1.1 道路交通工程道路交通工程测测量的任量的任务务与作用与作用 1.2 地球的形状与大小地球的形状与大小 1.3 测量坐标系测量坐标系 1.4 水平面代替水准面的限度水平面代替水准面的限度 1.5 测量工作的原则与程序测量工作的原则与程序第一章第一章 绪论绪论一、测量学的概念一、测量学的概念 测量学是研究如何测定地表上点的位置，如何将测量学是研究如何测定地表上点的位置，如何将地球表面的形状及其信息测绘成图，如何确定地球的地球表面的形状及其信息测绘成图，如何确定地球的形状与大小，并将设计图纸上的工程构造物在实地上形状与大小，并将设计图纸上的工程构造物在实地上标定出来。标定出来。测量工作的基本任务测量工作的基本任务： （1）、测定）、测定 （2）、测设（施工放样）、测设（施工放样）二、测量学科分类二、测量学科分类大地测量学：大地测量学： 研究和确定地球形状、大小、整体与局部运动研究和确定地球形状、大小、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的科学。术的科学。摄影测量与遥感学：摄影测量与遥感学： 研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取语义和非语义信息，并用图形、图像和数从中提取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学科。字形式表达的学科。地图制图学与地理信息工程：地图制图学与地理信息工程： 研究利用地图图形科学地、概括抽象地反映自研究利用地图图形科学地、概括抽象地反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、相互关系及然界和人类社会各种现象的空间分布、相互关系及其动态变化，并对空间信息进行获取、智能抽象、其动态变化，并对空间信息进行获取、智能抽象、存储、管理、分析、处理、可视化及其应用的科学。存储、管理、分析、处理、可视化及其应用的科学。海洋测量学：海洋测量学： 它以海洋水体和海底为测绘对象，研究测量及它以海洋水体和海底为测绘对象，研究测量及海图编制的理论和方法的科学，主要包括海道测量、海图编制的理论和方法的科学，主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量以及海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量以及航海图、各类海洋图等的编制。航海图、各类海洋图等的编制。工程测量学：工程测量学： 研究工程建设与自然资源开发中在规研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、施工与管理各个阶段进划、勘测设计、施工与管理各个阶段进行的控制测量、地形测绘、施工放样和行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和科学技术。变形监测的理论和科学技术。 工程测量学是测绘科学技术在国民经工程测量学是测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应用。济和国防建设中的直接应用。三、道路工程测量的任务和作用三、道路工程测量的任务和作用 运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。 工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计 控制，测绘地形图控制，测绘地形图 施工建设 施工放样，竣工测量施工放样，竣工测量 运营管理 安全监测，变形观测安全监测，变形观测 返回1-2 地球的形状与大小一一. 地球的形状和大小地球的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体，地球自然形体：是一个不规则的几何体， 陆地面积约占陆地面积约占21%， 海洋面积约占地球表面的海洋面积约占地球表面的71%。 高山陆地 丘陵 海洋大地体：大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小大地水准面所包围的代表地球形状和大小 的形体。的形体。大地水准面：大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向设想处于完全静止的平均海水面向 陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。 由于大地水准面是一个不规则的曲由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。大小。 该几何体必须满足两个条件：该几何体必须满足两个条件： 形状接近地球自然形体形状接近地球自然形体； 可以用简单的数学公式表示可以用简单的数学公式表示。2参考椭球体及参考椭球面参考椭球体及参考椭球面参考椭球体参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示一个非常接近大地体，并可用数学式表示几何形体，作为地球的参考形状和大小。几何形体，作为地球的参考形状和大小。 它它是是一一个个椭椭圆圆绕绕其其短短轴轴旋旋转转而而形形成成的的形形体体，故故又又称称旋转椭球体。旋转椭球体。参考椭球面参考椭球面参考椭球面参考椭球面 参考椭球体外表面，参考椭球体外表面， 是球面坐标系的基准面。是球面坐标系的基准面。 旋旋转转椭椭球球体体由由长长半半轴轴a（或或短短半半轴轴b）和和扁扁率率决定。决定。 我国目前采用的我国目前采用的参考参考 椭球体椭球体的的参数参数为：为： 长半轴长半轴 a= 6378140m 短半轴短半轴 b= 6356755.288m 扁扁 率率 = = 测量精度要求不高时，可把地球看作测量精度要求不高时，可把地球看作圆球圆球，其平均半径其平均半径 R =6371km 3、测量工作的基准线和基准面、测量工作的基准线和基准面 测量工作的基准线测量工作的基准线铅垂线铅垂线 。 测量工作的基准面测量工作的基准面大地水准面大地水准面。 测量内业计算的基准线测量内业计算的基准线法线法线。 测量内业计算的基准面测量内业计算的基准面参考椭球面参考椭球面。O OG G 大地水 准面铅垂线二、确定地面点位的方法二、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的平面上的位置（位置（X，Y）及点到及点到大地水准面的大地水准面的铅垂距离（铅垂距离（H）来来确定。确定。如地面点：如地面点：A （X，Y，H）CYABabcX 1、地面点的高程、地面点的高程 地面点的高程地面点的高程： 地面点沿铅垂方向到地面点沿铅垂方向到 大地水准面的距离。大地水准面的距离。 注：地面点在大地水注：地面点在大地水 准面以上，准面以上，H为正为正； 地面点在大地水准地面点在大地水准 面以下，面以下，H为负为负。 如图：如图：HA= 166.780m HB= - 136.680mA 大地水准面HABHB绝对高程绝对高程（海拔）：某点沿铅垂线方向到大地水准（海拔）：某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离。如：面的距离。如：HA、HC。相对高程：相对高程：某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：如：HA、HC 。高差：高差：地面上两点高程之差。地面上两点高程之差。 如如：hAC = HC HA hAC = HC HA当当hAC为正为正时，时， C点高于点高于A点；点；当当hAC为负时，为负时， C点低于点低于A点；点；我国的高程系统：我国的高程系统：水准原点水准原点 全国高程的起算点。全国高程的起算点。1985年国家高程基准年国家高程基准72.260m1956年黄海高程系年黄海高程系 72.289m目前我国统一采用目前我国统一采用1985年国家高程基准年国家高程基准 。水准原点H0验潮站大地水准面三、地面点在投影面上的坐标三、地面点在投影面上的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或标或 空间直角坐标表示。空间直角坐标表示。（一）地理坐标（一）地理坐标 以以参考椭球面参考椭球面为基准面，以椭球面为基准面，以椭球面法线法线为为 基准线建立的坐标系。基准线建立的坐标系。 地球表面任意一点的地球表面任意一点的经度经度和和纬度纬度，称为该，称为该 点的点的地理坐标，地理坐标，可表示为可表示为 A(L,B) 。 如：北京如：北京 东经东经11628北纬北纬3954S纬线NO地地 轴：轴：地球的自转轴地球的自转轴(NS)，N为北极，为北极，S为南极。为南极。子午面：子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。过地球某点与地轴所组成的平面。子午线：子午线：子午面与地球面的交线，子午面与地球面的交线， 又叫经线。又叫经线。起始子午面：起始子午面：通过英国格林尼治天文台通过英国格林尼治天文台 的子午面的子午面NGS 。纬纬 线：线：垂直于地轴的平面与地垂直于地轴的平面与地 球面的交线。球面的交线。赤道平面：赤道平面：垂直于地轴并通过垂直于地轴并通过 地球中心的平面地球中心的平面WME。赤赤 道：道：赤道平面与地球面赤道平面与地球面 的交线。的交线。WE赤道赤道赤道平面赤道平面起始子午面起始子午线G大地经度：大地经度：过过P点的子午面点的子午面NPS与首子午面与首子午面NMS所构所构 成的二面角叫做成的二面角叫做P点的大地经度，用点的大地经度，用L表示。表示。大地纬度大地纬度：过过P点的法线点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做与赤道面的夹角叫做P点点 的大地纬度，用的大地纬度，用B表示表示。赤道赤道平面平面OPM大地经度L大地纬度BnLB起始子午面起始子午面（首子午面）（首子午面） SNL取值范围：取值范围：东经东经0180西西经经0180B取值范围：取值范围：南纬南纬090北纬北纬090我国大地原点我国大地原点位于位于陕省泾阳县永乐镇，陕省泾阳县永乐镇，距西安距西安36公里，公里，1977年动工，年动工，1978年建成年建成 。我国统一采用的坐我国统一采用的坐标系为标系为“1980年国家年国家坐标系坐标系”。大地原点：全国统一坐标的起算点。大地原点：全国统一坐标的起算点。（二）平面直角坐标（二）平面直角坐标 由于由于地理坐标地理坐标是球面坐标，在工程建设规是球面坐标，在工程建设规 划、设计划、设计 、施工中，测量和计算、施工中，测量和计算十分不便十分不便。投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。平面上。 即即 X= F 1（L，B） Y= F 2（L，B）我国采用我国采用高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标，小地区范围内，小地区范围内 也可采用也可采用独立平面直角坐标独立平面直角坐标。 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系1、高斯投影的概念、高斯投影的概念 高斯投影是一种高斯投影是一种等角投影等角投影。它是由德国数。它是由德国数学家高斯学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国提出，后经德国大地测量学家克吕格大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加加以补充完善，故又称以补充完善，故又称“高斯高斯克吕格投影克吕格投影”，简称简称“高斯投影高斯投影”。 测量中大量的角度观测元素，在投影前后保测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样持不变，这样免除了大量投影计算免除了大量投影计算工作；工作；保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，原形保持相似，给识图用图带来很大方便给识图用图带来很大方便。投影能方便的按分带进行，并能用简单的、投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。统一的计算公式把各带连成整体。测量对地图投影的要求：测量对地图投影的要求：NSc中中中中央央央央子子子子午午午午线线线线赤道赤道高斯投影平面高斯投影平面赤道赤道中中央央子子午午线线2 2、高斯投影的原理、高斯投影的原理 高斯投影高斯投影采用分带投影。将椭球面采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。按一定经差分带，分别进行投影。高斯投影必须满足：高斯投影必须满足：1高斯投影为正形投影，高斯投影为正形投影， 即等角投影；即等角投影； 2中央子午线投影后为直中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；线，且为投影的对称轴；3中央子午线投影后长度中央子午线投影后长度 不变。不变。高斯投影平面高斯投影平面赤道赤道中中央央子子午午线线3、高斯投影的特性、高斯投影的特性（1）中央子午线中央子午线投影后为直投影后为直线，且长度不变。线，且长度不变。（2） 除中央子午线外，除中央子午线外，其其余子午线余子午线的投影均为凹向的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线的曲线，并以中央子午线为中央子午线为对称轴对称轴。投。投影后有长度变形。影后有长度变形。（3） 赤道线赤道线投影后为直线，投影后为直线，但有长度变形。但有长度变形。赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y（4） 除赤道外的其余纬线，除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。并以赤道为对称轴。（5）经线与纬线投影后仍）经线与纬线投影后仍然保持正交。然保持正交。 （6） 所有长度变形的线段，所有长度变形的线段，其长度变形比均大于其长度变形比均大于l。（7）离中央子午线愈远，离中央子午线愈远，长度变形愈大。长度变形愈大。赤道赤道中央子午线中央子午线平行圈平行圈子午线子午线O Ox xy y4、投影带的划分、投影带的划分 我国规定按经差我国规定按经差6和和3进行投影分带。进行投影分带。 6带带自自首子午线首子午线开始，开始，按按6的经差自西向东分成的经差自西向东分成60个带个带。 3带带自自1.5 开始，按开始，按3的经差自西向东分成的经差自西向东分成120个带个带。高斯投影带划分高斯投影带划分 6带与带与3带中央子午线之间的关系如图带中央子午线之间的关系如图: 3带的中央子午线与带的中央子午线与6带中央子午线及分带带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。子午线重合，减少了换带计算。 工程测量采用工程测量采用3 带，特殊工程可采用带，特殊工程可采用1.5 带带或任意带。或任意带。 按照按照6带带划分的规定，第划分的规定，第1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是： L。=6N3 （N为为6带的带号）带的带号） 例：例：20带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L。6 203117 按照按照3带带划分的规定，第划分的规定，第1带中央子午线的经带中央子午线的经度为度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系，其余各带中央子午线经度与带号的关系是：是： L。=3n （n为为3带的带号）带的带号） 例：例：120带中央子午线的经度为带中央子午线的经度为 L。3 120360 若已知某点的经度为若已知某点的经度为L，则该点的，则该点的6带带带号带号N由下式计算：由下式计算： N （取整）（取整）+1 若已知某点的经度为若已知某点的经度为L，则该点所在，则该点所在3带的带号按下式计算：带的带号按下式计算： n （四舍五入）（四舍五入）5 5、高斯平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系坐标系的建立：坐标系的建立：x轴轴 中央子午线的投影中央子午线的投影y轴轴 赤道的投影赤道的投影原点原点O 两轴的交点两轴的交点OxyP（X，Y）高斯自高斯自然坐标然坐标注：注：X X轴向轴向北北为为正正， y y轴向轴向东东为为正正。赤道赤道中央子午线中央子午线 由于我国的位于北由于我国的位于北半球，东西横跨半球，东西横跨12个个6带带(1323带带)，22个个3带（带（2545带）。带）。各各带又独自构成直角坐带又独自构成直角坐标系。标系。 故：故：X值均为正值均为正， 而而Y值则有正有负。值则有正有负。世界地图世界地图赤赤 道道xyo500km =500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m国家统一坐标：国家统一坐标：（带号）（带号）（带号）（带号）例：例：有一国家控制点的坐标有一国家控制点的坐标:x=3102467.280m ,y=19367622380m，（1）该点位于）该点位于6 带的第几带？带的第几带？（2）该带中央子午线经度是多少？）该带中央子午线经度是多少？（3）该点在中央子午线的哪一侧？）该点在中央子午线的哪一侧？ （4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？（第（第19带）带） （L。=619-19-3=111）（先去掉带号，原来横坐标（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧），在西侧）（距中央子午线（距中央子午线132377.620m，距赤道，距赤道3102467.280m）不同点：不同点：1、 x，y轴互异。轴互异。2、 坐标象限不同。坐标象限不同。3、表示直线方向的方位角、表示直线方向的方位角 定义不同。定义不同。相同点：相同点： 数学计算公式相同。数学计算公式相同。 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 ：高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系笛卡尔坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxppx=Dcosy=y=DsinDsinx=Dcosy=y=DsinDsinDD 独立平面直角坐标独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面，当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立并在平面上建立独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系； 地面点的位置可用地面点的位置可用平面直角坐标平面直角坐标确定；确定； 坐标系原点一般坐标系原点一般 选在测区选在测区西南角西南角 （测区内（测区内X、Y均为正值）；均为正值）； 原点坐标值可以原点坐标值可以假定假定，也可，也可 以采用以采用高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标； 规定：规定：X 轴向北为正，轴向北为正， Y轴向东为正。轴向东为正。OXY 测区北1-4 用水平面代替水准面的限度一、对距离的影响水准面上弧长为S，其所对圆心角为，地球的半径为R。水平面上直线长为t，其差值为S。相对差值：式中取R=6371km，则 结论： 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。 S/km S/mm S/S 5 1 1/4870000 10 8 1/1220000 20 66 1/304000 50 1027 1/48700二、对高程的影响 用水平面代替大地水准面，对高程的影响：h S/km 0.05 0.10 0.20 1 10 h/mm 0.2 0.8 3.1 78.5 785结论: 地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。1-5 测量工作的程序与原则测量工作的程序与原则一、技术过程一、技术过程 地面点定位，亦即以某种技术过程确定地面点地面点定位，亦即以某种技术过程确定地面点的位置。的位置。 1.测绘测绘：以测量技术手段测定地面点位置并用：以测量技术手段测定地面点位置并用图像或图形和数据等形式表示出来，这种技术过图像或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为测绘。程称为测绘。 2. 测设测设：利用：利用测量技术手段测量技术手段把设计上拟定的把设计上拟定的地面点地面点测定测定到实地上，这种技术过程称为到实地上，这种技术过程称为测设测设，或称为工程放样，简称放样或称为工程放样，简称放样二、地面点定位元素二、地面点定位元素 角度测量角度测量、距离测量距离测量、高差测量高差测量是地面点定位是地面点定位的测量基本技术工作。的测量基本技术工作。 测量得到的测量得到的角度角度()、距离、距离(D)、高差、高差(h)是地是地面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元素具有独立性素具有独立性(即某一元素与其他同类元素之间不存即某一元素与其他同类元素之间不存在函数关系在函数关系)和直接可量性和直接可量性(即可利用测量仪器直接即可利用测量仪器直接测量其大小测量其大小)，故称之为直接观测量，或称为，故称之为直接观测量，或称为直接定直接定位元素位元素。 地面点的定位参数地面点的定位参数x、y、H不能直接测量得到，不能直接测量得到，但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到，故又称地面点的定位参数则推算得到，故又称地面点的定位参数x、y、H为间为间接观测量，或称为接观测量，或称为间接定位元素间接定位元素。 二、测量工作的基本原则二、测量工作的基本原则1、等级原则、等级原则 2、从整体到局部；、从整体到局部；3、先控制后碎部、先控制后碎部 ；4、复测复算、步步检核、复测复算、步步检核。 优点：优点： 减少误差积累；减少误差积累； 避免错误发生；避免错误发生； 提高工作效率。提高工作效率。返回