第二章测量学基本知识
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测量学第2章水准仪及水准测量
第二章 水准仪及水准测量
1、水准测量原理 2、水准测量的仪器及设备 3、水准仪的使用 4、水准测量的一般方法和要求 5、高差闭合差的调整与高程计算 6、水准仪的检验与校正 7、水准测量中产生误差的原因及其消减方法 8、自动安平水准仪 9、电子水准仪的基本原理
a
A
HA
前进方向 HI
水平视线
大地水准面
电子水准仪的使用特点： 读数客观 精度高 速度快 效率高
图2-1 水准测量原理
后视点A—后视尺—后视读数a 前视点B—前视尺—前视读数b
b
B
hAB
HB
hAB=a－b
由图2-1可知， HB=HA+hAB=HA+(a－b)
DS3型水准仪 水准尺 尺垫
图２-２ 水准仪外型图
1-微倾螺旋； 2-分划板护罩； 3-目镜； 4-物镜对光螺旋； 5-制动螺旋；6-微动螺旋； 7-底版； 8-三角压板； 9-脚螺 旋； 10-弹簧帽； 11-望远镜；12-物镜； 13-管水准器； 14-圆水准器；15-连接小螺丝； 16-轴座
式中：ρ″=206265″
(2-16)
削减方法：每次读数前必须使符合气泡严格居中。
读数误差
原因：①十字丝视差影响， ②估读毫米的误差。
削减方法：为保证读数精度，在观测中除应仔细对 光以消除视差外，还规定普通水准测量，望远镜放 大率不小于20倍，视线长度不超过100米。
扶尺不直的误差
原因：如图所示，由于水准尺未垂直立于地面，无论是前 倾或后仰，其读数都比水准尺扶正时的读数b增大。
HBM2=22.032m,HBM1=19.479m
1
3
BM 1
2
BM 2
图1 附合水准路线
1、水准测量原理 2、水准测量的仪器及设备 3、水准仪的使用 4、水准测量的一般方法和要求 5、高差闭合差的调整与高程计算 6、水准仪的检验与校正 7、水准测量中产生误差的原因及其消减方法 8、自动安平水准仪 9、电子水准仪的基本原理
a
A
HA
前进方向 HI
水平视线
大地水准面
电子水准仪的使用特点： 读数客观 精度高 速度快 效率高
图2-1 水准测量原理
后视点A—后视尺—后视读数a 前视点B—前视尺—前视读数b
b
B
hAB
HB
hAB=a－b
由图2-1可知， HB=HA+hAB=HA+(a－b)
DS3型水准仪 水准尺 尺垫
图２-２ 水准仪外型图
1-微倾螺旋； 2-分划板护罩； 3-目镜； 4-物镜对光螺旋； 5-制动螺旋；6-微动螺旋； 7-底版； 8-三角压板； 9-脚螺 旋； 10-弹簧帽； 11-望远镜；12-物镜； 13-管水准器； 14-圆水准器；15-连接小螺丝； 16-轴座
式中：ρ″=206265″
(2-16)
削减方法：每次读数前必须使符合气泡严格居中。
读数误差
原因：①十字丝视差影响， ②估读毫米的误差。
削减方法：为保证读数精度，在观测中除应仔细对 光以消除视差外，还规定普通水准测量，望远镜放 大率不小于20倍，视线长度不超过100米。
扶尺不直的误差
原因：如图所示，由于水准尺未垂直立于地面，无论是前 倾或后仰，其读数都比水准尺扶正时的读数b增大。
HBM2=22.032m,HBM1=19.479m
1
3
BM 1
2
BM 2
图1 附合水准路线
2-1 测量学的基本知识(第1次)
总地球椭球： 总地球椭球：
配合最佳的 参考椭球面 大地水准 面差距N 面差距
——与全球大地水准面最为 与全球大地水准面最为 接近的椭球。 接近的椭球。
（利用全球的各种卫星测量资 利用全球的各种卫星测量资 全球 料，顾及地球的几何及物理参 数确定椭球元素）。 数确定椭球元素）。
大地 水准面
11
几个世纪以来，许多学者曾算出参考椭球的参数值，如表： 几个世纪以来，许多学者曾算出参考椭球的参数值，如表：
(L，B)54 ，
x
(x,y,z)54 (x,y,z)80
西安80坐标系下： 西安80坐标系下： 80坐标系下
(L，B)80 ，
24
2、外部变换
①空间直角坐标系间的转换 (x，y，z)54 ， ，
Z Z′
(x，y，z) 80 ′ ， ，
7参数转换公式：3个平移，3个旋转，1个尺度变化 参数转换公式： 个平移 个平移， 个旋转 个旋转， 个尺度变化 参数转换公式
第二章 测量学的基本知识
§2.1 地球的形状与大小 §2.2 参考椭球及其定位 §2.3 测量常用坐标系
1
§2.1 地球的形状与大小
认识地球是人类探索的目标之一， 认识地球是人类探索的目标之一，也是测量学的任务之一 绝大多数测量工作是在地球上进行， 绝大多数测量工作是在地球上进行，或作为参考系
一、地球的自然表面——岩石圈的表面 地球的自然表面
高山、丘陵、平原、湖泊、 高山、丘陵、平原、湖泊、海洋 最高点： 最高点： ——珠峰 1975：8848.13m 珠峰 ：
2005：8844.43m ：
最低点： 最低点： ——马里亚那海沟 马里亚那海沟11022m， 相差 马里亚那海沟 ， 相差19.866km
2-3 测量学的基本知识(第3次)
一、直线定向的概念 二、直线定向的表示方法
1、方位角 2、象限角
三、坐标方位角的推算
一、直线定向的概念 确定直线与标准方向之间的关系称为直线 确定直线与标准方向之间的关系称为直线 标准方向 定向。 定向。
真子午线方向(真北 真子午线方向 真北) 真北
标 准 方 向
磁子午线方向(磁北 磁子午线方向 磁北) 磁北 坐标北方向(坐标北向 坐标北方向 坐标北向) 坐标北向
*主要考虑实用、经济
三、地形图符号
为便于测图和用图， 为便于测图和用图，用各种符号将实地的地物和地貌 在图上表示出来，这些符号总称为地形图图式( 符号总称为地形图图式 在图上表示出来，这些符号总称为地形图图式(GB/T 7929-1995) 7929-1995)。 图式是由国家统一制定的， 图式是由国家统一制定的，它是测绘和使用地形图的 重要依据和标准。 重要依据和标准。
某城市主要交通图 断面图
2、按成图方法分类
线划图： 线划图：
实地实测、 实地实测、线划描绘
影像图： 影像图：
采用彩色像片， 采用彩色像片，以其色彩影像表示
3、按成图介质分类
白纸地图 数字地图
二、图的比例尺
1.图的比例尺 1.图的比例尺
地图上任一线段的长度与地面上相应线段的水平长度 之比。 之比。
3.比例尺精度 3.比例尺精度
人用肉眼能分辨的最小距离一般为0.1mm，所以把图上 人用肉眼能分辨的最小距离一般为0.1mm，所以把图上 0.1mm所表示的实地水平距离称为比例尺精度，即： 0.1mm所表示的实地水平距离称为比例尺精度，即： 0.1mm× 0.1mm×M 举例：
比例尺 比例尺最 大精度 1:500
1:1000 1:2000 1:5000
1、方位角 2、象限角
三、坐标方位角的推算
一、直线定向的概念 确定直线与标准方向之间的关系称为直线 确定直线与标准方向之间的关系称为直线 标准方向 定向。 定向。
真子午线方向(真北 真子午线方向 真北) 真北
标 准 方 向
磁子午线方向(磁北 磁子午线方向 磁北) 磁北 坐标北方向(坐标北向 坐标北方向 坐标北向) 坐标北向
*主要考虑实用、经济
三、地形图符号
为便于测图和用图， 为便于测图和用图，用各种符号将实地的地物和地貌 在图上表示出来，这些符号总称为地形图图式( 符号总称为地形图图式 在图上表示出来，这些符号总称为地形图图式(GB/T 7929-1995) 7929-1995)。 图式是由国家统一制定的， 图式是由国家统一制定的，它是测绘和使用地形图的 重要依据和标准。 重要依据和标准。
某城市主要交通图 断面图
2、按成图方法分类
线划图： 线划图：
实地实测、 实地实测、线划描绘
影像图： 影像图：
采用彩色像片， 采用彩色像片，以其色彩影像表示
3、按成图介质分类
白纸地图 数字地图
二、图的比例尺
1.图的比例尺 1.图的比例尺
地图上任一线段的长度与地面上相应线段的水平长度 之比。 之比。
3.比例尺精度 3.比例尺精度
人用肉眼能分辨的最小距离一般为0.1mm，所以把图上 人用肉眼能分辨的最小距离一般为0.1mm，所以把图上 0.1mm所表示的实地水平距离称为比例尺精度，即： 0.1mm所表示的实地水平距离称为比例尺精度，即： 0.1mm× 0.1mm×M 举例：
比例尺 比例尺最 大精度 1:500
1:1000 1:2000 1:5000
测绘技术应用基础知识优秀课件
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。
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一、长度单位
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
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图 3 参考椭球体的定位
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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：
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第三节 测量上的基准线和基准面
一、基准线 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。
（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（24～45带）。
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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。
水准面：处于自由静止状态的水面称为水准面。 大地体：在测量工作中，把一个假想的、与静止
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一、长度单位
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
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图 3 参考椭球体的定位
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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：
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第三节 测量上的基准线和基准面
一、基准线 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。
（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（24～45带）。
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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。
水准面：处于自由静止状态的水面称为水准面。 大地体：在测量工作中，把一个假想的、与静止
测量学基础知识
性，即投影后角度大小不变（2）伸长的固定性，即长度投影后会产生变形，但是在一点各个方向上的微分线段，投影后变形比为一个常数：m=ds/dS=K
特点：（1）高斯投影是横切椭圆柱正形投影（2）中央子午线长度不变形，离开中央子午线越远变形越大，并凹向中央子午线。
分带投影法：控制的方法是将投影区域限制在靠近中央子午线两侧狭长地带。
1、大地水准面：水准面有无穷多个，并且互不相交，也不相互平行，其中与静止的平均海水面相重合的闭合水准面。
大地水准面所包含的形体称为大地体。
铅垂线——测量工作的基准线
大地水准面——测量工作的基准面
法线——测量内业计算的基准线
参考椭球面——测量业内的基准面
2、高斯投影和高斯平面直角坐标系
方法原理：高斯投影（横切椭圆柱正形投影、保角投影）
分带投影：将整个地球划分为若干小区域进行投影。
地图投影：旋转椭球面是一个不可直接展开的曲面，其变形是不可避免的，但变形的大小是可以控制的，故将椭圆面上的元素按一定条件投影到平面。
等角投影又称正形投影，经过投影后，原椭圆面上的微分图形与平面上的图形保持相似。
h（AB）=H（B）—H(A)=H(B)'—H（A）'
高程零点：取海水的平均高度。
高程基准面：通过该点的大地水准面。
4、测量工作的原则（1）布局上从整体到布局（2）次序上先控制后碎部（3）精度上由高级道低级
原因：（1）防止误差的逐渐传递，累积增大到不能允许的程度（2）便于分工合作，提高工作效率（3）保证测绘成果的可靠性。
高斯平面坐标系与数学上的笛卡儿平面坐标系的不同：
（1）高斯坐标系中纵坐标为x，正向指北。横轴为y，正向指东。而迪卡儿坐标系中纵坐标是y，横坐标为x，正好相反。
特点：（1）高斯投影是横切椭圆柱正形投影（2）中央子午线长度不变形，离开中央子午线越远变形越大，并凹向中央子午线。
分带投影法：控制的方法是将投影区域限制在靠近中央子午线两侧狭长地带。
1、大地水准面：水准面有无穷多个，并且互不相交，也不相互平行，其中与静止的平均海水面相重合的闭合水准面。
大地水准面所包含的形体称为大地体。
铅垂线——测量工作的基准线
大地水准面——测量工作的基准面
法线——测量内业计算的基准线
参考椭球面——测量业内的基准面
2、高斯投影和高斯平面直角坐标系
方法原理：高斯投影（横切椭圆柱正形投影、保角投影）
分带投影：将整个地球划分为若干小区域进行投影。
地图投影：旋转椭球面是一个不可直接展开的曲面，其变形是不可避免的，但变形的大小是可以控制的，故将椭圆面上的元素按一定条件投影到平面。
等角投影又称正形投影，经过投影后，原椭圆面上的微分图形与平面上的图形保持相似。
h（AB）=H（B）—H(A)=H(B)'—H（A）'
高程零点：取海水的平均高度。
高程基准面：通过该点的大地水准面。
4、测量工作的原则（1）布局上从整体到布局（2）次序上先控制后碎部（3）精度上由高级道低级
原因：（1）防止误差的逐渐传递，累积增大到不能允许的程度（2）便于分工合作，提高工作效率（3）保证测绘成果的可靠性。
高斯平面坐标系与数学上的笛卡儿平面坐标系的不同：
（1）高斯坐标系中纵坐标为x，正向指北。横轴为y，正向指东。而迪卡儿坐标系中纵坐标是y，横坐标为x，正好相反。
大地测量学基础
3．定义一个空间直角坐标系必须明确： ①原点位置；②坐标轴方向；③长度单位。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
（一）天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、 时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动 2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
第二章 大地测量基础知识
§2-1 大地测量的基准面和基准线 一、水准面与大地水准面
1、水准面 我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就 是我们通常所说的水准面。水准面有无数个。 1）水准面具有复杂的形状。 2）水准面相互既不能相交也不能相切。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常 数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做 的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
N2d min
2020年10月28日星期三12时57分11秒
4、但对于天文大地测量及大地点坐标的推算， 对于国家测图及区域绘图来说，往往采用其大小 及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。 这种最接近，表现在两个面最接近即同点的法线 和垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这 个椭球面上，我们把这样的椭球叫参考椭球。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
（一）天球坐标系
1.天球的基本概念： 天球、天极、天球赤道、天球子午圈、 时圈、黄道、黄赤交角、春分点、黄极、 岁差与章动 2.天球坐标系的建立 1）天球空间直角坐标系 2）天球球面坐标系
第二章 大地测量基础知识
§2-1 大地测量的基准面和基准线 一、水准面与大地水准面
1、水准面 我们把重力位相等的面称为重力等位面，也就 是我们通常所说的水准面。水准面有无数个。 1）水准面具有复杂的形状。 2）水准面相互既不能相交也不能相切。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
3）每个水准面都对应着唯一的位能W=C=常 数，在这个面上移动单位质量不做功，亦即所做 的功等于0，即dW=-gsds，可见水准面是均衡面。
2020年10月28日星期三12时57分11秒
天球基本概念（1）
天球：我们 把以地球M 为中心，以 无穷远的距 离为半径所 形成的球称 作天球。
天极：地球自
转的中心轴线 简称地轴，将 其延伸就是天 轴，天轴与天 球的交点称为 天极，Pn在北 称作北天极， PS，在南称作
南天极。
天球赤道：
通过地球质心 M与地轴垂直 的平面称为天 球赤道面，天 球赤道面与天 球相交的大圆 就称为天球赤 道。
N2d min
2020年10月28日星期三12时57分11秒
4、但对于天文大地测量及大地点坐标的推算， 对于国家测图及区域绘图来说，往往采用其大小 及定位定向最接近于本国或本地区的地球椭球。 这种最接近，表现在两个面最接近即同点的法线 和垂线最接近。所有地面测量都依法线投影在这 个椭球面上，我们把这样的椭球叫参考椭球。
第二章测量学基本知识
第二章 测量学的基本知识
第一节 地球的形状与大小
测量工作的任务： 是确定地面点的空间位置。 平面坐标 x y 三维坐标高( 3程D )h
测量工作是在地球自然表面进行，而地 球自然表面形状十分复杂，不利于用数 学式来表达。
必须确定：平面原点（大地原点） 高程基点（水准面） （（
1、测量计算基准面——旋转椭球 由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而 成的椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。
第二节 地面点的表示方法
测量工作的基本任务： 是确定地面点的空间位置，
地面上的物体大多具有空间形状， 如：丘陵、山地、河谷、
洼地等。
为了研究空间物体的位 置，数学上采用投影的 方法加以处理。
如将地面点Ａ沿铅垂线方向 投影到大地水准面上，得到A 投影位置；地面点Ａ的空间位 置，就可用A的投影位置在大 地水准面上的坐标及铅垂距离 ＨＡ来表示。（图２－５）
目前我国采用的椭球元素数值
短半径（a）=6378140m 长半径（b）=6356755.3m 扁率[α=（a-b）/a]=1：298.257
说明：a为长半径；b为短半径；α为扁率。 大地原点——西安附近的泾阳县永乐镇。 （80坐标系） 平均半径[R=1/3（2a+b）]为6371Km。
一、大地水准面
互关系并固定下来的
工作,称为参考椭球体
的定位。P点称为 大地原点。
旋转椭球 面
我国目前采用的参考椭球体为1980 年国家大地测量参考系, 原点在陕西省 泾阳县永乐镇,称为国家大地原点。部分 国家参考椭球体的基本元素见表2-1。
由于参考椭球体的扁率很小,在普通 测量中可把地球作为圆球看待,其半径为 6371km．R可视为参考椭球体的平均 半径,或称为地球的平均半径。
第一节 地球的形状与大小
测量工作的任务： 是确定地面点的空间位置。 平面坐标 x y 三维坐标高( 3程D )h
测量工作是在地球自然表面进行，而地 球自然表面形状十分复杂，不利于用数 学式来表达。
必须确定：平面原点（大地原点） 高程基点（水准面） （（
1、测量计算基准面——旋转椭球 由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而 成的椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。
第二节 地面点的表示方法
测量工作的基本任务： 是确定地面点的空间位置，
地面上的物体大多具有空间形状， 如：丘陵、山地、河谷、
洼地等。
为了研究空间物体的位 置，数学上采用投影的 方法加以处理。
如将地面点Ａ沿铅垂线方向 投影到大地水准面上，得到A 投影位置；地面点Ａ的空间位 置，就可用A的投影位置在大 地水准面上的坐标及铅垂距离 ＨＡ来表示。（图２－５）
目前我国采用的椭球元素数值
短半径（a）=6378140m 长半径（b）=6356755.3m 扁率[α=（a-b）/a]=1：298.257
说明：a为长半径；b为短半径；α为扁率。 大地原点——西安附近的泾阳县永乐镇。 （80坐标系） 平均半径[R=1/3（2a+b）]为6371Km。
一、大地水准面
互关系并固定下来的
工作,称为参考椭球体
的定位。P点称为 大地原点。
旋转椭球 面
我国目前采用的参考椭球体为1980 年国家大地测量参考系, 原点在陕西省 泾阳县永乐镇,称为国家大地原点。部分 国家参考椭球体的基本元素见表2-1。
由于参考椭球体的扁率很小,在普通 测量中可把地球作为圆球看待,其半径为 6371km．R可视为参考椭球体的平均 半径,或称为地球的平均半径。
第二章测量学基本知识
二、相关的名词概念
NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南 极。通过椭球旋转轴的平面称为子午面，而通 过原格林尼治天文台的子午面称为起始子午面。 子午面与椭球面的交线称为子午线。通过椭球 中心且与椭球旋转轴正交的平面称为赤道面。 赤道面与椭球面的交线称为赤道。与椭球旋转 轴正交，但不通过球心的平面与椭球面的交线， 称之为平行圈。大地经度（L）就是通过某点的 子午面与起始子午面的夹角。大地纬度（B） 就是通过某点的法线与赤道面的交角。大地经 度L和大地纬度B统称为大地坐标。大地坐标是 以法线和参考椭球面作为基准线和基准面的。 用经、纬度表示某点位置的坐标系是在球面上 建立的，故称为球面坐标或地理坐标。我国疆 域全部位于东经、北纬地区。
珠穆朗玛峰
马里亚纳海沟
地球的卫星照片
二、关于大地体的概念
大地体：把地球总的形状看作是被海水包
围的球体，也就是设想有一个静止的海 水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲 面。由于海水有潮汐，时高时低，所以 取其平均的海水面作为地球形状和大小 的标准，它所包围的形体称为大地体。
重力：地球引力与离心力的合力。
面位置的相互关系。确定一条直线与基本 方向的关系称为直线定向。
三北方向及相互关系
基本方向线有三种，亦称“三北方向”。真北方向，
即椭球的子午线所指的北方向。磁北方向，即用磁针北 端所确定的北方向。坐标北方向，即平面直角坐标系X 坐标轴所指的北方向。三北方向是不重合的，在不同地
方它们相互位置是不一互致的，通过地面某点的真子午
即使在很短的距离内也要加以考虑。
第五节 测量工作概述
一、测图原理
地形图上各点是实地上相应各点在水平面 上正射投影的位置再用测图的比例尺缩绘到图 纸上的。测量工作中测定点与点之间关系的三 条规则： （1）测定地面上两点间的距离，是指水平距离。 （2）测定两条边之间的夹角，是指水平角。 （3）地面上各点的高差，是指各点沿铅垂线方 向到大地水准面的距离之差，即高程之差。
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第二章 测量学的基本知识
第一节 地球的形状和大小及相关概念 第二节 测量坐标系统和高程系统 第三节 直线定向 第四节 用水平面代替水准面的限度 第五节 测量工作概述
第二章测量学基本知识
第一节 地球的形状和大小及相关概念
一、地球的形状和大小 从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，
其表面极不规则，不便于用数学公式来表达。地 球高低起伏的形状：最高海拔8844.43m（我国 西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰）；最低海拔 11022m（太平洋西部的马里亚纳海沟），但地 球的半径大约是6371km。海洋面积约占71%， 陆地面积约占29%。
以东者为正，反之为负。如图2-4所示。磁
北方向线与真子午线方向之间的夹角称为磁
偏角（δ）。凡磁北线偏于真子午线以东者
为东偏，其值关系
第二章测量学基本知识
二、子午线收敛角
子午线收敛角的计算公式：γ＝ΔL·sinB 式中：ΔL为地面某点到中央子午线的经差，B
第二章测量学基本知识
珠穆朗玛峰
第二章测量学基本知识
马里亚纳海沟
第二章测量学基本知识
地球的卫星照片 第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
二、关于大地体的概念
大地体：把地球总的形状看作是被海水包
围的球体，也就是设想有一个静止的海 水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲 面。由于海水有潮汐，时高时低，所以 取其平均的海水面作为地球形状和大小 的标准，它所包围的形体称为大地体。
第二章测量学基本知识
水准原点
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
三、平面直角坐标系
在小区域内进行测量工作通常采用 平面直角坐标，投影面当作平面看待， 此时用x为纵轴，表示南北方向，用y 为横轴，表示东西方向，测量平面直 角坐标系与数学平面直角坐标系是不 一致的，二者的比较如下图所示。
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
重力方向：用细绳悬挂一个垂球，细绳即为悬挂 点O的重力方向，通常称它为垂线或铅垂线方 向。由于地球引力的大小与地球内部的质量有 关，且内
部质量的分布又不是均匀的， 所以铅垂线方向的变化也是 不规则的，它不一定是指向 地心的。
在普通的地形测量工作 中，铅垂线通常作为测量工作 的基准线。大地水准面通常作 为测量工作基准面。
我国目前所采用的参考椭球体为1980年国家 大地测量坐标系，其原点在陕西省泾阳县永乐 镇。 参考椭球体的参数：长半轴a=6378140m
短半轴b=6356755m 扁 率α=1:298.257
第二章测量学基本知识
大地水准面与椭球面的关系
第二章测量学基本知识
大 地 原 点
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
为该点的大地纬度。 从式中可看出：当ΔL不变时，纬度愈低
则子午线收敛角愈小，在赤道时，γ＝0，纬 度愈高则子午线收敛角愈大，在两极时，γ ＝ΔL。SinB恒大于零，故γ的正负号与ΔL的 正负号一致。
重力：地球引力与离心力的合力。
第二章测量学基本知识
水准面：静止而不流动的水面（重力等位
面），是一个处处与重力方向垂直的连续 曲面。
水准面的特性是：处处与铅垂线相垂直；
水准面不是唯一的，可以有许多；水准面 封闭的；水准面表面是不规则的。
大地水准面：通过平均海水面并向陆地延
伸所形成的闭合曲面。大地水准面实际上 是一个有微小起伏的不规则曲面。
第二节 测量坐标系统和高程系统
一、点的空间位置表示方法 地球上某一点的空间位置，需要三个量
来确定，即该点在基准面（参考椭球面） 上的投影位置（X，Y）和该点沿投影方向 到基准面（一般实用上是用大地水准面） 的距离（H）来表示。
第二章测量学基本知识
二、相关的名词概念
第二章测量学基本知识
NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南 极。通过椭球旋转轴的平面称为子午面，而通 过原格林尼治天文台的子午面称为起始子午面。 子午面与椭球面的交线称为子午线。通过椭球 中心且与椭球旋转轴正交的平面称为赤道面。 赤道面与椭球面的交线称为赤道。与椭球旋转 轴正交，但不通过球心的平面与椭球面的交线， 称之为平行圈。大地经度（L）就是通过某点的 子午面与起始子午面的夹角。大地纬度（B） 就是通过某点的法线与赤道面的交角。大地经 度L和大地纬度B统称为大地坐标。大地坐标是 以法线和参考椭球面作为基准线和基准面的。 用经、纬度表示某点位置的坐标系是在球面上 建立的，故称为球面坐标或地理坐标。我国疆 域全部位于东经、北纬地区。
第二章测量学基本知识
三、关于参考椭球面的概念
参考椭球面：由于大地体与椭球比 较相似，而椭球是可以用数学式来表 达的，所以测绘工作便取大小与大地 体接近的椭球作为地球的参考形状和 大小。
参考椭球体的定位：确定椭球体 与大地体之间的相互关系并固定下来。
第二章测量学基本知识
在适当的地点选择一点P，设想把椭球体和 大地体相切，切点P′位于P点的铅垂线方向上， 这时，椭球面上P′的法线与该点对大地水准面 的铅垂线相重合，并使椭球的短轴与地球自转 轴平行。P点为大地原点。
第二章测量学基本知识
要确定某点沿投影方向到基准面的距 离，就是确定某点的高程，在一般的测量 工作中，称某点沿铅垂线方向到大地水准 面的距离为该点的绝对高程或海拔（H）。 如果是到任意一个水准面的距离，称为相 对高程。我国的水准原点位于青岛观象山， 称为水准原点，1956年黄海平均海水面 的水准原点为72.289m，1985年国家高 程基准的水准原点高程为72.260M。
测量坐标系与数学坐标系的比较
第二章测量学基本知识
第三节 直线定向
一、直线定向的意义 直线定向的意义在于确定点与点之间平
面位置的相互关系。确定一条直线与基本 方向的关系称为直线定向。
第二章测量学基本知识
三北方向及相互关系
基本方向线有三种，亦称“三北方向”。真北方向， 即椭球的子午线所指的北方向。磁北方向，即用磁针北 端所确定的北方向。坐标北方向，即平面直角坐标系X 坐标轴所指的北方向。三北方向是不重合的，在不同地 方它们相互位置是不一互致的，通过地面某点的真子午 线北方向与其坐标北方向之间的夹角，称为子午线收敛 角（γ）。凡坐标纵线偏在真子午线
第一节 地球的形状和大小及相关概念 第二节 测量坐标系统和高程系统 第三节 直线定向 第四节 用水平面代替水准面的限度 第五节 测量工作概述
第二章测量学基本知识
第一节 地球的形状和大小及相关概念
一、地球的形状和大小 从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，
其表面极不规则，不便于用数学公式来表达。地 球高低起伏的形状：最高海拔8844.43m（我国 西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰）；最低海拔 11022m（太平洋西部的马里亚纳海沟），但地 球的半径大约是6371km。海洋面积约占71%， 陆地面积约占29%。
以东者为正，反之为负。如图2-4所示。磁
北方向线与真子午线方向之间的夹角称为磁
偏角（δ）。凡磁北线偏于真子午线以东者
为东偏，其值关系
第二章测量学基本知识
二、子午线收敛角
子午线收敛角的计算公式：γ＝ΔL·sinB 式中：ΔL为地面某点到中央子午线的经差，B
第二章测量学基本知识
珠穆朗玛峰
第二章测量学基本知识
马里亚纳海沟
第二章测量学基本知识
地球的卫星照片 第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
二、关于大地体的概念
大地体：把地球总的形状看作是被海水包
围的球体，也就是设想有一个静止的海 水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲 面。由于海水有潮汐，时高时低，所以 取其平均的海水面作为地球形状和大小 的标准，它所包围的形体称为大地体。
第二章测量学基本知识
水准原点
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
三、平面直角坐标系
在小区域内进行测量工作通常采用 平面直角坐标，投影面当作平面看待， 此时用x为纵轴，表示南北方向，用y 为横轴，表示东西方向，测量平面直 角坐标系与数学平面直角坐标系是不 一致的，二者的比较如下图所示。
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
重力方向：用细绳悬挂一个垂球，细绳即为悬挂 点O的重力方向，通常称它为垂线或铅垂线方 向。由于地球引力的大小与地球内部的质量有 关，且内
部质量的分布又不是均匀的， 所以铅垂线方向的变化也是 不规则的，它不一定是指向 地心的。
在普通的地形测量工作 中，铅垂线通常作为测量工作 的基准线。大地水准面通常作 为测量工作基准面。
我国目前所采用的参考椭球体为1980年国家 大地测量坐标系，其原点在陕西省泾阳县永乐 镇。 参考椭球体的参数：长半轴a=6378140m
短半轴b=6356755m 扁 率α=1:298.257
第二章测量学基本知识
大地水准面与椭球面的关系
第二章测量学基本知识
大 地 原 点
第二章测量学基本知识
第二章测量学基本知识
为该点的大地纬度。 从式中可看出：当ΔL不变时，纬度愈低
则子午线收敛角愈小，在赤道时，γ＝0，纬 度愈高则子午线收敛角愈大，在两极时，γ ＝ΔL。SinB恒大于零，故γ的正负号与ΔL的 正负号一致。
重力：地球引力与离心力的合力。
第二章测量学基本知识
水准面：静止而不流动的水面（重力等位
面），是一个处处与重力方向垂直的连续 曲面。
水准面的特性是：处处与铅垂线相垂直；
水准面不是唯一的，可以有许多；水准面 封闭的；水准面表面是不规则的。
大地水准面：通过平均海水面并向陆地延
伸所形成的闭合曲面。大地水准面实际上 是一个有微小起伏的不规则曲面。
第二节 测量坐标系统和高程系统
一、点的空间位置表示方法 地球上某一点的空间位置，需要三个量
来确定，即该点在基准面（参考椭球面） 上的投影位置（X，Y）和该点沿投影方向 到基准面（一般实用上是用大地水准面） 的距离（H）来表示。
第二章测量学基本知识
二、相关的名词概念
第二章测量学基本知识
NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南 极。通过椭球旋转轴的平面称为子午面，而通 过原格林尼治天文台的子午面称为起始子午面。 子午面与椭球面的交线称为子午线。通过椭球 中心且与椭球旋转轴正交的平面称为赤道面。 赤道面与椭球面的交线称为赤道。与椭球旋转 轴正交，但不通过球心的平面与椭球面的交线， 称之为平行圈。大地经度（L）就是通过某点的 子午面与起始子午面的夹角。大地纬度（B） 就是通过某点的法线与赤道面的交角。大地经 度L和大地纬度B统称为大地坐标。大地坐标是 以法线和参考椭球面作为基准线和基准面的。 用经、纬度表示某点位置的坐标系是在球面上 建立的，故称为球面坐标或地理坐标。我国疆 域全部位于东经、北纬地区。
第二章测量学基本知识
三、关于参考椭球面的概念
参考椭球面：由于大地体与椭球比 较相似，而椭球是可以用数学式来表 达的，所以测绘工作便取大小与大地 体接近的椭球作为地球的参考形状和 大小。
参考椭球体的定位：确定椭球体 与大地体之间的相互关系并固定下来。
第二章测量学基本知识
在适当的地点选择一点P，设想把椭球体和 大地体相切，切点P′位于P点的铅垂线方向上， 这时，椭球面上P′的法线与该点对大地水准面 的铅垂线相重合，并使椭球的短轴与地球自转 轴平行。P点为大地原点。
第二章测量学基本知识
要确定某点沿投影方向到基准面的距 离，就是确定某点的高程，在一般的测量 工作中，称某点沿铅垂线方向到大地水准 面的距离为该点的绝对高程或海拔（H）。 如果是到任意一个水准面的距离，称为相 对高程。我国的水准原点位于青岛观象山， 称为水准原点，1956年黄海平均海水面 的水准原点为72.289m，1985年国家高 程基准的水准原点高程为72.260M。
测量坐标系与数学坐标系的比较
第二章测量学基本知识
第三节 直线定向
一、直线定向的意义 直线定向的意义在于确定点与点之间平
面位置的相互关系。确定一条直线与基本 方向的关系称为直线定向。
第二章测量学基本知识
三北方向及相互关系
基本方向线有三种，亦称“三北方向”。真北方向， 即椭球的子午线所指的北方向。磁北方向，即用磁针北 端所确定的北方向。坐标北方向，即平面直角坐标系X 坐标轴所指的北方向。三北方向是不重合的，在不同地 方它们相互位置是不一互致的，通过地面某点的真子午 线北方向与其坐标北方向之间的夹角，称为子午线收敛 角（γ）。凡坐标纵线偏在真子午线