測繪技術(shù)應用基礎(chǔ)知識

1、內(nèi)內(nèi) 容容l第一章 概 述l第二章 測量學的基礎(chǔ)知識l第三章 距離測量與直線定向l第四章 水準測量l第五章 角度測量l第六章全站儀使用l第七章全球定位系統(tǒng)（GPS）使用第一章第一章 概概 述述內(nèi)容內(nèi)容l第一節(jié) 測繪的基本概念l第二節(jié) 測繪工作在社會主義建設(shè)中的作用第一節(jié)第一節(jié) 測繪的基本概念測繪的基本概念l一、測繪學與測量學l測量學：研究對地球表面局部地區(qū)進行測繪工作的基礎(chǔ)理論、工作方法、技術(shù)和應用的學科。其內(nèi)容包括圖根控制網(wǎng)的建立、地形圖測繪及一般工程的測設(shè)。也有人稱地形測量學為測量學。但這種測量學只是為測量地球局部的形狀和繪制地形圖服務，不包括其他內(nèi)容。l地圖制圖學（地圖學）：研究地圖的編

2、制和應用的學科。它研究用地圖圖形信息反映自然界和人類社會各種現(xiàn)象的空間分布、相互聯(lián)系及其動態(tài)變化。 l 測量學與制圖學統(tǒng)稱為測繪學。測繪學研究的對象是地球整體及其表面和外層空間中的各種自然物體和人造物體的有關(guān)信息。它研究的內(nèi)容是對這些與地理空間有關(guān)的信息進行采集、處理、管理、更新和利用。它既要研究測定地面點的幾何位置、地球形狀、地球重力場，以及地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何形態(tài)；又要結(jié)合社會和自然信息的地理分布，研究繪制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術(shù)。前者和后者構(gòu)成測繪學。由此可見，測量學是測繪學科的重要組成部分。l二、測繪學研究的對象 傳統(tǒng)的測量學研究的對象是地球及

3、其表面，但隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，它已擴展到地球的外層空間，并且已由靜態(tài)對象發(fā)展到觀測和研究動態(tài)對象；同時，所獲得的量既有宏量，也有微量。使用的手段和設(shè)備，也已轉(zhuǎn)向自動化、遙測、遙控和數(shù)字化。l三、測繪學的分科 伴隨著社會的進步，科學技術(shù)的發(fā)展，各方面對測量的要求不斷變化和提高，測量學的分科也越來越細，諸如以下學科：l大地測量學l測繪航空攝影l(fā)攝影測量與遙感l(wèi)工程測量l地籍測繪l房產(chǎn)測繪l行政區(qū)域界線測繪l地理信息系統(tǒng)工程l海洋測繪l地圖編制l導航電子地圖制作l互聯(lián)網(wǎng)地圖服務。第二節(jié)第二節(jié) 測繪工作在社會主義建設(shè)中的作用測繪工作在社會主義建設(shè)中的作用 我國幅員廣大，遼闊的土地需要我們?nèi)ッ枥L和規(guī)

4、劃；豐富的地下礦藏，天然的水下資源要靠我們?nèi)タ辈臁㈤_發(fā)和利用，在建設(shè)和保衛(wèi)祖國的偉大事業(yè)中，測繪工作的作用和意義是十分巨大的。l在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中，測繪工作是一項重要的先行性、基礎(chǔ)性并具有精確性特點的工作。l在農(nóng)業(yè)和林業(yè)中，正確地進行土地整理以及森林的建設(shè)與經(jīng)營，改良土壤、整理土地、開墾荒地以及實現(xiàn)許多旨在發(fā)展農(nóng)業(yè)和林業(yè)的其他措施時，不僅需要利用地圖和地形圖，更需要進行精確的測量工作。l在交通運輸業(yè)中，當修建鐵路、公路、通航運河及它們的附屬建筑工程時，初步方案，要根據(jù)地形圖來制定；在勘察、設(shè)計和施工的各個階段，都要進行測量工作。l在水利建設(shè)工程中，首先要根據(jù)詳細的地形圖作出初步方案研究，然后進行

5、勘察設(shè)計、施工。測量工作應在勘察過程中為工程設(shè)計提供原始資料；在施工過程中，應保證正確地將設(shè)計轉(zhuǎn)移到實地上。即使工程已經(jīng)建成并交付使用后，仍然要進行精確的測量工作，以觀察和發(fā)現(xiàn)工程建筑物所產(chǎn)生的變形、下沉和偏移，并提出準確的資料。l在城市建設(shè)中，科學的規(guī)劃和整理居民地，城市的擴充與改建計劃，建設(shè)城市交通路線，敷設(shè)地下管線、興建地下鐵道等，都必須有地形圖和地圖，并進行專門的測量工作。l在工程建設(shè)方面，工程的勘測、規(guī)劃、設(shè)計、施工、竣工及運營后的監(jiān)測、維護都需要測量工作。l在科學實驗方面，如地震預測預報、災情監(jiān)測、空間技術(shù)研究、海底資源探測、大壩變形監(jiān)測、加速器和核電站運營的監(jiān)測等等，以及其他科學

6、研究，無一不需要測繪工作緊密配合和提供空間信息。l此外，對建立各種地理信息系統(tǒng)（GIS ） 、數(shù)字城市、數(shù)字中國，都需要現(xiàn)代測繪科學提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。l綜上所述可知，測繪工作在經(jīng)濟和國防建設(shè)方面有著多么重大的意義和作用。隨著l國家各方面建設(shè)工作的規(guī)模日益巨大、復雜的形勢下，測繪工作在國家建設(shè)事業(yè)中所承l(wèi)擔的任務也就愈來愈大。人們把測量工作者稱作社會主義建設(shè)副業(yè)的“尖兵” ，這是對l測繪事業(yè)最崇高的評價。第二章第二章 測量學的基礎(chǔ)知識測量學的基礎(chǔ)知識內(nèi)容內(nèi)容l第一節(jié) 測量常用的度量單位l第二節(jié) 地球形狀和大小l第三節(jié) 測量上的基準線和基準面l第四節(jié) 地理坐標、高斯直角坐標及平面直角坐標第一節(jié)第一

7、節(jié) 測量常用的度量單位測量常用的度量單位l 測量學中常用的是長度、角度、面積等度量單位。亦要用到重量、溫度、氣壓、時間等度量單位。下面分別介紹測量上常用的三種度量單位。l一、長度單位l國際單位制中，常用的長度單位的名稱和符號如下：基本單位為米（ m） ，還有千米（ km） ，分米（ dm） ，厘米（ cm） ，毫米（mm ） ，微米 。其間關(guān)系為：l二、角度單位我國采用的角度單位為 制的度（ ） 、分（ ） 、秒（ ） 。即將一圓周角作 360等分，每一等分為1度。 l弧度：半徑等長的弧所對的圓心角作為量角的單位，叫做弧度圓周角的圓周角的 360制與弧度制之間的換算關(guān)系式是制與弧度制之間的換算

8、關(guān)系式是l三、面積單位 國際采用的面積主單位是平方米（ ）。我國大面積單位可用平方公里（ k） 、公頃（ h） 。農(nóng)業(yè)上習慣用市畝、分、厘作面積單位。第二節(jié)第二節(jié) 地球形狀和大小地球形狀和大小l沿垂線：重力的作用線又稱為沿垂線l鉛垂線是測量工作的基準線圖1 鉛垂線方向l水準面：處于自由靜止狀態(tài)的水面稱為水準面。l大地體：在測量工作中，把一個假想的、與靜止的海水面重合并向陸地延伸且包圍整個地球的特定重力等位面稱為大地水準面。通常用平均海水面代替靜止的海水面。大地水準面所包圍的形體稱為大地體。l大地水準面和鉛垂線是測量外業(yè)所依據(jù)的基準面和基準線。圖 2 大地水準面l參考橢球面：世界各國通常均采用旋

9、轉(zhuǎn)橢球代表地球的形狀，并稱其為“地球橢球” 。測量中把與大地體最接近的地球橢球稱為總地球橢球；把與某個區(qū)域如一個國家大地水準面最為密合的橢球稱為參考橢球，其橢球面稱為參考橢球面。由此可見，參考橢球有許多個，而總地球橢球只有一個。圖 3 參考橢球體的定位l我國1980 年國家大地坐標系采用了 1975年國際橢球，該橢球的基本元素是：第三節(jié)第三節(jié) 測量上的基準線和基準面測量上的基準線和基準面l一、基準線l任何地面點都受著地球上各種力的作用，其中主要的有地球質(zhì)心的吸引力和地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，這兩個力的合力稱為重力，如圖 （4）所示。如果在地面點上懸一個垂球，其靜止時所指的方向就是重力方向，這時的

10、垂球線，稱為鉛垂線，如圖 （4）所示。l基準線:在測量上，以通過地面上某一點的鉛垂線作為該點的基準線。所謂鉛垂線就是地面上一點的重力方向線。圖4 重力的表示方法二、基準面二、基準面l地球重力場中處處與重力方向垂直的面，叫做水準面。如靜止的水表面，見圖（5） ，它的每一個質(zhì)點都受到重力的作用，因此，該表面必然處處與重力方向垂直，這就是一個水準面。l由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布的不均勻，所以作為處處與重力方向垂直的水準面，是一個有微小起伏的復雜的曲面。水準面可以處于不同的高度位置，可以有無窮個。l所謂大地水準面，如圖 （5） ，就是設(shè)想將靜止的海水面延伸，穿過整個大陸和島嶼所形成的一個閉合曲面。由大地水準

11、面包圍起來的橢球體叫大地體。顯然，大地水準面具有水準面的特性，是一個表面處處與重力方向垂直的、有微小起伏的、復雜的曲面。l在測量上，作為計算點位高度的基準面就是大地水準面。圖5 水準面的確定l在測量上，作為計算點位高度的基準面就是大地水準面l盡管地面上測得的結(jié)果是以大地水準面為基準的，但由于大地水準面是一個不規(guī)則的、復雜的曲面，它不可能通過一個數(shù)學式子精確地表達出來，因此在測量的計算和制圖工作中，通常用一個非常接近大地水準面的規(guī)則的幾何表面，即旋轉(zhuǎn)橢球面（又稱參考橢球面）來代替大地水準面作為計算和制圖的基準面。圖 （5）為大地水準面與旋轉(zhuǎn)橢球面的差別示意圖。l旋轉(zhuǎn)橢球面是一個數(shù)學表面，如圖6

12、，它的大小可由長半徑a ，短半徑b 和扁率e 來表示。我國1980年以后采用1975年國際大地測量協(xié)會（IGG）推薦的全球坐l標系的數(shù)值為：圖6 旋轉(zhuǎn)橢球面第四節(jié)第四節(jié) 地理坐標、高斯直角坐標及平面直角坐標地理坐標、高斯直角坐標及平面直角坐標l測量上確定地面點平面位置的坐標系統(tǒng)有地理坐標、高斯直角坐標及平面直角坐標三種。一、地理坐標一、地理坐標l世界各國統(tǒng)一將通過英國格林尼治天文臺的子午面作為經(jīng)度起算面，稱為首子午面。首子午面與旋轉(zhuǎn)橢球面的交線，稱為首子午線。地面上某一點M的經(jīng)度，就是過該點的子午面與首子午面的夾角，以表示。經(jīng)度從首子午線起向東180稱東經(jīng)；向西180稱西經(jīng)。點的緯度，就是該點

13、的法線與赤道平面的交角，以表示。緯度從赤道起，向北由0 90 稱北緯；向南由0 90 稱南緯。圖7 地理坐標地理坐標二、高斯直角坐標二、高斯直角坐標l我國采用橫切圓柱投影高斯克呂格投影的方法來建立平面直角坐標系統(tǒng)，稱為高斯克呂格直角坐標系，簡稱為高斯直角坐標系。見圖 （8） 圖8 高斯直角坐標系l高斯投影平面上的中央子午線投影為直線且長度不變，其余的子午線均為凹向中央子午線的曲線，其長度大于投影前的長度，離中央子午線愈遠長度變形愈長，為了將長度變化限制在測圖精度允許的范圍內(nèi)，通常采用三、六度分帶法，即從首子午線起每隔經(jīng)度差3或6 為一帶。圖 9 分帶投影 l（1）高斯投影6度帶：自0度子午線起

14、每隔經(jīng)差 自西向東分帶，依次編號1,2,3,。我國6度帶中央子午線的經(jīng)度，由75度起每隔6度而至135度,共計11帶（1323帶），帶號用n表示，中央子午線的經(jīng)度用L表示，它們的關(guān)系是L=6n-3 ,如上圖所示。 l（2）高斯投影3度帶：它的中央子午線一部分同6度帶中央子午線重合，一部分同6度帶的分界子午線重合，如用 n表示3度帶的帶號， 表示L帶中央子午線經(jīng)度，它們的關(guān)系L=3n。我國3度帶共計22帶（2445帶）。 l測量上以每一帶的中央子午線的投影為直角坐標系的縱軸x ，向上（北）為正、向下（南）為負；以赤道的投影為直角坐標系的橫軸 y，向東為正、向西為負，兩軸的交點o為坐標原點。由于我

15、國領(lǐng)土全部位于赤道以北，因此， x值均為正值，而y值則有正有負，為了使計算中避免y值出現(xiàn)負值，故規(guī)定每帶的中央子午線各自西移500km ，同時為了指示投影是哪一帶，還規(guī)定在橫坐標值前面要加上帶號。圖10 平面直角坐標系的建立三、平面直角坐標系三、平面直角坐標系l平面直角坐標系（見圖 ）的原點記為o ，規(guī)定縱坐標軸為x軸，與南北方向一致，自原點o起，指北者為正，指南者為負；橫坐標軸為y 軸，與東西方向一致，自原點起，指東者為正，指西者為負。圖11 平面直角坐標系第三章第三章 距離測量與直線定向距離測量與直線定向內(nèi)容內(nèi)容l第一節(jié) 鋼尺量距l(xiāng)第二節(jié) 視距測量l第三節(jié) 電磁波測距l(xiāng)第四節(jié) 直線定向l距

16、離測量是確定地面點的三項基本測量工作之一，測量學中所測定的距離是指地面上兩點之間的水平距離。按照所使用的測量儀器和測量方法的不同，距離測量可分為：鋼尺量距、視距測量和電磁波測距等方法。第一節(jié)第一節(jié) 鋼尺量距鋼尺量距l(xiāng)鋼尺量距的一般方法l鋼尺量距的精密方法第二節(jié)第二節(jié) 視距測量視距測量l注意事項l（1）觀測時應抬高視線，使視線距地面在1m以上，以減少垂直折光的影響。l（2）為減少水準尺傾斜誤差的影響，在立尺時應將水準尺豎直，盡量采用帶有水準器的水準尺。l（3）水準尺一般應選擇整尺，如用塔尺，應注意檢查各節(jié)的接頭處是否正確。l（4）豎直角觀測時，應注意將豎盤水準管氣泡居中或?qū)⒇Q盤自動補償開關(guān)打開，

17、在觀測前，應對豎盤指標差進行檢驗與校正，確保豎盤指標差滿足要求。l（5）觀測時應選擇風力較小，成像較穩(wěn)定的情況下進行。第三節(jié)第三節(jié) 電磁波測距電磁波測距l(xiāng)注意事項l（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)或觀測記錄豎直角、氣壓、氣溫等項。l（2）在陽光下作業(yè)（或雨天作業(yè)） ，一定要打傘保護，以防損壞。l（3）儀器應在大氣比較穩(wěn)定和通視良好的條件下使用。l（4）測距結(jié)束立即關(guān)機，遷站時要拔掉電源線。l（5）測距儀在運輸過程中要注意防潮、防震和防高溫。第四節(jié)第四節(jié) 直線定向直線定向l確定地面上兩點的相對位置時，除知道兩點的水平距離外，還必須確定該直線與標準方向之間的水平夾角，以確定直線的方向。把確定直線與標準方向線之間

18、的水平角度的關(guān)系，稱為直線定向。第四章第四章 水準測量水準測量內(nèi)容內(nèi)容l第一節(jié) 水準測量原理l第二節(jié) 水準測量的外業(yè)l第三節(jié) 水準測量的內(nèi)業(yè)l第四節(jié) 水準測量的誤差分析l測量地面點高程的工作，稱為高程測量。即通過測定地面點與點之間的高差，并根據(jù)已知點的高程，求得未知點的高程。由于所使用的儀器和施測方法的不同，高程測量可分為水準測量、三角高程測量和氣壓高程測量。工程上常用的是水準測量和三角高程測量。第一節(jié)第一節(jié) 水準測量原理水準測量原理l水準測量是測定地面點間高差的一種基本方法。其原理是利用水準儀提供一條水平視線，借助水準尺來測定地面兩點間的高差，從而由已知點的高程和測得的高差，求出待定點的高程

19、。圖12 水準測量原理第二節(jié)第二節(jié) 水準測量的外業(yè)水準測量的外業(yè)l水準測量通常從一個已知高程的水準點開始，按照一定的水準路線而引測出所需各點的高程。當兩個水準點相距較遠或高差較大時，若只安置一次儀器，就不能測出該兩點間的高差。為此，就需要連續(xù)多次安置儀器以測出兩點間的高差。如圖 所示，在A 、B 兩點之間設(shè)立若干個中間立尺點，這些中間立尺點稱為轉(zhuǎn)點，將 AB分成n（圖上n=5 ）段，分別測出每段的高差 h1、h2 hn，則 A、B 兩點間的高差就是各高差l之和，lhab=h1+h2+h3+hn圖13 第三節(jié)第三節(jié) 水準測量的內(nèi)業(yè)水準測量的內(nèi)業(yè)l水準測量外業(yè)工作結(jié)束后，要檢查記錄手簿，計算各點間

20、的高差。經(jīng)檢核無誤，才進行計算和調(diào)整高差閉合差，最后計算各點的高程，以上工作，稱為水準測量的內(nèi)業(yè)。第四節(jié)第四節(jié) 水準測量的誤差分析水準測量的誤差分析l水準測量誤差包括儀器誤差、觀測誤差和外界條件的影響三個方面。l1、儀器誤差 （1）儀器校正后的殘余誤差 （2）水準尺誤差l2、觀測誤差 （1）水準管氣泡居中誤差 （2）讀數(shù)誤差 （3）視差影響 （4）水準尺傾斜影響l3、外界條件的影響 （1）儀器下沉或尺墊下沉 （2）地球曲率及大氣折光影響 （3）溫度影響第五章第五章 角度測量角度測量內(nèi)容內(nèi)容l第一節(jié) 水平角與豎直角的測量原理l第二節(jié) 水平角測量l第三節(jié) 豎直角測量第一節(jié)第一節(jié) 水平角與豎直角的測

21、量原理水平角與豎直角的測量原理l水平角是指一點至兩目標的方向線在水平面上的投影所形成的夾角。如圖（13）所示，地面上有高低不同的A、O、B三點， O為測站點，A、B為兩目標點，OA、OB兩方向線在水平面上的投影 oa、ob的夾角 即為兩目標方向線的水平角。因此，水平角也是過OA、OB方向線的兩個豎直面所夾的二面角。水平角的取值范圍為0360 。假設(shè)在水平面設(shè)置一個可以度量角度的刻度圓盤，且刻度圓盤的中心與o點位于同一鉛垂直線上，如圖 （13） ，讀取投影線oa的刻度值m，再讀取投影線ob的刻度值n，則小平角 =n-m。圖13 水平角與豎直角的測量原理水平角與豎直角的測量原理l豎直角是指在同一豎

22、直面內(nèi)傾斜視線與水平線間的夾角。傾斜視線在水平線的上方，稱為角，用正號表示；傾斜視線在水平線的下方，稱為俯角，用負號表示（圖13） 。豎直角的取值范圍為090 。第二節(jié)第二節(jié) 水平角測量水平角測量l1、經(jīng)緯儀的基本操作 對中、整平、瞄準、讀數(shù)l2、水平角測量方法 測回法、方向觀測法3、水平角的測量誤差、水平角的測量誤差l（1）儀器誤差l（2）對中誤差l（3）瞄準誤差l（4）讀數(shù)誤差l（5）外界條件的影響第三節(jié)第三節(jié) 豎直角測量豎直角測量l一、豎直度盤 光學經(jīng)緯儀的豎盤中心固定在橫軸的一端，隨望遠鏡一起在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。豎盤分劃的注記分順時針和逆時針兩種，其起始讀數(shù)的位置也有0 、 90 、 18

23、0 、270 四種狀況，見圖 （14 ）。圖14l二、豎直角觀測與計算三、豎盤指標差三、豎盤指標差l指標差的計算式第六章全站儀使用第六章全站儀使用內(nèi)容內(nèi)容l（一）全站儀的操作與使用（一）全站儀的操作與使用 l（二）使用誤區(qū)（二）使用誤區(qū) l全站型電子速測儀簡稱全站儀，它是一種可以同時進行角度（水平角、豎直角）測量、距離（斜距、平距、高差）測量和數(shù)據(jù)處理，由機械、光學、電子元件組合而成的測量儀器。由于只需一次安置，儀器便可以完成測站上所有的測量工作，故被稱為“全站儀”。 （一）全站儀的操作與使用（一）全站儀的操作與使用 l1.全站儀的基本操作與使用方法l（1）測量前的準備工作 電池的安裝 、儀器

24、的安置、豎直度盤和水平度盤指標的設(shè)置、調(diào)焦與照準目標 l（2）角度測量 l（3）距離測量 設(shè)置棱鏡常數(shù) 、設(shè)置大氣改正值或氣溫、氣壓值 、設(shè)置儀器高和棱鏡高 l（3）坐標測量 設(shè)定測站點的三維坐標 、設(shè)定后視點的坐標或設(shè)定后視方向的水平度盤讀數(shù)為其方位角 （設(shè)置棱鏡常數(shù) 、大氣改正值或氣溫、氣壓值 、儀器高和棱鏡高 ）（二）使用誤區(qū)（二）使用誤區(qū) l1、在坐標測量的時候為什么“設(shè)置方位角”沒有用？ 請先確認你的全站儀是否完全整平，當全站儀在沒有完全整平（換句話說就是出現(xiàn)“補償超限”）的情況下，是不能設(shè)置的，這是一個程序?qū)θ緝x的保護。 l2、我在野外i角不準了是否可以用檢測水準儀的方法來檢測全

25、站呢？ 用校正水準儀i角的方法來校正全站儀i角是不行的。如果你用校正水準儀十字絲的方法來校正全站儀十字絲，那你這臺全站儀將不能正常使用。因為你一旦動了全站的十字絲，那么這臺全站的三軸（三軸包括：發(fā)射軸，接收軸，視準軸）必須重調(diào)。因為全站儀的三軸一旦不共軸則會出現(xiàn)照準棱鏡中心不測距的故障。 l為什么全站儀測量出來的距離比我用尺子量的距離短（長）？ 其實用這種方法判斷全站儀測距有問題是不科學的，因為你用尺子量，第一可能尺子存在誤差，第二人為誤差，你用尺子量100m就可能差了幾個毫米，甚至厘米。但是全站儀的精度是2+2PPM，就是說測1000m也就才4毫米的誤差，因此肯定不能以尺子來衡量全站儀。 第七章全球定位系統(tǒng)（第七章全球定位系統(tǒng)（GPS）使用）使用內(nèi)容內(nèi)容l1、GPS簡介 l2、GPS定位原理 l3、GPS測量的特點 l全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，簡稱GPS）是美國從20世紀70年代開始研制