水利工程测量教学绪论PPT.ppt

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1、 1.1 测绘学的历史发展简述测绘学的历史发展简述1.绪绪 论论历史悠久历史悠久,4000多年多年19世纪世纪:高斯投影及最小二乘高斯投影及最小二乘18世纪世纪:水准测量方法出现水准测量方法出现16世纪世纪:墨卡托投影墨卡托投影(制图方制图方法法)魏晋魏晋重差术重差术地形测量规范地形测量规范西晋西晋制图六体制图六体制图规范制图规范3S技术应用技术应用全自动数字摄影测量全自动数字摄影测量一战时期：航空摄影测量一战时期：航空摄影测量1.2 测绘学的定义测绘学的定义 地理信息系统地理信息系统 遥遥 感感测量学测量学、地形测量学、地形测量学根据不同的应用又可分为：根据不同的应用又可分为：地籍测量学地籍

2、测量学:Cadastral Surveying 矿山测量学矿山测量学:Mine Surveying 海洋测绘：海洋测绘：Hydrographic Surveying and Charting 水利工程测量：水利工程测量：工业测量工业测量 随着地理信息科学、空间认知、人工智能等随着地理信息科学、空间认知、人工智能等理论的日新月异，遥感理论的日新月异，遥感(RS)、卫星全球定位系统、卫星全球定位系统(GPS)和地理信息系统和地理信息系统(GIS)等新技术的不断发展，等新技术的不断发展，新的测量分支学科正不断涌现。新的测量分支学科正不断涌现。CMS 洞穴监测系统 1)设计阶段：测绘各种比例尺的地形图

3、，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；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，作为施工的依和高程在实地标定出来，作为施工的依据；据；3)工程完工后：测绘竣工图，供日后扩建、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，以保证建筑物后都需要进行变形观测，以保证建筑物的安全的安全（1）地球自然表面地球自然表面是最自然的面，包括海洋底部、高山高原在

4、内的固体地球表面，难以用一个简洁的数学表达式描述出来，所以不适合于科学计算、数学分析。需要建立地球的抽象数学模型。陆地：29.2%海洋：70.8%最高：8846.27m，最低：-11022m 地球半径：平均6371km地球表面水准面大地水准面铅垂线地球椭球体重力位相同时，受重力作用的海水分子重力位相同时，受重力作用的海水分子呈静止状态而形成的重力等位面。处处与重力方向垂直。呈静止状态而形成的重力等位面。处处与重力方向垂直。水准面有无穷个。水准面有无穷个。是测量工作的基准面。是测量工作的基准面。铅垂线：铅垂线：重力的作用线，是测量工作的基准线。大地体：大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭曲面所

5、包围的地球实体。代表了地球的形状和大小。1.旋转椭球体（双轴椭球体）旋转椭球体（双轴椭球体）：地球是一个表面很复杂的球体，人们以假想的平均静止的海水面形成的假想的平均静止的海水面形成的“大地体大地体”为参照，推求为参照，推求出近似的地球椭球体。出近似的地球椭球体。理论和实践证明，该椭球体表面近似一个以地球短轴理论和实践证明，该椭球体表面近似一个以地球短轴c为轴为轴的椭圆绕该短轴旋转而成的椭球面，这个椭球面可用数学公式表的椭圆绕该短轴旋转而成的椭球面，这个椭球面可用数学公式表达，假定赤道面为圆形，即用达，假定赤道面为圆形，即用a代替代替b，方程为：方程为：（注：为方便起见，在测量中，上述方程的长

6、半轴（注：为方便起见，在测量中，上述方程的长半轴a仍用字母仍用字母a表达，短半轴表达，短半轴c用字母用字母b表达。）表达。）将自然表面上的点归化（映射）到这个椭球面上，就可以计将自然表面上的点归化（映射）到这个椭球面上，就可以计算了。即，旋转椭球体表面是测量计算和制图基准面。算了。即，旋转椭球体表面是测量计算和制图基准面。1222222czayax1222222bzayax2.地球椭球地球椭球椭球的大小椭球的大小 旋转椭球体与地球形体非常接近旋转椭球体与地球形体非常接近,旋转旋转椭球面是一个形状规则的数学表面，在其上椭球面是一个形状规则的数学表面，在其上可以做严密的计算可以做严密的计算，而且所

7、推算的元素而且所推算的元素(如如长度与角度长度与角度)同大地水准面上的相应元素非同大地水准面上的相应元素非常接近常接近，这种用来代表地球形状的椭球称为这种用来代表地球形状的椭球称为地球椭球。地球椭球。注：我国目前主要采用的是注：我国目前主要采用的是1975年年“国际大国际大地测量与地球物理联合会地测量与地球物理联合会”推荐的椭球参数，推荐的椭球参数，称为称为“1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系”（简称（简称80系）系）6.6.我国高程系统我国高程系统（1 1）大地水平面确定（青岛验潮站）大地水平面确定（青岛验潮站）（2 2）1956年黄海高程系（年黄海高程系（19501956）青岛大）青

8、岛大港验潮站一号军用码头港验潮站一号军用码头（3）1985国家高程基准（国家高程基准（19531977）青岛大港1号码头验潮站标牌水准原点水准原点1985国家高国家高程基准，程基准，72.2604米米黄海海面黄海海面1952-1979年平年平均海水面为均海水面为0米米 天文点（天文点（,）高程高程H：空间空间P点沿铅垂线到大地水准点沿铅垂线到大地水准 面的距离。面的距离。天文纬度天文纬度：地面点在大地水准面上投影点地面点在大地水准面上投影点所在的子午面与起始子午面间的平角，从首所在的子午面与起始子午面间的平角，从首子午线起算，向东为东经子午线起算，向东为东经(0 180)，向，向西为西经西为西

9、经(0 180)天文经度天文经度：过过P点的铅垂线与赤道面的夹点的铅垂线与赤道面的夹角，由赤道面起算，向北为北纬角，由赤道面起算，向北为北纬(0 90)，向南为南纬，向南为南纬(0 90)点的大地坐标点的大地坐标(L,B,H）:大地经度L、大地纬度B、大地高H 大地点（大地点（L,B）大地高大地高H：空间P点沿法线到椭球面的距离。大地经度大地经度L：地面点在椭球面上投影点所在的子午面与起始子午面间的平角，从首子午线起算，向东为东经(0 180)，向西为西经(0 180)大地原点大地原点（Geodetic Origin）：大地原点，亦称大地基大地原点，亦称大地基准点，或大地起算点，即国家水平控制

10、网中推算大地坐标准点，或大地起算点，即国家水平控制网中推算大地坐标的起标点。原点并不是指国家的几何中心。大地原点是人的起标点。原点并不是指国家的几何中心。大地原点是人为界定的一个点，大地原点上的大地经度和纬度分别等于为界定的一个点，大地原点上的大地经度和纬度分别等于该点上的天文经、纬度；由大地原点至某一点的大地方位该点上的天文经、纬度；由大地原点至某一点的大地方位角等于该点上同一边的天文方位角；大地原点至椭球面的角等于该点上同一边的天文方位角；大地原点至椭球面的高度恰好等于其至大地水准面的高度。高度恰好等于其至大地水准面的高度。（注：建国初期，我国使用的大地测量坐标系统是从前苏（注：建国初期，

11、我国使用的大地测量坐标系统是从前苏联测过来的，其坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台，这种联测过来的，其坐标原点是前苏联玻尔可夫天文台，这种状况与我国的建设和发展极不相称。为此，国家有关方面状况与我国的建设和发展极不相称。为此，国家有关方面决定建立我国独立的大地坐标系统。从年开始组决定建立我国独立的大地坐标系统。从年开始组织人力，搜集分析了大量资料，并根据织人力，搜集分析了大量资料，并根据“原点原点”的要求，的要求，对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、大地构造、对郑州、武汉、西安、兰州等地的地形、地质、大地构造、天文、重力和大地测量等因素实地考察、综合分析，最后天文、重力和大地测量等因素实地考

12、察、综合分析，最后将我国的大地原点，确定在泾阳县永乐镇石际寺村境内。）将我国的大地原点，确定在泾阳县永乐镇石际寺村境内。）具体座标在：343227.00N1085525.00E；海拔高度417.20米。地图投影地图投影将球面上的坐标转换到平面将球面上的坐标转换到平面三种投影变形三种投影变形长度变形、角度变形和面积变长度变形、角度变形和面积变形。形。对于一般测绘来说，要求投影后的角度保持不变对于一般测绘来说，要求投影后的角度保持不变形，同时长度变化也要尽可能小，只有采用正形形，同时长度变化也要尽可能小，只有采用正形投影，才能满足上述要求。投影，才能满足上述要求。高斯投影原理高斯投影原理横轴切平面

13、圆柱投影横轴切平面圆柱投影高斯投影的规律是：高斯投影的规律是：1）分带投影；）分带投影；2)各分带中央子午线的投影为一条直线，且投影各分带中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；离对称轴越远，其长度变形也就越大；3)赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；道的曲线，并以赤道为对称轴；4)经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影经纬线投

14、影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；后无角度变形；5)中央子午线和赤道的投影相互垂直。中央子午线和赤道的投影相互垂直。（2）坐标表示方法：）坐标表示方法：1）各带独立坐标各带独立坐标 2）以各带的中央子午线为以各带的中央子午线为X轴（纵坐标），轴（纵坐标），赤道以北为正；以赤道方向为赤道以北为正；以赤道方向为Y轴（横坐标），轴（横坐标），交点（原点）以东为正交点（原点）以东为正 3）横坐标：带号横坐标：带号+500000m+本带内的坐本带内的坐标值（以区别不同带内的不同点的相同坐标）标值（以区别不同带内的不同点的相同坐标）例如：例如：自然值：自然值：YA=+36210.140m,YB

15、=-41613.070m通用值：通用值：YA=38 536210.140m,YB=38 458386.930m自然值和通用值之间：自然值和通用值之间：X不加不加500，只加带号，只加带号 L0=6N3 已知任意点经度，球其所属的带号已知任意点经度，球其所属的带号 N=Int(L+3)6+0.5)2）3度分带：度分带：L0=3N 已知任意点经度，球其所属的带号已知任意点经度，球其所属的带号 N=Int(L 6+0.5)我国大陆部分在我国大陆部分在6度分度分 带下的带号范围为带下的带号范围为 1323，在，在3度分带下度分带下 为为2545测量测量要素要素距离测距离测量量角度测量角度测量高差测量高差测量