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園林工程測量

2第一章緒論

§1概述一、測量學(xué)的定義測量(繪）學(xué)：研究地球形狀和大小以及確定地面點(diǎn)位的科學(xué)。包括研究測定、描述地球形狀和大小、地表形態(tài)及其變化、確定地表（海、陸、空）上各種物體幾何形狀、空間位置、屬性及其發(fā)展動態(tài)變化，制成各種地圖和建立有關(guān)信息系統(tǒng)等等。一般包括以下兩個方面的內(nèi)容：測定（地形測圖）：從地面地形圖測設(shè)（施工放樣）：從設(shè)計(jì)圖

地面也有將變形監(jiān)測單獨(dú)列出之劃分.3二、測繪科學(xué)的劃分及其任務(wù)

1、大地測量學(xué)研究較大區(qū)域乃至整個地球，基本任務(wù)是建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球形狀、大小和研究地球重力場的理論、技術(shù)和方法。是測繪學(xué)基礎(chǔ)理論學(xué)科。

2、普通測量學(xué)研究較小區(qū)域（一般小于100km2）內(nèi)一般測量問題，基本任務(wù)是利用常規(guī)手段測制各種大中比例尺地形圖，為基本建設(shè)服務(wù)。也可認(rèn)為其包含在工程測量學(xué)科中。

3、攝影測量與遙感學(xué)研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的幾何和物理信息，用于測定目標(biāo)物的形狀、大小、空間位置，判析其性質(zhì)及相互關(guān)系，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的理論技術(shù)的學(xué)科。45高空實(shí)測成圖（航空攝影測量）

6高空實(shí)測成圖

(航天遙感)IKONOS影像7嘉應(yīng)學(xué)院影像114、工程測量學(xué)研究工程建設(shè)和資源開發(fā)的規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收和運(yùn)行維護(hù)各階段進(jìn)行測量的理論和技術(shù)的學(xué)科。包括控制測量、地形測繪、施工放樣、變形監(jiān)測及建立相應(yīng)信息管理系統(tǒng)等內(nèi)容。5、地圖（制圖）學(xué)研究繪制或表述地球表面及其附屬物形狀的成圖理論與方法的學(xué)科。地圖的表現(xiàn)形式包括圖形、圖像和數(shù)字，是測繪學(xué)的主要產(chǎn)品形式。

6、海洋測繪學(xué)以地球表面水體及水體以下地貌為測繪目標(biāo)，研究其測繪理論和方法的學(xué)科。12三、測量學(xué)的作用工程建設(shè)一般分為勘測設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營管理三個階段，在這三個階段中測量工作的主要任務(wù)是：勘測設(shè)計(jì)階段——控制，測繪地形圖施工建設(shè)階段——

施工放樣，竣工測量運(yùn)營管理階段——安全監(jiān)測，變形觀測13141617181922四、學(xué)習(xí)本課程的目的與任務(wù)總教學(xué)時數(shù)51節(jié)，其中理論教學(xué)30節(jié)，實(shí)踐教學(xué)21節(jié)。要求：掌握普通測量學(xué)基本知識和基礎(chǔ)理論、以及園林工程測量中的相關(guān)理論和方法；了解常規(guī)測量儀器（水準(zhǔn)儀、全站儀）使用方法；熟悉大比例尺地形測圖原理、技術(shù)和方法；具備熟練的地形圖識圖和應(yīng)用分析能力；熟悉園林工程施工測量方法與技術(shù)等。23§2地面點(diǎn)位的確定一、地球形狀和大小1、地球自然表面

地球的自然表面包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面。固體地球表面的形態(tài)，是多種成分的內(nèi)、外地貌營力在漫長的地質(zhì)時代里綜合作用的結(jié)果，非常復(fù)雜，難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確描述出來，所以不適合于數(shù)學(xué)建模，也無法進(jìn)行運(yùn)算。例如：地球的自然表面并非光滑，珠穆朗瑪與馬里亞納海溝之間的高差達(dá)近20km。24地球的自然表面（微觀）地球的自然表面（宏觀）25假設(shè)一個當(dāng)海水處于完全靜止的平衡狀態(tài)時，從海平面延伸到所有大陸下部，而與地球重力方向處處正交的一個連續(xù)、閉合的水準(zhǔn)面，這就是大地水準(zhǔn)面。2、物理表面重力的作用線又稱為鉛垂線；處于靜止?fàn)顟B(tài)的水面稱水準(zhǔn)面，且為重力等位面，并和鉛垂線處處垂直。水準(zhǔn)面有無數(shù)個。26大地水準(zhǔn)面和鉛垂線是實(shí)際測繪工作（外業(yè)）的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。27根據(jù)地球重力場描述的地球模型衛(wèi)星雷達(dá)高程測量證明:大地水準(zhǔn)面仍然不是一個規(guī)則的曲面。原因：地球內(nèi)部質(zhì)量的不均勻、海水溫度的變化、盛行風(fēng)等。283、數(shù)學(xué)表面從整體來看，大地水準(zhǔn)面起伏是微小的，是一個很接近于繞自轉(zhuǎn)軸（短軸）旋轉(zhuǎn)的橢球體。所以在測量和制圖中就用旋轉(zhuǎn)橢球來代替大地體（大地水準(zhǔn)面包圍的形體稱大地體），這個旋轉(zhuǎn)球體通常稱地球橢球體，簡稱橢球體。地球橢球體表面是可以用數(shù)學(xué)模型定義和表達(dá)的曲面，稱為地球數(shù)學(xué)表面。測量與制圖工作以地球橢球體表面作為幾何參考面，將大地體上進(jìn)行的大地測量結(jié)果歸算到這一參考面上。29地球橢球元素：如圖，地球橢球體表面是一個規(guī)則的數(shù)學(xué)表面。橢球體的大小通常用兩個半徑：長半徑a和短半徑b，或由一個半徑和扁率f來決定。a、b、f

稱為地球橢球體三要素（其中任意兩個是獨(dú)立的，一般用長半徑a和扁率f兩個參數(shù)表示）。扁率f=（a-b）/a，表示橢球的扁平程度。30國際上主要采用的一些橢球參數(shù)橢球（坐標(biāo)系）名稱年代長半徑/m扁率附注德蘭勃（Delambre）180063756531：334.0法國埃弗瑞斯（Everest）183063772761：300.801法國貝塞爾（Bessel）184163773971：299.152英國克拉克（Clarke）184163782061：294.0978英國克拉克（Clarke）188063782491：293.0459英國海福特（Hayford）191063783881：297.01942年國際第一個推薦值克拉索夫斯基

194063782451：298.3蘇聯(lián)1967年大地坐標(biāo)系196763781601：298.2471971年國際第二個推薦值1975年大地坐標(biāo)系197563781401：298.2571975年國際第三個推薦值1980年大地坐標(biāo)系

197963781371：298.2571979年國際第四個推薦值WGS-84坐標(biāo)系

80年代63781371：298.257CGCS2000坐標(biāo)系

200863781371：298.257推算地球橢球參數(shù)歷來是研究地球科學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

31參考橢球：用于代表某一地區(qū)（國家）大地水準(zhǔn)面的地球橢球。若代表的是整個地球，則稱總地球橢球。地球橢球參數(shù)由各國大地測量觀測成果推算確定。我國在1953年以前，使用海福特橢球體參數(shù)，1953后改用克拉索夫斯基橢球體參數(shù)(1954北京坐標(biāo)系)。1978年開始，我國決定在西安對地球重新定位,目前使用IUGG推薦橢球的1980西安大地坐標(biāo)系，并于2008年7月1日啟用CGCS2000坐標(biāo)系。32

大地經(jīng)度（L）：參考橢球面上某一點(diǎn)的大地子午面與本初子午面間的兩面角。東經(jīng)：正，西經(jīng)：負(fù)。取值為0o～180o。

大地緯度（B）：參考橢球面上某一點(diǎn)的法線與赤道面的夾角。北緯：正，南緯：負(fù)。取值為0o～90o

大地高（H

）：P點(diǎn)沿法線到橢球面的距離。1、大地坐標(biāo)系二、地面點(diǎn)位的表示地面點(diǎn)空間位置的描述需要選擇一定的參照系和坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的建立是一切空間定位與地圖繪制的基礎(chǔ)。為了定量描述質(zhì)點(diǎn)的位置和位置隨時間的變化，就必須選定一個參照系，并在參照系上建立一個坐標(biāo)系。332、空間直角坐標(biāo)系如圖，在地球橢球上建立三維直角坐標(biāo)系O-XYZ：坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于橢球的中心，Z軸與橢球的短軸重合，指向北極，X軸指向起始大地子午面與赤道面的交點(diǎn)，Y軸與XZ平面正交，O-XYZ構(gòu)成右手坐標(biāo)系。這樣，X、Y、Z就唯一的確定了地面P點(diǎn)的位置。

如美國GPS系統(tǒng)采用的WGS-84世界大地坐標(biāo)系。343、平面直角坐標(biāo)系由于經(jīng)緯度坐標(biāo)系不是一種平面坐標(biāo)系，而且度不是標(biāo)準(zhǔn)的長度單位，給識圖、用圖帶來很大不便，因此需建立平面直角坐標(biāo)系。17世紀(jì)，法國笛卡兒發(fā)明平面直角坐標(biāo)系。至今在展繪地圖投影和計(jì)算機(jī)數(shù)字制圖中應(yīng)用。在平面上選一點(diǎn)O為直角坐標(biāo)原點(diǎn)，過該點(diǎn)O作相互垂直的兩軸OX和OY而建立平面直角坐標(biāo)系，如圖所示（注意和數(shù)學(xué)里直角坐標(biāo)系的區(qū)別）。直角坐標(biāo)系中，規(guī)定OX、OY方向?yàn)檎?，因此在坐?biāo)系中的一個已知點(diǎn)P，它的位置便可由該點(diǎn)對OX與OY軸的垂線長度唯一地確定，即x=AP，y=BP，通常記為P(xP，yP)。普遍采用的是高斯平面直角坐標(biāo)系。35和笛卡兒坐標(biāo)系相似，但以X軸為縱軸，以Y軸為橫軸。方位角的計(jì)算從正北X軸順時針起算。36

要將橢球面上的客觀世界表現(xiàn)在有限的平面上，首先要實(shí)現(xiàn)由球面到平面的轉(zhuǎn)換（地圖投影），其次是比例尺的轉(zhuǎn)換。如何轉(zhuǎn)換?為什么要進(jìn)行地圖投影？4、高斯平面直角坐標(biāo)系374、高斯平面直角坐標(biāo)系（1）高斯-克呂格（Gauss_Krivger）投影簡稱高斯投影，德國高斯1825-1830年首先提出，1912年德國克呂格提出實(shí)用計(jì)算公式。其投影方法是：設(shè)想用一個橢圓柱橫切于橢球面上某一子午線（稱中央子午線），橢圓柱中心軸位于赤道面上，按其投影條件，將中央子午線兩側(cè)一定經(jīng)差范圍內(nèi)的橢球面投影于橢圓柱面，將橢圓柱面沿過南北極的母線剪開、展平得到。38高斯投影是我國國家基本比例尺系列地形圖法定投影，應(yīng)用極廣。39（2）高斯平面直角坐標(biāo)系的建立取中央子午線與赤道交點(diǎn)的投影為原點(diǎn)，中央子午線的投影為縱坐標(biāo)x軸，赤道的投影為橫坐標(biāo)y軸，按高斯投影公式，將大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為這樣的平面直角坐標(biāo)，稱為高斯坐標(biāo)。高斯投影是按分帶方法各自進(jìn)行投影，故各帶坐標(biāo)成獨(dú)立系統(tǒng)。分帶之后，各帶均有自己的坐標(biāo)軸和原點(diǎn)，形成各自獨(dú)立但又相同的坐標(biāo)系統(tǒng)。40（3）分帶投影方法所謂分帶投影就是按照一定的經(jīng)度差將橢球體按經(jīng)線劃分成若干個狹窄的區(qū)域，即將投影范圍的東西界加以限制，以使各個區(qū)域分別按高斯投影的規(guī)律進(jìn)行投影，使其變形不超過一定的限度，這樣把許多帶結(jié)合起來，可成為整個區(qū)域的投影。每一個區(qū)域就稱為一個投影帶。在每一個投影帶內(nèi)，位于各帶中央的子午線就是中央（軸）子午線，各帶相鄰的子午線叫邊緣子午線。41分帶投影1:50萬地形圖43（a）6?分帶：從0?子午線起，以經(jīng)度每隔6?為一帶，共60帶。中央子午線：各投影帶中間一條和橢圓柱相切的子午線。我國領(lǐng)土跨11個6?分帶，從13-23帶。中央子午線經(jīng)度計(jì)算式：L0=6N-3

帶號計(jì)算式：N=INT（L/6）+1（b）3?分帶：從東經(jīng)1.5?子午線起，以經(jīng)度每隔3?為一帶，共120帶。我國領(lǐng)土跨22個3?分帶，從24-45帶。中央子午線經(jīng)度計(jì)算式：L0=3N

帶號計(jì)算式：N=INT（（L+1.5?）/3）我國

1：50萬地形圖均采用高斯投影，其中1：1萬的用3?分帶，其余的為6?分帶。39帶45（4）國家統(tǒng)一坐標(biāo)高斯平面直角坐標(biāo)縱坐標(biāo)以赤道為零起算，赤道以北為正，以南為負(fù)。我國縱坐標(biāo)均為正值。橫坐標(biāo)以中央經(jīng)線為零起算，中央經(jīng)線以東為正，以西為負(fù)。我國規(guī)定將各帶縱坐標(biāo)軸西移500公里，即將所有y值加上500公里。以18帶為例，原坐標(biāo)值為y=243353.5m，西移后為y=743353.5。由于采用了分帶方法，各帶的投影完全相同，某一坐標(biāo)值（x，y），在每一投影帶中均有一個同樣的坐標(biāo)值，不能確切表示該點(diǎn)的位置。因此，再在Y值前，冠以帶號，這樣的坐標(biāo)稱為國家統(tǒng)一（通用）坐標(biāo)。如上例加帶號通用坐標(biāo)為y=18743353.5。465、高程與高程系（1）概念高程：地面點(diǎn)沿鉛垂線至某基準(zhǔn)面的距離。海拔高（絕對高程）：地面某點(diǎn)沿鉛垂線至大地水準(zhǔn)面的距離。高差：兩點(diǎn)高程之差。

47（2）國家高程系（a)1956年黃海高程系以1950-1955年青島驗(yàn)潮站驗(yàn)潮結(jié)果推算黃海平均海平面作為高程起算面建立。青島水準(zhǔn)原點(diǎn)H=72.260米.(b)1985年國家高程基準(zhǔn)以1952-1979年青島驗(yàn)潮站驗(yàn)潮結(jié)果推算黃海平均海平面作為高程起算面建立。青島水準(zhǔn)原點(diǎn)H=72.