第一部分测绘技术应用基础知识2011年10月内 容l第一章 概 述l第二章 测量学的基础知识l第三章 距离测量与直线定向l第四章 水准测量l第五章 角度测量l第六章全站仪使用l第七章全球定位系统（GPS）使用第一章 概 述内容l第一节 测绘的基本概念l第二节 测绘工作在社会主义建设中的作用第一节 测绘的基本概念l一、测绘学与测量学l测量学：研究对地球表面局部地区进行测绘工作的基 础理论、工作方法、技术和应用的学科。其内容包括 图根控制网的建立、地形图测绘及一般工程的测设。 也有人称地形测量学为测量学。但这种测量学只是为 测量地球局部的形状和绘制地形图服务，不包括其他 内容。l地图制图学（地图学）：研究地图的编制和应用的学 科。它研究用地图图形信息反映自然界和人类社会各 种现象的空间分布、相互联系及其动态变化。 l 测量学与制图学统称为测绘学。测绘学研究的对象 是地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物体和 人造物体的有关信息。它研究的内容是对这些与地理 空间有关的信息进行采集、处理、管理、更新和利用 。它既要研究测定地面点的几何位置、地球形状、地 球重力场，以及地球表面自然形态和人工设施的几何 形态；又要结合社会和自然信息的地理分布，研究绘 制全球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的 理论和技术。前者和后者构成测绘学。由此可见，测 量学是测绘学科的重要组成部分。l二、测绘学研究的对象传统的测量学研究的对象是地球及其表面 ，但随着现代科学技术的发展，它已扩展到地 球的外层空间，并且已由静态对象发展到观测 和研究动态对象；同时，所获得的量既有宏量 ，也有微量。使用的手段和设备，也已转向自 动化、遥测、遥控和数字化。l三、测绘学的分科伴随着社会的进步，科学技术的发展，各 方面对测量的要求不断变化和提高，测量学的 分科也越来越细，诸如以下学科：l大地测量学l测绘航空摄影l摄影测量与遥感l工程测量l地籍测绘l房产测绘l行政区域界线测绘l地理信息系统工程l海洋测绘l地图编制l导航电子地图制作l互联网地图服务。第二节 测绘工作在社会主义建设中的作用我国幅员广大，辽阔的土地需要我们去 描绘和规划；丰富的地下矿藏，天然的水 下资源要靠我们去勘察、开发和利用，在 建设和保卫祖国的伟大事业中，测绘工作 的作用和意义是十分巨大的。l在地质矿产勘查中，测绘工作是一项重要的先行性、 基础性并具有精确性特点的工作。l在农业和林业中，正确地进行土地整理以及森林的建 设与经营，改良土壤、整理土地、开垦荒地以及实现 许多旨在发展农业和林业的其他措施时，不仅需要利 用地图和地形图，更需要进行精确的测量工作。l在交通运输业中，当修建铁路、公路、通航运河及它 们的附属建筑工程时，初步方案，要根据地形图来制 定；在勘察、设计和施工的各个阶段，都要进行测量 工作。l在水利建设工程中，首先要根据详细的地形图作出初 步方案研究，然后进行勘察设计、施工。测量工作应 在勘察过程中为工程设计提供原始资料；在施工过程 中，应保证正确地将设计转移到实地上。即使工程已 经建成并交付使用后，仍然要进行精确的测量工作， 以观察和发现工程建筑物所产生的变形、下沉和偏移 ，并提出准确的资料。l在城市建设中，科学的规划和整理居民地，城市的扩 充与改建计划，建设城市交通路线，敷设地下管线、 兴建地下铁道等，都必须有地形图和地图，并进行专 门的测量工作。l在工程建设方面，工程的勘测、规划、设计、施工、 竣工及运营后的监测、维护都需要测量工作。l在科学实验方面，如地震预测预报、灾情监测、空间 技术研究、海底资源探测、大坝变形监测、加速器和 核电站运营的监测等等，以及其他科学研究，无一不 需要测绘工作紧密配合和提供空间信息。l此外，对建立各种地理信息系统（GIS ） 、数字城市 、数字中国，都需要现代测绘科学提供基础数据信息 。l综上所述可知，测绘工作在经济和国防建设方面有着 多么重大的意义和作用。随着l国家各方面建设工作的规模日益巨大、复杂的形势下 ，测绘工作在国家建设事业中所承l担的任务也就愈来愈大。人们把测量工作者称作社会 主义建设副业的“尖兵” ，这是对l测绘事业最崇高的评价。第二章 测量学的基础知识内容l第一节 测量常用的度量单位l第二节 地球形状和大小l第三节 测量上的基准线和基准面l第四节 地理坐标、高斯直角坐标及平面直角 坐标第一节 测量常用的度量单位l 测量学中常用的是长度、角度、面积等度量 单位。亦要用到重量、温度、气压、时间等度 量单位。下面分别介绍测量上常用的三种度量 单位。l一、长度单位l国际单位制中，常用的长度单位的名称和符号 如下：基本单位为米（ m） ，还有千米（ km ） ，分米（ dm） ，厘米（ cm） ，毫米（ mm ） ，微米 。其间关系为：l二、角度单位 我国采用的角度单位为 制的度（ ） 、分（ ） 、秒（ ） 。即将一圆周角作 360等分，每一 等分为1度。 l弧度：半径等长的弧所对的圆心角作为量角的 单位，叫做弧度圆周角的 360制与弧度制之间的换算关系式是l三、面积单位国际采用的面积主单位是平方米（ ）。 我国大面积单位可用平方公里（ k） 、公顷 （ h） 。农业上习惯用市亩、分、厘作面积单 位。第二节 地球形状和大小l沿垂线：重力的作用线又称为沿垂线l铅垂线是测量工作的基准线图1 铅垂线方向l水准面：处于自由静止状态的水面称为水准面。l大地体：在测量工作中，把一个假想的、与静止 的海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特 定重力等位面称为大地水准面。通常用平均海水 面代替静止的海水面。大地水准面所包围的形体 称为大地体。l大地水准面和铅垂线是测量外业所依据的基准面 和基准线。图 2 大地水准面l参考椭球面：世界各国通常均采用旋转椭 球代表地球的形状，并称其为“地球椭球” 。测量中把与大地体最接近的地球椭球称 为总地球椭球；把与某个区域如一个国家 大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球 ，其椭球面称为参考椭球面。由此可见， 参考椭球有许多个，而总地球椭球只有一 个。图 3 参考椭球体的定位l我国1980 年国家大地坐标系采用了 1975年国 际椭球，该椭球的基本元素是：第三节 测量上的基准线和基准面l一、基准线l任何地面点都受着地球上各种力的作用，其中 主要的有地球质心的吸引力和地球自转所产生 的离心力，这两个力的合力称为重力，如图 （4）所示。如果在地面点上悬一个垂球，其 静止时所指的方向就是重力方向，这时的垂球 线，称为铅垂线，如图 （4）所示。l基准线:在测量上，以通过地面上某一点的铅 垂线作为该点的基准线。所谓铅垂线就是地面 上一点的重力方向线。图4 重力的表示方法二、基准面l地球重力场中处处与重力方向垂直的面，叫做 水准面。如静止的水表面，见图（5） ，它的 每一个质点都受到重力的作用，因此，该表面 必然处处与重力方向垂直，这就是一个水准面 。l由于地球内部质量分布的不均匀，所以作为处 处与重力方向垂直的水准面，是一个有微小起 伏的复杂的曲面。水准面可以处于不同的高度 位置，可以有无穷个。l所谓大地水准面，如图 （5） ，就是设想将静 止的海水面延伸，穿过整个大陆和岛屿所形成 的一个闭合曲面。由大地水准面包围起来的椭 球体叫大地体。显然，大地水准面具有水准面 的特性，是一个表面处处与重力方向垂直的、 有微小起伏的、复杂的曲面。l在测量上，作为计算点位高度的基准面就是大 地水准面。图5 水准面的确定l在测量上，作为计算点位高度的基准面就是大地水准面l尽管地面上测得的结果是以大地水准面为基 准的，但由于大地水准面是一个不规则的、 复杂的曲面，它不可能通过一个数学式子精 确地表达出来，因此在测量的计算和制图工 作中，通常用一个非常接近大地水准面的规 则的几何表面，即旋转椭球面（又称参考椭 球面）来代替大地水准面作为计算和制图的 基准面。图 （5）为大地水准面与旋转椭球 面的差别示意图。l旋转椭球面是一个数学表面，如图6 ，它的大 小可由长半径a ，短半径b 和扁率e 来表示。 我国1980年以后采用1975年国际大地测量协会 （IGG）推荐的全球坐l标系的数值为：图6 旋转椭球面第四节 地理坐标、高斯直角坐标及平面直角坐标l测量上确定地面点平面位置的坐标系 统有地理坐标、高斯直角坐标及平面 直角坐标三种。一、地理坐标l世界各国统一将通过英国格林尼治天文台的子 午面作为经度起算面，称为首子午面。首子午 面与旋转椭球面的交线，称为首子午线。地面 上某一点M的经度，就是过该点的子午面与首 子午面的夹角，以表示。经度从首子午线起 向东180称东经；向西180称西经。点的纬度 ，就是该点的法线与赤道平面的交角，以表 示。纬度从赤道起，向北由0 90 称北纬； 向南由0 90 称南纬。图7 地理坐标二、高斯直角坐标l我国采用横切圆柱投影高斯克吕格投影的 方法来建立平面直角坐标系统，称为高斯克 吕格直角坐标系，简称为高斯直角坐标系。见 图 （8） 图8 高斯直角坐标系l高斯投影平面上的中央子午线投影为直线且长 度不变，其余的子午线均为凹向中央子午线的 曲线，其长度大于投影前的长度，离中央子午 线愈远长度变形愈长，为了将长度变化限制在 测图精度允许的范围内，通常采用三、六度分 带法，即从首子午线起每隔经度差3或6 为一 带。图 9 分带投影 l（1）高斯投影6度带：自0度子午线起每隔经差 自 西向东分带，依次编号1,2,3,。我国6度带中央 子午线的经度，由75度起每隔6度而至135度,共计 11带（1323带），带号用n表示，中央子午线的 经度用L表示，它们的关系是L=6n-3 ,如上图所示 。 l（2）高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6 度带中央子午线重合，一部分同6度带的分界子午 线重合，如用 n表示3度带的带号， 表示L带中央 子午线经度，它们的关系L=3n。我国3度带共计22 带（2445带）。 l测量上以每一带的中央子午线的投影为直角坐 标系的纵轴x ，向上（北）为正、向下（南） 为负；以赤道的投影为直角坐标系的横轴 y， 向东为正、向西为负，两轴的交点o为坐标原 点。由于我国领土全部位于赤道以北，因此， x值均为正值，而y值则有正有负，为了使计算 中避免y值出现负值，故规定每带的中央子午 线各自西移500km ，同时为了指示投影是哪 一带，还规定在横坐标值前面要加上带号。图10 平面直角坐标系的建立三、平面直角坐标系l平面直角坐标系（见图 ）的原点记为o ，规 定纵坐标轴为x轴，与南北方向一致，自原点o 起，指北者为正，指南者为负；横坐标轴为y 轴，与东西方向一致，自原点起，指东者为正 ，指西者为负。图11 平面直角坐标系第三章 距离测量与直线定向内容l第一节 钢尺量距l第二节 视距测量l第三节 电磁波测距l第四节 直线定向l距离测量是确定地面点的三项基本测量工作之 一，测量学中所测定的距离是指地面上两点之 间的水平距离。按照所使用的测量仪器和测量 方法的不同，距离测量可分为：钢尺量距、视 距测量和电磁波测距等方法。第一节 钢尺量距l钢尺量距的一般方法l钢尺量距的精密方法第二节 视距测量l注意事项l（1）观测时应抬高视线，使视线距地面在1m以上， 以减少垂直折光的影响。l（2）为减少水准尺倾斜误差的影响，在立尺时应将 水准尺竖直，尽量采用带有水准器的水准尺。l（3）水准尺一般应选择整尺，如用塔尺，应注意检 查各节的接头处是否正确。l（4）竖直角观测时，应注意将竖盘水准管气泡居中 或将竖盘自动补偿开关打开，在观测前，应对竖盘指 标差进行检验与校正，确保竖盘指标差满足要求。l（5）观测时应选择风力较小，成像较稳定的情况下 进行。第三节 电磁波测距l注意事项l（1）设置棱镜常数或观测记录竖直角、气压、气温 等项。l（2）在阳光下作业（或雨天作业） ，一定要打伞保 护，以防损坏。l