ch2 测量与地图学基础知识_ok

1、1 第二章测量与地图学基础知识第二章测量与地图学基础知识 ?第一节地球的形状和大小第一节地球的形状和大小 ?第二节地面点位置的表示方法第二节地面点位置的表示方法 ?第三节测量工作概述第三节测量工作概述 ?第四节地图的特性与构成要素第四节地图的特性与构成要素 ?第五节地图的分类与功能第五节地图的分类与功能 第一节地球的形状和大小 第一节地球的形状和大小 第一节地球的形状和大小 一、地球形状和大小一、地球形状和大小 1. 地球是自然表面起伏较大、不规则的1. 地球是自然表面起伏较大、不规则的 椭球椭球 地球表面最高峰： 8844.43m 海洋底部最深处: 11022.00m 地球表面 地球表面最高峰： 8844.43m 海洋底部最深处: 11022.00m 地球表面最大高差最大高差近20km近20km 2. 地球平均半径: 6371km2. 地球平均半径: 6371km 第一节地球的形状和大小 测量工作是在地球表面进行的。 地球表面虽然很不规则，有高山、平 原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对 于地球本身十分微小。 测量工作是在地球表面进行的。 地球表面虽然很不规则，有高山、平 原、丘陵、海洋

2、等。但这些起伏相对 于地球本身十分微小。 2 一、地球的形状一、地球的形状 一、地球的形状一、地球的形状 大地水准面大地水准面 设想处于完全静止的平均海水面向陆地和岛屿延伸所 形成的闭合曲面。 大地体大地体 大地水准面所包围的代表地球形状和大小的形体。 由于大地水准面仍是一个不规则的 曲面，不能用数学公式表述，因而需要 寻找一个理想的几何体代表地球的形状 和大小。 该几何体必须满足两个条件： 形状接近地球自然形体； 可以用简单的数学公式表示。 第一节地球的形状和大小 旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁 率决定。 我国目前采用的参考椭球体的参数为： 长半轴 a= 6378140m 短半轴 b= 6356755.3m 扁 率 = = 测量精度要求不高时，可把地球看 作圆球，其平均半径 R =6371km。 a ba 257.298 1 3 O G O G 大地水 准面 大地水 准面 铅垂线铅垂线 二、测量工作的基准线和基准面 ?测量工作的基准线铅垂线（铅垂线（重力方向 线 重力方向 线） 。 ?测量工作的基准面大地水准面大地水准面。 ?一、确定地面点位的方法一、确定地面点位的方法 ?二

3、、地面点的坐标二、地面点的坐标 ?三、地面点的高程三、地面点的高程 ?四、我国的坐标系统四、我国的坐标系统 ?五、确定地面点位的三个基本要素五、确定地面点位的三个基本要素 第二节地面点位置的表示方法 一、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水 平面上的位置（X，Y）及点到大地水准面的铅 垂距离（H）来确定。 如地面点： A （X，Y，H） C Y A B ab c X 二、地面点的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐 标或空间直角坐标表示。 （一）地理坐标 地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可表示为 A(L,B) 。 如：北京 东经11628北纬3954 L取值范围：东经0180西经0180 B取值范围：北纬090南纬090 （二）平面直角坐标 由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规 划、设计 、施工中，测量和计算十分不便。 投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。即 X= F 1（L，B） Y= F 2（L，B） 我国采用高斯平面直角坐标高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标独立平面直角坐标。 坐标系的建立：坐标系的建

4、立： x轴x轴 中央子午线的投影中央子午线的投影 y轴y轴 赤道的投影赤道的投影 原点原点OO 两轴的交点两轴的交点 O x y P（ （X，Y） 高斯自 然坐标 高斯自 然坐标 注：注：X轴向轴向北北为为正正， y轴向轴向东东为为正正。 赤道 中央子午线 赤道 中央子午线 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 4 不同点：不同点： 1、 x，y轴互异。 2、 坐标象限不同。 3、表示直线方向的方位角 定义不同。 1、 x，y轴互异。 2、 坐标象限不同。 3、表示直线方向的方位角 定义不同。 相同点：相同点： 数学计算公式相同。 高斯平面直角坐标系与数学上的笛卡尔平面直角 坐标系的异同点 ： 数学计算公式相同。 高斯平面直角坐标系与数学上的笛卡尔平面直角 坐标系的异同点 ： 高斯平面直角坐标系 笛卡尔坐标系 高斯平面直角坐标系 笛卡尔坐标系 o o y y x x p p x=Dcos y=Dsiny=Dsin x=Dcos y=Dsiny=Dsin D D 独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立独立平面直角坐

5、标系； 地面点的位置可用平面直角坐标确定； 坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）； 原点坐标值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐标； 规定：X 轴向北为正， Y轴向东为正。 O X Y 测区 北 （三）空间直角坐标 如图所示： 原点O 地球质心 Z轴 指向地球北极 X轴 指向首子午面 与赤道的交点 Y轴 过O点与XOZ面垂直 如：A（XA，YA，ZA） X Z Y O 三、地面点的高程 地面点的高程:地面点沿铅垂方向到大地水准面的 距离。 注：地面点在大地水 准面以上，H为正； 地面点在大地水准 面以下，H为负。 如图：HA= 166.780m HB= 136.680m A 大地水准面大地水准面 HA B HB 绝对高程（海拔） ：某点沿铅垂线方向到 大地水准面的距离。如：HA、HC。 相对高程： 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：HA、HC 。 高差： 地面上两点高程之差。 如：hAC= HC HA hAC= HC HA 当hAC为正时，C点高于A点； 当hAC为负时，C点低于A点； 我国的高程系统： 国家 我国的高程系统： 国家水准原点水准原点(全国高

6、程的起算点H。)位于(全国高程的起算点H。)位于青青 岛验潮站附近的观象山岛验潮站附近的观象山，黄海平均海水面为高 程基准面. 1956年黄海高程系1956年黄海高程系(72.289m)(72.289m) 1985年国家高程基准1985年国家高程基准(72.260m),相差29mm 目前我国统一采用1985年国家高程基准 。 (72.260m),相差29mm 目前我国统一采用1985年国家高程基准 。 水准原点 H0 验潮站 大地水 准面 5 青岛观象山 水准原点 青岛观象山 水准原点 四、中国的坐标系统四、中国的坐标系统 历史上，一个国家或地区，可能采 用过不同的坐标系； 我国沿用了两个大地坐标系；即: 1.1954年北京坐标系1.1954年北京坐标系 2.1980年国家大地坐标系2.1980年国家大地坐标系 1954年北京坐标系 ?1954年以苏联采用的克拉索夫斯基椭球元素 (其坐标原点为苏联西部的普尔科夫42年定位) 作为参考椭球体，以北京为原点以北京为原点，联测、平差 后引伸到全国，这个过渡性的大地坐标系，称 1954年北京坐标系。 ?其缺点是： ?1.椭球体面与我国境内大地水

7、准面不是很好地符 合，产生误差较大。 ?2.大地控制点坐标多为局部平差，逐次获得，实际 上连不成一个统一的整体。 1980年国家大地坐标系 ?采用1975年第16届国际大地测量及地球物理联合会推荐的 新的地球椭球体元素，以陕西省西安市以北泾阳县永乐 镇北洪流村 以陕西省西安市以北泾阳县永乐 镇北洪流村某点为国家大地坐标原点国家大地坐标原点，建立的坐标系， 称1980年国家大地坐标系。 ?主要优点： 1.椭球体参数精度高； 2.定位所决定的椭球体面与我国大地水准面符合得好； 3.天文大地网坐标经过了全国的整体平差。 4.直接满足1：5000甚至更大比例尺测图的需要等。 6 五、确定地面点位的基本要素五、确定地面点位的基本要素 ?确定地面点位的三个基本元素确定地面点位的三个基本元素 ?高程高程 ?水平角（方向）水平角（方向） ?距离距离 第三节测量工作概述第三节测量工作概述 ?一、测量工作的基本内容一、测量工作的基本内容 ?二、测量工作的基本原则二、测量工作的基本原则 ?测量工作的主要目的：确定点的坐标和高 程。 ?待定点的坐标和高程一般不是直接测定的。 一、测量工作的基本内容一、测量工作

8、的基本内容 ?测量的基本工作（内容）： ?高程测量（h） ?角度测量（、） ?距离测量（S、D） ?外业工作：确定地面点的点位。 ?内业工作：观测数据处理和绘图。 一、测量工作的基本内容一、测量工作的基本内容 二、测量工作的基本原则二、测量工作的基本原则 1、从整体到局部；、从整体到局部； 2、先控制后碎部 ；、先控制后碎部 ； 3、复测复算、步步检核。、复测复算、步步检核。 优点： 减少误差积累； 避免错误发生； 提高工作效率。 优点： 减少误差积累； 避免错误发生； 提高工作效率。 第四节地图的特性与构成要素第四节地图的特性与构成要素 ?地图就是按照一定的数学法则，将地球上的 自然和社会经济现象缩小、综合，用地图符 号表示在平面上的图像。 7 三茅镇风景画 三茅镇地形图 一、地图的基本特性 1.具有特定、严密的具有特定、严密的数学法则数学法则 地图投影 比例尺 地图投影 比例尺 2.实施实施制图综合制图综合 反应出制图区域的特征反应出制图区域的特征 3.运用运用特殊符号与注记特殊符号与注记 可见的：山脉、河流、建筑物 不可见的：气温、气压、空中航线 可见的：山脉、河流、建筑物 不可

9、见的：气温、气压、空中航线 比例尺、地图投影、各种坐标系统就构成了地图的数学法 则。 随着对地图特性认识的深化，更趋向认为地图是一种客 体模型，这就突破了地图不仅具有欧氏几何的长度、面 积的比例尺，而且还具有拓扑比例的概念。此外，地图 作为一种模型，不仅是具体而现实的图形形式，还可以 以数字或数学的方式来表现。 缩小了的地图不可能容纳地面所有的现象，地图必须 经过科学概括。 地图上所表示的是在大量的地理信息中，根据应用需 要选取最主要的信息加以处理，并经过人类的思维与加工 即制图综合形成地图。这种经过分类、简化、夸张和符号 化，从地理信息形成地图信息的过程就是地图概括。 把制图对象的地理位置及范围，质量和数量特征，时 空分布规律与相互关系，用十分概括与抽象的符号加以表 示。作为对客观事物的抽象表示-符号，不仅可以是图 形，还可以广义的理解为文字注记和数字形式。 8 二、地图的构成要素二、地图的构成要素 二、地图的构成要素二、地图的构成要素 表达地理信息的各种图表达地理信息的各种图 形符号、文字注记。形符号、文字注记。 确定地图空间信息的依确定地图空间信息的依 据，包括比例尺、地图投影据，包括比例尺、地图投影 各种坐标系统、控制点。各种坐标系统、控制点。 图名、图例、地图编号图名、图例、地图编号 编制出版信息等辅助地图使编制出版信息等辅助地图使 用的要素。用的要素。 1.地理要素地理要素 2.数学要素数学要素 3.辅助要素辅助要素 ?按按内容和性质内容和性质分分 地形图地形图 (topographic map)(topographic map) 普通地图普通地图 (General map)(General map) 专题地图专题地图 （thematic map)thematic map) 普通地理图普通地理图 (geographic map)(geographic map) 按按比例尺比例尺分分 大比例尺大比例尺 1:101:10万万 中比例尺中比例尺1 1：1010万到万到1 1：100100万之间万之间 小比例尺

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