1 地球的形状和大小地球的形状和大小地球的自然表面地球的自然表面 为了了解地球的形状，让我们为了了解地球的形状，让我们由远及近地观察一下地球的自然表由远及近地观察一下地球的自然表面。面。1.2 坐标系统与高程系统坐标系统与高程系统浩瀚宇宙中浩瀚宇宙中 : : 地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。地球是一个表面光滑、蓝色美丽的正球体。 珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近珠穆朗玛峰与太平洋的马里亚纳海沟之间高差近20km。地表是一个有些微
10、起伏、极其复杂的地表是一个有些微起伏、极其复杂的表面。表面。地球的大小和形状地球的大小和形状地球的形状近似于一个两级略扁平,赤道略鼓,北极略长,南极略短的象倒放的梨.称“梨状体”。武汉大学现代地球动力学部重点武汉大学现代地球动力学部重点实验室构造的地球模型实验室构造的地球模型当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成当海洋静止时，自由水面与该面上各点的重力方向（铅垂线）成正交，这个面叫正交，这个面叫水准面水准面。 在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并在众多的水准面中，有一个与静止的平均海水面相重合，并假想其穿过大陆、岛屿形成一个闭合曲面，这就是假想其穿过大陆、岛屿
11、形成一个闭合曲面，这就是大地水准面大地水准面。它实际是一个起伏不平的重力等位面它实际是一个起伏不平的重力等位面地球物理表面。它所包地球物理表面。它所包围的形体称为围的形体称为大地体大地体。地球的物理表面地球的物理表面 水准面水准面：静止的水面（无数个）。静止的水面（无数个）。 大地水准面大地水准面：将静止的平均海水面向整个将静止的平均海水面向整个陆地延伸，形成封闭的曲面代替地球表面，陆地延伸，形成封闭的曲面代替地球表面，这个曲面称为这个曲面称为大地水准面（大地水准面（测量工作的基测量工作的基准面准面） 大地体大地体：由大地水准面包围的地球形体由大地水准面包围的地球形体 重力重力：地心引力和离心
12、力的合力地心引力和离心力的合力 铅垂线铅垂线：重力的作用线重力的作用线 （测量工作的基测量工作的基准线准线） 水平面水平面：与水准面相切的平面与水准面相切的平面3.参考椭球面参考椭球面 通常用一个非常接近于大地水准面，并可通常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用数学式表示的几何形体(即地球椭球即地球椭球)来来代替地球的形状，作为代替地球的形状，作为测量计算工作的基测量计算工作的基准面准面。定义定义：选用一个大小和形状接近大地体的旋转：选用一个大小和形状接近大地体的旋转椭球体作为地球的参考形状和大小，这个椭球体作为地球的参考形状和大小，这个旋转椭球体即称为旋转椭球体即称为参考
13、椭球参考椭球，是一个规则，是一个规则的曲面体。的曲面体。 1222222 bZaYaX地球的数学表面地球的数学表面大地球体是一个有起大地球体是一个有起伏的复杂曲面伏的复杂曲面, ,不规则，不规则，无法建立数学模型。无法建立数学模型。数学表面数学表面：椭圆绕其：椭圆绕其短轴旋转而成的椭球体短轴旋转而成的椭球体, ,称之为称之为地球椭球体地球椭球体. .a=6378140ma=6378140mb=6356755mb=6356755me=1:289.257e=1:289.257 b o aNS 它是一个规则的数学表面它是一个规则的数学表面，所以人们视其为，所以人们视其为 地球体的地球体的数学表面，也
14、是对地球形体数学表面，也是对地球形体的的二级综合二级综合，用于测量计算，用于测量计算的基准面。的基准面。数学表达式：数学表达式：1222222bZaYaX式中，式中，a、b为椭球体长短半径为椭球体长短半径扁率为：扁率为：aba 由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不由于国际上在推求年代、方法及测定的地区不同，故地球椭球体的元素值有很多种。同，故地球椭球体的元素值有很多种。地球椭球体的基本公式地球椭球体的基本公式 子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径、子午圈曲率半径、卯酉圈曲率半径、 平均曲率半径和纬圈半径平均曲率半径和纬圈半径卯酉圈卯酉圈子午圈子午圈纬圈纬圈地球椭球体的基本公式地球椭球体的基本公式
15、 子午圈曲率半径子午圈曲率半径M、卯酉圈曲率半径、卯酉圈曲率半径N、 平均曲率半径平均曲率半径P和纬圈半径和纬圈半径 r32222)sine-(1)e-a(1M2122)sine-(1aN22212sine-1)e-a(1MNR2122)sine-(1acosNcosr确定地面点位的方法确定地面点位的方法测量常用的坐标系统测量常用的坐标系统点的位置点的位置 坐标系统坐标系统）、空间直角坐标系（大地高程参考椭球面绝对高程、海拔高程大地水准面的距离点沿投影方向到基准面水平面参考椭球面大地水准面点在某基准面上的投影ZYX1.1.大地坐标系大地坐标系（大地测量的基本坐标系）（大地测量的基本坐标系）适用
16、范围：适用范围：用于大地问题的解算，研究地用于大地问题的解算，研究地球形状和大小，编制地图，火箭和卫星发球形状和大小，编制地图，火箭和卫星发射及军事方面的定位及运算。射及军事方面的定位及运算。基准面：基准面：参考椭球面参考椭球面基准线：基准线：过地面某点的法线（即：在椭球过地面某点的法线（即：在椭球面上某点做一与椭球体相切的平面，过该面上某点做一与椭球体相切的平面，过该点垂直于此平面的直线）点垂直于此平面的直线）表示方法：表示方法：P(L,B,H)P(L,B,H) L L- -大地经度大地经度 B B- -大地纬度大地纬度 H H- -大地高大地高坐标系中心：坐标系中心：大地椭球体球心大地椭球
17、体球心 1 1、 坐标原点坐标原点O O选参考椭选参考椭球体中心，原点与地球质球体中心，原点与地球质心重合心重合 2 2、Z Z 轴指向地球北极轴指向地球北极 3 3、X X 轴指向格林威治子轴指向格林威治子午面与地球赤道面交线午面与地球赤道面交线 4 4、Y Y 轴垂直与轴垂直与XOZXOZ平面，平面，构成右手坐标系构成右手坐标系 点点A A空间直角坐标为空间直角坐标为A A（X X、Y Y、Z Z），它与大地坐标），它与大地坐标B B、L L、H H之间可用公式转换。之间可用公式转换。2.2.空间直角坐标系空间直角坐标系已逐渐为军事及国民经济建设各部门采用作为实用坐标已逐渐为军事及国民经济
18、建设各部门采用作为实用坐标3.3.高斯投影和高斯平面直角坐标系高斯投影和高斯平面直角坐标系高斯投影高斯投影：横切椭圆柱正形投影横切椭圆柱正形投影。又称为。又称为高斯高斯克吕格投影克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。同时满足等角和高斯投影条件。目的：目的：将球面坐标转换为平面坐标。将球面坐标转换为平面坐标。古德分瓣投影古德分瓣投影好望角好望角-墨尔本墨尔本摩尔威特摩尔威特古德分瓣投影古德分瓣投影1.1.高斯投影的形成步骤：高斯投影的形成步骤：1)沿沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子两极在参考椭球面均匀标出子午线午线(经线经线)和分带。（按和分带。（按3、 6等分等分带带 ）2)假想一个横椭圆
19、柱面套在参考椭球面上。假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。3)地球表面投影到横地球表面投影到横椭圆柱面上并展开成椭圆柱面上并展开成高斯平面。高斯平面。高斯高斯- -克吕格投影克吕格投影Step1：沿沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子两极在参考椭球面均匀标出子午线午线(经线经线)和分带。和分带。Step2：假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上：假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上Step3：地球表面投影到横地球表面投影到横椭圆柱面上椭圆柱面上高斯高斯- -克吕格投影克吕格投影6 6 带带中央子午线经度中央子午线经度L Lo o=6N-3 =6N-3 3 3 带带中央子午线经度中央子午线经度L Lo
20、o=3N=3N 6带高斯投影与带高斯投影与3高斯投影高斯投影 ： 6带投影是从英格林尼带投影是从英格林尼治子午线（治子午线（0）开始，自西）开始，自西向东，每隔向东，每隔6投影一次。将投影一次。将椭球分成椭球分成60个带，编号为个带，编号为160带。带。3带投影是在带投影是在6带基础带基础上划分的，其中央子午线在上划分的，其中央子午线在奇奇数数带时与带时与6带中央子午线重合，带中央子午线重合，每隔每隔3为一带，从东经为一带，从东经130开始，自西向东，共开始，自西向东，共120带，编带，编号为号为1120带。带。 高斯高斯投影的投影的特点：特点：椭圆柱与椭球面横切于某一条子午线椭圆柱与椭球面横
21、切于某一条子午线（称为（称为中央子午线中央子午线）中央子午线和赤道的投影为相互正交的中央子午线和赤道的投影为相互正交的两条直线。两条直线。其它经线投影成为凹向中央子午线，且其它经线投影成为凹向中央子午线，且以中央子午线为对称轴的曲线，收敛于以中央子午线为对称轴的曲线，收敛于两极。两极。中央经线投影后长度不变。其它经纬线中央经线投影后长度不变。其它经纬线投影后均变长，离中央经线越远其长度投影后均变长，离中央经线越远其长度变形越大。变形越大。高斯投影是正形投影，无角度变形。高斯投影是正形投影，无角度变形。所有经纬线投影后仍保持两两相互正交所有经纬线投影后仍保持两两相互正交高斯平面直角坐标系高斯平面
22、直角坐标系 适用范围：适用范围：测区范围较大时（半径大测区范围较大时（半径大于于10km以上）以上） 目的：目的：将曲面上的问题转化为平面上将曲面上的问题转化为平面上的问题，同时使整个地球的坐标是一的问题，同时使整个地球的坐标是一个统一的坐标系统个统一的坐标系统 建立方法：建立方法：高斯投影分带法高斯投影分带法 特点：特点：正形投影，等角投影正形投影，等角投影高斯平面直角坐标系的建立高斯平面直角坐标系的建立：1 1）建立规则）建立规则: :X X轴是中央子午线轴是中央子午线NBSNBS的的投影，北方为正方向；投影，北方为正方向；Y Y轴是赤道轴是赤道ABCABC的投影，的投影，东方为正方向；东
23、方为正方向；原点，即中央子午线与原点，即中央子午线与赤赤道交点用道交点用O表示；表示；四象限按顺时针顺序四象限按顺时针顺序、排列排列 x=Dcos y=Dsin数学中的坐标系数学中的坐标系测量中的坐标系测量中的坐标系DD平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与数平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与数学中的笛卡尔坐标系的区别：学中的笛卡尔坐标系的区别：目的：目的：为了将数学上的三角和解析几何公式为了将数学上的三角和解析几何公式直接用于测量计算上直接用于测量计算上2 2）坐标规定）坐标规定: :为避免横坐标为避免横坐标Y Y出现负值，出现负值，规定把坐标纵横向西平移规定把坐标纵横向西平移500Km50
24、0Km；为了根据横坐标能确定该为了根据横坐标能确定该点位于哪一个六度带内，规点位于哪一个六度带内，规定在横坐标值前冠以带号。定在横坐标值前冠以带号。Y4. 4. 平面直角坐标系平面直角坐标系 适用范围：适用范围：测区范围较小时（半径大于测区范围较小时（半径大于10km以下）以下） 表示方法：表示方法：P（x,y） 平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系与数学中的笛卡尔坐标系的区别：数学中的笛卡尔坐标系的区别： 目的：目的：为了将数学上的三角和解析几何公为了将数学上的三角和解析几何公式直接用于测量计算上式直接用于测量计算上独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系当测区
25、的范围较小时，可以把测区球当测区的范围较小时，可以把测区球面当作平面处理，直接将地面点沿铅垂线面当作平面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用投影到水平面上，用平面直角坐标平面直角坐标来表示。来表示。平面直角坐标平面直角坐标原点原点一般选在测区西南方，一般选在测区西南方，以该测区子午线方向以该测区子午线方向( (真子午线或磁子午线真子午线或磁子午线) )为为x x轴轴，北方向为正。，北方向为正。y y轴与轴与x x轴垂直，东方轴垂直，东方向为正，向为正，象限按顺时针方向象限按顺时针方向编号。编号。5. 5. 地面点的高程地面点的高程 高程：高程：地面点到某一高程基准面的垂直距离。地面点到
26、某一高程基准面的垂直距离。h hABABH HA AH HB B 高差：高差：地面上两点的高程差，用地面上两点的高程差，用h hABAB 表示。表示。两点间的高差与高程起算面无关。两点间的高差与高程起算面无关。ABABABHHHHh 绝对高程绝对高程（海拔高）：（海拔高）：地面点沿铅垂线到大地地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，用水准面的距离，用 H H 表示（是以大地水准面为高表示（是以大地水准面为高程基准面）程基准面） 我国采用我国采用19561956年年黄海高程系统黄海高程系统，现用，现用“19851985国家高国家高程基准程基准”，青岛市观象山水准原点高程为青岛市观象山水准原点高程为72
27、.260m。1987年后启用此基准。年后启用此基准。 相对高程相对高程（假定高程）：（假定高程）：地面点沿铅垂线到任地面点沿铅垂线到任意水准面的距离，（是以任意水准面为高程基准面）意水准面的距离，（是以任意水准面为高程基准面）如：天津采用如：天津采用大沽高程系统大沽高程系统，是以渤海的平均海水面为，是以渤海的平均海水面为起算面，比黄海高程系低起算面，比黄海高程系低1.290m1.290m。 大地高：大地高：地面点沿法线到椭球体面的距离，用地面点沿法线到椭球体面的距离，用H大大 表示（是以参考椭球体面为高程基准面）表示（是以参考椭球体面为高程基准面） 全球变暖趋势不可逆转全球变暖趋势不可逆转 1
28、956年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制年在青岛观象山设立了水准原点，其他各控制点的绝对高程均是据此推算，称为点的绝对高程均是据此推算，称为1956年黄海高程系年黄海高程系 1987年国家测绘局公布：启用年国家测绘局公布：启用1985国家高程基准国家高程基准其比其比1956年黄海高程系年黄海高程系上升上升 29毫米毫米。 6. 6.我国常用的坐标系统我国常用的坐标系统历史上，一个国家或地区，可能采历史上，一个国家或地区，可能采用过不同的坐标系；用过不同的坐标系；我国沿用的大地坐标系；即我国沿用的大地坐标系；即:1 1）.1954.1954年北京坐标系年北京坐标系2 2）.1980.198
29、0国家大地坐标系国家大地坐标系3 3）.2000.2000国家大地坐标系国家大地坐标系4 4）.WGS-84.WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系l l）19541954年北京坐标系年北京坐标系19541954年以苏联采用的年以苏联采用的克拉索夫斯基克拉索夫斯基椭球元素椭球元素( (其坐其坐标原点为苏联西部的普尔科沃标原点为苏联西部的普尔科沃4242年定位年定位) )作为参考椭球作为参考椭球体，联测、平差后引伸到全国，这个过渡性的大地坐体，联测、平差后引伸到全国，这个过渡性的大地坐标系，称标系，称19541954年北京坐标系。它的原点不在北京而是年北京坐标系。它的原点不在北京而是在前苏联的
30、普尔科沃。在前苏联的普尔科沃。 高程基准为高程基准为 1956 1956 年青岛验潮站求出的黄海平均海年青岛验潮站求出的黄海平均海水面。水面。 其缺点是：其缺点是：1.1.椭球体面与我国境内大地水准面不是很好地符合，椭球体面与我国境内大地水准面不是很好地符合，产生误差较大。产生误差较大。2. 2. 大地控制点坐标多为局部平差，逐次获得，实大地控制点坐标多为局部平差，逐次获得，实际上连不成一个统一的整体。际上连不成一个统一的整体。2）1980年国家大地坐标系 采用采用19751975年第年第1616届届国际大地测量及地球物国际大地测量及地球物理联合会理联合会推荐的新的地球椭球体元素推荐的新的地球
31、椭球体元素（GRS1975） ，以陕西省西安市以北以陕西省西安市以北泾阳县泾阳县永乐镇北洪流村永乐镇北洪流村某点为国家某点为国家大地坐标原点大地坐标原点，建建立的坐标系，称立的坐标系，称19801980年国家大地坐标系年国家大地坐标系，属于属于参心大地坐标系。参心大地坐标系。原点位于西安西北方向约原点位于西安西北方向约 36km36km处，因此，简称处，因此，简称西安坐标系西安坐标系高程基准为青岛大港验潮站高程基准为青岛大港验潮站 195219521979 1979 年年确定的黄海平均海水面（即确定的黄海平均海水面（即 1985 国家高程基国家高程基准）。准）。 19801980年国家大地坐标
32、系主要优点：年国家大地坐标系主要优点： 1.1.椭球体参数精度高；椭球体参数精度高； 2.2.定位所决定的椭球体面与我国大地水定位所决定的椭球体面与我国大地水准面符合得好；准面符合得好； 3.3.天文大地网坐标经过了全国的整体平天文大地网坐标经过了全国的整体平差。差。 4.4.直接满足直接满足1 1：50005000甚至更大比例尺测图甚至更大比例尺测图的需要等。的需要等。 3 3）2000 2000 国家大地坐标系国家大地坐标系 自自 2008 2008 年年 7 7 月月 1 1 日起，中国将全面启用日起，中国将全面启用 2000 2000 国国家大地坐标系。家大地坐标系。2000 2000
33、 国家大地坐标系（国家大地坐标系（China China Geodetic Coordinate System 2000Geodetic Coordinate System 2000，英文缩写为，英文缩写为 CGCS2000CGCS2000）属于地心大地坐标系。采用）属于地心大地坐标系。采用 GRS1980 GRS1980 地地球椭球参数。球椭球参数。 2000 2000 国家大地坐标系的原点是包括海洋和大气的整国家大地坐标系的原点是包括海洋和大气的整个地球的质量中心，个地球的质量中心，Z Z 轴由原点指向历元轴由原点指向历元 2000.0 2000.0 的地球参考极的方向，该历元的指向由国际
34、时间局的地球参考极的方向，该历元的指向由国际时间局（BIHBIH）给定的历元为）给定的历元为 1984.01984.0的初始指向推算；的初始指向推算； X X 轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面轴由原点指向格林尼治参考子午线与地球赤道面（历元（历元 2000.02000.0）的交点，）的交点，Y Y 轴与轴与Z Z 轴、轴、 X X 轴构成轴构成右手正交坐标系。右手正交坐标系。 4 4）WGS84 WGS84 世界大地坐标系世界大地坐标系 WGS84 WGS84 世界大地坐标系（世界大地坐标系（World Geodetic System World Geodetic System 19
35、841984，英文缩写为，英文缩写为 WGS84WGS84）是）是 GPSGPS定位测量中采用定位测量中采用的地心大地坐标系，简称的地心大地坐标系，简称 WGS84WGS84 坐标系。由美国坐标系。由美国国防部研制，国防部研制，1987 1987 年年 1 1月月 10 10 日开始启用。日开始启用。 WGS84WGS84 坐标系采用坐标系采用 WGS84 WGS84 椭球参数。原点是地球椭球参数。原点是地球的质心，的质心，Z Z 轴由原点指向国际时间局（轴由原点指向国际时间局（BIHBIH）1984.0 1984.0 定义的协议地极（定义的协议地极（CTPCTP）方向；）方向； X X 轴指
36、向轴指向 BIHBIH 1984.0 1984.0 的零子午面和的零子午面和 CTPCTP赤道的交点与地球赤道的交点与地球赤道面的交点，赤道面的交点，Y Y 轴与轴与Z Z 轴、轴、 X X 轴构成右手正交轴构成右手正交坐标系。坐标系。 1.3.1.3.用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度 对距离的影响：对距离的影响：当测区半径当测区半径10km时用时用水平面代替水准面，其产生的距离投影水平面代替水准面，其产生的距离投影误差可忽略不计误差可忽略不计对高程的影响：对高程的影响：即使距离不长，也应顾即使距离不长，也应顾及地球曲率的影响及地球曲率的影响对水平角的影响：对水平角的影响：当测
37、区面积当测区面积100k时用水平面代替水准面，其产生的角度时用水平面代替水准面，其产生的角度投影误差可忽略不计投影误差可忽略不计1.41.4测量的基本工作与原则测量的基本工作与原则 地形：地形：地物：地面上固定性物体。地物：地面上固定性物体。地貌：地面上高低起伏的形态。地貌：地面上高低起伏的形态。地形图：地形图：测定地物和地貌的三维坐标，测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表示并用平面图形表示碎部点：碎部点：能表示地物和地貌特征的点能表示地物和地貌特征的点点位的确定方法：点位的确定方法： 土木工程中常用土木工程中常用卫星定位卫星定位和和几何几何测量定位测量定位 定点的空间位置需要实地测量点定
38、点的空间位置需要实地测量点之间的距离（水平距离或斜距）、之间的距离（水平距离或斜距）、角度（水平角和竖直角）和高差角度（水平角和竖直角）和高差（高程）。（高程）。 x=Dcos y=Dsin 1.4.2 直线定向直线定向直线定向：直线定向：确定一条直线与一基本方向之确定一条直线与一基本方向之间的水平角。间的水平角。方位角：方位角：由标准方向的北端起，顺时针方由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角方位角，其角值从其角值从0 0 360 360。标标准准方方向向O OP P 标准方向：（三北方向）标准方向：（三北方向）真子午线方向真子午线
39、方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向磁北磁北标准方向标准方向 1.真子午线方向真子午线方向 过地球南北极的平面与地球表面的交线叫过地球南北极的平面与地球表面的交线叫真子午线真子午线。通过。通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午真子午线方向线方向。指向北方的一端叫。指向北方的一端叫真北方向。真北方向。真子午线方向是用真子午线方向是用天文测量方法天文测量方法或者陀螺经纬仪来测定或者陀螺经纬仪来测定确定的。确定的。2.磁子午线方向磁子午线方向磁子午线方向磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，自由静止是磁针在地球磁场的作用下，
40、自由静止时磁针轴线所指的方向，指向北端的方向称为时磁针轴线所指的方向，指向北端的方向称为磁北方磁北方向，向，可用罗盘仪测定。可用罗盘仪测定。 3.坐标纵轴方向坐标纵轴方向 在平面直角坐标系统中，是以测区中心某点的真子午线方在平面直角坐标系统中，是以测区中心某点的真子午线方向或是磁子午线方向作为向或是磁子午线方向作为坐标纵轴方向坐标纵轴方向，指向北方的一端，指向北方的一端称为称为轴北轴北，即为，即为X轴方向轴方向.坐标方位角：坐标方位角：真方位角：真方位角：A A磁方位角：磁方位角：AmAm 几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 1 1） 真方位角与磁方位角之间的关系真方位角与磁方位角之间的
41、关系 mAAP2 2）真方位角与坐标方位角之间的关系）真方位角与坐标方位角之间的关系 A3 3）坐标方位角与磁方位角的关系）坐标方位角与磁方位角的关系m为磁坐偏角mAmmmmAAAAX XX XY YA AB B ABAB各点的坐标纵轴方向都是平行的，所以，一条各点的坐标纵轴方向都是平行的，所以，一条直线有两个相差直线有两个相差180180的方位角，互称为的方位角，互称为正、反正、反方位角方位角。 BABA ABAB BABA= = ABAB+180+180正、反坐标方位角正、反坐标方位角正正=反反 180即即1 1）坐标正算）坐标正算ABABABABABABDyDxsincosABABABA
42、Byyyxxx2 2） 坐标反算坐标反算2AB2ABAB)yy()xx(D)()(1ABABABxxyytgR ABRABABR 180ABABR180ABABR360ABABRABRABRABR例例1.1. A A点坐标为点坐标为(3706.783(3706.783, ,4075.7314075.731） D DABAB=213.85=213.85米，米， ABAB =134=13457573030，求求B B点坐标点坐标x xB B、y yB B。解：根据公式可得出解：根据公式可得出xAB=DABcosAB=213.85cos1345730=151.105（m）yAB=DABsinAB=2
43、13.85sin1345730=151.105（m） xB = xA+ xAB =3706.783+（ 151.105 ）=2925.678（m） yB = yA+ yAB =4705.731+151.325=4227.056（m）例例2. 2. 已知已知A A、B B两点坐标分别为两点坐标分别为A A（1376.389,2045.2631376.389,2045.263），），B B（1407.471,1911.5781407.471,1911.578）求直线求直线ABAB的距离的距离D DABAB和和方位角方位角ABAB 。 405476)389.1376471.1407()263.204
44、5578.911()()(11 tgxxyytgRABABAB22)()(ABABAByyxxD 251.173)263.2045578.1911()389.1376471.1407(22 解：解：由于xAB为正值， yAB为负值，该直线位于第四象限，则：2005283360405476 AB 确定地面点位置的三要素确定地面点位置的三要素： 是是水平角水平角（方向），（方向），距离距离和和高差高差。即：。即：测量学的基本内容是：测量学的基本内容是：高程测量高程测量，水平角测量水平角测量，距离测量距离测量；测量的基本工作是：测量的基本工作是：测高程测高程，测角测角，量距离量距离；测量工作的基本技
45、能是：测量工作的基本技能是：观测观测、计计算算和和绘图绘图。1.4.4 测量工作的原则测量工作的原则“从整体到局部从整体到局部”、“先控制后碎部先控制后碎部”的方法是组织测量工作应遵循的原则，它可以的方法是组织测量工作应遵循的原则，它可以减少误差累积，保证测图精度，而且可以分幅减少误差累积，保证测图精度，而且可以分幅测绘，加快测图进度测绘，加快测图进度。“前一步测量工作未作检核不进行前一步测量工作未作检核不进行下一步测量工作下一步测量工作”是组织测量工作应遵循是组织测量工作应遵循的又一个原则，它可以防止错漏发生，保证测的又一个原则，它可以防止错漏发生，保证测量成果的正确性量成果的正确性。测量常
46、用的计量单位测量常用的计量单位1、60进制单位：进制单位：度度(d)、分、分(m)、秒（、秒（s)2、弧度单位：、弧度单位：一园周一园周=2 、=57.3 =3434 =206265 3、角度单位换算、角度单位换算1度（度（d）=60分（分（m）=3600秒（秒（s） =180/ =57.3 =3438 =206265 全球定位系统全球定位系统 - GPS授时与测距导航系统授时与测距导航系统/ /全球定位系统全球定位系统 (Navigation Satellite (Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning Syste
47、m-GPS)Timing and Ranging/Global Positioning System-GPS)：是：是以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、以人造卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天候、实时动态定位、定时及导航服务。实时动态定位、定时及导航服务。 1. GPS系统由三个独立的部分组成系统由三个独立的部分组成空间部分空间部分：2121颗工作卫星，颗工作卫星，3 3颗备用卫星（白色）。它们在高颗备用卫星（白色）。它们在高度度20 200km20 200km的近圆形轨道上运行，分布在六个轨道面上，轨道的近圆形轨道上运行，分布在六个轨道面上，轨道倾角倾角55
48、55，两个轨道面之间在经度上相隔，两个轨道面之间在经度上相隔6060，每个轨道面上，每个轨道面上布放四颗卫星。卫星在空间的这种配置，保障了在地球上任意布放四颗卫星。卫星在空间的这种配置，保障了在地球上任意地点，任意时刻，至少同时可见到四颗卫星。地点，任意时刻，至少同时可见到四颗卫星。 地面支撑系统：地面支撑系统：1 1个主控站，个主控站，3 3个注入站，个注入站，5 5个监测站。它向个监测站。它向GPSGPS导航卫星提供一系列描述卫星运动及其轨道的参数；监控卫星沿导航卫星提供一系列描述卫星运动及其轨道的参数；监控卫星沿着预定轨道运行；保持各颗卫星处于着预定轨道运行；保持各颗卫星处于GPSGPS
49、时间系统及监控卫星上时间系统及监控卫星上各种设备是否正常工作等。各种设备是否正常工作等。用户设备部分：用户设备部分：GPSGPS接收机接收机接收卫星信号，经数据处理得接收卫星信号，经数据处理得到接收机所在点位的导航和定位信息。通常会显示出用户的到接收机所在点位的导航和定位信息。通常会显示出用户的位置、速度和时间。还可显示一些附加数据，如到航路点的位置、速度和时间。还可显示一些附加数据，如到航路点的距离和航向或提供图示。距离和航向或提供图示。 2. GPS系统定位原理系统定位原理数据，组成数据，组成3个方程式，就可以解出观测点的位置（个方程式，就可以解出观测点的位置（X,Y,Z）。考虑到卫星的时
50、钟与接收机时钟之间的误差，实际上有。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形颗卫星，形成成4个方程式以求解，从而得到观测点经纬度和高程。个方程式以求解，从而得到观测点经纬度和高程。 通过测量卫星信号到通过测量卫星信号到达接收机的时间延迟，即达接收机的时间延迟，即可算出用户到卫星的距离可算出用户到卫星的距离。再根据三维坐标中的距。再根据三维坐标中的距离公式，利用离公式，利用3颗卫星的颗卫星的3.常用常用GPS测量模式测量模式 常规静态测量：常规静态测量：采用两台采用两台( (或两台以上或两台以上)GP
