普通测量学沈阳农业大学水利学院沈阳农业大学水利学院沈阳农业大学水利学院沈阳农业大学水利学院测量教研室测量教研室测量教研室测量教研室第一章第一章 绪论绪论 测量的概念测量的概念 测量亦称测绘，是指对自然地理要素或者地表人工设施的形状、大小、空间位置及属性等进行测定、采集、表述以及对获取的数据、信息、成果进行处理和提供的活动。 基础测绘是指建立全国统一的测绘基准和测绘系统，进行基础航空摄影，获取基础地理信息的遥感资料，测制和更新国家基本比例地图、影像图和数字化产品，建立、更新基础地理信息系统。第一章第一章 绪论绪论 测量学的任务及在工程建设中的作用地面点位的确定地形图成图原理测量工作的原则和程序第一章第一章 绪论绪论 测量学的任务及在工程建设中的作用测量学的任务及在工程建设中的作用测量学的学科分类大地测量学地形测量学遥感摄影测量学工程测量学地图制图学与地理信息系统普通测量学的任务测绘测设用图第一章第一章 绪论绪论 地球的形状及大小地球的形状及大小 测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，但地球表面测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，但地球表面形状极其复杂，有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海洋。形状极其复杂，有高山、丘陵、平原、河流、湖泊和海洋。 世界第一高峰珠穆郎玛峰高。太平洋西部的马里亚纳海沟深世界第一高峰珠穆郎玛峰高。太平洋西部的马里亚纳海沟深11022m11022m。大地水准面大地水准面垂线法线重合垂线法线重合椭椭球面球面地球表面地球表面PPP P 海洋面积约占海洋面积约占 71%, 71%, 陆地陆地面积约占面积约占29%29%。 测量中把地球形状看作是测量中把地球形状看作是由静止的海水面向陆地延伸并由静止的海水面向陆地延伸并围绕整个地球所形成的某种形围绕整个地球所形成的某种形状。状。地面点位的确定地面点位的确定第一章第一章 绪论绪论 地球的形状及大小地球的形状及大小大地水准面大地水准面定义定义定义定义: :由海水延伸，并通过所有岛屿与大陆的封闭曲面称为水准面。由海水延伸，并通过所有岛屿与大陆的封闭曲面称为水准面。与静止状态的平均海水面相重合的水准面称为大地水准面。与静止状态的平均海水面相重合的水准面称为大地水准面。大地水准面的特征大地水准面的特征大地水准面的特征大地水准面的特征: :是一个封是一个封闭闭的曲面。的曲面。是一个略有起伏的不是一个略有起伏的不规则规则曲面，无法用数学公式精确表达。曲面，无法用数学公式精确表达。 大地水准面是大地水准面是测测量外量外业业所依据的基淮面。所依据的基淮面。地面点位的确定第一章第一章 绪论绪论 地球的形状及大小地球的形状及大小参考椭球体参考椭球体 由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描由于大地水准面是不规则曲面，无法准确描述和计算。也难以在其面上处理测量成果。因述和计算。也难以在其面上处理测量成果。因此，用一非常接近大地水准面的数学面此，用一非常接近大地水准面的数学面-旋转旋转椭球面代替大地水准面，用旋转椭球体描述地椭球面代替大地水准面，用旋转椭球体描述地球，称球，称参考椭球体参考椭球体参考椭球体参考椭球体。地面点位的确定P PP P 在几何大地测量中，椭球的形状和大小通常用长半轴a 、短半轴b和 扁率 f来表示。 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： 。 由于参考椭球体的扁率很小，当测区面积不大时，在普通测量中可把地球近似地看作圆球体，其半径为：R=6371km。 第一章第一章 绪论绪论 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法 地面点的空间位置需要由三个量来确定，在测量工作中采用坐标和高地面点的空间位置需要由三个量来确定，在测量工作中采用坐标和高程来表示程来表示Q Q。在大区域内，采用球面坐标表示；在小区域内，采用平面。在大区域内，采用球面坐标表示；在小区域内，采用平面直角坐标来表示点的平面位置。直角坐标来表示点的平面位置。地理坐标地理坐标 地理坐标地理坐标 用经度和纬度来表示地面点的球面坐标。经度用经度和纬度来表示地面点的球面坐标。经度通通过该过该点的点的子午面与通子午面与通过过英国格林尼治天文台的首子午面所英国格林尼治天文台的首子午面所夹夹的二角的二角。纬度。纬度 通通过过该该点的点的铅铅垂垂线线与赤道面之与赤道面之间间的的夹夹角角。地面点位的确定 自首子线开始,向东从0180,称为东经；向西从0180,称为西经。 自赤道起,向北自090,称为北纬；向南自090,称为南纬。 SN首首子午线子午线WEOP平行圈平行圈赤道赤道第一章第一章 绪论绪论 中华人民共和国大地原点中华人民共和国大地原点“大地原点”亦称“大地基准点”，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点。建国初期，我国使用的大地测量坐标系统是从前苏联测过来的，其坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台，这种状况与我国的建设和发展极不相称。为此，国家有关方面决定建立我国独立的大地坐标系统。从年开始组织人力，搜集分析了大量资料，并根据“原点”的要求，对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、大地构造、天文、重力和大地测量等因素实地考察、综合分析，最后将我国的大地原点，确定在泾阳县永乐镇石际寺村境内。 大地原点的整个设施由中心标志、仪器台、主体建筑、投影台等四大部分组成。高出地面米多的立体建筑共七层，顶层为观察室，内设仪器台；建筑的顶部是玻璃钢制成的整体半圆形屋顶，可用电控翻开以便观测天体；中心标志埋设于主体建筑的地下室中央。建成后不久，大地原点还增设并施测了国家基本重力点和天文基本点。 第一章第一章 绪论绪论 中国水准原点中国水准原点中国水准原点中国水准原点 n n 我国的高程是以黄海海平面为基准面，取自位于青岛大港一号码我国的高程是以黄海海平面为基准面，取自位于青岛大港一号码头西端的验潮站，地理位置为东经头西端的验潮站，地理位置为东经12018401201840，北纬，北纬360515360515。室内有一直径室内有一直径1 1米，深米，深1010米的验潮井，有三个直径分别为米的验潮井，有三个直径分别为6060厘米的进厘米的进水管与大海相通。所用仪器初为德国制造的浮筒式潮汐自记仪，观测水管与大海相通。所用仪器初为德国制造的浮筒式潮汐自记仪，观测记录始于记录始于19001900年。抗日战争期间遭到破坏。年。抗日战争期间遭到破坏。19471947年更新验潮仪恢复年更新验潮仪恢复验潮工作。建国后重新整修建筑更新设备，现用仪器为验潮工作。建国后重新整修建筑更新设备，现用仪器为HCJ1HCJ1型（又称型（又称瓦尔代）水位计，美国进口瓦尔代）水位计，美国进口SUTRON9000SUTRON9000自动水位计以及国家海洋自动水位计以及国家海洋局技术研究所生产的局技术研究所生产的SCA61SCA61型声学水位计。每天观测三次，时间分型声学水位计。每天观测三次，时间分别为：别为：0707：45450808：0000，1313：45451414：0000，1919：45452020：0000，长年获取的潮位资料，经严格的测量计算，得到青岛验潮站海平面为长年获取的潮位资料，经严格的测量计算，得到青岛验潮站海平面为米，把它作为国家高程基准。米，把它作为国家高程基准。n n 从这里起算，测得位于青岛观象山这幢神秘小石屋里旱井底部水从这里起算，测得位于青岛观象山这幢神秘小石屋里旱井底部水袋玛瑙的高程为米。地理坐标为东经袋玛瑙的高程为米。地理坐标为东经12018081201808，北纬，北纬360410360410，国家测绘局将它确定为，国家测绘局将它确定为“ “中华人民共和国水准原点中华人民共和国水准原点” ”。全国的海拔。全国的海拔高度都是以这一原点为坐标测量计算出来的。中国，乃至亚洲一些国高度都是以这一原点为坐标测量计算出来的。中国，乃至亚洲一些国家的海拔高度都以此为准。家的海拔高度都以此为准。 第一章第一章 绪论绪论 中国水准原点建成后，由此构成原点网。用精密水准测量测定水准原点相对于中国水准原点建成后，由此构成原点网。用精密水准测量测定水准原点相对于黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。黄海平均海面的高差，即水准原点的高程，定为全国高程控制网的起算高程。-国家第二期一等水准网高程起算点为水准原点。高程系统为国家第二期一等水准网高程起算点为水准原点。高程系统为“1985“1985国家高程系国家高程系统统” ”，共有，共有292292条线路、条线路、1993119931个水准点，总长度为个水准点，总长度为9334193341公里，形成了覆盖全公里，形成了覆盖全国的高程基础控制网。国的高程基础控制网。中华人民共和国水准原点。原点位于方形小石屋内，是中国海拔的起点中华人民共和国水准原点。原点位于方形小石屋内，是中国海拔的起点第一章第一章 绪论绪论 地面点位置的表示方法地面点位置的表示方法平面直角坐标平面直角坐标 测区范围较小时测区范围较小时, ,可以忽略地球曲率的影响可以忽略地球曲率的影响, ,以水平面代替水准面以水平面代替水准面, ,建立平面直角坐标系建立平面直角坐标系( (如图如图l l一一3)3)。平面直角坐标系。平面直角坐标系, ,纵轴为纵轴为OXOX轴轴, ,与实地的南北方向一致；横轴为与实地的南北方向一致；横轴为OYOY轴轴, ,与实地的东与实地的东西方向一致。地面上任意一点西方向一致。地面上任意一点A A的平面位置的平面位置, ,可以用可以用(xA ,yA)(xA ,yA)来表示。来表示。地面点位的确定高斯克吕格坐标 当测区范围较大时，我国采用高斯分带投影的方法，建立高斯平面直角坐标系。用高斯平面直角坐标来表示点的平面位置（在后面讲解）。 地面点的高程 高程 地面点到大地水准面的铅垂距离。假定高程 地面点到假定水准面的铅垂距离。高差 两点间的高程之差。第一章第一章 绪论绪论 概念概念地形图地形图地形图地形图 将地球表面错综复杂的地物和地貌沿铅垂线方向投影到大地水准面将地球表面错综复杂的地物和地貌沿铅垂线方向投影到大地水准面或水平面上或水平面上, ,按一定的比例缩小按一定的比例缩小, ,采用综合的方法并利用规定的线条和符采用综合的方法并利用规定的线条和符号绘制成图号绘制成图, ,这种图称为地形图。这种图称为地形图。地物地物地物地物 把地面上天然或人造的物体称为地物把地面上天然或人造的物体称为地物, ,如房屋、道路、森林、河流等。如房屋、道路、森林、河流等。地物的形状取决于其外轮廓线地物的形状取决于其外轮廓线, ,一般为直线或曲线。一般为直线或曲线。地貌地貌地貌地貌 把地面高低起伏状态称为地貌把地面高低起伏状态称为地貌, ,如高山、丘陵、平原、深谷等。如高山、丘陵、平原、深谷等。地形地形地形地形 地物和地貌统称为地形。地球表面的地貌变化是复杂的，在测量中除地物和地貌统称为地形。地球表面的地貌变化是复杂的，在测量中除特殊地貌采用特定的符号表示外特殊地貌采用特定的符号表示外, ,一般均采用等高线来表示地面高低变化。一般均采用等高线来表示地面高低变化。地形图的比例尺地形图的比例尺 将地面上的地物和地貌投影到水平面上以后，按一定的比例缩绘成图图上将地面上的地物和地貌投影到水平面上以后，按一定的比例缩绘成图图上两点间的距离与相应地面两点间距离之比，称为图纸的比例尺。两点间的距离与相应地面两点间距离之比，称为图纸的比例尺。数字比例尺数字比例尺 以分子以分子为为1 1的分数形式表示的比例尺称的分数形式表示的比例尺称为为数字比例尺。数字比例尺。设图设图上一上一线线段段长为长为d, d,相相应应的的实实地水平距离地水平距离为为D D，则该图则该图比例尺比例尺为为地面点位的确定第一章第一章 绪论绪论 比例尺精度比例尺精度相当于相当于图图上的上的实实地水平距离地水平距离为为比例尺精度比例尺精度比例尺精度比例尺精度。地面点位的确定 比例尺比例尺1 1 5005001 1 1 0001 0001 1 2 0002 0001 1 5 0005 0001 1 1000010000 比例尺精度比例尺精度 M M0.050.050.10.10.20.20.50.51.01.0根据比例尺精度,可参考决定: (1)按工作需要,多大的地物须在图上表示出来或测量地物要求精确到什么程度,由此可参考决定测图的比例尺。(2)当测图比例尺决定之后，可以推算出测量地物时应精确到什么程度。图示比例尺 用一定长度的线段表示图上的实际长度，并按图上比例尺计算出相应地面上的水平距离注记在线段上，这种比例尺称为直线比例尺。第一章第一章 绪论绪论 确定地面点相对位置的基本测量工作确定地面点相对位置的基本测量工作测量工作的原则和程序测量的基本工作：角度测量、距离测量和高程测量。基本的几何要素：角度、距离和高差是决定地面点相对位置。 CDABCDEPABE第一章第一章 绪论绪论 测量工作的原则测量工作的原则1 1、“先整体，后局部先整体，后局部”，“先控制，后碎部先控制，后碎部”。2 2、“前步工作未经校核不能进行下步工作前步工作未经校核不能进行下步工作”。3 3、“高精度的控制低精度的高精度的控制低精度的”测量工作的原则和程序ABCDEFGM