测量教案1章_绪论[更多课程到教育盘jiaoyupan.com].ppt

1.1 测量学简介测量学是研究地球的形状、大小确定地球表面各种物体的形状、大小、空间位置的科学。(1)地物和地貌1)地物地面上天然或人工形成的物体，包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。2)地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。地形地物和地貌的总称。,第1章 绪论,(2)测量学的任务测定与测设1)测定使用测量仪器和工具，通过测量和计算，将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定符号缩小绘制成地形图。2)测设将地形图上设计的建筑物、构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。,(3)测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设 设计阶段测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；施工阶段将设计建构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；工程完工后测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理用；对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行变形观测，保证建筑物安全。,2)铁路、公路建设的测量工作 测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。建桥前，测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量与河床地形图、桥梁轴线长度，为桥梁设计提供资料，将设计桥台、桥墩位置标定到实地。开挖隧道前，在地形图上确定隧道位置，计算隧道长度与方向，指示隧道开挖方向，保证隧道正确贯通。,1.2 地球的形状和大小(1)、地球1)南北极稍扁，赤道稍长，平均半径为6371km的椭球。2)表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。最高处中国珠穆朗玛峰，8844.43m2005年中国测得。最低处马里亚纳海沟，-10911m1995年日本探测艇海沟号(Kaiko)测得。3)海洋面积71%，陆地面积29%。,(2)地球的物理特性1)重力与铅垂线 重力地球质点受万有引力与离心力的合力。铅垂线方向重力方向。2)水准面水准面静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的封闭曲面。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。因高度可变，水准面不唯一。3)大地水准面与平均海水面吻合的水准面。静止海水面向大陆延伸，形成的不规则的封闭曲面。大地水准面唯一。,(3)、参考椭球1)大地水准面有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示。2)将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。3)选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面，由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球，参考椭球，表面参考椭球面。,4)法线由地表任一点向参考椭球面作垂线。5)参考椭球元素椭圆的长半轴a和扁率f，6)参考椭球定位参考椭球相对于大地水准面的位置大地原点参考椭球面与大地水准面相切的点在大地原点处，铅垂线与法线重合。,(4)我国现用的几个参考椭球元素值,1.3 测量坐标系与地面点位的确定(1)参心坐标系与地心坐标系物理空间三维空间。表示地面点在某空间坐标系的位置需三个参数；确定地面点位确定其在某个空间坐标系的三维坐标。空间坐标系地心坐标系和参心坐标系。“地心”地球质心，WGS-84为地心坐标系。“参心”参考椭球中心，参心与地心一般不重合。1954北京坐标系与1980西安坐标系属参心坐标系。工程测量使用参心坐标系，地心坐标系与参心坐标系可以相互转换。,测量三维坐标系确定点球面位置的二维坐标系确定点高度的一维高程系。(2)确定点球面位置的二维坐标系 地理坐标系，平面直角坐标系。1)地理坐标系天文地理坐标系，大地地理坐标系。天文地理坐标系地面点在大地水准面上的位置。基准铅垂线，大地水准面。球面坐标天文经度，天文纬度。,天文子午面过地面P点的铅垂线与地球旋转轴NS平行的平面。天文子午线天文子午面与大地水准面的交线。首子午面过英国格林尼治天文台G的天文子午面。P点天文经度P点天文子午面与首子午面的两面角从首子午面向东或向西计算，取值范围是0180，在首子午线以东为东经，以西为西经。P点天文纬度P点铅垂线与赤道面的夹角，自赤道起向南或向北计算，取值范围为 090。在赤道以北为北纬，以南为南纬。可用天文测量方法测定地面点的天文经度和天文纬度。,格林尼治天文台，始建于1675年，位于英国首都伦敦的格林威治，二战后迁往新址苏塞克郡的赫斯特蒙苏堡，但保留了“格林威治皇家天文台”的名称。1884年，经过这个天文台的子午线被确定为全球时间和经度计量标准参考子午线，也称为本初子午线，即零度经线。初建之时，目的是精确地观测月球和恒星，帮助航海家确定经度。现它已发展为英国的一个综合性光学天文台。1999年12月28日，新时间系统格林威治电子时间(GET)正式诞生，为全球电子商务提供时间标准。原格林威治时间(GMT)仍保留作为21世纪世界标准时间。,大地地理坐标系表示地面点在参考椭球面上的位置。基准参考椭球面和法线。用大地经度L，大地纬度B表示。P点大地经度LP点大地子午面与首子午面的两面角P点大地纬度BP点的法线与赤道面的夹角。大地经、纬度是根据起始大地点的大地坐标，按大地测量所得数据推算得到。起始大地点大地原点，该点大地经纬度与天文经纬度一致。我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-石际寺村大地原点建立的大地坐标系1980西安坐标系。大地原点的地理坐标约为东经10855，北纬3432，海拔417.2m。,大地原点结构,大地原点中心标石结构,投影台投影原理,投影台投影原理,投影台投影原理,投影台模型,在投影台安置经纬仪进行投影观测,与前苏联1942年普尔科沃坐标系联测，经苏联西伯尼亚从我国东北入境，传算过来的坐标系1954北京坐标系。大地原点前苏联列宁格勒普尔科沃天文台中央(3)平面直角坐标系球面坐标对局部测量不方便，工程测量一般在平面直角坐标系进行。地球是一个不可展的曲面，通过投影将地球表面物体化算到平面上，一定存在变形。案例切橙子。,地球是一个不可展曲面演示,1)高斯平面坐标系高斯投影保持球面上的角度不变，边长存在变形，保角投影。德国科学家高斯在18201830年间，为解决德国汉诺威地区大地测量投影问题，提出的一种投影方法；1912年起，德国学者克吕格将高斯投影公式加以整理扩充并推导出了实用计算公式。使用高斯投影的国家德国、中国、前苏联。,地球按经线划分为带投影带；用空心椭圆柱横套在参考椭球外面；椭圆柱与某一子午线相切中央子午线，椭球面上图形按保角投影原理投影到椭圆柱体面上；沿过南北极的母线切开椭圆柱体，展开成平面，定义平面直角坐标系。,按投影经度范围划分 统一6带高斯投影首子午线起，每隔经度6划分为一带(称统一6带)西东划分地球为60个带。带号N从首子午线开始，用阿拉伯数字表示。第一个 6带中央子午线的经度为3。带号N与中央子午线经度L0的关系L0=6N3,已知任意点经度L，计算所在6带的带号公式N=Int(L+3)6+0.5)北京天安门：东经1162326，北纬395427香港会展中心：东经1141022，北纬221705澳门大三吧牌坊：东经1133231，北纬221149台北中山纪念堂：东经1213118，北纬250204,保角投影球面上的角度投影到横椭圆柱面上保持不变，但长度变长。只有中央子午线与赤道投影后长度不变，并相互垂直。建立的直角坐标系高斯平面直角坐标系。与数学笛卡尔坐标系的差异，x轴与y轴互换位置，象限顺时针编号，我国位于北半球，x坐标值恒为正，y坐标值则有正有负，最大y坐标负值约为-334km。为保证y坐标恒为正，我国统一规定将每带的坐标原点向西移500km，既给每个点的y坐标值加500km。为确定投影带位置，y坐标前冠带号。,高斯投影长度变形离中央子午线越远，长度变形越大；减小长度变形的方法之一缩小投影带宽，经差。统一3带高斯投影带号n与中央子午线经度L0的关系L0=3n已知经度L，计算所在3带带号公式n=Int(L 6+0.5),我国大陆经度范围东经7327东经13509用公式 N=Int(L+3)6+0.5)求出统一6带投影带号范围1323用公式 n=Int(L 3+0.5)求出统一3带投影带号范围2545两种投影带的带号不重复根据y坐标前的带号可以判断属于何种投影带。,任意带高斯投影城市测量规范规定长度变形值2.5cm/km(1/40000)可采用高斯投影任意带平面直角坐标系统，案例广东江门中心经度东经11310，位于统一3带的38号带(中央子午线经度为114)中央子午线以西98km。长度变形为1/8329 1/40000。为使长度变形1/40000，选择中央子午线经度=11310 进行高斯投影；建立江门市独立坐标系；江门市区最边缘距离中央子午线23km，长度变形缩小为1/1500001/40000。,2)大地地理坐标与高斯平面坐标的相互变换由L,Bx,y高斯投影正算。由x,yL,B高斯投影反算。将某带x,y相临带x,y高斯投影换带计算。计算公式较复杂，用光盘程序PG2-1.exe计算。先用Windows的记事本编写一个文本数据文件。存盘文件名的前两个字符应为da。,从Google 地球卫星图片上获取经纬度，用PG2-1.exe正算出高斯平面坐标案例,1.3.2 一维高程系(1)高程定义A点高程A点到大地水准面的垂直距离，HA表示。大地水准面的确定在海边设立验潮站，长期观测，求得海水面的平均高度作为高程零点，以通过该点的大地水准面为高程基准面。,(2)国家高程系统我国有两个国家高程系统。1)1956年黄海高程系1954年在青岛市观象山建立水准原点，采用青岛大港验潮站一号军用码头1950年1956年7年的潮汐记录资料推算出的大地水准面为基准引测出水准原点的高程为72.289m。以该大地水准面为高程基准建立的高程系1956年黄海高程系。,青岛观象山,青岛大港1号码头验潮站,青岛大港1号码头验潮站,青岛大港1号码头验潮站,青岛大港1号码头验潮站标牌,验潮站内的潮汐自动记录仪,验潮站内的潮汐自动记录仪,验潮站内的潮汐自动记录仪,验潮站内的潮汐自动记录仪,验潮站内的潮汐自动记录仪,青岛观象山水准原点,