《工程測量》講課學(xué)時：18（22）實驗學(xué)時：14(10)

測繪工程學(xué)：是一門基礎(chǔ)技術(shù)課，測繪工作是一項實踐性很強的工作，可以鍛煉動手能力，實踐能力，培養(yǎng)當社會實踐型、創(chuàng)造型復(fù)合人才。

應(yīng)用領(lǐng)域：

水利工程、交通工程、電力通訊工程、城鎮(zhèn)建設(shè)、“3S”系統(tǒng)等

培養(yǎng)目標：

實踐能力、組織能力、創(chuàng)新能力。

課程要求：

基本理論、基本知識、基本技能。講授內(nèi)容第一章 緒論第二章 平面測量第三章 高程測量第四章

測量誤差及測量數(shù)據(jù)初步處理第五章工程控制測量與定位測量第六章地圖編制和地形圖測繪第七章地圖與地形圖的應(yīng)用第八章攝影測量與遙感(自學(xué))第九章地理信息系統(tǒng)（自學(xué)）第十章建設(shè)工程測量

《工程測量》是資源、環(huán)境、土建學(xué)院等專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)課。通過本課程的學(xué)習(xí)、實驗與實習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握有關(guān)測量學(xué)的一些基本概念，掌握常規(guī)測量儀器工具如S3水準儀、DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀等的使用方法；了解測量誤差的來源和削弱方法?；菊莆赵u定測量精度的標準以及測量誤差的累計規(guī)律，初步掌握建立小地區(qū)控制網(wǎng)和大比例尺地形圖的測繪方法。熟悉地形圖的應(yīng)用及施工測量基本方法。使他們在繪圖、讀圖、用圖、計算等方面的能力得到鍛煉，并與他們所學(xué)專業(yè)聯(lián)系起來，以便在今后的生產(chǎn)、科研實踐中，能從事工程的一般讀圖、用圖、施工放樣等工作?！豆こ虦y量》是一門實踐性很強的課程，作為工程技術(shù)人員經(jīng)常要應(yīng)用常規(guī)測量工具進行外業(yè)觀測，或采集數(shù)據(jù)，或放樣點位，或工程測量，而對其動手能力的要求比較高，即要求其能熟練地進行觀測、記錄和計算。因此教師在教學(xué)過程中，除應(yīng)注重理論教學(xué)外，還要特別重視學(xué)生實際操作能力的培養(yǎng)。必須安排一定的時間進行實驗，并要求達到一定水平，使學(xué)生在實驗、實習(xí)時間基本掌握主要儀器的使用方法。第一章緒論

本章主要講述測量學(xué)概論。內(nèi)容涉及測量學(xué)的任務(wù)和作用、地球的形狀和大小、地面上點位的確定、高程和平面直角坐標概念、用水平面代替水準面的限度、測量工作概述。第一章緒論

[重點]高程和平面直角坐標

了解測量學(xué)學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展概況和測量學(xué)的任務(wù)及學(xué)習(xí)要求；了解地球形狀大小及水準面。大地水準面的意義；掌握地面點位的表示方法；掌握高程和平面直角坐標概念；了解用水平面代替水準面的限度；熟悉測量工作程序和組織原則。通過本章教學(xué)，要求學(xué)生熟悉測量學(xué)的任務(wù)和作用、地球的形狀和大小、地面上點位的確定、高程和平面直角坐標概念、用水平面代替水準面的限度、測量工作概述等；掌握高程和平面直角坐標。

第一章緒論§1-1

測繪工程學(xué)概論§1-2

坐標系統(tǒng)及高程系統(tǒng)§1-3地面點定位及測繪工作基本原則§1-4國家大地測量體系概述1.定義（1）測繪工程學(xué)(現(xiàn)代)是研究地球空間信息的采集、處理、分析、描述和應(yīng)用的學(xué)科。

?

地球空間信息

----地球本身、地表及外層空間中各種自然物體與人工物體的空間位置信息。（2）測量學(xué)（傳統(tǒng)）是研究地球的形狀和大小，確定地球表面各種物體的形狀、大小和空間位置的學(xué)科。（3）比較：地表→空間工程建設(shè)→社會管理、日常生活靜態(tài)→動態(tài)宏觀量→微觀量手工作業(yè)→自動化、信息化2.研究內(nèi)容地球形狀和大小、確定點的空間位置、繪制各種比例尺地圖1.1.1測繪學(xué)的定義1.1.2測繪學(xué)分支

由于所涉及的研究對象、方式、手段各有不同，形成了不同的學(xué)科。1.大地測量學(xué)：研究測定地球形狀、大小、重力場及其變化，通過建立區(qū)域和全球的三維控制網(wǎng)、重力網(wǎng)及利用衛(wèi)星測量等方法測定地球各種動態(tài)的理論和技術(shù)的學(xué)科（或在廣大區(qū)域建立國家大地基礎(chǔ)控制網(wǎng)的學(xué)科）。2.攝影測量學(xué)與遙感：研究利用電磁波傳感器獲取目標物的幾何和物理信息，用以測定目標物的形狀、大小、空間位置，判釋其性質(zhì)及相互關(guān)系，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達的理論技術(shù)的學(xué)科。（GoogleEarth）4.工程測量學(xué)：在工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理各個階段進行測量的理論和技術(shù)的學(xué)科。3.地圖制圖學(xué)：研究地圖投影與地球表面及其附屬物形狀的繪制與表述的理論與方法的學(xué)科。5.海洋測量學(xué)：以地球表面水體及水下地貌為測繪目標，研究其測繪理論和方法的學(xué)科。6.地形測量學(xué)：研究將小區(qū)域地面物體和現(xiàn)象通過測量繪制成地形圖的學(xué)科。例如：鐵路、公路建設(shè)的測量工作1)為了確定一條最經(jīng)濟合理的路線，必須預(yù)先測繪路線附近的地形圖，在地形圖上進行路線設(shè)計，然后將設(shè)計路線的位置標定在地面上以指導(dǎo)施工；2)當路線跨越河流時，必須建造橋梁。建橋之前，要測繪河流兩岸的地形圖，測定河流的水位、流速、流量和河床地形圖以及橋梁軸線長度等，為橋梁設(shè)計提供必要的資料，最后將設(shè)計橋臺、橋墩的位置用測量的方法在實地標定；3)當路線穿過山地需要開挖隧道時，開挖之前，必須在地形圖上確定隧道的位置，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算隧道的長度和方向；隧道施工通常是從隧道兩端相向開挖，這就需要根據(jù)測量成果指示開挖方向，保證其正確貫通。

1.1.3測繪學(xué)的發(fā)展簡史1.測繪學(xué)的古代發(fā)展

早在公元前21世紀夏禹治水時，已使用了“準、繩、規(guī)、矩”四種測量工具。在天文測量方面，遠在公元前2513—前2434年便開始觀測日、月、五星，來定一年的長短，戰(zhàn)國時已首先制出了世界最早的恒星表。秦代用顓頊歷定一年的長短為365.25天。宋代的《統(tǒng)天歷》，一年為365.2425日，與現(xiàn)代值相比，只有26秒的誤差。

在研究地球形狀和大小方面，我國于唐代（公元724年）在僧一行主持下，實量河南白馬到上蔡的距離和北極高度角，得出子午線1度的弧長，為人類正確認識地球作出了貢獻。

17世紀末，牛頓和惠更斯從力學(xué)的觀點，提出地球是兩極略扁的地扁說，從此與地圓說展開了一場大論戰(zhàn)，直至1739年經(jīng)過弧長測量才證實了地扁說的正確性。1849年，斯托克斯提出利用重力觀測資料確定地球形狀的理論。2.測繪學(xué)的近代發(fā)展17世紀以來，測繪學(xué)得到很大的發(fā)展，主要在以下方面：儀器：望遠鏡的應(yīng)用（水準儀，經(jīng)緯儀等光學(xué)儀器）測量方法：三角測量，水準測量，高程測量測量理論：高斯的最小二乘法理論和橫圓柱投影理論3.現(xiàn)代測繪學(xué)發(fā)展

主要技術(shù)體現(xiàn)：測量與繪圖測繪科學(xué)的理論與技術(shù)的發(fā)展：激光紅外測距和激光指向定位、全球定位系統(tǒng)、攝影測量與遙感、數(shù)字化測量與地理信息系統(tǒng)以及現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理理論。數(shù)字地球與３Ｓ技術(shù)（GPS、GIS、RS）近代：以幾何、光學(xué)、機械學(xué)為基礎(chǔ)。現(xiàn)代：以電子、信息、空間技術(shù)、計算機技術(shù)、激光技術(shù)為基礎(chǔ)。像現(xiàn)在的“數(shù)字地球”、“數(shù)字中國”、“數(shù)字工程”、“數(shù)字城市”的基礎(chǔ)是“3S技術(shù)”，支撐是通信技術(shù)和計算機技術(shù)。1.1.4測繪學(xué)在國民經(jīng)濟中作用1.為建設(shè)規(guī)劃和工程設(shè)計提供空間信息基礎(chǔ)資料－－圖、影像、數(shù)據(jù)2.為工程建（構(gòu)）筑物施工提供位置依據(jù)3.為檢驗工程質(zhì)量和監(jiān)視工程設(shè)施安全營運提供重要技術(shù)手段－－驗收、變形監(jiān)測4.為社會管理提供空間基礎(chǔ)信息與空間定位保障－－各類管理信息系統(tǒng)應(yīng)用：各行各業(yè)。

人類社會許多活動與測繪科學(xué)息息相關(guān)。從土地開發(fā)利用、地面建（構(gòu)）筑物的建造到日常生活與社會管理，都要用到包括方向、距離、高度、位置、面積、體積等方面的空間信息，都要測繪科學(xué)的理論、技術(shù)予以支持和實現(xiàn)。

第一章緒論§1-1

測繪工程學(xué)概論§1-2

坐標系統(tǒng)及高程系統(tǒng)§1-3地面點定位及測繪工作基本原則§1-4國家大地測量體系概述1.2.1地球形狀和大小

地球表面上海洋面積約占71﹪，陸地面積約占29﹪，世界第一高峰珠穆朗瑪峰高達8844m，而在太平洋西部的馬里亞納海溝深達11034m。1.相關(guān)概念（1）基準線鉛垂線－－即重力方向線（地心引力和離心力的合力）。細線吊一重物，重物下垂并穩(wěn)定時細線方向為之。是測量野外作業(yè)的基準線。水平線－－與鉛垂線正交的直線鉛垂線

（2）基準面水平面－－與鉛垂線正交的平面，是測量野外作業(yè)的基準面。水準面－－平靜的水面無限延伸形成的曲面（或處于靜止狀態(tài)的水面向陸地延伸所形成的閉合曲面）。

特點：水準面上任意一點的鉛垂線垂直水準面。是一個重力等位面（同一水準面上重力位相等）。有無數(shù)個，互不相交。大地水準面－－與平均海水面相重合的水準面（設(shè)想一個與靜止的平均海水面相重合并向大陸內(nèi)部延伸且包圍整個地球的閉合水準面）。大地水準面是一個不規(guī)則曲面。是測量上的重要基準面。

特點：過面上任意一點的切面與鉛垂線正交。也是一個重力等位面。有一個，唯一性。參考橢球面－－下述。是測量計算的基準面。2.地球形狀地球體(不規(guī)則):代表整個地球形狀和大小的數(shù)學(xué)體。大地體(不規(guī)則):

：大地水準面包圍的形體。地球表面是不規(guī)則的曲面，用大地水準面可以近似代替地球表面的形狀。參考橢球面(規(guī)則):

又稱地球橢球體。與大地水準面擬合最好的橢球體（由一個橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的橢球體）?；蛴靡粋€非常接近于大地體且可以用簡單數(shù)學(xué)公式表示的幾何體來表示實際的地球形體。3.地球的大小長半徑a=6378140m（6378137m)

短半徑b=6356755.3m

扁率α＝(a-b)/a=1/298.257

兩個參數(shù)定位：a、b或a、α。平均半徑R=（a+a+b)/3≈

6371km*在小范圍內(nèi)（半徑＜20km)進行角度或距離測量工作，可以將球面當作平面看待!同時用水平面代替水準面。地球大小的相關(guān)知識

我國先后三次選用不同的參考橢球參數(shù)1.1953~1975年間，采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基橢球體參數(shù)，長半徑a=6378245m扁率α=1/298.3，并依此建立了“1954年北京坐標系”。

2.1980年以后，采用國際大地測量協(xié)會IAG1975年推出的參考橢球參數(shù)，長半徑a＝6378140m，扁率α＝1／298.257，并在陜西涇陽縣永樂鎮(zhèn)設(shè)大地原點，稱“1980年國家大地坐標系”（又稱1980年西安坐標系）。3.2000國家大地坐標系所用橢球參數(shù)：長半軸α＝6378137m，短半軸b=6356755.3m，扁率f＝1/298.257222101（2008年7月1日開始采用）。國家大地原點簡介國家大地原點簡介1.2.2坐標系統(tǒng)1.地理坐標系(球面坐標系)--大地坐標系、天文坐標系

(L、B、H大)2.地心坐標系(X、Y、Z)3.高斯平面直角坐標系(x,y)

一個點的空間位置，是用它的坐標和高程來表示的，它是一個三維向量（x,y,H）。目前，測繪工作中常用的坐標系有大地坐標系、天文坐標系、地心坐標系和高斯平面直角坐標系。1.地理坐標系(球面坐標系)a.大地坐標系基準面

－旋轉(zhuǎn)橢球體面投影方向－橢球體面法線表述:大地經(jīng)緯度

上圖表示以O(shè)為中心的地球橢球體。N為北極，S為南極，NS為自轉(zhuǎn)軸。P′為地面點P在橢球面上的投影,如何表示P點位置(L、B、H大)。子午面：包含地球自轉(zhuǎn)軸的平面，無數(shù)個。子午線（經(jīng)線）：子午面與橢球面的交線，無數(shù)條。首子午線（本初子午線）：過英國格林威治天文臺的子午線，一條。赤道面：過中心且垂直于地球自轉(zhuǎn)軸的平面。赤道：赤道面與橢球面的交線。

赤道面與首子午面是確定地面點大地坐標的兩個基準面。地面點的大地坐標可用L、B表示，L、B是從這兩個基準面起算的。大地經(jīng)度L：過P點的子午面與首子午面的夾角。兩面角的平面角。向東0~180°為東經(jīng)，向西0~180°為西經(jīng)。大地緯度B：過P點的法線與赤道面的夾角。向北0~90°為北緯，向南0~90°為南緯。

我國范圍為東經(jīng)74°~135°、北緯3°~54°。b.天文坐標系(不述)基準面

－大地水準面投影方向－鉛垂線表述:天文經(jīng)緯度天文測量中才用P’2.地心坐標系（X、Y、Z）

為適應(yīng)衛(wèi)星大地測量的發(fā)展，需建立以地球質(zhì)心為原點的空間直角坐標系，稱地心坐標系。大地坐標系是以參考橢球體幾何中心為原點的坐標系，稱參心坐標系。

如WGS—84坐標系，原點為WGS—84橢球地球的質(zhì)心，供GPS定位專用。3.平面直角坐標系（x、y）測量平面直角坐標系OyxⅢ象限Ⅱ象限Ⅳ象限Ⅰ象限Pxpyp

大地坐標是地面點的球面坐標而工程設(shè)計是在平面上進行的，需將點的位置和地面圖形表示在平面上，用球面坐標不方便。故用平面直角坐標，為高斯平面直角坐標系。高斯平面直角坐標系數(shù)學(xué)笛卡爾坐標系

…縱軸

x,橫軸

y---x、y互換…方位角:順時針量---逆時針量，都是從x軸起算?！笙薅x:順時針---逆時針…三角函數(shù)公式不變---相同不同點：1、x，y軸互異。2、坐標象限不同。3、表示直線方向的方位角定義不同。相同點：數(shù)學(xué)計算公式相同。高斯平面直角坐標系與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標系的異同點：高斯平面直角坐標系笛卡爾坐標系ααooyyxxⅠⅠⅢⅡⅡⅣⅣⅢppx=Dcosαy=Dsinαx=Dcosαy=DsinαDD1.2.3高程系統(tǒng)大地高系統(tǒng)：以參考橢球體面為基準面的高程系統(tǒng)。

大地高:

表示地面點沿橢球面法線到橢球面的距離H大。

正高系統(tǒng)：以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。

正高:

表示地面點沿該點的重力線到大地水準面的距離。正常高系統(tǒng)：以似大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。

正常高：表示地面點沿該點的正常重力線到似大地水準面的距離。似大地水準面：是由基于地球正常橢球的地球正常重力場所求得的曲面，與大地水準面很接近。我國測量工作采用的高程系統(tǒng)是正常高系統(tǒng)。地面點高程:是地面點到一定高程基準面的垂直距離。高程系統(tǒng):相對一定基準面所定義的高程體系。1.絕對高程（H）：地面點沿（正常）重力線方向到（似）大地水準面的距離。絕對高程屬正常高系統(tǒng)的高程。絕對高程也稱海拔。2.相對高程（H′）：地面點沿正常重力線方向到任意水準面的距離。3.高差（h）：地面兩點的高程之差，用h表示。如圖所示A、B兩點，其高差為4.高程基準

a.1956年黃海高程系

根據(jù)青島驗潮站1950-1956年的驗潮數(shù)據(jù)所確定的黃海平均海水面所定義的高程基準稱1956年黃海高程系，其青島水準原點起算高程為72.289m。

b.1985國家高程基準

根據(jù)青島驗潮站1952-1979年的驗潮數(shù)據(jù)所確定的黃海平均海水面所定義的高程基準，稱1985國家高程基準，其青島水準原點起算高程為72.260m。c.地方高程基準（如大連、大沽、黃海、廢黃河口、吳淞、珠江）

H珠江=H85-0.557m，H珠江=H56-0.586m，H85=H吳淞-1.717m珠峰高程：8848.13是1956年黃海高程系高程（1975年登峰時測的）

8844.43是1956年黃海高程系高程（2005年登峰時測的）

8844.40是1985國家高程基準高程（2005年登峰時測的）總結(jié)：坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)以前采用1954年北京坐標系、1956年黃海高程系

現(xiàn)在采用1980年西安坐標系、1985國家高程基準

第一章緒論§1-1

測繪工程學(xué)概論§1-2

坐標系統(tǒng)及高程系統(tǒng)§1-3地面點定位及測繪工作基本原則§1-4國家大地測量體系概述1.3.1定位過程地面點定位:以某種技術(shù)過程確定地面點的位置。是測繪工作的基本任務(wù)。1.測繪--測定地面點空間位置的過程

使用測量儀器和工具，通過測量和計算將地物和地貌的位置按一定比例尺、規(guī)定的符號縮小繪制成地形圖，供科學(xué)研究和工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計使用。--表述形式

:?圖形?數(shù)字x,y,H

2.測設(shè)--把設(shè)計擬定的點標定到地面上的過程,也稱放樣。

將地形圖上設(shè)計出的建筑物、構(gòu)筑物的位置在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。1.3.2地面點定位元素

定位就是確定點平面坐標和高程，相應(yīng)的觀測量分別是水平角β、水平距離D和高差h，相應(yīng)的工作分別是平面測量和高程測量。1.定位三要素：水平距離、水平角度、高差—地面點定位的基本元素2.測量工作基本內(nèi)容：距離測量、角度測量、高差測量絕對定位:采用現(xiàn)代測量儀器和定位技術(shù)GPS可直接測定地面點的三維坐標。相對定位:由地面點與已知點的相對關(guān)系進行定位，可間接計算地面點的三維坐標。

后述內(nèi)容為相對定位1.3.3測繪工作基本原則測繪工作要遵循三個基本原則：1、整體原則即“從整體到局部”原則。

---先考慮大范圍再顧及小范圍。2、控制原則即“先控制后碎部”原則。

---先有已知點，后測繪或測設(shè)。3、檢核原則即“步步檢核”原則。

---貫穿于定位的全過程，確保成果的可靠性。控制網(wǎng)的布設(shè)和測繪碎部點測繪測繪數(shù)據(jù)采集和繪圖

第一章緒論§1-1

測繪工程學(xué)概論§1-2

坐標系統(tǒng)及高程系統(tǒng)§1-3地面點定位及測繪工作基本原則§1-4國家大地測量體系概述布設(shè)原則：1、分級布網(wǎng)、逐級控制：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等。2、足夠的精度：滿足全國性地圖測制、全局性工程需要。3、足夠的密度:

要求控制點密度盡可能大.4、應(yīng)有統(tǒng)一的規(guī)格:

由許多單位、大量人員同時作業(yè)，故需制定統(tǒng)一的規(guī)范，按統(tǒng)一規(guī)格執(zhí)行。1.4.1國家大地控制網(wǎng)的基本