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测量学多媒体电子教案 天津大学建工学院土木系测量教研室 测量学 第一章 绪论 1.1 测量学概述 1.1.1 测量学的定义与分类 测量学的定义：测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面、 水下及空间点位的科学。 测量学的分类：大地测量学 普通测量学 摄影测量学 海洋测绘学 工程测量学 地图制图学 本课程主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容。 测量学包括二个部分：测定与测设 测定： 是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到被测点的坐标，或根据被测点的数据绘制地形图，供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用。 测设： 是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。 1.1.2 测量学的任务与作用 测量学的基本任务（中心问题或实质):研究如何确定地面点的位置。 测量学在各项工农业基本建设以及国民经济、国防、科学实验、国家的管理等众 多领域都得到广泛的应用。 学习测量学要求达到的深广度 ●掌握普通测量学的基本知识和基础理论； ●能正确使用常用的测量仪器； ●了解大比例尺地形图的成图原理和方法，具有应用地形图和有关测量 资料的能力； ●能进行一般工程的施工测量工作。 1.1.3 测量学的分类 测量学包括： 普通测量学 大地测量学 摄影测量学 工程测量学 海洋测量学 1.1.4 测量学的发展趋势 1.2 测量的基准面与坐标系统 测量确定地面点的位置，就是确定地面点与已知的基准面与或坐标系统之间的相对关系。 地面点位的确定 数学中确定空间点位的方法：X、Y、Z坐标； 其基准面（投影面）是一个平面。 确定地面点的位置，实际上是确定地面点与一个已知的基准面或坐 标系统之间的相对位置关系。 因此，测量之前必须建立基准面或坐标系统。 测量工作是在地球表面进行的，因此，测量学中确定地面点位则需 考虑地球的形状特点，首先要确定测量工作的基准面： 1.2.1 测量工作的基准面 ◇选择测量工作基准面的两个基本条件： 1.其形状、大小能与地球总形体拟合； 2.须是一个能用简单几何体和方程式描述的规则数学面 ◇地球的自然表面： 测量工作是在地球表面进行的，而地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠穆朗玛峰高出海水面达8844m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。相对高差20KM。但是这样的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。  2.地球椭球面/参考椭球面： 由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，无法在这曲面上进行测量数据处理。为了使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体（即地球椭球）来代替地球的形状，即：将地球椭球面作为测量计算工作的基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球。旋转椭球体由长半径a（或短半径b）和扁率α所决定。我国目前采用的元素值为： 长半径 a = 6378140m 扁率 α = 1：298.257 其中 α = （a - b）/ a 并选择陕西省泾阳县永乐镇某点为大地原点，进行了大地定位。由此而建立起全国统一坐标系，即“1980国家大地坐标系”。 1.2.2 坐标系统 ◇GPS采用以地球质心为原点的三维直角坐标系 — “WGS‐84世界大地坐标系”（将在第五章介绍）。 ◇传统的常规测量通常将三维坐标系统又分为高程系统和平面（或球面）坐标系统。即：在测量工作中，是将地面点沿铅垂线方向投影到大地水准面上，得到其投影位置。地面点的空间位置，就可用其投影位置在大地水准面上的坐标和到大地水准面的铅垂距离来表示。 1.2.2.1 地面点的高程 ◇高程：地面点沿铅垂方向