1、測量與地圖學,主講人：賈鳳梅 授課班級：10級資源,課程結構安排,第一章 導論 第二章 測量與地圖學基礎知識 第三章 地圖數(shù)學基礎 第四章 地圖語言：地圖符號系統(tǒng) 第五章 地圖概括 第六章 普通地圖 第七章 專題地圖 第八章 地圖分析與應用 第九章 水準儀與經(jīng)緯儀測量,第一章 導論,1測繪科學的研究對象與分類 2測繪科學發(fā)展概況 3測繪科學在國家經(jīng)濟建設和發(fā)展中的作用,1測繪科學的研究對象與分類,測量學與制圖學統(tǒng)稱為測繪學 測繪科學是研究地球的形狀、大小、地球重力場、地球表面的地形、地貌及地物的幾何形狀和其空間位置，并將地球表面的地形及其它信息測繪于圖紙上，以便各行各業(yè)的使用。,研究的對象：是

2、地球整體及其表面和外層空間中的各種自然物體和人造物體的有關信息。 研究內容：是對這些與地理空間有關的信息進行采集、處理、管理、更新和利用。它既要研究測定地面點的幾何位置、地球形狀、地球重力場，以及地球表面自然形態(tài)和人工設施的幾何形態(tài)；又要結合社會和自然信息的地理分布，研究繪制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術。,學科分支：,大地測量學：研究和測定地球的形狀、大小和地球重力場，以及測定特定地面上點的空間位置。 基 本 任 務： 是建立高精度的地面控制網(wǎng)及重力水準網(wǎng)。,工程測量學：是研究在工程施工和資源開發(fā)利用中的勘測設計、建設施工、竣工驗收、生產(chǎn)運營、變形監(jiān)測及災害預報等方面

3、測繪理論與技術。,道路高程放樣 相對平均海平面 的已知真實高程 也常常被用于道 路放樣。,攝影測量學：是研究影像信息與被測物體之間內在的幾何和物理關系，并進行分析、處理和解譯，以確定被測物體的形狀、大小、性質及空間位置的一門學科。 攝影測量與遙感又可分為航天攝影測量、航空攝影測量、地面立體攝影測量。,海洋測量學：是以海洋水體及海底地形為對象，它是研究海洋定位,測定海洋大地水準面及平均海平面、海面及海底地形，海洋重力及磁力等自然及社會信息的地理分布，并編制成各種海圖的理論與技術的學科。 為準確測繪，海事局相繼從國外引進了具有世界先進水平的多波束測探、旁側聲納、磁力儀、海流計、地層剖面儀等海洋測繪

4、設施，建造了一批綜合測量船，海事測繪技術水平達到國際先進水平，海圖合格率達100。,日本深海探測調查船,測量學研究內容,測量學主要研究地球表面局部區(qū)域的測繪理論、技術、方法及應用，它是將局部區(qū)域地球球面近似的當作平面，無需顧及地球曲率的影響，對地球表面的地物及地貌進行測繪，因此，測量學又稱為普通測量學或地形測量學。,地圖學的研究對象和分支,地圖學是以空間信息圖形表達、存貯和傳輸為目的，綜合研究地圖實質、制作技術及其使用方法的一門技術性、區(qū)域性學科。以地學信息傳遞為中心，研究地圖的基本原理、地圖制作技術和地圖使用方法的綜合性科學。 分支：（1）理論地圖學：主要研究地圖 概論、地圖符號系統(tǒng)、制圖綜

5、合等 （2）技術制圖學：主要研究計算機地圖制圖、地圖整飾與編制 （3）應用地圖學：主要研究地圖分析、地圖測量、地圖評價以及地圖信息的處理,2測繪科學發(fā)展概況,地圖學與測量學均是古老而又年輕的科學。且緊密聯(lián)系在一起。 遠在4千年前大禹治水即使用“準、繩、規(guī)、矩”四種測量工具。 戰(zhàn)國時期：指南針 西晉裴秀的“制圖六體”具有劃時代意義，從此使繪制地圖有了堅實的理論基礎。 宋：沈括地形立體模型 元：郭守敬 海平面為基準面 清：皇與全圖 開創(chuàng)我國實測經(jīng)緯度地圖先河,牛頓與惠更斯：地扁說 1849斯托克斯：大地水準面代替地球形狀 望遠鏡的應用 1903發(fā)明飛機 20世紀中葉電磁波測距激光器 氦氖激光器（6

6、0KM)、固體激光器（探月）； 光學、電子經(jīng)緯儀、電子速測儀；自動安平水準儀 激光水準儀、數(shù)字水準儀 20世紀70年代航空與航天遙感技術發(fā)展 20世紀80年代GPS問世 近些年，全數(shù)字攝影測量與GPS快速發(fā)展,新中國成立以來的成就,在全國范圍內（除臺灣?。┙⒘烁呔鹊奶煳拇蟮乜刂凭W(wǎng)。 完成了國家基本地形圖的測繪，測圖比例尺不斷增大。 制定了各種測繪技術規(guī)范（規(guī)程）和法規(guī) 。 研制出了一批具有世界先進水平的測繪軟件。 測繪儀器生產(chǎn)發(fā)展迅速 。,光波測距儀 AGA 2A,激光測距儀 AGA8,微波測距儀 CMW20,紅外測距儀 DI5,電子全站儀,眼花繚亂的GPS,3測繪科學在國家經(jīng)濟建設和發(fā)展

7、中的作用,城鄉(xiāng)規(guī)劃和發(fā)展離不開測繪 勘察與開發(fā)離不開測繪 交通運輸、水利建設離不開測繪 國土資源調查、土地利用和土壤改良離不開測繪 科學試驗、高技術發(fā)展離不開測繪,第二章 測量與地圖學基礎知識,1地球的形狀和大小 2地面點位置的表示方法 3用水平面代替水準面的范圍 4測量工作概述 5地圖的基本知識 6誤差與精度的基本知識,1地球的形狀和大小,認識地球是人類探索的目標之一，也是測量學的任務之一。 絕大多數(shù)測量工作是在地球上進行，或作為參考系。,一、地球的表面,1.地球的自然表面 浩瀚宇宙之中 : 地球是一個表面光滑、藍色美麗的正球體。,事實是：,地球不是一個正球體，而是一個極半徑略短、赤道半徑略

8、長，北極略突出、南極略扁平，近于梨形的橢球體。且高低相差近20千米（最高和最低？）,2 地球的物理表面 當海洋靜止時，自由水面與該面上各點的重力方向（鉛垂線）成正交，這個面叫水準面。 大地水準面:假定海水靜止不動,將海水面無限延伸,穿出大陸包圍地球的球體。 它實際是一個起伏不平的重力等位面地球物理表面。 大地體:大地水準面包圍的形體。,水準面具有處處都與鉛垂線方向正交的特性。鉛垂線方向又稱重力方向，而重力又是地球引力與離心力的合力。 引力、離心力及重力關系,由于地球內部物質分布的不均勻性，使得地面上各點鉛錘線方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，這將造成大地水準面實際上是略有起伏而極不規(guī)則的光滑曲面，,大地水

9、準面是大地測量基準之一，確定大地水準面是國家基礎測繪中的一項重要工程。它將幾何大地測量與物理大地測量科學地結合起來，使人們在確定空間幾何僧的同時，還能獲得海拔高度和地球引力場關系等重要信息。大地水準面的開關反映了地球內部物質結構、密度和分布等信息，對海洋學、地震學、地球物理學、地質勘探、石油勘探等相關地球科學領域研究和應用具有重要作用。,大地水準面的意義,地球形體的一級逼近_大地體： 對地球形狀的很好近似，其面上高出與面下缺少的相當。 起伏波動在制圖學中可忽略： 對大地測量和地球物理學有研究價值，但在制圖業(yè)務中，均把地球當作正球體。 實質是重力等位面： 可使用儀器測得海拔高程（某點到大地水準面

10、的高度）。,顯然，在大地水準面上進行各種測量數(shù)據(jù)的處理和成圖也是極其困難的，甚至是無法實現(xiàn)的。因此，我們還必須找一個規(guī)則的表面。 這就是地球的數(shù)學表面。,3 地球的數(shù)學表面 在測量和制圖中就用旋轉橢球體來代替大地球體，這個旋轉橢球體通常稱為地球橢球體，簡稱橢球體。,它是一個規(guī)則的數(shù)學表面，所以人們視其為地球體的數(shù)學表面，也是對地球形體的二級逼近，用于測量計算的基準面。,通過數(shù)學方法將地球橢球體擺到與大地水準面最貼近的位置上，并求出兩者各點間的偏差，從數(shù)學上給出對地球形狀的三級逼近 參考橢球體。 其中與大地體最接近的地球橢球稱之為總地球橢球體，局部與大地體密合最好的地球橢球稱之為參考橢球。,二、

11、參考橢球的大小,橢球體的三要素：長軸 a（赤道半徑）、短軸 b（極半徑）和橢球的扁率 f 三者的關系： 由于國際上在推求年代、方法及測定的地區(qū)不同，故地球橢球體的元素值有很多種。,a - b f = a,我國所采用的參考橢球有：新中國成立前的海福特橢球；新中國成立初期的克拉索夫斯基橢球。1978年我國根據(jù)自己實測的天文大地資料推算出適合本地區(qū)的地球橢球參數(shù)，從而建立了1980西安大地坐標系，并將大地原點設于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。 2008年：2000年國家大地坐標系 （ CGCS2000）,2地面點位置的表示方法,測量的基本任務就是確定地面點的位置，在測量工作中，通常采用地面點在基準面（如橢球面

12、）上的投影位置及該點沿投影方向到基準面（如橢球面、水準面）的距離來表示。 一、參考橢球的主要點、面、線P15略 二、坐標 （一）地理坐標 （二）地心空間直角坐標系 （三）平面直角坐標系 （四）高斯平面直角坐標系（第三章介紹）,（一）地理坐標,以經(jīng)緯度來表示地面點位置的球面坐標系稱之為地里坐標系。而地理坐標系又可分為兩種： 1、以大地水準面和鉛錘線為基準建立起來的坐標系稱之為天文坐標系，地面一點可用天文經(jīng)度（），天文緯度（）和正高H來表示，它是用天文測量的方法實地測得的。 2、以參考橢球面及其法線為基準建立起來的坐標系統(tǒng)稱之為大地坐標系，地面上一點可用大地經(jīng)度（L），大地緯度（B）及大地高H來表

13、示，它是利用地面上實測數(shù)據(jù)推算出來的。地形圖上的經(jīng)緯度一般都是以大地坐標來表示的。,（二）地心空間直角坐標系,空間直角坐標系的定義是：原點O位于橢球中心，Z軸與橢球體的旋轉軸重合并指向地球北極，X軸指向起始子午面與赤道面交點E，Y軸垂直于XOZ平面構成右手坐標系。在該坐標系中，P點的位置可用其在三個坐標軸上的投影x,y,z來表示。 中學地理所學的：地心經(jīng)緯度，橢球中心,地面上任一點的大地坐標與空間直角坐標之間可以進行相互轉換。,（三）平面直角坐標系,由于一般的工程規(guī)劃、設計和施工放樣都是在平面上進行的，需要將點的位置及地面圖形表示在平面上，因此，通常均采用平面直角坐標系。 平面直角坐標系是由平

14、面內兩條相互垂直的直線構成，如圖所示。南北方向的直線為平面坐標系的縱軸，即X軸，向北為正；東西方向的直線為坐標系的橫軸，即Y軸，向東為正；縱、橫坐標軸的交點O為坐標原點。坐標軸將整個坐標系分為四個象限，象限的順序是從東北象限開始，依順時針方向計算。,測量上采用的平面坐標系與數(shù)學上的笛卡兒坐標系有所不同。 測量坐標系將南北方向的坐標軸定意X軸，東西方向的坐標軸定意為Y軸，其象限順序也與數(shù)學上的相反，這是由于測繪工作中以極坐標表示點位時其角度值均以縱軸起，按順時針方向計算。 解析幾何中則從橫軸起按逆時針方向計算。這樣X軸同Y軸互換后，使所有平面三角公式均可用于測量計算中。,三、高程系,高程：地面任

15、一點到其高度起算面的距離。 高度起算面亦稱高程基準面。,如圖，若選用的高程基準面不同，則所對應的高程亦不同。,1、絕對高程（海拔）：某點沿鉛錘線方向到達大地水準面的距離稱之為該點的絕對高程（海拔）。如上圖的HA、HB 2、相對高程：某點沿鉛錘線方向到任一假定水準面PP的垂直距離，稱之為該點的相對高程，如Ha、Hb 3、建筑標高:在建筑設計中，每一個獨立的單項工程都有它自身的高程起算面，叫做0.00。一般取建筑物首層室內地坪標高為0.00，建筑物各部位的高度都是以0.00為高程起算面的相對高程，稱為建筑標高。例如某建筑物0.00的絕對高程為40.00m，一層窗臺比0.00高0.90m，我們說窗臺

16、標高是0.90m，而不再寫窗臺標高是40.90m 。0.00的絕對高程是施工放樣時測設0.00位置的依據(jù)。,4、高差：地面上兩點高程之差，稱之為高差或比高。高差是相對的，其值可正可負 在上圖中，B點到A點的高差hBA= HA- HB值為正，反之，A點到B點的高差hAB= HB - HA值為負。同理，hba= Ha- Hb為正，hab=Hb - Ha為負。,四、我國的坐標基準與坐標系統(tǒng),（一）坐標基準 1、大地基準：包括一組大地測量參數(shù)和一組起算數(shù)據(jù)， 參數(shù)：主要是建立大地坐標系依據(jù)的四個常數(shù)，即橢球赤道半徑R，進取心引力常數(shù)GM，帶諧系數(shù)J2和地球自轉角度，及用以確定大地坐標系統(tǒng)和大地控制網(wǎng)長

17、度基準的真空光速C。 起算數(shù)據(jù)：指國家大地控制網(wǎng)起算點（大地原點）的大地經(jīng)度、大地緯度、大地高程和至相鄰點方向的大地方位角。,2、高程基準：包括一個水準基面和一個永久水準原點 我國以黃海平均海水面作為水準基面，即零高程面。 永久水準原點設在青島驗潮站附近的觀象山。用精密水準測量測定水準原點相對于黃海平均海水面的高差，即為水準原點的高程，作為全國高程控制網(wǎng)的起算高程。,（二）中國的坐標系統(tǒng),包括大地坐標系和高程系 1、大地坐標系 1954北京坐標系，原點設在北京，采用了前蘇聯(lián)的克拉索夫斯基橢球體， 1980西安坐標系，原點設在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)北洪流村，橢球參數(shù)采用1975年國際大地測量與地球物

18、理聯(lián)合會推薦值 新1954北京坐標系，是將1980坐標系的參數(shù)平移至1954坐標系產(chǎn)生的。 WGS84 坐標系(世界大地坐標系統(tǒng)) ，是空間直角坐標系，原點位于地球質心。 2000國家大地坐標系CGCS2000，最新的參心（地球質心）坐標系（右手坐標系），2008年7月啟用,2、高程系統(tǒng),為了建立全國統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，我們采用平均海水面來代替大地水準面作為高程起算的基準面。 1956年黃海高程系：我國是根據(jù)19501956年間青島觀象山驗潮站的驗潮資料，求出黃海平均海水面（即大地水準面）的高度，為了便于使用，在驗潮站附近設立了水準原點，并于1956年推出了青島水準原點的高程（72.289m），作為全國高程的起算點。 1985國家高程基準：國家利用19521979年間青島驗潮站的驗潮資料確定了新的黃海平均海面，稱為“1985國家高程基準”，并于1985年1月1日 開始采用該基準作為統(tǒng)一的高程基準。該基準所對應的青島水準原點的高程為72.260m。,（三）、中國的基本控制網(wǎng),1、平面控制網(wǎng) 國家平面控制網(wǎng)的傳統(tǒng)測量方法一般采用三角測量的方法，在隱蔽地區(qū)采用導線作為補充。平面控制網(wǎng)分四個等級。一等三角鎖一般與經(jīng)線或緯線平行，構成國家平面控制網(wǎng)的骨干，二等在一等三角點的基礎上布設。二、二等覆蓋全國，屬于國家基本控制測量。三、四等為加密控制測量，一般是根據(jù)需要，以一、二等為起算點，采