1、1.1 道路交通工程測(cè)量的任務(wù)與作用 1.2 地球的形狀與大小 1.3 測(cè)量坐標(biāo)系 1.4 水平面代替水準(zhǔn)面的限度 1.5 測(cè)量工作的原則與程序,第一章 緒論,一、測(cè)量學(xué)的概念 測(cè)量學(xué)是研究如何測(cè)定地表上點(diǎn)的位置，如何將地球表面的形狀及其信息測(cè)繪成圖，如何確定地球的形狀與大小，并將設(shè)計(jì)圖紙上的工程構(gòu)造物在實(shí)地上標(biāo)定出來(lái)。,測(cè)量工作的基本任務(wù)： （1）、測(cè)定 （2）、測(cè)設(shè)（施工放樣）,二、測(cè)量學(xué)科分類(lèi),大地測(cè)量學(xué)： 研究和確定地球形狀、大小、整體與局部運(yùn)動(dòng)和地表面點(diǎn)的幾何位置以及它們的變化的理論和技術(shù)的科學(xué)。 攝影測(cè)量與遙感學(xué)： 研究利用電磁波傳感器獲取目標(biāo)物的影像數(shù)據(jù)，從中提取語(yǔ)義和非語(yǔ)義信息

2、，并用圖形、圖像和數(shù)字形式表達(dá)的學(xué)科。,地圖制圖學(xué)與地理信息工程： 研究利用地圖圖形科學(xué)地、概括抽象地反映自然界和人類(lèi)社會(huì)各種現(xiàn)象的空間分布、相互關(guān)系及其動(dòng)態(tài)變化，并對(duì)空間信息進(jìn)行獲取、智能抽象、存儲(chǔ)、管理、分析、處理、可視化及其應(yīng)用的科學(xué)。 海洋測(cè)量學(xué)： 它以海洋水體和海底為測(cè)繪對(duì)象，研究測(cè)量及海圖編制的理論和方法的科學(xué)，主要包括海道測(cè)量、海洋大地測(cè)量、海底地形測(cè)量、海洋專(zhuān)題測(cè)量以及航海圖、各類(lèi)海洋圖等的編制。,工程測(cè)量學(xué)： 研究工程建設(shè)與自然資源開(kāi)發(fā)中在規(guī)劃、勘測(cè)設(shè)計(jì)、施工與管理各個(gè)階段進(jìn)行的控制測(cè)量、地形測(cè)繪、施工放樣和變形監(jiān)測(cè)的理論和科學(xué)技術(shù)。 工程測(cè)量學(xué)是測(cè)繪科學(xué)技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防

3、建設(shè)中的直接應(yīng)用。,三、道路工程測(cè)量的任務(wù)和作用 運(yùn)用測(cè)量學(xué)的基本原理和方法為各類(lèi)建筑工程服務(wù)。 工程建設(shè)三階段 測(cè)量的任務(wù) 勘測(cè)設(shè)計(jì) 控制，測(cè)繪地形圖 施工建設(shè) 施工放樣，竣工測(cè)量 運(yùn)營(yíng)管理 安全監(jiān)測(cè)，變形觀測(cè),1-2 地球的形狀與大小,一. 地球的形狀和大小 1地球自然形體：是一個(gè)不規(guī)則的幾何體， 陸地面積約占21%， 海洋面積約占地球表面的71%。,大地體：大地水準(zhǔn)面所包圍的代表地球形狀和大小 的形體。,大地水準(zhǔn)面：設(shè)想處于完全靜止的平均海水面向 陸地和島嶼延伸所形成的閉合曲面。,由于大地水準(zhǔn)面是一個(gè)不規(guī)則的曲面，不能用數(shù)學(xué)公式表述，因而需要尋找一個(gè)理想的幾何體代表地球的形狀和大小。 該

4、幾何體必須滿足兩個(gè)條件： 形狀接近地球自然形體； 可以用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式表示。,2參考橢球體及參考橢球面 參考橢球體 一個(gè)非常接近大地體，并可用數(shù)學(xué)式表示 幾何形體，作為地球的參考形狀和大小。 它是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而形成的形體，故又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)橢球體。,參考橢球面,參考橢球面 參考橢球體外表面， 是球面坐標(biāo)系的基準(zhǔn)面。,旋轉(zhuǎn)橢球體由長(zhǎng)半軸a（或短半軸b）和扁率決定。 我國(guó)目前采用的參考 橢球體的參數(shù)為： 長(zhǎng)半軸 a= 6378140m 短半軸 b= 6356755.288m 扁 率 = =,測(cè)量精度要求不高時(shí)，可把地球看作圓球，其平均半徑 R =6371km,3、測(cè)量工作的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面 測(cè)量工作

5、的基準(zhǔn)線鉛垂線 。 測(cè)量工作的基準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面。 測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)線法線。 測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算的基準(zhǔn)面參考橢球面。,O,G,大地水 準(zhǔn)面,鉛垂線,二、確定地面點(diǎn)位的方法 地面點(diǎn)的空間位置可以用點(diǎn)在水準(zhǔn)面或水平面上的位置（X，Y）及點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離（H）來(lái)確定。 如地面點(diǎn)： A （X，Y，H）,C,Y,1、地面點(diǎn)的高程 地面點(diǎn)的高程： 地面點(diǎn)沿鉛垂方向到 大地水準(zhǔn)面的距離。 注：地面點(diǎn)在大地水 準(zhǔn)面以上，H為正； 地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn) 面以下，H為負(fù)。 如圖：HA= 166.780m HB= - 136.680m,A,大地水準(zhǔn)面,HA,B,HB,絕對(duì)高程（海拔）：某點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn) 面的

6、距離。如：HA、HC。 相對(duì)高程：某點(diǎn)沿鉛垂線方向到任意水準(zhǔn)面的距離。 如：HA、HC 。 高差：地面上兩點(diǎn)高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA 當(dāng)hAC為正時(shí)， C點(diǎn)高于A點(diǎn)； 當(dāng)hAC為負(fù)時(shí)， C點(diǎn)低于A點(diǎn)；,我國(guó)的高程系統(tǒng)： 水準(zhǔn)原點(diǎn) 全國(guó)高程的起算點(diǎn)。 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)72.260m 1956年黃海高程系 72.289m 目前我國(guó)統(tǒng)一采用 1985年國(guó)家高程基準(zhǔn) 。,水準(zhǔn)原點(diǎn),H0,驗(yàn)潮站,大地水準(zhǔn)面,三、地面點(diǎn)在投影面上的坐標(biāo) 地面點(diǎn)的坐標(biāo)常用地理坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)或 空間直角坐標(biāo)表示。 （一）地理坐標(biāo) 以參考橢球面為基準(zhǔn)面，以橢球面法線為 基準(zhǔn)線建立

7、的坐標(biāo)系。 地球表面任意一點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，稱(chēng)為該 點(diǎn)的地理坐標(biāo)，可表示為 A(L,B) 。 如：北京 東經(jīng)11628北緯3954,S,緯線,N,O,地 軸：地球的自轉(zhuǎn)軸(NS)，N為北極，S為南極。,子午面：過(guò)地球某點(diǎn)與地軸所組成的平面。,子午線：子午面與地球面的交線， 又叫經(jīng)線。,起始子午面：通過(guò)英國(guó)格林尼治天文臺(tái) 的子午面NGS 。,緯 線：垂直于地軸的平面與地 球面的交線。,赤道平面：垂直于地軸并通過(guò) 地球中心的平面WME。,赤 道：赤道平面與地球面 的交線。,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午線,G,大地經(jīng)度：過(guò)P點(diǎn)的子午面NPS與首子午面NMS所構(gòu) 成的二面角叫做P點(diǎn)的大地

8、經(jīng)度，用L表示。,大地緯度：過(guò)P點(diǎn)的法線 Pn與赤道面的夾角叫做P點(diǎn) 的大地緯度，用B表示。,赤道平面,O,P,M,大地經(jīng)度L,大地緯度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范圍： 東經(jīng)0180 西經(jīng)0180 B取值范圍： 南緯090 北緯090,我國(guó)大地原點(diǎn)位于陜省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，距西安36公里，1977年動(dòng)工，1978年建成 。 我國(guó)統(tǒng)一采用的坐標(biāo)系為“1980年國(guó)家坐標(biāo)系”。,大地原點(diǎn)：全國(guó)統(tǒng)一坐標(biāo)的起算點(diǎn)。,（二）平面直角坐標(biāo) 由于地理坐標(biāo)是球面坐標(biāo)，在工程建設(shè)規(guī) 劃、設(shè)計(jì) 、施工中，測(cè)量和計(jì)算十分不便。 投影：將球面坐標(biāo)按一定的數(shù)學(xué)法則歸算到 平面上。 即 X= F 1

9、（L，B） Y= F 2（L，B） 我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)，小地區(qū)范圍內(nèi) 也可采用獨(dú)立平面直角坐標(biāo)。,高斯平面直角坐標(biāo)系,1、高斯投影的概念 高斯投影是一種等角投影。它是由德國(guó)數(shù)學(xué)家高斯(Gauss，17771855)提出，后經(jīng)德國(guó)大地測(cè)量學(xué)家克呂格(Kruger，18571923)加以補(bǔ)充完善，故又稱(chēng)“高斯克呂格投影”，簡(jiǎn)稱(chēng)“高斯投影”。,測(cè)量中大量的角度觀測(cè)元素，在投影前后保持不變，這樣免除了大量投影計(jì)算工作； 保證在有限范圍內(nèi)使得地圖上圖形同橢球上原形保持相似，給識(shí)圖用圖帶來(lái)很大方便。 投影能方便的按分帶進(jìn)行，并能用簡(jiǎn)單的、統(tǒng)一的計(jì)算公式把各帶連成整體。,測(cè)量對(duì)地圖投影的要求：,N,S

10、,c,中央,子,午線,赤道,2、高斯投影的原理,高斯投影采用分帶投影。將橢球面按一定經(jīng)差分帶，分別進(jìn)行投影。,高斯投影必須滿足： 1高斯投影為正形投影， 即等角投影； 2中央子午線投影后為直 線，且為投影的對(duì)稱(chēng)軸； 3中央子午線投影后長(zhǎng)度 不變。,3、高斯投影的特性,（1）中央子午線投影后為直線，且長(zhǎng)度不變。 （2） 除中央子午線外，其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，并以中央子午線為對(duì)稱(chēng)軸。投影后有長(zhǎng)度變形。 （3） 赤道線投影后為直線，但有長(zhǎng)度變形。,赤道,中央子午線,平行圈,子午線,O,x,y,（4） 除赤道外的其余緯線，投影后為凸向赤道的曲線，并以赤道為對(duì)稱(chēng)軸。 （5）經(jīng)線與緯線

11、投影后仍然保持正交。 （6） 所有長(zhǎng)度變形的線段，其長(zhǎng)度變形比均大于l。 （7）離中央子午線愈遠(yuǎn)，長(zhǎng)度變形愈大。,赤道,中央子午線,平行圈,子午線,O,x,y,4、投影帶的劃分,我國(guó)規(guī)定按經(jīng)差6和3進(jìn)行投影分帶。 6帶自首子午線開(kāi)始，按6的經(jīng)差自西向東分成60個(gè)帶。 3帶自1.5 開(kāi)始，按3的經(jīng)差自西向東分成120個(gè)帶。,高斯投影帶劃分,6帶與3帶中央子午線之間的關(guān)系如圖:,3帶的中央子午線與6帶中央子午線及分帶 子午線重合，減少了換帶計(jì)算。,工程測(cè)量采用3 帶，特殊工程可采用1.5 帶或任意帶。,按照6帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是： L。=6

12、N3 （N為6帶的帶號(hào)） 例：20帶中央子午線的經(jīng)度為 L。6 203117 按照3帶劃分的規(guī)定，第1帶中央子午線的經(jīng)度為3，其余各帶中央子午線經(jīng)度與帶號(hào)的關(guān)系是： L。=3n （n為3帶的帶號(hào)） 例：120帶中央子午線的經(jīng)度為 L。3 120360 ,若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L(zhǎng)，則該點(diǎn)的6帶帶號(hào)N由下式計(jì)算： N （取整）+1 若已知某點(diǎn)的經(jīng)度為L(zhǎng)，則該點(diǎn)所在3帶的帶號(hào)按下式計(jì)算： n （四舍五入）,5、高斯平面直角坐標(biāo)系,坐標(biāo)系的建立： x軸 中央子午線的投影 y軸 赤道的投影 原點(diǎn)O 兩軸的交點(diǎn),O,x,y,P,（X，Y）,高斯自然坐標(biāo),注：X軸向北為正， y軸向東為正。,赤道,中央子午線,由

13、于我國(guó)的位于北半球，東西橫跨12個(gè)6帶(1323帶)，22個(gè)3帶（2545帶）。各帶又獨(dú)自構(gòu)成直角坐標(biāo)系。 故：X值均為正， 而Y值則有正有負(fù)。,x,y,o,500km,=500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m,國(guó)家統(tǒng)一坐標(biāo)：,（帶號(hào)）,（帶號(hào)）,例： 有一國(guó)家控制點(diǎn)的坐標(biāo): x=3102467.280m ,y=19367622380m， （1）該點(diǎn)位于6 帶的第幾帶？ （2）該帶中央子午線經(jīng)度是多少？ （3）該點(diǎn)在中央子午線的哪一側(cè)？ （4）該點(diǎn)距中央子午線和赤道的距離為多少？,（第19帶）,（L。=619-3=111）,（先去掉帶號(hào)，

14、原來(lái)橫坐標(biāo)y367622.380500000-132377.620m，在西側(cè)）,（距中央子午線132377.620m，距赤道3102467.280m）,不同點(diǎn)： 1、 x，y軸互異。 2、 坐標(biāo)象限不同。 3、表示直線方向的方位角 定義不同。 相同點(diǎn)： 數(shù)學(xué)計(jì)算公式相同。,高斯平面直角坐標(biāo)系 與數(shù)學(xué)上的笛卡爾平面直角坐標(biāo)系的異同點(diǎn) ：,獨(dú)立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測(cè)區(qū)范圍較小時(shí)，可將大地水準(zhǔn)面看作平面， 并在平面上建立獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系； 地面點(diǎn)的位置可用平面直角坐標(biāo)確定； 坐標(biāo)系原點(diǎn)一般 選在測(cè)區(qū)西南角 （測(cè)區(qū)內(nèi)X、Y均為正值）； 原點(diǎn)坐標(biāo)值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐標(biāo)； 規(guī)定：X 軸向北

15、為正， Y軸向東為正。,O,X,Y,測(cè)區(qū),北,1-4 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度,一、對(duì)距離的影響 水準(zhǔn)面上弧長(zhǎng)為S，其所對(duì)圓心角為，地球的 半徑為R。水平面上直線長(zhǎng)為t， 其差值為S。,相對(duì)差值：,式中取R=6371km，則 結(jié)論： 在半徑為10km的圓面積內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)度的測(cè)量時(shí)，可以不必考慮地球曲率的影響，即可把水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面看待。,二、對(duì)高程的影響 用水平面代替大地水準(zhǔn)面，對(duì)高程的影響：,h,結(jié)論: 地球曲率的影響對(duì)高差而言，即使在很短的距離也必須加以考慮。,1-5 測(cè)量工作的程序與原則 一、技術(shù)過(guò)程 地面點(diǎn)定位，亦即以某種技術(shù)過(guò)程確定地面點(diǎn)的位置。 1.測(cè)繪：以測(cè)量技術(shù)手段測(cè)定地面點(diǎn)位置并用圖像或圖形和數(shù)據(jù)等形式表示出來(lái)，這種技術(shù)過(guò)程稱(chēng)為測(cè)繪。,2. 測(cè)設(shè)：利用測(cè)量技術(shù)手段把設(shè)計(jì)上擬定的地面點(diǎn)測(cè)定到實(shí)地上，這種技術(shù)過(guò)程稱(chēng)為測(cè)設(shè)，或稱(chēng)為工程放樣，簡(jiǎn)稱(chēng)放樣,二、地面點(diǎn)定位元素 角度測(cè)量、距離測(cè)量、高差測(cè)量是地面點(diǎn)定位的測(cè)量基本技術(shù)工作。,測(cè)量得到的角度()、距離(D)、高差(h)是地面點(diǎn)定位的基本元素，稱(chēng)為定位元素