中国地质大学 测绘工程系

1. 测量学 中国地质大学测绘工程系

2. 一、定义 是一门研究地球形状及大小，并确定地球表面点位关系的一门科学 第一章 绪论 第一节 测量学的定义及分类

3. 第一章 绪论 寻找基准面 点位关系： y B A x

4. 第一章 绪论 测量学的任务 • 研究地球的形状和大小 • 测绘地形图 • 按一定比例 • 地物、地貌 绘制成图 • 缩小 • 测设 • 图上 实地 • 测定

5. 二、测量学的分类 1、地形测量学（terrain surveying） 研究区域：R<=10公里，故无须顾及地球曲率的影响 主要任务：用图的形式描述地物、地貌 2、大地测量学(geodetic surveying) 研究区域：R>=10公里，故要顾及地球曲率的影响 主要任务：研究地球形状、大小；建立国家统一的 　　　　　　坐标系；研究地球重力场理论、技术 　　　　　　和方法 第一章 绪论

6. 3、摄影测量学(photographic surveying) 　用像片来研究地物、地貌，分为航空摄影测量学和地面摄影测量学 4、工程测量学(engineering surveying) 　在工程的勘测设计、施工、竣工后的变形监测中的应用 5、制图学(mapping) 　研究地图制作的理论、方法和工艺的科学 第一章 绪论

7. 第一章 绪论 本书所研究的主要内容 地形测量学（terrain surveying） 学习本课程要求： 1。会测地形图 2。会用地形图

8. 寻找基准面 第二节　地球形状大小 第一章 绪论 一、地球的形状和大小 1、大地水准面( Geoidal surface) 陆地 29% 海洋 71% 水准面——自由静止的海水面穿过陆地和岛屿而形成的封闭曲面 大地水准面——静止的平均海水面 大地体 大地水准面的特性： 是一个重力等位面，处处与铅垂线方向相垂直 是一个有微小起伏的不规则的曲面

9. 寻找基准面 第一章 绪论 2、参考椭球体(ellipsoid of revolution) 三元素：长半径、短半径和扁率 参考椭球体的定位：在适当地点选择一点P，设想把椭球体与大地体相切，即此时铅垂线与法线相重合。P 点称为大地原点 我国目前采用的参考椭球体为IAG-75椭球

10. 第一章 绪论 第三节 测量坐标系概念 1.大地坐标系(L,B) 地轴、子午面、起始子午面、子午线、赤道面、赤道、平行圈

11. 第一章 绪论 大地经度L (longitude)－过某点的子午面与起始子午面的夹角。我国的经度全部 为东经。 大地纬度B (latitude)－过某点的法线与赤道面的交角。我国的纬度全部是北纬。

12. 第一章 绪论 2、天文坐标系 天文经度 天文纬度 λ φ

13. 第一章 绪论 3、高斯平面直角坐标系 和数学上平面直角坐标系不同，将数学上的x、y轴互换即可解决此问题。

14. 起始大地点又称大地原点，该点的大地经纬度与天文经纬度一致。起始大地点又称大地原点，该点的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-北洪流村大地原点建立的大地坐标系，称为“1980西安坐标系”， 地理坐标为东经108°55′，北纬34°32′，海拔417.2m。 通过与前苏联1942年普尔科沃坐标系联测，经我国东北传算过来的坐标系称“1954北京坐标系” ，其大地原点位于前苏联列宁格勒天文台中央。

25. 四、高程 • (1) 高程的定义 • 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离称该点的绝对高程或海拔，简称高程(height)； • 通常用加点名作下标表示,如HA、HB； • 在海边设立验潮站(tide gauge station)，进行长期观测，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(height datum)； 第一章 绪论

26. (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 • 以青岛大港验潮站历年观测的黄海平均海水面为基准面。 • 于1954年在青岛市观象山建立了水准原点， • 通过水准测量的方法将验潮站确定的高程零点引测到水准原点， • 求出水准原点的高程。 • 1956年我国采用青岛大港验潮站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； • 以这个大地水准面为高程基准建立的高程系称为“1956年黄海高程系” ； • 简称“56黄海系”。

27. 2) “1985国家高程基准” • 80年代，我国又采用青岛验潮站1953年~1977年25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72.260m； • 以这个大地水准面为高程基准建立的高程系称为“1985国家高程基准” ； • 简称“85高程基准”。 • 在水准原点，85高程基准使用的大地水准面比56黄海系使用的大地水准面高出0.029m。 • 如2005年10月9日发布的珠穆朗玛峰峰顶岩石面海拔高程为8844.43m， • 是85高程基准。 （3）相对高程 （4）高差 高差正负的确定方法

33. 水准面和铅垂线：野外观测的基准面和基准线 • 大地水准面：测量外业测量成果的共同基准面 • 旋转椭球面：确定精确点位的基准面 • 圆球面：近似确定点位的基准面 • 水平面：在R＝10km测量时采用的基准面

34. 第四节 用水平面代替水准面的限度 一、地球曲率对水平距离的影响 当S=3.16km时，△s:s=1:12194000 当S=10km时，△s:s=1:1217700 当S=20km时，△s:s=1:304400 所以，在进行距离测量时可用水平面代替水准面。 第一章 绪论

35. 二、地球曲率对水平角度 的影响 例：当P=10平方公里时，=0.05  当P=100平方公里时，=0.51  当P=400平方公里时，=2.03  当P=2500平方公里时，=12.71  所以，地球曲率对水平角度的影响很小， 可不予考虑。 第一章 绪论

36. 三、地球曲率对高差的影响 例：当S=10km时，△h=7.8m 当S=100m时，△h=0.78mm 所以，测量高差时必须考 虑地球曲率的影响。 第一章 绪论

37. 结论： 进行距离测量和角度测量时可用水平面代替水准面，而在进行高差测量时必须考虑地球曲率的影响。 第一章 绪论

38. 1－7 测量工作的基本概念 一、测定地面点空间位置的基本原理 （一）   地面点的平面坐标的测定 测定地面点位置的基本原理是：由逐点测得方位角和水平距离，逐点递推算出坐标。 （二）   地面点高程的测定 测定地面点高程的基本原理是：由高程原点开始逐点测得高差，逐点递推算出高程。

39. 二、测定地面点空间位置的三个基本观测要素 • 水平角、水平距离和高差（高程）是确定地面点空间位置的三个基本观测要素。 • 三、测量工作的基本原则 • 由整体到局部，由高级到低级，先控制和碎部 • 四、五、测量工作的基本程序 • 先控制后碎部

41. 第二节 测量学的发展及应用 一、发展 测量学的发展归根于测量仪器的发展，总的来说是由手工作业向自动化、数字化方向发展 量距：棍子、尺子电磁波测距仪 测角：光学经纬仪电子经纬仪 高程：水准仪电子水准仪 测坐标：传统的方法 全站仪、GPS 水准仪：光学自动安平测量机器人 第一章 绪论

42. 第一章 绪论 第二节 测量学的发展及应用 二、应用 　地壳 地表 广泛应用于地质科学 地质科学离不开测量 1。经典地质 普查阶段 地形图（计划、路线、测设） 勘探阶段 放样（钻孔、探槽） 2。现代地质 整体→局部 静态→动态 定性→定量 板块运动 甚长基线干涉测量 GPS 4cm/年

43. 二、应用 • 地理信息系统 (GIS) • 是借助于计算机软、 硬件对现实世界目标的空间信息和属性信息按地理分布进行存储、管理, 进而进行各种查询、检索、统计分析和应用分析的计算机系统。 •  地理信息系统按其管理的空间范围可划分为: 全球/国家/省/市/县几个等级; 也可按其应用领域或专业划分为: 城市规划/土地管理/给排水/通讯设施管理/煤气/交通等诸多专业的地理信息系统。 •    一个实用的地理信息系统包括三部分, 一是计算机硬件(包括外设), 二是GIS软件, 三是数据。而一个地理信息系统的真正使用价值有多大, 根本上取决于后二者, 尤其是数据。GIS软件包括二部分,一是基础软件(又称GIS平台), 二是应用软件, 即用以满足用户的特定领域和特定需求, 采用合理的技术方案, 为用户配置计算机硬件和基础GIS软件, 提出系统所需数据规范, 实施数据采集, 开发用户操作简单而又能满足用户特定需求的GIS应用模式。 为用户建立一套完整而实用的地理信息系统的过程叫GIS系统集成。

44. 二、应用 • 空间数据： • 一、国家基础地理信息系统数据库： •     数据库    比例尺或等级   • 二、国家基础地理信息系统数据库简介： • 地形数据库 • 地形数据库是空间型的GIS数据库。它是将国家基本比例尺地形图上各类要素包括水系、境界、交通、居民地、地形、植被等按照一定的规则分层、按照标准分类编码，对各要素的空间位置、属性信息及相互间空间关系等数据进行采集、编辑、处理建成的数据库。根据国家基础地理信息系统总体设计，国家级地形数据库的比例尺分为1:100万、1:25万和1:5万三级。省级地形数据库的比例尺分为1:25万、1:5万和1:1万三级。 • 1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万

45. 二、应用 • 地名数据库 • 地名数据库是空间定位型的关系数据库。它是将国家基本比例尺地形图上各类地名注记包括居民地、河流、湖泊、山脉、山峰、海洋、岛屿、沙漠、盆地、自然保护区等的名称，连同其汉语拼音及属性特征如类别、政区代码、归属、网格号、交通代码、高程、图幅号、图名、图版年度、更新日期、X坐标、Y坐标、经度、纬度等录入计算机建成的数据库。它与地形数据库之间通过技术接口码连接，可以相互访问。也可以作为单独的关系型数据库运行。 • 1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万

46. 二、应用 • 数字栅格地图数据库 • 数字栅格地图数据库是空间型数据库。它是将已经出版的地形图进行扫描，经过几何校正、色彩校正和编辑处理，建成的栅格数据库。 • 1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万 • 数字正射影象数据库 • 正射影象数据库是空间型数据库。它是将航空影像扫描数据或航天遥感数据，经过辐射校正、几何校正，并利用数字高程模型进行投影差改正，有时附之以主要居民地、地名、境界等矢量数据，建成的数据库。影像可以是全色、假彩色或真彩色。其比例尺系列与地形数据库相一致。 • 1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万

47. 二、应用 • 数字高程模型（DEM） • 数字高程模型是空间型数据库。它是按照一定的格网间隔采集地面高程而建立的规则格网高程数据库，简称DEM。它可以利用已采集的矢量地貌要素（等高线、高程点）和部分水系要素作为原始数据，进行数学内插获得。也可以利用数字摄影测量方法，直接从航空摄影影像采集。其中，陆地和岛屿上格网的值代表地面高程，海洋区域内的格网的值代表水深。 • 1:100万、1:25万、1:5万、1:1万

48. 二、应用 • 重力数据库 • 重力数据库是空间定位型关系数据库。它是将重力场测量数据连同相关数据经过编辑处理，建成的数据库，由重力子库、高程子库、平均高程子库、平均空间重力异常子库和地形改正子库等构成。 • 大地数据库 • 大地数据库是空间定位型关系数据库。它是将各种类型、各种等级的平面、高程等大地测量控制数据，包括各类控制点（三角点、水准点、天文点、GPS点等）的点号、点名、坐标、高程等，经过编辑处理，建成的数据库。

49. 真北 +X 磁北 △ γ G A 第二章 方向与角度测量 § 2.1方向测量 一.地面点标志 （一）临时性标志 （二）永久性标志 二.表示直线方向的方法 （一）标准分向 1. 真北方向—真子午线方向,地理上一点指向 地理北极的方向。 2. 磁北方向—地球上一点指向地修辞北极的 方向，磁北针静止时的方向。 3. 坐标北北向—平面直角坐标系纵轴的北向。 4. 三方向的关系：通常三北方向不重合， 它们之间有夹角如下图所示：

50. （二）.方位角 1. 定义：自标准方向起，顺时针转向某直线 的水平夹角，称为该直线的方位角，变化范围：0~360º。 （1）真方位角：以真北方向为标准方向所度量的方位角； A （2）磁方位角：以磁北方向为标准方向所度量的方位角； Am （3）坐标方位角：以坐标纵轴北向为标准方向所度量的方位角； α 例：已知某地Δ = -3º,ν = +2º,且某直线的坐标方位角为α=120º30΄，求A、Am 。 2. 正反方位角 互差180º 3. 方位角推算 αBC = αAB+ β左– 180º αBC = αAB+ β右– 180º （三）.罗盘测磁方位角：略