武汉大学大地测量学ppt1

学部院士(1994年当选)、欧亚科学院院士
•
邓子新微生物学家 2005年当选为中国科学院院士；2006年当选为第三世界科学院院士；2010年当选美国微生物
科学院院士
•
舒红兵 1967.1. 细胞生物学家 ，中国科学院生命科学和医学学部院士，2011年当选
•
龚健雅 1957.4. 遥感测绘学家，中国科学院地质学部院士，2011年当选
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武大简介
• 武汉大学，简称武大，教育部 直属全国重点大学，学校溯源 于清朝末期1893年湖广总督张 之洞奏请清政府创办的自强学 堂，于1913年由国民政府建立 国立武昌高等师范学校，于 1928年定名国立武汉大学，是 近代中国首批国立综合大学之 一，湖北第一所高等学府。目 前武汉大学是中国教育部直属 重点综合大学，“985工程”和 “211工程”重点建设高校，是 与法国同行联系最紧密、合作 最广泛的中国高校之一。
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两院院士
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【两院院士】
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中国科学院院士
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查全性1925.4.11 著名电化学家。中国科学院化学部院士1980年当选
•
卓仁禧1931.2.12 著名高分子化学家。中国科学院化学部院士 1997年当选
•
李德仁1939.12.31 著名摄影测量与遥感专家。中国科学院地学部院士(1991年当选)、中国工程院信息与电子工程
国立武汉大学
自强 弘毅 求是 拓新
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1
气派的校大门
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胜似皇宫的老图书馆
（国家重点保护文物）
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H1
S
Q 2'
Q 1'
d
RA
O
小结
• 三差改正：地面方向 椭球面上大地线方向 • 每项改正的目的 • 掌握电磁波测距长度改正公式
作业与思考
• 将地面上的方向观测值归算至椭球面上 要经过哪些改 正？每项改正的目的是什么？
• 将地面长度观测值归算至参考椭球面的步骤。
Hm
高程对长度归算的影响
SS0(1H R m) 1u12u 2(H 2H 1)
R
电磁波测距的归算
SD1 2D h2DH RA m2D R 43A2来自测线变 平距变 弦线变
成平距 成弦线 成弧长
其中 RA： 1e'2co N 2B s1co2A s1 Hm 12(H1H2)
hH2H1
Q2 D
Q1
H2
一、将地面观测的水平方向归算至椭球面
垂线偏差改正
标高差改正
三差改正
截面差改正 u
1.垂线偏差改正
Z（ 大 地 天 顶 ）
z z1 法
u
Z1
（天文天顶）
M
线垂
m
线
M点在ZZ1O平面上，照准面
A
只有一个，不用改正；
R1 R
O
⑵
三差改正 垂线偏差
意义（目的）
化为法线为基准 的方向观测值
主要关系量
，
数值
一等 二等
加加
0.05~0.1
三四等 酌情
标高差 化为椭球面上法 截线的方向值
截面差 化为椭球面上大 地线方向值
加 加 不加
H2
0.01~0.07
S
加 酌情 不加
0 .01 0 ~0 .07 0

三角点的密度是指每幅图中包含有多少个控制点，而测图的比 例尺不同，每幅图的面积也不同。所以，三角点的密度也用平 均若干平方公里有一个三角点来表示。常规大地测量和GPS测 量的基本要求：
（1）不同比例尺地图对大地点的数量要求 ：
测图比例尺
1：5万 1：2.5万 1：1万
平均每幅图面积（km2） 350~500 100~125 15~20
国家平面大地控制网
惯性测量系统(INS)
惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间， 对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点 到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向进行 两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量 ，进而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相对精度为 (1~2)·10-5，测定的平面位置中误差为±25cm左右。 优点：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽 车能否开动、飞机能否飞行。 缺点：相对测量，精度不高。
平均每幅图的三角点个数
3
2~3
1
每点控制的面积（km2）
150
50
20
三角网的平均边长（km）
13
8
2~6
相应的三角网等级
二等
三等
四等
国家平面大地控制网布设原则
（2）GPS测量中两相邻点间的距离要求（单位：km)：
等级 相邻点最小距离
A
100
B
15
C
5
D
2
E
1
相邻点最大距离 2000 250 40 15 10
测图比例尺
1∶5万 1∶2.5万 1∶1万 1∶5千 1∶2千
图根点对于三角点 的点位误差(m) ±5.0 ±2.5 ±1.0 ±0.5 ±0.2

g=（357. 528°＋35999.050°T）（2 /360）
原子时（AT）
原子时：是一种以原子谐振信号周期为标准。原子时的基本单位是原子时 秒，定义为：在零磁场下，位于海平面的铯原子基态两个超精细能级间跃 迁辐射9192631770周所持续的时间为原子时秒，规定为国际单位制中的 时间单位。
根据原子时秒的定义，任何原子钟在确定起始历元后，都可以提供 原子时。由各实验室用足够精确的原子钟导出的原子时称为地方原子时。
高程参考系统
以大地水准面为参照面的高程系统称为正高，以似大地水准面为参照面的 高程系统称为正常高的高程系统。 正常高H正常及正高H正与大地高有如下关系：
H＝H正常＋ H＝H正＋N 式中： ——高程异常，N——大地水准面差距。
大地水准面相对于旋转椭球面的起伏
大地测量参考框架（Geodetic Reference Frame)
大地测量参考系统(Geodetic Reference System)
坐标参考系统：分为天球坐标系和地球坐标系。
天球坐标系:用于研究天体和人造卫星的定位与运动。
地球坐标系:用于研究地球上物体的定位与运动，是以旋转椭球为参照体 建立的坐标系统，分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式
大地坐标系
空间直角坐标
TAI－GPST=19(s) GPST的起点，规定1980年1月6日0时GPS与UTC相等。
2.3 坐标系统
基本概念
1.大地基准
所谓基准是指为描述空间位置而定义的点、线、面，在大地测量中，基准是 指用以描述地球形状的参考椭球的参数（如参考椭球的长短半轴），以及参考 椭球在空间中的定位及定向，还有在描述这些位置时所采用的单位长度的定义。
2. 天球
天轴与天极：地球自转轴的延伸直线为天轴；天轴与天球的交点称为天极（ 为北天极 为南天极）。 天球赤道面与天球赤道：通过地球质心 与天轴垂直的平面，称为天球赤道面，它与天球 ｛相交的大圆，称为天球赤道。 天球子午面与子午圈：包含天轴并通过地球上任一点的平面，称为天球子午面，它与天 球相交的大圆，称为天球子午圈。 时圈：通过天球的平面与天球相交的半个大圆。 黄道：地球公转的轨道面与天球相交的大圆，黄道面与赤道面的夹角 ，称为黄赤空角， 约为23.5 。 黄极：通过天球中心，且垂直于黄道面的直线与天球的交点。其中靠近北天极的交点 称 为北黄极，靠近南天极的交点 为南黄极。 春分点：当太阳在黄道上从天球南半球向北半球运行时，黄道与天球赤道的交点r。

yA＝500000＋136780＝636780（m） yB＝500000－272440＝227560（m）
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第二节 地面点位的确定
规定在横坐标值前冠以投影带带号。如A、B两点均位于第20号带， 则
yA＝20636780m，yB＝20227560m
当要求投影变形更小时，可采用3°带投影。如图1－5所示，3°带
是从东经1°30′开始，每隔经度3°划分一带，将整个地球划分成120
个带。每一带按前面所述方法，建立各自的高斯平面直角坐标系。各带
中央子午线的经度λ0′，可按式（1－3）计算。
λ0′＝3°n
（1－3）
式中 n—3°带的带号。
为避免y坐标出现负值，3°带的坐标原点同6°带一样向西移动
500km，但加在y坐标前的带号应是3°带号。假设C点所在的中央子午线 精度为105°，yC＝538640m，那么该点所在的3°带的带号为n＝105°/3 ＝35，则该点加上带号后的y坐标值为yC＝35538640m。
三、建筑工程测量的任务
建筑工程测量是测量学的一个组成部分。它是一门测定地面点位的 科学，广泛用于建筑工程的勘测、设计、施工和管理各个阶段。其主要 任务包括以下几个方面。
（1）测绘大比例尺地形图。将地面上的地物、地貌的几何形状及 其空间位置，按照规定的符号和比例尺缩绘成地形图，为建筑工程的规 划、设计提供图纸和资料。
（2）相对高程。局部地区采用国家高程基准有困难时，可以采用 地面点到假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程。如 图1－10中，A、B两点的相对高程为HA′、HB′。
（3）高差。地面两点间的高程之差，称为高差，用h表示。高差有 方向和正负。A、B两点的高差为

赤道面之交点 Y 轴 方 向：垂直于XOZ平面，构成右手
坐标系
3、地面点的高程
绝对高程：简称高程，又称海拔； 相对高程：又称假定高程； 高差：两点间绝对高程或相对高程之差 我国的高程系统 ： 1956年黄海高程系 （72.289m） 1985年国家高程基准 （72.260m）
四、用水平面代替水准面的限度
2.1地理坐标系(geographical reference system)
①天文坐标系 子午面 子午线 赤道
①天文坐标系
天文经度λ 天文纬度φ 特点：天文坐标系以铅垂线为基准线，
以大地水准面为基准面； 测量方法：在地面点上用天文测量的方
法测定。
②大地坐标系
大地经度L：
大地纬度B：
所以说测量学是一门重要的课程。
பைடு நூலகம்
3、测量学有关的学科：
大地测量学 地形测量学 摄影测量学 工程测量学 海洋测量学
地图制图学 遥感信息系统 GPS系统 GIS信息系统
二、现代测量科学的发展概况：
新的3S技术：
GPS－卫星定位系统 GIS－地理信息系统 R S－遥感
三、地面点位的确定
特点：大地坐标是以法线为基准线，以 椭球体面为基准面
测量方法：大地坐标是根据大地原点坐 标，再按大地测量所测得的数据推算而 得。
2.2高斯平面直角坐标系
高斯投影的特点
⑴等角投影；⑵投影后中央子午线的长度 不变，离开中央子午线越远的线变形越大， 并且凹向中央子午线，各纬圈投影后凸向 赤道；⑶中央子午相投影后为坐标纵轴X， 赤道投影后为坐标横轴Y，从而构成高斯 平面直角坐标系；⑷为了将变形限制在一 定精度范围内，采用分带投影法，有6度 带和3度带两种投影方法；

重力G
向
是测量工作的基准线
地心O
线
2. 水准面
称
为
自由静止的水面;
铅
是等位面, 有无数个
垂
线
14
大地水准面
设想当海洋处于静止均衡状态时，将它 延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。
静止海水 面
陆地
大地水准面
15
地球表面
大地水准面和铅垂线示意图
16
起始天文 子午面
G•
E
O
地球自转轴
地球自然表面
地心O
大地水准面
５．地图制图学 ——地图学与GIS、地图制图工程 ６．测绘仪器学 ——光学测绘仪器学、电子测绘仪器学 ７．普通测量学 ——局部地区地形测量与一般工程测量
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第1章 测绘基础知识
§ 1.1测绘学的任务及作用 在国家经济建设中的作用
1. 工程建设的尖兵 2. 军事作战的眼睛 3. 科学研究的工具 4. 现代管理的基础 （数字地球、数字中国和数字城市）
微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水 准仪 目前，普通工程测量中最常用的水准仪是：
DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）
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第2章 水准仪及水准测量
§ 2.3 水准仪及其使用
一、DS3微倾式水准仪
1. DS3微倾式水准仪的构造
作用：为测量高差提供一条水平视线
组成：望远镜、水准器、基座
2.仪高法(视线高法):
H H a
i
A
H H b
B
i
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2012年6月
第2章 水准仪及水准测量
§ 2.3 水准仪及其使用
水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水 准尺和尺垫。

首先证明：n a和n b 不重合
Ona Q1na sinB1 Onb Q2nbsinB2
b
A
a
B
O B 1 B 2 Q 2
Q1
由 Qn Ne2 ，得
na
Ona N1e2 sinB1
nb
Onb N2e2 sinB2
若 B1B2， Oan Obn
若A、B两点不在同一子午圈上，也不在同一平行圈上时，两点有两条法
⑷了解大地线微分方程和克莱劳定理
—定义：椭球面上两点间的最短程曲线叫大地线。
B
⑴ 大地线是一条空间曲线；
—性质：⑵ 大地线惟一，位于相对法截线之间。
C
—说明：⑴
1 3
A
其长度与法截线长度
相差为百万分之一毫米；
B
⑵地面观测值归算成大地线的
方向，距离。
A
3.大地线的微分方程和克莱劳方程 ⑴ 大地线的微分方程 描述p到p1时，dS与 dA、dL、 dB之间的关系 在微分直角三角形pp2p1中
截线。
说明：⑴相对法截线
A照准B：AaB叫A点的正法截线，B点的反法截线；
B照准A：BbA叫B点的正法截线，A点的反法截线。
⑵ 相对法截线的位置
BbA比AaB偏上。
B2B1， ObnOa， n
正反法截线的位置如课本图4-18 所示
⑶ 当A、B两点位于同一子午圈或平行圈时，正反法截线合 二为一。
⑷ 椭球面上A、B、C三点构不成三角形。（产生了矛盾） 2.大地线的定义和性质
个与该点子午面相垂直的法截面同椭球面相截形成的 闭合的圈，称为卯酉圈。
r N cos B
xr
a cos W
B
N
a W
N

故有：V1=-8mm ，V2=-11mm ，V3=-8mm ，V4=-10mm。 第五步计算各段改正后高差后，计算1 、2 、3各点的高程。
二、地面点位的确定
一般需要三个量。在测量工作中，我们一般用某点在基准面上的 投影位置（ x,y ）和该点离基准面的高度（ H ）来确定，即这个 点在三维空间中的位置。常用地理坐标系和指定高程系统来表示，
也可采用空间直角坐标系表示。 1、大地坐标系
大地坐标（属于球面坐标系统） ——用经度和纬度来表示。大地坐 标系是以参考椭球面作为基准面， 以法线为基准线，以起始子午面和 赤道面在椭球上确定某一点投影位
水准面 —— 静止海水面所形成的封闭的曲面，受地球重力影响 而形成，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。
水准面的特性——处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。 水平面——与水准面 相切的平面 。 大地水准面 —— 其中通过平均海水面 并向大陆延伸形成的 闭合曲面。
水准面和大地水准面图
2、测量计算基准面——旋转椭球
6、地图学与地理信息系统：地图学研究模拟地图和数 字地图理论、设计、编绘等。地理信息系统是在计算机支 持下，将各种地理信息按照空间分布及属性以一定的格式 输入、存储、检索、更新、显示、制图和综合分析应用的
技术系统。
二、测量学发展概况
1、我国古代测量学的成就
我国是世界文明古国 , 由于生活和生产的需要 , 测 量工作开始得很早，在测量方面也取得了辉煌的成就。现
1985国家高程基准由于计算这个基面所依据的青岛验潮 站的资料系列（1950年～1956年）较短等原因，中国测绘 主管部门决定重新计算黄海平均海面，以青岛验潮站1952 年～1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测 量接测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年