第一章测量学的基本知识课件
研究在工程、工业和城市建设及资源开发各个阶 段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放 样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方 法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行 管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防 建设中的直接应用。
第一章测量学的基本知识
二、测量工作的作用
1、主要作用 • 提供基础数据； • 提供地图； • 行政勘界与权属定界； • 提供各种工程需要的测量技术； • 军事测绘。
实验安排 水准仪的使用与水准测量 经纬仪的使用与水平角测量 经纬仪与竖直角观测 大比例尺地形图测绘
实验分组：每5～6人分为一个小组，每组选 出1名组长，女生要分到不同小组。
请各班班长下次课上交实验分组情况。 实验时间：请同学们商量后确定（9－12周）。
第一章测量学的基本知识
第一章 测量学的基本知识
《测 量 学》
第一章测量学的基本知识
第一章 测量学的基本知识
第二章 水准测量
第三章 经纬仪及水平角测量
主 第四章 距离测量与直线定向
要 内
第五章 测量误差的基本理论
容 第六章 平面控制测量
第七章 三角高程测量
第八章 大比例尺地形图测绘
第九章 地形图的应用
第一章测量学的基本知识
实验一 实验二 实验三 实验四
三、测量学的发展
1、古代测量学的成就
长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国 地图——世界上已发现的最早的军用地图。 世界上现存最古老的地图是古巴比伦北部 的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在 陶片上的地图。 1718年（清朝康熙年间）完成了世界上最 早的地形图——《皇舆全图》的绘制。
第一章测量学的基本知识
（2）主要任务
精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小； 将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图； 将设计好的建筑物、构筑物在地面标定出来； 进行经济建设和国防建设所需要的测绘工作。
第一章测量学的基本知识
2、主要分支学科
大地测量学：Geodesy (Geodetic Surveying) 地形测量学(普通测量学)：Topographic Surveying 摄影测量学：Photogrammetry 工程测量学：Engineering Surveying 矿山测量学：Mine Surveying 地图制图学：Cartography 地籍测量学：Cadastral Surveying
第一章测量学的基本知识
2、测量学在工程建设中的作用
• 勘测设计阶段：为选线测制带状地形图。 • 施工阶段：把线路和各种建筑物正确地测设到
地面上。 • 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。 • 运营阶段：为改建、扩建而进行的各种测量。 • 变形观测：为安全运营、防止灾害进行变形测
量。
第一章测量学的基本知识
➢ 水准面：重力位相同时，受重力作用的海水分子 呈静止状态而形成的重力等位面。水准面处处与重 力方向垂直，且有无穷个。 ➢ 大地水准面：通过平均海水面的水准面，即海水 静止时的水准面。是测绘工作的基准面。
第一章测量学的基本知识
由于地表起伏以及地球内质量分布不均匀， 所以大地水准面是个有微小起伏的不规则 曲面。
返回
§1-2 地球的形状和大小
• 认识地球是人类探索自然的目标之一，也是测量 学的任务之一。 • 绝大多数测量工作在地球上进行，或将其作为参 考系。
一、地球的形状与大小 1、地球自然表面
最自然的面，包括海洋底部、高山高原在内的固 体地球表面，难以用一个简洁的数学表达式描述出 来，所以不适合于数学建模。
2、目前测量学发展状况及展望 测量室内外一体化：测量机器人 GPS（Global positioning system） RS（Remote sense） GIS (Geographic information system) 3S技术集成 数字地球(Digital Earth)
第一章测量学的基本知识
第一章测量学的基本知识
大地测量学(Geodesy) 研究和确定地球形状、大小、重力场、整体 与局部运动和地表面点的几何位置及其变化的 理论和技术的学科。
基本任务是建立国家大地控制网，测定地球 形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程 测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科 学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。
水准面和铅垂线是野外测量工作的基准面 和基准线。
第一章测量学的基本知识
二、旋转椭球体
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。
按测量手段的不同，分为常规大地测量学、 卫星大地测量学及物理大地测量学等。
第一章测量学的基本知识
地形测量学（Topographic surveying）
研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及 其它有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的 学科。
工程测量学（Engineering surveying）
3、本课程需要掌握的内容
掌握测量学的基本知识、基本理论； 学会正确使用常规测量仪器； 掌握测量误差的基本理论； 掌握大比例尺地形图的测绘方法； 掌握地形图相关知识。
第一章测量学的基本知识
4、对学好本课程的要求
认真听课； 适当做笔记； 独立完成作业； 认真对待每次实验。
第一章测量学的基本知识
§1-1 测量学概述 §1-2 地球的形状和大小 §1-3 地面点位的确定 §1-4 地球表面曲率对测量工作的影响 §1-5 地形图的初步认识 §1-6 测量工作概述
第一章测量学的基本知识
§1-1 测量学概述
一、测绘工作的任务及其应用 1、基本概念和研究内容 的几何形态及其空间位置的科学，为人类了 解自然、认识自然和能动地改造自然服务。
第一章测量学的基本知识
• 不规则曲面 • 平均半径6371km • 珠峰8844.43m，马里亚纳海沟11022m
陆地：29.2%
第一章测量学的基本知识
海洋：70.8%
2、大地体与大地水准面
➢ 大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭曲面
所包围的地球实体。代表了地球的形状和大小。
➢ 铅垂线：重力的作用线，测量工作的基准线。
第一章测量学的基本知识
二、测量工作的作用
1、主要作用 • 提供基础数据； • 提供地图； • 行政勘界与权属定界； • 提供各种工程需要的测量技术； • 军事测绘。
实验安排 水准仪的使用与水准测量 经纬仪的使用与水平角测量 经纬仪与竖直角观测 大比例尺地形图测绘
实验分组：每5～6人分为一个小组，每组选 出1名组长，女生要分到不同小组。
请各班班长下次课上交实验分组情况。 实验时间：请同学们商量后确定（9－12周）。
第一章测量学的基本知识
第一章 测量学的基本知识
《测 量 学》
第一章测量学的基本知识
第一章 测量学的基本知识
第二章 水准测量
第三章 经纬仪及水平角测量
主 第四章 距离测量与直线定向
要 内
第五章 测量误差的基本理论
容 第六章 平面控制测量
第七章 三角高程测量
第八章 大比例尺地形图测绘
第九章 地形图的应用
第一章测量学的基本知识
实验一 实验二 实验三 实验四
三、测量学的发展
1、古代测量学的成就
长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国 地图——世界上已发现的最早的军用地图。 世界上现存最古老的地图是古巴比伦北部 的加苏古巴城（今伊拉克境内）发掘的刻在 陶片上的地图。 1718年（清朝康熙年间）完成了世界上最 早的地形图——《皇舆全图》的绘制。
第一章测量学的基本知识
（2）主要任务
精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小； 将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图； 将设计好的建筑物、构筑物在地面标定出来； 进行经济建设和国防建设所需要的测绘工作。
第一章测量学的基本知识
2、主要分支学科
大地测量学：Geodesy (Geodetic Surveying) 地形测量学(普通测量学)：Topographic Surveying 摄影测量学：Photogrammetry 工程测量学：Engineering Surveying 矿山测量学：Mine Surveying 地图制图学：Cartography 地籍测量学：Cadastral Surveying
第一章测量学的基本知识
2、测量学在工程建设中的作用
• 勘测设计阶段：为选线测制带状地形图。 • 施工阶段：把线路和各种建筑物正确地测设到
地面上。 • 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。 • 运营阶段：为改建、扩建而进行的各种测量。 • 变形观测：为安全运营、防止灾害进行变形测
量。
第一章测量学的基本知识
➢ 水准面：重力位相同时，受重力作用的海水分子 呈静止状态而形成的重力等位面。水准面处处与重 力方向垂直，且有无穷个。 ➢ 大地水准面：通过平均海水面的水准面，即海水 静止时的水准面。是测绘工作的基准面。
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由于地表起伏以及地球内质量分布不均匀， 所以大地水准面是个有微小起伏的不规则 曲面。
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§1-2 地球的形状和大小
• 认识地球是人类探索自然的目标之一，也是测量 学的任务之一。 • 绝大多数测量工作在地球上进行，或将其作为参 考系。
一、地球的形状与大小 1、地球自然表面
最自然的面，包括海洋底部、高山高原在内的固 体地球表面，难以用一个简洁的数学表达式描述出 来，所以不适合于数学建模。
2、目前测量学发展状况及展望 测量室内外一体化：测量机器人 GPS（Global positioning system） RS（Remote sense） GIS (Geographic information system) 3S技术集成 数字地球(Digital Earth)
第一章测量学的基本知识
第一章测量学的基本知识
大地测量学(Geodesy) 研究和确定地球形状、大小、重力场、整体 与局部运动和地表面点的几何位置及其变化的 理论和技术的学科。
基本任务是建立国家大地控制网，测定地球 形状、大小和重力场，为地形测图和各种工程 测量提供基础起算数据；为空间科学、军事科 学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料。
水准面和铅垂线是野外测量工作的基准面 和基准线。
第一章测量学的基本知识
二、旋转椭球体
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。
按测量手段的不同，分为常规大地测量学、 卫星大地测量学及物理大地测量学等。
第一章测量学的基本知识
地形测量学（Topographic surveying）
研究如何将地球表面局部区域内的地物、地貌及 其它有关信息测绘成地形图的理论、方法和技术的 学科。
工程测量学（Engineering surveying）
3、本课程需要掌握的内容
掌握测量学的基本知识、基本理论； 学会正确使用常规测量仪器； 掌握测量误差的基本理论； 掌握大比例尺地形图的测绘方法； 掌握地形图相关知识。
第一章测量学的基本知识
4、对学好本课程的要求
认真听课； 适当做笔记； 独立完成作业； 认真对待每次实验。
第一章测量学的基本知识
§1-1 测量学概述 §1-2 地球的形状和大小 §1-3 地面点位的确定 §1-4 地球表面曲率对测量工作的影响 §1-5 地形图的初步认识 §1-6 测量工作概述
第一章测量学的基本知识
§1-1 测量学概述
一、测绘工作的任务及其应用 1、基本概念和研究内容 的几何形态及其空间位置的科学，为人类了 解自然、认识自然和能动地改造自然服务。
第一章测量学的基本知识
• 不规则曲面 • 平均半径6371km • 珠峰8844.43m，马里亚纳海沟11022m
陆地：29.2%
第一章测量学的基本知识
海洋：70.8%
2、大地体与大地水准面
➢ 大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭曲面
所包围的地球实体。代表了地球的形状和大小。
➢ 铅垂线：重力的作用线，测量工作的基准线。
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01测量学基本知识
WGS-84坐标系
WGS-84坐标系是全球定位系统（GPS）采用的 坐标系，属于地心空间直角坐标系。其原点是地球 质心，Z轴指向BIH1984.0定义的协议地球极 （CIP）方向，X轴指向BIH1984.0的零子午面 和CIP赤道的交点，Y轴垂直于X，Z轴. X，Y，Z轴构成右手直角坐标系。
例：国家高斯平面点P（2633586.693， 38514366.157）所表示的意义: (1)表示点P在高斯平面上至赤道的距离;
计算公式：
3°带的划分
°带
若仍不能满足精度要求,可进行3
（或1.5 °带）的划分。
3
°带计算公式：
λ =3N λ——中央子午线经度 N——投影带号。
(3) 我国高斯平面直角坐标的表示方法
方法： 1）先将自然值的横坐标
Y加上500000米；
2）再在新的横坐标Y之
前标以2位数的带号。
大地原点：全国统一坐标的起算点。 我国大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。 我国统一采用的坐标 系为“1980年国家坐 标系”。
X=2633586.693米 (2)其投影带的带号为38 、P点离38带 的纵轴X轴的实际坐标 Y=514366.157-500000=
14366.157米
（二） 地面点的高程
1.绝对高程H：到大地水准面的铅垂距离。 2.假定（相对）高程H’：到假定水准面的铅垂距 离。 3.高差：hAB=HB-HA=H’B-H’A
第一章 绪 论
三、 地面点位置的表示方法 测量工作的基本任务是确定地面点的位置。确定地面点的空间 位置需要三个量，即平面坐标和高程。 (一) 平面坐标 1、 地理坐标 通过地轴和地球上任意一点P的平面与地球表面的交线称为P点 的真子午线或经线。通过英国格林尼治天文台的子午线，称为首子 午线。垂直于地轴的各平面与地球表面的交线，称为纬线。 过地心且与地轴垂直的平面称为赤道面， 赤道面与地球表面的交线称为赤道。 经度从首子午线起算，向东为东经 (0°-180°)，向西为西经(0°-180°)， 经度通常用符号λ 表示；纬度从赤道起 算，向北为北纬(0°-90°)，向南为南 纬(0°-90°)，纬度通常用符号φ 表示。
【测量学课件】第一章测量学的任务及其分支
海洋大地测量——为确定海面地形、海底地形以及海洋 重力及其变化所进行的大地测量工作
海底地形测量——测定海底起伏、沉积物结构和地物的 测量工作
海洋专题测量——以海洋区域的地理专题要素为对象的 测量工作
海图编制——设计、编绘、整饰和印刷海图的工作
三、测绘学的现代发展
测绘学中的3S技术
◆ 全球定位系统（Global Positioning System, GPS）
在计算机软件和硬件支持下，把各种地理信息按照空间 分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、显示和综 合分析应用的技术系统
我国地心坐标系参考框架
2008年7月1日起启用“2000国家大地坐标系”
➢ 国家高程基准
我国采用 1985 黄 海 高 程系统，基准 是青岛水准原 点及其高程值。 国家一、二等 水准网则为此 高程系统的参 考框架。
任务：
• 测绘科学是一门研究如何确定地球形状和大小 及地面、地下和空间中各物体的几何形态及其空
间位置的科学，为人类了解自然、认识自然和能 动的改造自然服务。
研究三维空间中各种物体的形状、大小、 位置、方向和其分布的学科。
• ⑴ 测量（精确测定点的位置，物的形状、大小） • ⑵ 标定（将图纸上设计好的位置标定在实地） • ⑶ 绘图（将所测数据根据需要展绘到图上）
运营管理阶段的测量——工程竣工后为监视工程状 况，保证安全，进行周期 性的重复测量，观测其变 形情况
高精度工程测量——采用非常规的测量仪器和方法， 使其测量的绝对精度达到毫米 以上要求的测量工作
4 地图制图学（地图学）
研究模拟和数字地图的基础理论、设计、 编绘、复制的技术方法及应用的学科 。
地图投影——依据数学原理将地球椭球面上的 经纬度线网描绘在平面上相应的 经纬线网
海底地形测量——测定海底起伏、沉积物结构和地物的 测量工作
海洋专题测量——以海洋区域的地理专题要素为对象的 测量工作
海图编制——设计、编绘、整饰和印刷海图的工作
三、测绘学的现代发展
测绘学中的3S技术
◆ 全球定位系统（Global Positioning System, GPS）
在计算机软件和硬件支持下，把各种地理信息按照空间 分布及属性以一定的格式输入、存储、检索、显示和综 合分析应用的技术系统
我国地心坐标系参考框架
2008年7月1日起启用“2000国家大地坐标系”
➢ 国家高程基准
我国采用 1985 黄 海 高 程系统，基准 是青岛水准原 点及其高程值。 国家一、二等 水准网则为此 高程系统的参 考框架。
任务：
• 测绘科学是一门研究如何确定地球形状和大小 及地面、地下和空间中各物体的几何形态及其空
间位置的科学，为人类了解自然、认识自然和能 动的改造自然服务。
研究三维空间中各种物体的形状、大小、 位置、方向和其分布的学科。
• ⑴ 测量（精确测定点的位置，物的形状、大小） • ⑵ 标定（将图纸上设计好的位置标定在实地） • ⑶ 绘图（将所测数据根据需要展绘到图上）
运营管理阶段的测量——工程竣工后为监视工程状 况，保证安全，进行周期 性的重复测量，观测其变 形情况
高精度工程测量——采用非常规的测量仪器和方法， 使其测量的绝对精度达到毫米 以上要求的测量工作
4 地图制图学（地图学）
研究模拟和数字地图的基础理论、设计、 编绘、复制的技术方法及应用的学科 。
地图投影——依据数学原理将地球椭球面上的 经纬度线网描绘在平面上相应的 经纬线网
测量学基本知识基本分类1
4. 我国的高程系统
主要有： （1）1985国家高程系统 （2）1956黄海高程系统 （3）地方高程系统。 注：水准原点：青岛市观象山 H0= 72.260m（85黄海系） = 72.289m（56黄海系）
§1.3 测量工作概述
一．测量的基本工作
——测角、量边、测高差
二．测量工作中用水平面代替水准面的限度
三．学习本课程的意义及要求
1．学习本课程的意义。
◆采矿工程的建设、生产阶段、扩建维修 及变形监测、地面建筑物的保护等均要
进行测量工作。
◆从高职专业的特点看，更要学好测量学。
２．学习好本课程的要求。
◆认真听课；
◆做好笔记； ◆独立完成作业；
◆实验课认真对待。
§1.2 地面点位的确定
确定地面点的空间位置需要用三个 量，在测量工作中一般用:
图形：正反方位角关系图及例题
例1 X 已知: AB= 88°20′24″ JK=316°12′3 ″ 求 BA ，KJ AB A 解： BA=268°20′24 ″ KJ=136°12′3 ″
AB
B
BA Y
2、象限角 定义：直线与标准方向线所夹的锐角 称为象限角。象限角的取值范围为 0°-90°
(三）．测量工作的基本原则 布局上：由整体到局部 精度上：由高级到低级 次序上：先控制后碎部
测量工作的又一原则:
“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”。
四.角度与弧度的换算关系
1弧度 = 180
= 57.29577951 =
0
0
= 3438' = ' = 206265" = "
1．对水平角、距离的影响——两点距离
第一章 测量学(卞正富主编)绪论
地球表面的内容是丰富的，具体可分为地物和 地貌。
地物：地球表面天然形成的物体或固定物体。 如房屋，道路，河流。
地貌：地球表面高低起伏的形状，如山岭，洼 地，河谷。
第一章 绪论
一、测量工作的内容 测量工作就是确定一个点的位置（点与点间的
距离、角度、高差）。 测量工作基本内容：水平角测量、水平距离测
量、高程测量。 测量工作基本技能：观测、计算、绘图。
大地坐标系。
第一章 绪论
2、高斯平面直角坐标
高斯投影：正形投影的一种，同时，中央子午线（以能够 被15整除的经度作为该区域的中央子午线）投影为一直线， 且长度不变。 高斯投影规律： （1） 中央子午线的投影为一直线，且长度不变，其余子午 线的投影均为曲线，对称地凹向中央子午线；
（2） 赤道的投影为直线，且与中央子午线垂直，其余纬线 的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；
❖ 3、地理信息系统（GIS）：以采集、存储、描述 、检索、分析与空间位置有关的信息的计算机系统 。它是集计算机、地理、测绘、环境科学、空间技 术、信息科学、管理科学、网络技术、现代通讯技 术、多媒体技术为一体的多学科综合而成的新兴学 科。
❖ [信息高速公路：利用网络快速传输。
❖ 空间信息基础设施：信息高速公路的基础，包 括存储和管理控制数据、土地利用数据等。
❖ 2、在园林专业中的作用
❖ （1）利用测绘获得的地形图进行有关工程的 规划与设计。
❖ （2）将规划设计图纸通过测量的手段标定到 现场。
❖ （3）利用测量的手段标定取样点的位置、监 控工程施工质量等。
❖ （4）绘制工程俊工平面图等。
第二节 地球的形状与大小
第一章 绪论
地球是椭球体，地球表面不规则，海拔有 8846.13米的,也有低于海水面11022米的, 平 均半径为6371公里,对于普通测量来说，可以 视为圆球，小范围内可以视为平面。
地物：地球表面天然形成的物体或固定物体。 如房屋，道路，河流。
地貌：地球表面高低起伏的形状，如山岭，洼 地，河谷。
第一章 绪论
一、测量工作的内容 测量工作就是确定一个点的位置（点与点间的
距离、角度、高差）。 测量工作基本内容：水平角测量、水平距离测
量、高程测量。 测量工作基本技能：观测、计算、绘图。
大地坐标系。
第一章 绪论
2、高斯平面直角坐标
高斯投影：正形投影的一种，同时，中央子午线（以能够 被15整除的经度作为该区域的中央子午线）投影为一直线， 且长度不变。 高斯投影规律： （1） 中央子午线的投影为一直线，且长度不变，其余子午 线的投影均为曲线，对称地凹向中央子午线；
（2） 赤道的投影为直线，且与中央子午线垂直，其余纬线 的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；
❖ 3、地理信息系统（GIS）：以采集、存储、描述 、检索、分析与空间位置有关的信息的计算机系统 。它是集计算机、地理、测绘、环境科学、空间技 术、信息科学、管理科学、网络技术、现代通讯技 术、多媒体技术为一体的多学科综合而成的新兴学 科。
❖ [信息高速公路：利用网络快速传输。
❖ 空间信息基础设施：信息高速公路的基础，包 括存储和管理控制数据、土地利用数据等。
❖ 2、在园林专业中的作用
❖ （1）利用测绘获得的地形图进行有关工程的 规划与设计。
❖ （2）将规划设计图纸通过测量的手段标定到 现场。
❖ （3）利用测量的手段标定取样点的位置、监 控工程施工质量等。
❖ （4）绘制工程俊工平面图等。
第二节 地球的形状与大小
第一章 绪论
地球是椭球体，地球表面不规则，海拔有 8846.13米的,也有低于海水面11022米的, 平 均半径为6371公里,对于普通测量来说，可以 视为圆球，小范围内可以视为平面。
测量学-第一章 绪论
• 短轴平行于地轴
– 定位
• 大地水准面与椭球体最接近 • 单点定位：大地原点参考椭球面和大地水准面相切，
法线和垂线重合。
北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。
地球
大地体
大地水准面
大地水准面和铅垂线 是测量工作的基准面 和基准线
参考椭球
参考椭球面
参考椭球面和法线测量 内业计算的基准面和基 准线
• 施工阶段：把线路和各种建筑物正确的测设到 地面上。
• 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。（是否符 合设计的要求）
• 运营阶段：为改建、扩建而进行的各种测量。 • 变形观测：为安全运营，防止灾害进行变形测
量。
§1.2 测量学的发展概况
世界最早的地图
公元前3200年古埃及绘在苇草上的金矿图
陶片上的古巴比伦
§1.3.2 空间位置表示方法
地面点的空间位置表示方法
1.二维坐标系和一维坐标系组合表示
地理坐标和高程 平面直角坐标和高程
2.三维的空间直角坐标
天文地理坐标系
大地水准面和铅垂线是天文地理坐 标系的基准面和基准线
地面点的坐标是它沿铅垂线在大地 水准面上投影点的经度和纬度（
） ,
正高是地面点沿铅垂线到大地水准 面的距离
N
P
首
子 午
O
线
赤道
大地水准面 S
图5-1 天文地理坐标系
大地地理坐标系
– 基准面：参考椭球面 – 基准线：法线
表示地面点在地球椭球面上 的位置，用地面点沿投影到 椭球面上的投影点的大地经 度L和大地纬度B，表示。
我国目前采用的国家大地坐标系是1954年北京坐标 系和1980年国家大地坐标系 。
– 定位
• 大地水准面与椭球体最接近 • 单点定位：大地原点参考椭球面和大地水准面相切，
法线和垂线重合。
北纬34°32′27.00″东经108°55′25.00″。
地球
大地体
大地水准面
大地水准面和铅垂线 是测量工作的基准面 和基准线
参考椭球
参考椭球面
参考椭球面和法线测量 内业计算的基准面和基 准线
• 施工阶段：把线路和各种建筑物正确的测设到 地面上。
• 竣工测量：对建筑物进行竣工测量。（是否符 合设计的要求）
• 运营阶段：为改建、扩建而进行的各种测量。 • 变形观测：为安全运营，防止灾害进行变形测
量。
§1.2 测量学的发展概况
世界最早的地图
公元前3200年古埃及绘在苇草上的金矿图
陶片上的古巴比伦
§1.3.2 空间位置表示方法
地面点的空间位置表示方法
1.二维坐标系和一维坐标系组合表示
地理坐标和高程 平面直角坐标和高程
2.三维的空间直角坐标
天文地理坐标系
大地水准面和铅垂线是天文地理坐 标系的基准面和基准线
地面点的坐标是它沿铅垂线在大地 水准面上投影点的经度和纬度（
） ,
正高是地面点沿铅垂线到大地水准 面的距离
N
P
首
子 午
O
线
赤道
大地水准面 S
图5-1 天文地理坐标系
大地地理坐标系
– 基准面：参考椭球面 – 基准线：法线
表示地面点在地球椭球面上 的位置，用地面点沿投影到 椭球面上的投影点的大地经 度L和大地纬度B，表示。
我国目前采用的国家大地坐标系是1954年北京坐标 系和1980年国家大地坐标系 。
测量学基础知识
地面点位的确定
• 地球的形状与大小 • 地面点位确定 • 确定地面点位的三个基本要素
地面点位确定
• 地面点的坐标
– 地理坐标 – 高斯平面直角坐标 – 平面直角坐标
– 子午面 – 子午线（经线） – 首子午面 – 首子午线 – 经度 – 赤道 – 纬度
• 大地地理坐标
球的重力场理论、技术和方法。大地控制网是为研究地球有关的各 种科学服务的，并且是施测地形图的重要依据
地形测量学
• 概念：研究小地区地表各类地物形状和大小的科学 。 • 研究对象：地球自然表面上一个区域，由于地球半径很大，
可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率 。 • 基本任务：测绘地表面各类物体形状和大小。
• 特点：①假想的；②不规则且无法用数学式表示；③有无数个；④ 水准面上任一点的切面与该点的铅垂线方向垂直。
高斯平面直角坐标
• 地图投影 • 高斯投影
地面点的高程
• 绝对高程 • 假设高程 • 高差
确定地面点位的三个基本要素
• 在实际工作中，确定地面点位时，往往不是直接测出它们 的坐标和高程，而是先测出水平角、水平距离，以及点之 间的高差，然后再据此推算地面点的坐标和高程。由此可 见，距离、角度和高差是测定地面点位的基本要素。
地球的形状与大小
• 大地体 • 水准面 • 大地水准面 • 铅垂线 • 旋转椭球 • 旋转椭球面 • 椭球元素
大地水准面
• 概念：与平均海水面相吻合的水准面，是一个复杂的不规则曲面。 由于地球的吸引力的大小与地球内部的质量有关，地球内部的质量 分布又不均匀，这引起地面上各点的铅垂线方向产生不规则的变化， 因而水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。
摄影测量学
• 利用摄影象片来研究地表形状与大小的科学。其任务与地 形测量学相同，只是采用的方法不同。
第一章 煤矿测量学基础知识
印
1:1000 一个方格边长为500米
矿图建立的方格网，打印时每个方格网边长都为10cm
第四节 测量工作概述 1.4.1 测量的基本内容
1、确定地面点的三个基本要素：
角度
距离
高程
2、地面测量的三项基本内容：
测角
量距
测高差
第四节 测量工作概述
1.4.2 测量工作的基本原则
一是“由整体到局部、从高级到低级、先控制后 碎部”；
二是“步步要检核”。
在程序上“由整体到局部”；在工作步骤上“ 先控制后碎部”，即先进行控制测量，然后进 行碎部测量；在精度上“由高级到低级”。
第五节 测量误差的概念 1.5.1 测量误差产生的原因
先看三个例子：
1、如果用两把刻划不一样的尺，丈量同 一段距离，用第一根尺量得距离为20m,用 第二根尺量得距离为19.98m，两者相差 2cm。
提示：在一个特定区域只 能选择一个大水地水准准面面
第二节 地面点位的确定
1.2.3 高差
高差：地面上相邻两点的高程之差，常用h表示。高差 有正负之分：正为上坡，负为下坡。
第二节 地面点位的确定
1.2.4 地面点的坐标
1、地理坐标：用经度和纬度来表示地面点位坐标 适用于：在地球椭球面上确定点位。 分为： （1）天文地理坐标(天文经度 ，天文纬度 ) （2）大地地理坐标(大地经度L，大地纬度B )
确定地面点的空间位置需用三个量 ，在测量工作中一般用: 某点在基准面上投影位置（x,y） 该点离基准面高度（H）
第二节 地面点位的确定
Z
C
A
X c
a
基准面
B
b
Y
第二节 地面点位的确定
1.2.1 大地水准面
测量学课件——1 测绘基础知识
➢1954年北京坐标系存在着很多缺点，主要表现在以 下几个方面：
•1.克拉索夫斯基椭球参数同现代精确的椭球参数的差异较大，并且不包含 表示地球物理特性的参数，因而给理论和实际工作带来了许多不便。
•2.椭球定向不十分明确，椭球的短半轴既不指向国际通用的CIO极，也不 指向目前我国使用的JYD极。参考椭球面与我国大地水准面呈西高东低的 系统性倾斜，东部高程异常达60余米，最大达67米。
克拉索夫斯基椭球
1954年坐标系
IAG-75椭球 WGS84椭球
1980年坐标系 GPS坐标系
地球自然表面
水准面
大地水准面
地球的形状和大小
参考椭球面
地球的形状是一个南北极稍扁的，类似于一个 椭圆绕其短轴旋转的椭球体。 测量工作的基准面是大地水准面，基准线是铅垂线
测量计算的基准面是参考椭球面，基准线是法线
为： L0 6N 3
高斯投影 3° 带： 3°带的分带是在 6°带的基础上进行分带。自东经 1° 30' 开始,每隔 3°由西向东按 1，2， 3 …120顺序编号。
如果知道某点的经度，就可以求出该点 所在3°带的带号n ，该3°带的中央子 午线的经度L为： L=3n。
大比例尺测图和工程测量常采用 3°带、 1.5°带投影或者以任意经度的子午线作为
数学中的笛卡儿 平面直角坐标系
投影变换
正规的平面直角坐标系是利用投影变换，将 空间坐标（空间直角坐标或大地坐标）通过某 种数学变换投影到平面上。这种变换又称为投 影变换。
常见的投影变换 高斯-克吕格投影（也称高斯投影） UTM投影 Lambuda投影
3.1.4 高斯投影
高斯—克吕格投影
将一个椭圆柱面横向 切于一条子午线(称 中央子午线)上，椭 球赤道与柱面相交成 直线。
测量学课件 第一章 绪论
第一章绪论第一节工程测量的任务和作用第二节地面点位的确定第三节测量三要素第四节用水平面代替水准面的限度第五节测量工作概述exit第一节工程测量的任务和作用一、测量学的一般概念测量学(Surveying)是测定地面点的空间位置，将地球表面地形和其它地理信息测绘成图，研究并确定地球形状和大小的科学。
工程测量是研究工程建设在勘测设计、施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科。
主要内容有：工程控制网的建立、地形测绘、施工放样、设备安装测量、竣工测量、变形观测和维修养护测量等。
第一节工程测量的任务和作用二、工程测量的任务和作用•测量学将地表物体分为地物和地貌,地物和地貌总称为地形(landform) 。
•地物(feature)：地面上天然或人工形成的物体，它包括平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、桥梁等；•地貌(geomorphy)：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵和平原等。
• 1.测定(location)：使用测量仪器和工具，通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小绘制成地图。
• 2. 测设(setting-out)：将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。
•测绘科学在建筑类各专业的工作中有着广泛的应用。
例如：勘测设计、施工、竣工测量和对重要建筑物进行变形观测等。
第一节工程测量的任务和作用三、测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设•①设计阶段——测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；•②施工阶段——将设计建构物的平面位置•和高程在实地标定出来，作为施工的依据；•③工程完工后——测绘竣工图，供日后扩建、•改建、维修和城市管理用；•对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行•变形观测，保证建筑物安全。
第一节工程测量的任务和作用2) 铁路、公路建设的测量工作①测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。
测量学基础知识
a 和短半轴 b 或扁率 α 表示，一般用 a 和 α 表示， a 和 α 称为椭球的元素。为了测量工作
的需要，在一个国家和一个地区，需要选用一个最接近本地区大地水准面的椭球，这样的椭 球成为“参考椭球” ，如图 1-2 所示。 在近三十年来， 世界上先后推算出 30 多个椭球参数。 我国自 1954 年起采用苏联克拉索 夫斯基椭球参数， 几十年来一直作为我国地形测量和控制测量的基准， 测绘了全国 1:5 万和 1:10 万地形图和大量的 1:1 万地形图，但克拉索夫斯基椭球参数的精度是有限的。后来我 国改用 1954 年北京坐标系，但参考椭球与大地水准面的拟合仍不够好。经过测量工作者的 大量努力，我国从二十世纪八十年代初建立了 1980 年国家大地坐标系，这个坐标系的原点 建在陕西泾阳县永乐镇。在这个坐标系中，采用了 IUGG（国际大地测量学与地球物理联合 会 ） 1975 年 推 荐 的 地 球 椭 球 参 数 ， 其 元 素 值 为 ： a = 6378140m ，
普通测量学
第一章
第一节
测量学的基本知识
测量学及其地位和作用
测量学是一门古老的地球科学，它来自于希腊文的“土地划分” ，至少已有 4000 多年 的历史。我国是世界文明古国之一，测量学的发展也有悠久的历史。早在公元前 2200 年夏 禹治水时就已使用了“左准绳，右拐矩”的测量工具和方法， 春秋战国时期已经制成了利 用磁石的指南仪器“司南” ，唐代僧一行主持了世界上最早的子午线弧长测量，西晋裴秀的 《制图六体》 被誉为世界上最早的地图制图理论。 为准确确定空间点的坐标位置， 早在 1615～ 1617 年就已有人采用了三角测量来建立测量控制网的方法，当时荷兰的天文学家和数学家 斯涅利乌斯就采用三角方法进行了子午圈的弧长测量。直到今天，这种方法在测量工作的外 业和成果处理中仍被广泛的采用。 近代的测量学已经发展为一门综合科学，它在一系列测量仪器与工具的帮助下能够解 决许多复杂的科学、技术与工程问题，研究如何测定地面点的位置和高程，将地球表面的地 形及其它信息测绘成图以及确定地球的形状和大小的科学。也就是说，测量学是研究如何测 量和描绘地球整体以及地面形状的科学。测量一词是泛指对各种量的量测，而测量学所要量 测的对像是地球的表面乃至整个的地球。由于测量学一般都包含测和绘两项内容，所以这门 科学又称为测绘科学。 测绘科学的研究对象主要是地球的形状和大小以及地球表面（包括空中、地表、地下 和海洋）上各种物体的几何形状与空间位置，通过测绘工作把地球表面用平面图、地图或剖 面图表示出来，以及对于这些空间位置信息进行处理、储存、管理，同时解决各种类型的实 际问题。测绘技术对于空间技术研究、地壳形变、地震预报、地球动力学研究等科学研究方 面也是不可缺少的工具。 按照所研究的内容、范围和对象的不同测量学有许多分支学科 (1) 大地测量学： 研究地球的形状、 大小和重力场问题及大范围内建立国家大地控制网 的理论、方法和技术的科学，是整个测量学的基础理论学科。大地测量必须考虑地球曲率的 影响。大地测量学可分为常规大地测量学和卫星大地测量学。 (2) 普通测量学：研究地球表面较小区域内的测量与制图的理论、技术和方法的科学。 在测绘过程中不考虑地球曲率影响，用水平面代替地球曲面，根据需要建立小区域控制网， 按测量和制图的理论、技术和方法绘制出地形图的测量工作，属于地形测量学的范畴，其具 体任务是测绘各种比例尺的地形图及进行一般的施工测量。 (3) 摄影测量学： 利用摄影和遥感技术获取被摄物体的信息， 以确定物体的形状、 大小、 性质和空间位置的理论、技术和方法的科学。根据手段不同可分为：航空摄影测量，地面摄