测量学资料1绪论.ppt

第一章 绪论 1-1 测量学的任务与作用 1. 测绘: 研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、 地表、地下和海洋）物体的空间位置，以及对于 这些空间位置信息进行处理、储存、管理的科学。 2. 内容：包括测定和测设 测定：使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系 列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。 测设：把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地 面上标定出来，作为施工的依据。 3. 分支学科： 按范围，分为大地测量学、普通测量学； 按研究对象，分为工程测量学、海洋测量学、地图制学； 按技术方法分为常规测量法、卫星测量法、摄影与遥感测量学。 测量在国民经济建设中的应用： (1) 城市规划、给水排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设的测量工作 1)设计阶段：测绘各种比例尺的地形图，供结构物的平面及竖向设计使用； 2) 施工阶段：将设计结构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据； 3)工程完工后：测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理应用，对某些重要的建筑物或构筑物在建设中和建成以后都需要进行变形观测，以保证建筑物的安全。 (2) 铁路、公路建设的测量工作 1) 为了确定一条最经济合理的路线，必须预先测绘路线附近的地形图，在地形图上进行路线设计，然后将设计路线的位置标定在地面上以指导施工；2) 当路线跨越河流时，必须建造桥梁，在建桥之前，要测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量和河床地形图以及桥梁轴线长度等，为桥梁设计提供必要的资料，最后将设计桥台、桥墩的位置用测量的方法在实地标定； 2) 当路线穿过山地需要开挖隧道时，开挖之前，必须在地形图上确定隧道的位置，根据测量数据计算隧道的长度和方向；隧道施工通常是从隧道两端相向开挖，这就需要根据测量成果指示开挖方向，保证其正确贯通。 学习本课程，应掌握下列有关测定和测设的基本内容： ⑴ 地形图测绘——运用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，把小范围内地面上的地物、地貌按一定的比例尺测绘成图； ⑵ 地形图应用——在工程设计中，从地形图上获取设计所需要的资料，例如点的坐标和高程、两点间的水平距离、地块的面积、地面的坡度、地形的断面和进行地形分析等； ⑶ 施工放样——把图上设计好的建筑物或构筑物的位置标定在实地上，作为施工的依据； ⑷ 变形观测——监测建筑物或构筑物的水平位移和垂直沉降，以便采取措施，保证建筑物的安全； ⑸ 竣工测量。 1.2 地球的形状和大小 地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。 测量工作是在地球表面上进行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形态，其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。 应掌握重力、铅垂线、水准面、大地水准面、参考椭球面和法线的概念及关系。 地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力(gravity)，重力的方向称为铅垂线(plumb line)方向。 假想静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成一个封闭的曲面，这个封闭曲面称为水准面(level surface)。 水准面也可以定义为：处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。 与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面(geoid)。 水准面有无穷个，而大地水准面是唯一的。 §1.3 测量坐标系与地面点位的确定 空间是三维的，表示地面点在某个空间坐标系中的位置需要三个参数，确定地面点位的实质就是确定其在某个空间坐标系中的三维坐标。 测量学将空间坐标系分为参心坐标系和地心坐标系。 “参心”意指参考椭球的中心，由于参考椭球的中心一般不与地球质心重合，所以它属于非地心坐标系， 表1-1中的前两个坐标系是参心坐标系。“地心”意指地球的质心，表1-1中GPS使用的WGS-84属于地心坐标系。工程测量通常使用参心坐标系。 §1.3.1确定点的球面位置的坐标系 测量上将空间坐标系分解成确定点的球面位置的坐标系(二维)和高程系(一维)。 确定点的球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 (1) 地理坐标系(geographical reference system) 地理坐标系又可分为天文地理坐标系和大地地理坐标系两种。 1) 天文地理坐标系 天文地理坐标又称天文坐标，表示地面点在大地水准面上的位置，它的基准是铅垂线和大地水准面，它用天文经度(astronomical longitude)λ和天文纬度φ(astronomical latitude)两个参数来表示地面点在球面上的位置。 过地面上任一点P的铅垂线与地球旋