武大控制测量学 第1章 绪论共21页文档
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武汉大学 ,数字测图 ,课件 ,第一章
数字地形测量学
Digital Topography
武汉大学测绘学院
第一章 绪 论
1.1 测量学发展历史 1.2 测量学定义及研究内容 1.3 测绘学的应用范围及实例 1.4 教学目的和要求
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
测量学的产生
生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等 公元前二十七世纪 埃及大金字塔 二千多年前 夏商时代 夏禹治水 秦代 李冰父子 都江堰水利枢纽工程 军事、交通运输的需要 万里长城 指南针 ……
研究内容：图根控制网的建立和地形图的测绘
表示形式：数字、文字、图
数字地形测量学
1.2 测量学定义及研究内容
3、摄影测量学(Photogrammetry)
摄影测量学是研究摄影影像与被摄物体之间的内在几 何和物理关系，进行分析、处理和解译，以确定被摄物体 的形状、大小和空间位置，并判定其性质的一门学科。 利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置。 可分为航空摄影测量学、地面摄影测量学、水下摄影测量 学、航天摄影测量学等分支学科。
2、光学测绘方法（经纬仪） 3、光、电测绘方法（全站仪） 4、光、机、电测绘方法（测量机器人） 5、光、机、电、传感器（三维激光扫描仪）
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
水准仪
DISTO
TPS
GPS 矢量望远镜 GIS 软件 激光跟踪
航空相机
CYRAX
数字地形测量学
1.2 测量学定义及研究内容
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
早在春秋战国时期，已经制成了利用磁石的指南仪器
“司南”，它是沿用几千年的指南针与罗盘的雏型。 大约是公元前 2200 年，夏禹治水时，使用了“左准绳， 右规矩”的测量工具和方法。 长沙马王堆 3 号汉墓出土了西汉时期的《地形图》和 《驻军图》》。 俄国时代的《甘石星表》、东汉张衡研制的天球仪与 侯风地动仪、魏晋时期刘徽的《海岛算经》、西晋裴秀的 《制图六体》、唐李吉甫的《元和群县图志》等等一系列 成就都在我国测绘史上增添了光辉的篇章。
Digital Topography
武汉大学测绘学院
第一章 绪 论
1.1 测量学发展历史 1.2 测量学定义及研究内容 1.3 测绘学的应用范围及实例 1.4 教学目的和要求
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
测量学的产生
生产、生活的需要以及建筑、农田、水利建设等 公元前二十七世纪 埃及大金字塔 二千多年前 夏商时代 夏禹治水 秦代 李冰父子 都江堰水利枢纽工程 军事、交通运输的需要 万里长城 指南针 ……
研究内容：图根控制网的建立和地形图的测绘
表示形式：数字、文字、图
数字地形测量学
1.2 测量学定义及研究内容
3、摄影测量学(Photogrammetry)
摄影测量学是研究摄影影像与被摄物体之间的内在几 何和物理关系，进行分析、处理和解译，以确定被摄物体 的形状、大小和空间位置，并判定其性质的一门学科。 利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置。 可分为航空摄影测量学、地面摄影测量学、水下摄影测量 学、航天摄影测量学等分支学科。
2、光学测绘方法（经纬仪） 3、光、电测绘方法（全站仪） 4、光、机、电测绘方法（测量机器人） 5、光、机、电、传感器（三维激光扫描仪）
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
水准仪
DISTO
TPS
GPS 矢量望远镜 GIS 软件 激光跟踪
航空相机
CYRAX
数字地形测量学
1.2 测量学定义及研究内容
数字地形测量学
1.1 测量学发展历史
早在春秋战国时期，已经制成了利用磁石的指南仪器
“司南”，它是沿用几千年的指南针与罗盘的雏型。 大约是公元前 2200 年，夏禹治水时，使用了“左准绳， 右规矩”的测量工具和方法。 长沙马王堆 3 号汉墓出土了西汉时期的《地形图》和 《驻军图》》。 俄国时代的《甘石星表》、东汉张衡研制的天球仪与 侯风地动仪、魏晋时期刘徽的《海岛算经》、西晋裴秀的 《制图六体》、唐李吉甫的《元和群县图志》等等一系列 成就都在我国测绘史上增添了光辉的篇章。
测量学(第五版)第1章 绪论
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•110
•62
二、确定地面点位的坐标系
（一）大地坐标系
子午面 －
首子午面
地球上任一点与
格林尼治
地球旋转轴所组
G
成的平面。
首子午面 －
通过英国格林尼
治(Greenwich)
天文台的子午面。
地球旋转轴 A点子午面
A
赤道平面
•110
•63
大地经度 －
通过A点的子午面 与首子午面之间 的夹角(L)
（第五版）
作者 ：程效军 鲍 峰 顾孝烈 同济大学出版社
•110
•1
测量学的教学目的
《测量学》是城市规划、土木工程、道路 交通工程、测绘工程、地质工程、港口航道与 海岸工程等专业必修的专业基础课，是一门实 践性强，理论和实践相结合的课程。
掌握测量的基本理论，基本方法和基本技 能，培养学生动手、实践和创新能力，为学生 从事城市规划、土木工程勘测、设计、施工、 管理奠定基础。
(世界时、恒星时)，它对于地球科学和 空间技术(卫星发射、定位和宇宙航行) 都十分重要。
•110
•22
天文台的天文观测
天文台外观
Байду номын сангаас
用天文望远镜观测
•110
•23
物理大地测量学研究地球的重力测 量方法,重力分布情况(重力场)及其应 用。 测定重力加速度G的目的：
1.建立国家重力基准网和基本网； 2.确定全球重力场模型及其变化； 3.确定区域的和地球的大地水准面
用高科技测量手段标定国界，常在国 家间的领土争执中起到重要作用;也常以 对方出版的地图上对国境线的表示,作为 有利于己方的证据。
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二、确定地面点位的坐标系
（一）大地坐标系
子午面 －
首子午面
地球上任一点与
格林尼治
地球旋转轴所组
G
成的平面。
首子午面 －
通过英国格林尼
治(Greenwich)
天文台的子午面。
地球旋转轴 A点子午面
A
赤道平面
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大地经度 －
通过A点的子午面 与首子午面之间 的夹角(L)
（第五版）
作者 ：程效军 鲍 峰 顾孝烈 同济大学出版社
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•1
测量学的教学目的
《测量学》是城市规划、土木工程、道路 交通工程、测绘工程、地质工程、港口航道与 海岸工程等专业必修的专业基础课，是一门实 践性强，理论和实践相结合的课程。
掌握测量的基本理论，基本方法和基本技 能，培养学生动手、实践和创新能力，为学生 从事城市规划、土木工程勘测、设计、施工、 管理奠定基础。
(世界时、恒星时)，它对于地球科学和 空间技术(卫星发射、定位和宇宙航行) 都十分重要。
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天文台的天文观测
天文台外观
Байду номын сангаас
用天文望远镜观测
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物理大地测量学研究地球的重力测 量方法,重力分布情况(重力场)及其应 用。 测定重力加速度G的目的：
1.建立国家重力基准网和基本网； 2.确定全球重力场模型及其变化； 3.确定区域的和地球的大地水准面
用高科技测量手段标定国界，常在国 家间的领土争执中起到重要作用;也常以 对方出版的地图上对国境线的表示,作为 有利于己方的证据。
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【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
第1章绪论
课程的特点
本课程是高等学校测控技术与仪器专业 和其他相关专业必修的一门专业基础课。
理论性和实践性均较强，在教学时必须 布置一定数量的习题并上机实践，有条件时 还应安排其他必要的实验。
教材
第1章 绪论
教学目标
本章阐述测量误差的基本概念、误差 的表达形式、误差分类、误差来源；给出 描述误差大小的精度概念及其与误差类型 之间的关系；给出测量中的有效数字概念 及其在数据处理中的基本方法。通过学习 本章内容，使学生对测量误差分析及其数 据处理的问题有一个概貌的了解，为学习 后面章节的内容奠定基础。
开尔文
为了纪念他在科学上的功绩，国际 计量大会把热力学温标（即绝对温 标）称为开尔文（开氏）温标，热 力学温度以开尔文为单位，是现在 国际单位制中七个基本单位之一。
钱学森(1911-2009 )
信息技术包括测量技术、 计算机技术和通信技术， 测量技术是信息技术的 关键和基础。
钱学森
“两弹一星功勋奖章”；国家杰出贡献科 学家；中国绿色贡献终身成就奖
误差
组成设备的 主要零部件 的制造误差 与设备的装 配误差
设备出厂 时校准与 定度所带 来的误差
读数分辨 数字式仪 ຫໍສະໝຸດ 器件老化、力有限而 器所特有 磨损、疲劳
造成的读 的量化误 所造成的误
数误差 差
差
二、误差的来源
测量环境误差
指各种环境因素与要求条件不一致而造 成的误差。
▪ 对于电子测量，环境误差主要来源于环 境温度、电源电压和电磁干扰等
特别是在当今信息技术时代，如何科学实验和工 程实践所获得的大量数据信息，必须经过合理的数据 处理并给出科学的评价，才有其实际价值。
误差理论在科学技术和工程实践中的重 要地位与作用愈来愈被人们所认识，掌握误 差理论已为广大科技工作者之基本必需。
01-控制测量学
量
——铅垂线方向
学
水准面
——静止状态的水
东
面（无数个），
华
重力位能相等。
理
工 学
测量中，要求仪器的垂直轴与铅垂线一致，故
院 铅垂线是外业测量工作的基准线。
★大地水准面
控 用占地球表面71%的海水面代替地球的形体，
制
并作为测量外业工作统一的基准面——大地水 准面。
测 假定海洋的水体，只受重力作用，无潮汐、风
学 重力大地测量学 ——以研究重力场及重力测量 方法为中心内容 ；
东 测量平差——以研究大地测量控制网平差计算为
华 理
主要内容 ；
工 学 院
电磁波测距大地测量学 ——大地测量学同无线 电电子学相结合 ；
控 制 测 量 学
东 华 理 工 学 院
与其它相关学科的发展相联系：
电磁波测距大地测量学 —同无线电电子学相结合 ； 宇宙大地测量学 ——与天体力学及天文学结合 ； 海洋大地测量学 ——与海洋地质学及海洋导航学结合 地球动力学 ——与地球物理、海洋地质学及地质学相
制 测 量 学
东 华 理 工
地 测 量 学 的 基 本 体
确定地球的形状、大小及地面点的 几何位置。
主要内容是关于国家大地测量 控制网(平面和高程)建立的基本原理 和方法，精密角度测量，距离测量 ，水准测量；地球椭球数学性质， 椭球面上测量计算，椭球数学投影 变换以及地球椭球几何参数的数学
学 院
系 模型等。
结合 ；
卫星大地测量学 ——与人造地球卫星学及天体力学相 结合 ；
惯性大地测量学 ——以惯性原理为基础，利用加速度计 测量运动物体某方向加速度，通过计算机积分计算得到 运动物体空间位置 ；
【武汉大学】现代控制理论绪论【现代控制理论】
李雅普诺夫
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.2现代控制理论发展历史
– 1956年,美国数学家贝尔曼(R. Bellman)提出了离散多阶段决策的 最优性原理,创立了动态规划方法。
– 1956年,前苏联科学家庞特里亚金 (L.S. Pontryagin)提出极大值原理, • 并于1961年证明并发表了极大 值原理。 • 极大值原理和动态规划为解决 最优控制问题提供了理论工具。
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
现代工业应用：奥地利OMV公司一角
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
现代控制理论
现代化轧钢厂
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
美国研制的火星探测车
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
其它应用： – 航空航天
•反馈是控制的灵魂
现代控制理论
控制论之父——维纳
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
我国著名科学家钱学森将控制 理论应用于工程实践,并与1954年 出版了《工程控制论》。
现代控制理论
钱学森
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分 析与设计的问题。 • 如图1-1所示为 的准确性,却常常导致系统产生 振荡。
瓦特
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
3. 发展阶段
实践中出现的问题,促使科学家 们从理论上进行探索研究。
– 1868年,英国物理学家麦克斯韦 (J.C. Maxwell)通过对调速系统线 性常微分方程的建立和分析,
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.2现代控制理论发展历史
– 1956年,美国数学家贝尔曼(R. Bellman)提出了离散多阶段决策的 最优性原理,创立了动态规划方法。
– 1956年,前苏联科学家庞特里亚金 (L.S. Pontryagin)提出极大值原理, • 并于1961年证明并发表了极大 值原理。 • 极大值原理和动态规划为解决 最优控制问题提供了理论工具。
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
现代工业应用：奥地利OMV公司一角
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
现代控制理论
现代化轧钢厂
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
美国研制的火星探测车
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1控制理论发展概述
其它应用： – 航空航天
•反馈是控制的灵魂
现代控制理论
控制论之父——维纳
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
我国著名科学家钱学森将控制 理论应用于工程实践,并与1954年 出版了《工程控制论》。
现代控制理论
钱学森
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
经典控制理论主要用于解决反馈控制系统中控制器的分 析与设计的问题。 • 如图1-1所示为 的准确性,却常常导致系统产生 振荡。
瓦特
现代控制理论
武汉大学 自动化系 丁李
1.1.1 经典控制理论发展历史
3. 发展阶段
实践中出现的问题,促使科学家 们从理论上进行探索研究。
– 1868年,英国物理学家麦克斯韦 (J.C. Maxwell)通过对调速系统线 性常微分方程的建立和分析,
测量学基础第一章绪论
总结
1、测量学的概念、任务、学科分支； 2、测量学的发展概况。
习题
1.测绘学的基本概念及测量学的研究对象 2.测量学的分类 3.测量学在社会生产、工程实践中的作用及 其在国民经济建设中的重要地位
▪ GPS功能必须具备GPS终端、传输网络网络和控制 平台三个要素；通过这三个要素，可以提供车辆防 盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。
▪ 应用：主要是为船舶，汽车，飞机，行人等运动物 体进行定位导航，例如：1.船舶远洋导航和进港引 水 2.飞机航路引导和进场降落 3.汽车自主导航 4. 个人旅游（导航，导游，导览一体机）等等。
吴启文 邮箱： 电话：
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。
▪ 本课程为考试课： 成绩=平时成绩（30%）+考试成绩（70%）
本教程学习内容
▪ 第一章 绪论 ▪ 第二章 测量学的基本知识 ▪ 第三章 水准测量 ▪ 第四章 角度测量 ▪ 第五章 距离测量 ▪ 第六章 测量误差的基本知识 ▪ 第七章 直线方位测量 ▪ 第八章 平面控制测量 ▪ 第九章 高程控制测量 ▪ 第十章 地形图的基本知识 ▪ 第十一章 大比例尺地形图的测绘 ▪ 第十二章 地形图的应用
掌握测量的基本知识和基本理论 差的基本知识，懂得精度的概念并能进行简单的精度评定，掌 握基本测量数据处理的理论和方法，并能够在工程实践活动中 正确使用地形图和测绘资料。为后期的测量专业课程打下基础。
四、学习本课程的目的和要求
➢地图学（cartography）
研究模拟和数字地图的基础理论、设计、编绘、复制的技 术方法及其应用的学科。
第一章 绪 论
测量学（surveying）
研究地球的形状和大小，以及确定地球表面点 位关系的一门学科。
控制测量学的基本概念
控制测量学的基本概念第1章绪论控制测量是科学研究、⼯程建设的基础性⼯作，其精度的⾼低直接决定着国家基准、⼯程项⽬的准确与否。控制测量⼯作在不同的阶段有着不同的⼯作内容与要求，应该根据国家控制⽹的等级、⼯程建设的进度，选择合适的⽅法。
1.1 控制测量学的基本概念1.1.1 控制测量学的定义与分类“从整体到局部，先控制后碎部”是测量⼯作的基本原则，其中，“控制”指的就是控制测量。控制测量是测绘⼯作中最为重要的环节之⼀，在测绘⼯作，乃⾄整个⼯程中都发挥着重要的作⽤。所谓控制测量，是指在⼀定区域内，按测量任务所要求的精度，测定⼀系列地⾯标志点(控制点)的⽔平位置或⾼程，建⽴平⾯控制⽹或⾼程控制⽹的测量⼯作。
在进⾏控制测量⼯作时，需要以数学、测量学、测量平差、⼤地测量学等学科为基础，共同为建⽴控制⽹、测定地⾯点位⽽服务，由此形成控制测量学。
控制测量学是研究精确测定和描绘地⾯控制点空间位置及其变化的学科。控制测量学是在⼤地测量学基本理论基础上，以⼯程建设和社会发展与安全保证的测量⼯作为主要服务对象⽽发展和形成的，为⼈类社会活动提供有⽤的空间信息。因此，从本质上说，它是地球⼯程信息学科，是地球科学和测绘学中的⼀个重要分⽀，是⼯程建设测量中的基础学科，也是应⽤学科。在测量⼯程专业⼈才培养中占有重要的地位。
控制测量按照⼯作⽤途分类可以分为⼤地控制测量和⼯程控制测量两类：在⼀个或⼏个国家及⾄全球范围内布设⾜够的⼤地控制点，将这些⼤地控制点以⼀定的关系连接构成⼤地控制⽹，按照统⼀的规程、规范所进⾏的控制测量，称为⼤地控制测量；为了某项⼯程的设计、施⼯、运营管理等需要，在较⼩区域内布设⾜够的控制点，将控制点以⼀定的关系连接构成⼯程控制⽹，按照国家或部门颁布的规程、规范所进⾏的控制测量，称为⼯程控制测量。
控制测量按照⼯作内容分类可以分为平⾯控制测量和⾼程控制测量两类：测定控制点平⾯位置(x,y)的⼯作称为平⾯控制测量；测定控制点⾼程(H)的⼯作称为⾼程控制测量。