第8章 椭球面元素归算至高斯平面——高斯投影

高斯-克吕格投影（1）高斯-克吕格投影性质高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影简称“高斯投影”，又名"等角横切椭圆柱投影”，地球椭球面和平面间正形投影的一种。

德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl Friedrich Ｇauss，1777一 1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes K ruger，1857～1928）于 1912年对投影公式加以补充，故名。

该投影按照投影带中央子午线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，确定函数的形式，从而得到高斯一克吕格投影公式。

投影后，除中央子午线和赤道为直线外，其他子午线均为对称于中央子午线的曲线。

设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。

将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。

取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。

高斯-克吕格投影在长度和面积上变形很小，中央经线无变形，自中央经线向投影带边缘，变形逐渐增加，变形最大之处在投影带内赤道的两端。

由于其投影精度高，变形小，而且计算简便（各投影带坐标一致，只要算出一个带的数据，其他各带都能应用），因此在大比例尺地形图中应用，可以满足军事上各种需要，能在图上进行精确的量测计算。

（2）高斯-克吕格投影分带按一定经差将地球椭球面划分成若干投影带,这是高斯投影中限制长度变形的最有效方法。

分带时既要控制长度变形使其不大于测图误差，又要使带数不致过多以减少换带计算工作，据此原则将地球椭球面沿子午线划分成经差相等的瓜瓣形地带,以便分带投影。

通常按经差6度或3度分为六度带或三度带。

六度带自0度子午线起每隔经差6度自西向东分带，带号依次编为第 1、2…60带。

三度带是在六度带的基础上分成的，它的中央子午线与六度带的中央子午线和分带子午线重合，即自 1.5度子午线起每隔经差3度自西向东分带，带号依次编为三度带第 1、2…120带。

第五章 高程控制测量1．何谓一对水准标尺零点差及基、辅分划读数差常数？在作业中采取何种措施才能消除其影响？为什么？答：两水准标尺的零点误差不相等，他们都会在水准标尺上长生误差！同一高度的基本分划与辅助分划读数相差一个常数，称为基辅差故在实际水准测量作业中各测段的测站数目应安排成偶数，且在相邻测站上使两水准标尺轮流作为前视尺和后视尺测站Ⅰ上顾及两水准标尺的零点误差对前后视水准标尺上读数b1，a1的影响，则测站Ⅰ的观测高差为 在测站Ⅱ上，顾及两水准标尺零点误差对前后视水准标尺上读数a2,b2的影响，则测站Ⅱ的观测高差为 则1﹑3点的高差，即I 、Ⅱ测站所测高差之和为由此可见，尽管两水准标尺的零点误差 , 但在两相邻测站的观测高差之和中，抵消了这种误差的影响。

2．水准观测误差来源有哪些？各由什么因素引起？对观测有何影响？如何减弱或消除？3．分析超限原因：1）闭合路线中环线闭合差很小，而测段往返测高差不符值超限；2）附合路线中各测段往返测高差不符值均很小，而路线闭合差超限。

4．水准测量作业时，一般要求采取下列措施：(1)前后视距相等；(2)按“后一前一前—后”程序操作；(3)同一测站的前、后视方向不得作两次调焦；(4)旋转微倾斜螺旋及测微轮最后为“旋进”。

试述上列措施分别可以减弱哪些误差的影响？还有哪些主要误差不能由这些措施得到消除？5、名词解释(1)正常位水准面 (2)重力异常 (3)重力位水准面 (4)理论闭合差(5)正高系统 (6)正高 (7)正常高系统 (8)似大地水准面。

6、大地测量上使用哪几种高程系统？说明各种高程系统的相互关系？如何求地面上一点在各高程系统中的高程值？7、精密水准仪的角和交叉误差是如何产生的，它们对水准测量成果有什么影响？进行观测时应采取哪些措施以削弱由于角的变化和交叉误差残余影响所引起的误差。

8、设有一水准网如图所示，A 、B 、C 为已知点，F 为结点，（1，2，3）表示各水准路线之长度（以公里为单位），试问网中最弱点在哪条路线上？在何位置？又若要求网中最弱点相对已知点之高程中误差不大于15mm ，问应配置何等级水准测量？ba b a b b a a h ∆+∆--=∆--∆-=)()()(111112ab a b a a b b h ∆+∆--=∆--∆-=)()()(222223)()(2211231213a b b a h h h -+-=+=b a ∆≠∆9、三角高程测量求得的高差是什么高差？怎样求得正常高高差（列出基本公式，并说明各量的意义）？10、沿着同一纬度圈进行水准测量是否需要加入正常重力位不平行性改正，为什么?11、什么叫正常高？根据水准测量的高差求一点的正常高需加哪些改正（列出基本公式，并说明各量的意义）？12、精密水准测量外业计算时，应求出哪些高差改正数？接着按什么公式计算每公里高差中数的中误差。

第八章 高斯投影地面-----椭球面-----平面熟悉,简单地图投影高斯—克吕格投影〔高斯投影〕高斯投影概述投影与变形所谓地球投影，简略说来就是将椭球面各元素〔包括坐标、方向和长度〕按一定的数学法则投影到平面上。

研究这个问题的专门学科叫地图投影学。

这里所说的数学法则可用下面两个方程式表示：),(),(21B L F y B L F x == (8-1)式中L ，B 是椭球面上某点的大地坐标，而y x ,是该点投影后的平面(投影面)直角坐标。

式(8-1)表示了椭球面上一点同投影面上对应点之间坐标的解析关系，也叫做坐标投影公式。

投影问题也就是建立椭球面元素与投影面相对应元素之间的解析关系式。

投影的方法很多，每种方法的本质特征都是由坐标投影公式F 的具体形式表达的。

椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面，假设将这个曲面上的元素〔比方一段距离、一个角度、一个图形〕投影到平面上，就会和原来的距离、角度、图形呈现差异，这一差异称作投影的变形。

地图投影必然产生变形。

投影变形一般分为角度变形、长度变形和面积变形三种。

在地图投影时，我们可根据需要使某种变形为零，也可使其减小到某一适当程度。

因此，地图投影中产生了所谓的等角投影〔投影前后角度相等，但长度和面积有变形〕、等距投影〔投影前后长度相等，但角度和面积有变形〕、等积投影〔投影前后面积相等，但角度和长度有变形〕等。

控制测量对地图投影的要求1.应采用等角投影〔又称正形投影〕。

这样①保证了在三角测量中大量的角度元素在投影前后保持不变，免除了大量的投影工作；②所测制的地图可以保证在有限的范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给国民经济建设中识图用图带来很大方便。

如图多边形，相应角度相等，但长度有变化，投影面上的边长与原面上的相应长度之比，称为长度比。

图中,EA A E AB B A m ''==''=即在微小范围内保证了形状的相似性，当ABCDE 无限接近时，可把该多边形看作一个点，因此在正形投影中，长度比m 仅与点的位置有关，与方向无关，给地图测制及地图的使用等带来极大方便。

控制测量学1、控制测量学的基本任务：① 在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网② 在施工阶段建立施工控制网③ 在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网2、大地水准面：与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面。

3、大地水准面是测量外业的基准面，与其相垂直的铅垂线是外业测量的基准线；参考椭球面是内业测量的基准面，与其相垂直的法线是内业测量的基准线。

4、大地高：是地面点沿法线到椭球面的距离。

正高：是地面点沿实际重力线到大地水准面的距离。

正常高：是地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。

5、垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。

6、测定垂线偏差一般有四种方法：天文大地测量方法；重力测量方法；天文重力测量方法以及GPS方法。

第二章、水平控制网的技术设计1、建立国家水平大地控制网的方法：①常规大地测量法：1）三角测量法，2）导线测量法，3）边角网和三边网③现代定位新技术：1）GPS测量，2）甚长基线干涉测量系统（VLBI），3）惯性测量系统（INS）2、建立国家水平大地控制网的基本原则：①大地控制网应分级布设、逐级控制；②大地控制网应有足够的精度；③大地控制网应有一定的密度；④大地控制网应有统一的技术规格和要求3、工程测量水平控制网的布设原则：①分级布设、逐级控制；②要有足够的精度；③要有足够的密度；④要有统一的规格第三章、精密测角仪器和水平角观测1、①经纬仪的视准轴误差（c值）：仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差。

消除方法：取盘左、盘右实际读数的中数②经纬仪的水平轴倾斜误差（i角）：仪器的水平轴不与垂直轴正交所产生的误差。

消除方法：取盘左、盘右实际读数的平均值③经纬仪的水平轴倾斜误差（v角）：由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度。

消除方法：1）尽量减小垂直轴的倾斜角v值2）测回间重新整平仪器3）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数2、影像精密测角的因素：①外界条件的影响：1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响2）水平折光的影响3）照准目标的相位差4）温度变化对视准轴的影响5）外界条件对觇标内架稳定性的影响②仪器误差的影响：1）水平度盘位移的影响2）照准部旋转不正确的影响3）照准部水平微动螺旋作用不正确的影响4）垂直微动螺旋作用不正确的影响③照准和读数误差的影响3、精密测角的一般原则：（判断）P994、方向观测法：（计算）P100第四章、电磁波测距仪及其距离测量1、电磁波测距仪的精度公式：m=A+BDA代表固定误差，单位mm。

第八章高斯平面直角坐标§1 正形投影的基本公式一、地图投影的概念1.投影的必要性及其方法①投影的必要性：测量工作的根本任务，是测定地面点的坐标和测绘各种地形图。

因：1）椭球面上计算复杂；2）地图是画在平面图纸上，故，有必要将椭球面上的坐标、方向、长度投影到平面上。

②投影的方法：按一定的数学法则，得到如下的解析关系（函数关系）x＝F1(B，L)y＝F2(B，L)式中B，L——椭球面上的大地坐标x，y——投影平面上的直角坐标按高斯投影方法得到的平面直角坐标x，y叫高斯平面直角坐标。

2.投影的分类椭球面是不可展开的曲面（圆柱，圆锥面是可展开曲面）。

若展开成平面，必产生变形。

投影按变形的性质可分为：等距离投影━投影后地面点见的距离不变等面积投影━保证投影后面积不变等角投影━投影后微分范围的形状相似3.测量采用的投影测量工作从计算和测图考虑，采用等角投影（又称正形投影、保角投影）。

其便利在于：1）可把椭球面上的角度，不加改正地转换到平面上。

（注：椭球面上大地线投影到平面上亦为曲线。

为实用，需将投影的曲线方向改正为两点间弧线方向，称方向改化。

方向改化是在平面上为实用而做的工作，非投影工作。

且：①改化小，公式简单；②只在等级控制改化，图根控制、测图不顾及）2）因微分范围内投影前后图形相似，则大比例尺图的图形与实地完全相似，应用方便。

二、正形投影1.正形投影的特性有微分三角形如图：对于保角投影：A′＝A；B′＝B；C′＝C所以长度比 cc b b a a md d d d d d '='='=故，正形投影在一个点（微分范围）上，各方向长度比相同。

即投影后保持图形相似。

例如下图，对一个任意形状的微小图形，总可以取一个边数极多的中点多边形逼近它，对于正形投影：m obb o oa a o =='='但上述特点只在微分范围内成立。

在广大范围内，投影前后图形保持相似是不可能的（否则意味着椭球面可以展开）。