1、 第一章第一章 绪绪 论论 任务及在国民经济建设中的作用任务及在国民经济建设中的作用 地球的形状和大小地球的形状和大小 测量中常用的坐标系统测量中常用的坐标系统 确定地面点位的原理确定地面点位的原理 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度 测量的基本工作测量的基本工作 测绘学测绘学 是研究地球形状和大小以及是研究地球形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地表、确定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物体的空间位置，以地下和海洋）物体的空间位置，以及对于这些空间位置信息进行处理、及对于这些空间位置信息进行处理、存储、管理的科学。存储、管理的科学。1.1 任务及意义任务及意义技术发展技
2、术发展：测量技术测量技术数字自动化测量数字自动化测量利用全站仪利用全站仪数字测量数字测量摄影测量摄影测量地面人工测量地面人工测量 利用光学仪器利用光学仪器GPS 测量成果测量成果纸质地形图纸质地形图数字地图数字地图地理信息系统地理信息系统航摄仪进行空中摄影获取像片航摄仪进行空中摄影获取像片测量学分类大地测量学大地测量学航空摄影测量与遥感航空摄影测量与遥感工程测量学工程测量学地图制图学地图制图学海洋测量学海洋测量学 普通测量学普通测量学国民经济建设国民经济建设 国防建设国防建设 科学研究科学研究应用领域：应用领域：在南极长城站进行控制测量在南极长城站进行控制测量在海拔在海拔6120米测量珠穆朗玛
3、峰高程米测量珠穆朗玛峰高程在南极长城站进行天文测量在南极长城站进行天文测量普通测量学的任务测绘地形图（测定）测绘地形图（测定）建筑物的施工放样（测设）建筑物的施工放样（测设）变形监测变形监测普通测量学的基本要求普通测量学的基本要求掌握测量学的基本概念，基本理论掌握测量学的基本概念，基本理论熟练操作常用的测量仪器熟练操作常用的测量仪器掌握又快又准确地测、算、绘的技术掌握又快又准确地测、算、绘的技术熟练读图和用图熟练读图和用图1.2 1.2 地球的形状和大小地球的形状和大小 地球既围绕太阳旋转又绕自地球既围绕太阳旋转又绕自己的轴自转，地球上的物体将己的轴自转，地球上的物体将受到地球、太阳、月亮引力
4、、受到地球、太阳、月亮引力、离心力等多种力的作用，而其离心力等多种力的作用，而其中主要是受到离心力和地球质中主要是受到离心力和地球质心吸引力的作用，心吸引力的作用，这两个力的这两个力的合力称为重力，重力方向即为合力称为重力，重力方向即为垂线方向垂线方向。离心力离心力重力重力引力引力一、地球形状一、地球形状 由于地球的自转和公转，使得地球成椭球形，其赤由于地球的自转和公转，使得地球成椭球形，其赤道半径大，极半径小。地球表面并不光滑，形状十分道半径大，极半径小。地球表面并不光滑，形状十分复杂，有高山平原，江河湖泊，如复杂，有高山平原，江河湖泊，如：有高于海平面有高于海平面8848m珠穆朗玛峰珠穆朗
5、玛峰 有低于海平面有低于海平面11022m马里亚纳海沟马里亚纳海沟 但是这样的高低变化与地球半径但是这样的高低变化与地球半径6371km相比只有相比只有1/600变化是微小的。因为海洋约占整个地球表面的变化是微小的。因为海洋约占整个地球表面的71%。所以人们设想将静止的海水面向整个陆地延伸，所以人们设想将静止的海水面向整个陆地延伸，用所形成的封闭曲面代替地球表面，这个曲面称为用所形成的封闭曲面代替地球表面，这个曲面称为大地水准面。大地水准面所包含的形体，称为大地体，大地水准面。大地水准面所包含的形体，称为大地体，它代表了地球的自然形状和大小它代表了地球的自然形状和大小。特点：特点：1.重力等位
6、面，其表面处处与重力方向垂直。重力等位面，其表面处处与重力方向垂直。2.有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。3.是不规则的闭合曲面是不规则的闭合曲面 水准面水准面地球自然表面地球自然表面二、二、水准面水准面定义：定义：处处与重力方向垂直的连续曲面称为处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。水准面。定义：将静止的海水面向整个陆地延伸，将静止的海水面向整个陆地延伸，用所形成的封闭曲面代替地球表面，用所形成的封闭曲面代替地球表面，这个曲面称为这个曲面称为大地水准面大地水准面。作用：测量工作的基准面测量工作的基准面 获取：我国在青岛设有验潮站地球自然表面大地水准
7、面三、三、大地水准面：1.要求：要求：总质量总质量=地球质量，中心与质心重合，地球质量，中心与质心重合，短轴与旋转轴重合。短轴与旋转轴重合。旋转角速度与地球自转速度相等。旋转角速度与地球自转速度相等。表面与大地水准面拟合最好。表面与大地水准面拟合最好。大地水准面与 椭球面高差 最大差为200m旋转椭球面大地水准面ab四、旋转椭球面四、旋转椭球面五、球面五、球面 在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代替大地在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代替大地 水水 准面，其半径准面，其半径R=6371km 2.我国采用的参考椭球体几何参数我国采用的参考椭球体几何参数（1）1954
8、年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基 参考椭球体参数：参考椭球体参数：a=6378245m =1:298.3（2）1980年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与 地球物理联合会在地球物理联合会在1975年推荐的年推荐的IUGG-75地球椭球。地球椭球。其参数：其参数：a=6378140m =1:298.257（3）WGS-84坐标系坐标系 a=6378137m =1：298.2571.3 测量中常用的坐标系统测量中常用的坐标系统一、天文坐标天文坐标（地理坐标系）通常用经度通常用经度（）和纬度和纬度（）表示表示。以垂线和大
9、地水准面为基准线和基准面以垂线和大地水准面为基准线和基准面oP首子午线格林威治地面上任意点N（、）P二、大地坐标系二、大地坐标系点位的表示：大地经度（点位的表示：大地经度（L），大地），大地 纬度（纬度（B），大地高度（，大地高度（H）地面上任意点地面上任意点P的空间的空间位置为：位置为：P（L、B、H）大地坐标是以法线和椭球体面为基准线和基准面大地坐标是以法线和椭球体面为基准线和基准面SNBLH大大PG 我国目前常用大地坐标系：我国目前常用大地坐标系：1954年北京坐标系，大地原点在原苏联。年北京坐标系，大地原点在原苏联。1980年国家大地坐标系，大地原点在陕西省永乐镇。年国家大地坐标系，大
10、地原点在陕西省永乐镇。WGS84世界大地坐标系，坐标原点在地心。世界大地坐标系，坐标原点在地心。大地坐标系：大地坐标系：参考坐标系参考坐标系地心坐标系地心坐标系三、空间直角坐标系三、空间直角坐标系 坐标原点坐标原点 O：地球椭球体中心（与质心重合）：地球椭球体中心（与质心重合）Z 轴轴 方方 向：向：指向地球北极指向地球北极 X 轴轴 方方 向：向：指向格林尼治子午面与地球赤道面之指向格林尼治子午面与地球赤道面之 交交 点点 Y 轴轴 方方 向：向：垂直于垂直于XOZ平面，构成右手坐标系。平面，构成右手坐标系。例如：地面上任意点例如：地面上任意点P的空间直角坐标（的空间直角坐标（X、Y、Z）表
11、示方法。表示方法。XZYP(X、Y、Z)XYZ空间直角坐标和大地坐标之间的坐标转换公式空间直角坐标和大地坐标之间的坐标转换公式LBHNxcoscos)(LBHNysincos)(BHeNzsin)1(2222222sin1abaeBeaNNByxHxyarctgLWBzaeyxzarctgBcossin122222BeW22sin1大地坐标和空间直角坐标之间的坐标转换公式大地坐标和空间直角坐标之间的坐标转换公式四、高斯投影和高斯平面直角坐标系四、高斯投影和高斯平面直角坐标系1.高斯投影（横切椭圆柱正形投影）高斯投影（横切椭圆柱正形投影）方法：方法：将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。将
12、地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。特点：投影后角度保持不变，中央子午线投影后一条直特点：投影后角度保持不变，中央子午线投影后一条直 线，且长度不变。线，且长度不变。中央子午线中央子午线P赤道赤道QPQmE EPmPEE中央中央子午线子午线高斯投高斯投影平面影平面赤赤道道高斯投影六度带和三度带投影示意图高斯投影六度带和三度带投影示意图1153242339153 6 9 12 15六六度度带带三三度度带带中央子午线经度计算公式：中央子午线经度计算公式：六度带：六度带：L0=6N-3 （N为投影带的号数）为投影带的号数）三度带：三度带：L0=3N2.高斯平面直角高斯平面直角 坐标系坐标系以中
13、央子午线作为坐标纵轴以中央子午线作为坐标纵轴（用（用X表示）表示）以赤道作为坐标横轴以赤道作为坐标横轴（用（用Y表示）表示）例：例：xm=1346216.985m ym=19634527.165m带号数带号数YXXmYm500km omX五、平面直角坐标系五、平面直角坐标系OYXOYX独立平面直角系原点一般选择在测区西南角独立平面直角系原点一般选择在测区西南角 m(x、y)x y例：例：X=138567.923m Y=126738.357m1.绝对高程：地面上一点到大地水准面的铅垂距离（绝对高程：地面上一点到大地水准面的铅垂距离（H）2.相对高程：地面上一点到假定水准面的铅垂距离（相对高程：地
14、面上一点到假定水准面的铅垂距离（H ）3.高高 差：地面上两点间的高程之差。（差：地面上两点间的高程之差。（h）HAABHBHAHBh假 设 水 准 面大地 水 准 面六、地面点的高程系统六、地面点的高程系统A水准原点水准原点H自然表面大 地 水 准 面（高程为0）绝对高程（海拔）青岛验潮站HAH56年黄海高程系统：H=72.289m85年国家高程基准：H=72.260m1.4 1.4 地面点的确定原理地面点的确定原理一、地球表面的形状地貌：地球表面高低起伏的形态，地貌：地球表面高低起伏的形态，例如：高山、峡谷等例如：高山、峡谷等地物：地面上人造或天然固定物体，地物：地面上人造或天然固定物体，
15、建筑、桥梁、道路等建筑、桥梁、道路等二、常规测量的基本工作二、常规测量的基本工作：测距离测距离 D 测角度（测角度（）测高差测高差 hAHBHC大大 地地 水水 准准 面面BCabcDabDbc北北（方位角）（方位角）hbchabP三、卫星定位方法三、卫星定位方法 利用卫星信号接受机，同时接受多颗定位卫利用卫星信号接受机，同时接受多颗定位卫星发射的信号进行定位，称为卫星定位。星发射的信号进行定位，称为卫星定位。GPS接受机接受机 PGPS卫星卫星1.5 1.5 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度BAadDp pb bR1.5 1.5 用水平面代替水准面的限度用水平面代替水准面的限度1.对距离的影响对距离的影响233 RdddDddBAadDp pb bR在半径在半径10km范围内范围内,对距离的影响可以忽略不计对距离的影响可以忽略不计.结论结论:RDhbBBbh222.对高程的影响对高程的影响BAadDp pb bR在高程测量中在高程测量中,即使距离很短也应考虑地球曲率的影响即使距离很短也应考虑地球曲率的影响.结论结论:
