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1、测量学的作用测量学的作用测量学的任务测量学的任务传统测量学的分类传统测量学的分类一、测量学的任务与作用一、测量学的任务与作用1.1.1测量学测量学 就是研究地球的形状与大小以及确定地面就是研究地球的形状与大小以及确定地面点平面位置位置和高程，并将地球表面地点平面位置位置和高程，并将地球表面地形及其他信息测绘成图的学科。形及其他信息测绘成图的学科。1.1.2测量学的主要任务测量学的主要任务测图测图测设测设用图用图1.1测量学的任务测量学的任务也称测绘，就是使用测量仪器和工也称测绘，就是使用测量仪器和工具，将测区内的地物和地貌缩绘成具，将测区内的地物和地貌缩绘成地形图，供规划设计、工程建设和地形图
2、，供规划设计、工程建设和国防建设使用。国防建设使用。1.1.2.1测图测图也称放样、标定，就是把图上设计也称放样、标定，就是把图上设计好的建筑物和构筑物的位置标定到好的建筑物和构筑物的位置标定到实地去，作为施工的依据。实地去，作为施工的依据。1.1.2.2 测设测设指识别和使用地形图的知识、方法指识别和使用地形图的知识、方法和技能。和技能。1.1.2.3 用图用图 1.1.3测量学的作用测量学的作用测量在国民经济、国防和科学研究中起着重测量在国民经济、国防和科学研究中起着重要作用要作用大地测量学大地测量学摄影测量学摄影测量学普通测量学普通测量学工程测量学工程测量学1.1.4传统测量学的分类传统
3、测量学的分类研究地球的形状、大小以及地球重力场研究地球的形状、大小以及地球重力场的理论和测定方法的理论和测定方法。主要任务主要任务 在全国范围内布设大地控制网和重力网，在全国范围内布设大地控制网和重力网，精密测定点的空间位置精密测定点的空间位置(三维坐标三维坐标)和重和重力。力。 1.1.4.1大地测量学大地测量学常规大地测量常规大地测量卫星大地测量卫星大地测量静态静态动态动态以获取地表摄影像片和辐射能的各种图以获取地表摄影像片和辐射能的各种图像记录为手段，经过对图像的处理、量像记录为手段，经过对图像的处理、量测、判断和研究，解决地形图测绘和环测、判断和研究，解决地形图测绘和环境信息的学科境信
4、息的学科。分为分为地面摄影测量学地面摄影测量学和和航空摄影测量学航空摄影测量学。主要任务主要任务地形图测绘、矿产资源勘察、农业估产、地形图测绘、矿产资源勘察、农业估产、环境污染监测、地球板块运动研究、农环境污染监测、地球板块运动研究、农林灾害预防等。林灾害预防等。 1.1.4.2摄影测量学摄影测量学利用测量所得的资料，研究如何投影编利用测量所得的资料，研究如何投影编绘地图，以及地图制作理论、工艺技术绘地图，以及地图制作理论、工艺技术和应用的学科和应用的学科。1.1.4.3地图制图学地图制图学研究地球表面较小区域测量工作的基本原研究地球表面较小区域测量工作的基本原理、大比例尺地图测绘理论、方法和
5、工程理、大比例尺地图测绘理论、方法和工程测量基本方法等测量基本方法等。主要特点主要特点 小范围内可将地球表面视为平面，不考虑小范围内可将地球表面视为平面，不考虑地球曲率的影响。地球曲率的影响。1.1.4.4普通测量学普通测量学研究各项工程在规划设计、施工放样、研究各项工程在规划设计、施工放样、竣工验收和运营等阶段中测量理论和方竣工验收和运营等阶段中测量理论和方法的学科法的学科。主要任务主要任务放样放样施工测量施工测量竣工测量竣工测量变形观测变形观测1.1.4.5工程测量学工程测量学二、地球的形状与大小二、地球的形状与大小地球概述地球概述铅垂线铅垂线水准面水准面大地水准面大地水准面参考椭球参考椭
6、球1.2.1地球概述地球概述海洋面积：海洋面积： 71%陆地面积：陆地面积： 29%珠穆朗玛峰：珠穆朗玛峰： 8844.43 m马利亚纳海沟马利亚纳海沟: 11022 m地球表面极不规则，有高山大川地球表面极不规则，有高山大川, 有江河有江河 湖海。湖海。1.2.1地球概述地球概述v 地球的形地球的形状可以认为状可以认为是被海水面是被海水面所包围的球所包围的球体体。1.2.2铅铅 垂垂 线线(1)重力的方向线称为铅垂线重力的方向线称为铅垂线。(2)铅垂线是测量工作的基准线。铅垂线是测量工作的基准线。1.2.3水水 准准 面面(1)水准面海洋或湖泊的水面在静止时的表面。海洋或湖泊的水面在静止时的
7、表面。水准面有无数个。水准面有无数个。水准面上任一点的铅垂线与该点水准水准面上任一点的铅垂线与该点水准面正交。面正交。(2)水平面与水准面相切的平面。与水准面相切的平面。1.2.4大地水准面大地水准面(1)大地水准面与平均海水面相吻与平均海水面相吻合的水准面。合的水准面。大地水准面是唯大地水准面是唯一的。一的。(2)大地体大地水准面所包围大地水准面所包围的地球形体。的地球形体。v大地水准面是测量工作的基准面。大地水准面是测量工作的基准面。1.2.5参参 考考 椭椭 球球(1)在大地水准面上处理数据是非常困难的，在大地水准面上处理数据是非常困难的，但大地水准面非常接近于旋转椭球面，但大地水准面非
8、常接近于旋转椭球面，旋转椭球面所包围的球体称为地球椭球旋转椭球面所包围的球体称为地球椭球（参考椭球）。（参考椭球）。(2)椭球元素椭球元素 长半径长半径 a =6378143 m 短半径短半径 b =6356758 m 扁扁 率率 f =1:298.255 f= a-b / a1.2.5参参 考考 椭椭 球球(3)椭球定位椭球定位过过P点的法线与铅垂线重合点的法线与铅垂线重合P点称为大地原点点称为大地原点起算数据：起算数据： 大地经度大地经度 L 大地纬度大地纬度 B 1.2.5参参 考考 椭椭 球球陕西省西安市泾阳县永乐镇我国的大地原点三、地面点位置的确定三、地面点位置的确定地理坐标地理坐标
9、高斯高斯克吕格平面直角坐标克吕格平面直角坐标高程系统高程系统 1.3.1地面点位置的确定地面点位置的确定又称天文地理坐标，用天文经度又称天文地理坐标，用天文经度和天文和天文纬度纬度表示地面点在大地水准面上的位置。表示地面点在大地水准面上的位置。经度经度东经、西经东经、西经纬度纬度北纬北纬 、南纬、南纬天文测量方法天文测量方法1.3.1.1地理坐标地理坐标1.3.1.2地心坐标地心坐标-WGS-84地心坐标是以地球质心作为原点的坐标系；地心坐标是以地球质心作为原点的坐标系；世界通用的协天坐标系世界通用的协天坐标系WGS-84坐标即为地坐标即为地心坐标的一种。心坐标的一种。1.3.2.1平面直角坐
10、标平面直角坐标 当测量范围较小时，可将该区域内的地球表面视为平面；将地面点按正投影的方法投影到水平面上，用平面直角坐标来表示地面点的投影位置。1.3.2.2高斯高斯平面直角坐标平面直角坐标 投影投影 投影变形投影变形 高斯投影高斯投影 高斯投影分带高斯投影分带 高斯平面直角坐标系建立高斯平面直角坐标系建立（1）投影变形）投影变形正形投影等面积投影任意投影（2）高斯）高斯克吕格投影克吕格投影等角横切椭圆柱投影 中央子午线投影后为直线，中央子午线投影后为直线，长度不变，其他子午线为长度不变，其他子午线为 对对称且凹向中央子午线的曲线。称且凹向中央子午线的曲线。 赤道投影后为直线，与中央赤道投影后为
11、直线，与中央子午线正交，其他纬线为对子午线正交，其他纬线为对称且凸向赤道的曲线。称且凸向赤道的曲线。 经纬线保持正交，投影后无经纬线保持正交，投影后无角度变形。角度变形。（3）高斯）高斯克吕格投影规律克吕格投影规律（4）高斯投影分带）高斯投影分带图示图示我国位于的投影带：我国位于的投影带： （4）高斯投影分带）高斯投影分带相关计算相关计算 六度分带法六度分带法 中央子午线经度：中央子午线经度： L6o=6N-3 N=L/6 +1 我国位于的六度带：我国位于的六度带： 13 23 （11个）个） 三度分带法三度分带法 中央子午线经度：中央子午线经度： L3o=3n n= L/3+0.5 我国位于
12、的六度带：我国位于的六度带： 25 45 （21个）个）（5）高斯平面直角坐标系建立）高斯平面直角坐标系建立 坐标系的建立 X轴轴: 中央经线中央经线 Y轴轴: 赤道赤道 原点原点: 交点交点通用坐标通用坐标 Y= 带号带号y(自然自然) + 500000 m（6）高斯平面直角坐标系与数学坐标系的区别）高斯平面直角坐标系与数学坐标系的区别 坐标轴不同坐标轴不同 坐标象限不同坐标象限不同 方位角的起算基准不同方位角的起算基准不同测量坐标系笛卡尔坐标系1.3.3高程系统高程系统 高程高程 高差高差 高程基准高程基准1.3.3.1高高 程程 绝对高程绝对高程 H 地面点沿铅垂线到大地水准面的距离，地
13、面点沿铅垂线到大地水准面的距离， 简称简称高程、海拨、正高。高程、海拨、正高。 相对高程相对高程 H 地面点沿铅垂线到假定水准面的距离，地面点沿铅垂线到假定水准面的距离， 称为称为相对高程相对高程或或假定高程假定高程。 1.3.3.2高高 差差高差高差 h 地面上任意两点之间的高程之差。地面上任意两点之间的高程之差。 高差有高差有正负正负之分之分 hAB = HB HA 0 HB HA B 点高于点高于A点点 hBA = HA - HB 0 HA HB A点高于点高于B点点v任意任意两点两点间的高差与所选择的基准面无关间的高差与所选择的基准面无关1.3.3.3高程与高差高程与高差大地水准面1.
14、3.3.4高程基准高程基准 1956年黄海高程年黄海高程系统系统H水准原点水准原点 72.289 m 1985年国家高程年国家高程基准基准H水准原点水准原点72.2604 m四、水平面代替水准面的限度四、水平面代替水准面的限度地球曲率对距离测量的影响地球曲率对距离测量的影响地球曲率对高程测量的影响地球曲率对高程测量的影响1.4.1地球曲率对距离测量的影响地球曲率对距离测量的影响地面点地面点 B A C大地水准面大地水准面 b a c水平面水平面 b a cS= tSS3/3R2v当测区半径小于当测区半径小于10 km时，可用水平面来代替时，可用水平面来代替大地水准面。大地水准面。1.4.2地球
15、曲率对高程测量的影响地球曲率对高程测量的影响 v在高程测量中，即使测区在高程测量中，即使测区面积不大，也不能用水平面面积不大，也不能用水平面来代替大地水准面，应顾及来代替大地水准面，应顾及地球曲率的影响。地球曲率的影响。地面点地面点 B A C大地水准面大地水准面 b a c水平面水平面 b a ch= Cc- c cD2/2R五、测量工作的概述五、测量工作的概述测量工作的基本问题测量工作的基本问题测量的基本工作测量的基本工作测量工作的基本原则测量工作的基本原则1.5.1测量的基本工作及问测量的基本工作及问题题(1)基本问题：基本问题：测定地面点的平面位置和高程(2)基本工作：基本工作：距离测
16、量距离测量角度测量角度测量高程测量高程测量制图制图1.5.2测量的基本原则测量的基本原则1.5.2测量工作的原则测量工作的原则 “由高级到低级、先控制后碎部” 控制测量控制测量 碎部测量碎部测量 “步步有检核步步有检核” 前一步测量工作未作检核，不得进行前一步测量工作未作检核，不得进行下一步测量工作。下一步测量工作。六、几种常见的图六、几种常见的图 平面图平面图 地图地图六、几种常见的图六、几种常见的图 地形图地形图六、几种常见的图六、几种常见的图 影像图影像图六、几种常见的图六、几种常见的图 影像图影像图六、几种常见的图六、几种常见的图七、测七、测 量量 误误 差差 概概 述述 测量误差概述
17、测量误差概述测量误差的分类测量误差的分类评定精度的标准评定精度的标准1.7.1测测 量量 误误 差差 概概 述述 测量误差概述测量误差概述p 观测条件观测条件仪器仪器测量仪器本身不够完善测量仪器本身不够完善人人观测者感觉器官的鉴别能力及技术水平有观测者感觉器官的鉴别能力及技术水平有限限外界环境条件外界环境条件风、温度、亮度、气压、大气折光等影响风、温度、亮度、气压、大气折光等影响1.7.2测量误差的分类测量误差的分类u偶然误差偶然误差u系统误差系统误差1.7.2.1系系 统统 误误 差差 在相同的观测条件下，对某一量进行在相同的观测条件下，对某一量进行一系列观测，如误差出现的符号和大一系列观测
18、，如误差出现的符号和大小均相同，或按一定的规律变化，这小均相同，或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。种误差称为系统误差。如：钢尺尺长误差如：钢尺尺长误差i 角误差角误差 处理方式：消除或减弱其影响处理方式：消除或减弱其影响1.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 在相同的观测条件下，对某一量进行在相同的观测条件下，对某一量进行一系列观测，如误差出现的符号和大一系列观测，如误差出现的符号和大小均不一致，且从表面上看没有任何小均不一致，且从表面上看没有任何规律性，但就大量误差而言，具有统规律性，但就大量误差而言，具有统计规律，这种误差称为偶然误差。计规律，这种误差称为偶然误差。如：经纬仪照准误差
19、如：经纬仪照准误差水准仪在水准尺上的读数水准仪在水准尺上的读数 处理方式：限制处理方式：限制1.7.2.2偶然误差的特性偶然误差的特性 有界性有界性 大小性大小性 对称性对称性 抵偿性抵偿性1.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 的的 特特 性性三角形闭合差三角形闭合差 = - 1801.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 的的 特特 性性在一定的观测条件下，偶然误差的在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限度；或者绝对值不会超过一定的限度；或者说超出一定限值的误差，其出现的说超出一定限值的误差，其出现的概率为零。概率为零。(1)有界性有界性(2)大小性大小性绝对值小的误差比绝对值大的
20、误差绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大。出现的概率大。1.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 的的 特特 性性(3)对称性对称性绝对值相等的正误差与负误差，其绝对值相等的正误差与负误差，其出现的概率相同。出现的概率相同。1.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 的的 特特 性性(4)抵偿性抵偿性对同一量进行等精度观测，随着观对同一量进行等精度观测，随着观测次数的增加，偶然误差的算术平测次数的增加，偶然误差的算术平均值趋近于零；或者说偶然误差的均值趋近于零；或者说偶然误差的数学期望为零。数学期望为零。0limnn1.7.2.2偶偶 然然 误误 差差 的的 特特 性性1.7.3评定观测精度的标准
21、评定观测精度的标准 中误差中误差相对误差相对误差容许误差容许误差1.7.3.1中中 误误 差差 测量工作中通常采用测量工作中通常采用中误差中误差来衡量精度来衡量精度 等精度观测条件下，对某量进行等精度观测条件下，对某量进行n次观测次观测真值：真值：X 观测值：观测值：Li（1,2, ,n ） 真误差：真误差：i i = Li - X nm观测值中误差观测值中误差 = 12 + 22 + n2 1.7.3.2相相 对对 误误 差差 相对误差就是绝对误差的绝对值与相应相对误差就是绝对误差的绝对值与相应观测值之比观测值之比通常用分子为通常用分子为1的分式来表示的分式来表示mDDmK1长度测量中，用往
22、返测的较差率来检核长度测量中，用往返测的较差率来检核 K = D往往-D返返/ D平均平均 D / D平均平均1.7.3.3容容 许许 误误 差差 误差落在（误差落在（m,+m）区间的概率为）区间的概率为: P(-m +m) 68.3%误差落在（误差落在（2m,+2m）区间的概率为）区间的概率为: P(-2m +2m) 95.5%误差落在（误差落在（3m,+3m）区间的概率为）区间的概率为: P(-3m +3m) 99.7%极极 3m 允允 2m复习思考题复习思考题试述测量学在国民经济建设与人类文明史中的试述测量学在国民经济建设与人类文明史中的作用？作用？解释数字地球、大地水准面、大地体、绝对
23、高解释数字地球、大地水准面、大地体、绝对高程、相对高程、天文经纬度、大地经纬度等概程、相对高程、天文经纬度、大地经纬度等概念？念？测量学上如何表示地球的形状和大小以及地面测量学上如何表示地球的形状和大小以及地面点的位置？点的位置？试述高斯投影规律？试述高斯投影规律？课外阅读书目课外阅读书目1同济大学测量系等同济大学测量系等. 测量学测量学 . 北京北京: 测绘出版社，测绘出版社，19912武汉测绘科技大学武汉测绘科技大学测量学测量学编写组编写组 (陆国胜陆国胜修订修订) . 测量学测量学 . 北京北京: 测绘出版社测绘出版社 , 1991 主要参考文献主要参考文献1武汉测绘科技大学武汉测绘科技
24、大学测量学测量学编写组编写组(陆国胜修陆国胜修订订) . 测量学测量学. 北京北京: 测绘出版社测绘出版社 , 19912朱鸿禧朱鸿禧 . 测量学测量学.徐州徐州:中国矿业大学出版社中国矿业大学出版社,19953王之卓王之卓.当代测绘学科的发展当代测绘学科的发展.测绘学报，测绘学报，VoI.27(4)，19984李德仁李德仁.论论”GEOMATICS”的中译名的中译名.VoI.27(2)，19985渝沧渝沧.中国测绘史中国测绘史的编辑的编辑.见见:纪念中国测绘学纪念中国测绘学会成立会成立40周年论文集周年论文集,中国测绘学会中国测绘学会,19996 李德仁李德仁.空间信息学及其应用空间信息学及其应用RS、GPS、GIS及其集成及其集成.武汉武汉:武汉测绘科技大学出版社武汉测绘科技大学出版社,1998
