测量与地图学2分解.pptx
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1、第一章第一章 测量与地图学基础知识测量与地图学基础知识一、一、地球的形状和大小地球的形状和大小认识地球是人类探索的目标之一,也是测认识地球是人类探索的目标之一,也是测量学的任务之一。量学的任务之一。绝大多数测量工作是在地球上进行,或作绝大多数测量工作是在地球上进行,或作为参考系。为参考系。1、地球的认识、地球的认识 地球是两北极稍扁,赤道较长,平均半径约为 6371KM的椭球。其中海洋面积占71%,陆地面积占29%地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等,呈现高低起伏的形态,并不平坦,很难用一个数学公式来表达。2、大地水准面、大地水准面 水准面水准面(level surfac
2、e)假设一个静止的海水面向大陆延伸所形成的假设一个静止的海水面向大陆延伸所形成的一个封闭的曲面,这个静止的海平面称之为一个封闭的曲面,这个静止的海平面称之为水准面。水准面。大地水准面大地水准面(geoid)水准面具有处处都与铅垂线方向正交的特性。水准面具有处处都与铅垂线方向正交的特性。与平均海水面重合的一个水准面称为大地水与平均海水面重合的一个水准面称为大地水准面。(大地水准面向大陆内部延伸所包围准面。(大地水准面向大陆内部延伸所包围的形体叫大地体)。的形体叫大地体)。3、旋转椭球体、旋转椭球体 重力是地球引力和离心力的合力,由于地球内部物质分布不均匀,重力方向不规则,大地水准面是一个不规则的
3、曲面,无法用数学公式表示,不便进行计算。为了测量和制图的方便,采用一个与大地体很接近而又规则的数学形体来表示地球的形状,称为参参考考椭椭球球体体。是一个椭圆绕短轴旋转而成的,又称旋转椭球旋转椭球。旋转椭球体的基本要素:旋转椭球体的基本要素:决定椭球体大小的基本要素为椭圆的长半轴a和扁率f。长半轴a 短半轴b 扁率f其中:椭球名称年代长半轴a/m扁率f附注德兰布尔18006 375 6531:334.0法国白塞尔18416 377 397.1551:299.152 812 8德国克拉克18806 378 249 1:293.459英国海福特19096 378 3881:297.0美国克拉索夫斯基
4、19406 378 2451:298.3前苏联1980年大地测量参考系统19796 378 1401:298.257IUGG第17届大会推荐值WGS-84系统19846 378 1371:298.257 223 563美国国防部制图局(DMA)由于推算的年代、使用的方法以及测定地区的不同,地球椭球体的数据并不一致,近一个世纪来,世界上推出了几十种地球椭球体数据。以下是常用的椭球数据。我国所采用的参考椭球有:新中国成立前的海福特椭球;新中国成立初期的克拉索夫斯基椭球。1978年我国根据自己实测的天文大地资料推算出适合本地区的地球椭球参数,从而建立了1980西安大地坐标系,并将大地原点设于陕西省泾
5、阳县永乐镇。1980大地测量参考系统大地测量参考系统 a=6378140m f=1:298.257 由于地球的扁率很小,接近于圆由于地球的扁率很小,接近于圆 球,球,因此在要求精度不高的情况因此在要求精度不高的情况 下,可以近似地将其当作一个圆球下,可以近似地将其当作一个圆球 体,半径体,半径6371km6371km。二、地面点的表示方法二、地面点的表示方法测量工作的主要任务之一就是确定地面点的空间位置,表示的方法有坐标和高程。基本的面、线、圈的认识基本的面、线、圈的认识 1、地理坐标系 地理坐标系是指用经纬度表示地面点位的球面坐标系。按坐标的基本线和基本面的不同地理坐标系又分为天文坐标系天文
6、坐标系和大地大地坐标系。坐标系。天文坐标系:大地水准面与铅垂线为基准。天文坐标系:大地水准面与铅垂线为基准。大地坐标系:参考椭球面与法线为基准。大地坐标系:参考椭球面与法线为基准。地面点的高程确定地面点的高程确定绝对高程绝对高程:(高程、海拔)地面点到大地水准面的垂直距离。相对高程:相对高程:地面点到任意水准面的垂直距离。高差:高差:地面上任意两点之间的高差。高差是有方向性的,表示A点至B点的高差 (其中 =)我国高程系:“1956年黄海高程系”“1985年国家高程基准”位于青岛的我国水准原点2、空间直角坐标系坐标原点O:椭球中心(与质心重合)z轴指向地球北极x轴指向格林尼治子午面与地球赤道面
7、交线y轴垂直于xoz平面,构成右手坐标系。3、平面直角坐标系(地平坐标系)、平面直角坐标系(地平坐标系)4、高斯平面坐标系定义:又称横切椭圆柱正形投影,投影过程如下定义:又称横切椭圆柱正形投影,投影过程如下SN赤道中央子午线等角投影;中央子午线投影后为一条直线,且其长度保持不变;在椭球上除中央子午线外,其余子午线投影后均向中央子午线弯曲,并且对称于中央子午线和赤道,而收敛于两极;在椭球面上凡对称于赤道的纬圈,其投影后仍为对称的曲线,且垂直于子午线的投影曲线,并凹向两极.在高斯投影面上,中央子午线和赤道的投影都是直线,并将中央子午线与赤道的交点O作为坐标原点,以中央子午线的投影为纵坐标轴X,并规
8、定其北向为正;以赤道的投影作为横坐标轴Y,并规定其东向为正的平面直角坐标系统叫做高斯平面直角坐标系。XYSNO分带投影分带投影 为了控制长度变形,将地球椭球面按一定的经度差分成若干投影带。带宽一般为经差6或3,分别称为6带或3带。3 带中央经线 L=3N,6 带中央经线 L=6N-3,其中N为分带编号。已知某6度带的带号为N=21,问此带的经度范围为多少?已知某点的经度为113o36,问此点所在的6度、3度带的带号?已知经度求带号理论公式:六度带:N=L/6(计算结果取大的一段整数)三度带:N=(L-1.5)/3(计算结果取大的一段整数)经验公式:六度带:N=INTL/6+1 三度带:N=IN
9、TL/3+0.5 四、测量原理和测量工作概述1、测量学的主要任务分为测设和测定 测设(setting-out):将在地形图上设计出来的建筑物和构筑物的位置在实地标出来作为施工的依据。测定(location):使用测量仪器和工具,通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定的比例尺、规定的符号缩小绘制成地形图,供科学研究和工程建设规划设计应用。2、地形测量学将地表物体分为地物(feature)和地貌地物(feature):地面上天然形成或者是人工构筑的,它包括平原、湖泊、河流、海洋,房屋、桥梁等等地貌(geomorphy):地表高低起伏的形态,包括山地、丘陵、平原等等3、测量的原理和步骤 进行控制测量
10、(control survey)得到已知控制点 进行碎步测量(地物地貌的特征点叫做碎步点),测量这些地貌地物特征点的坐标 然后按照一点的比例尺,规定的符号缩小展绘在图纸上4、测量原则 测量布局上:由整体到局部 测量次序:先控制后碎部 测量精度:从高级到低级,步步有检核 5、基本观测量、基本观测量基本观测量用几何元素表示为:基本观测量用几何元素表示为:距离角度高差两点间沿铅垂线方向距离两点间沿铅垂线方向距离。五、地图的特性与构成要素五、地图的特性与构成要素1、地图的基本性质、地图的基本性质 地图是按照一定的数学法则建立的图形地图是按照一定的数学法则建立的图形 地图是通过地图语言地图是通过地图语言
11、-符号系统建立符号系统建立的图形的图形 地图是经过取舍和概括的图形地图是经过取舍和概括的图形地图是按照一定的数学法则建立的图形地图是按照一定的数学法则建立的图形 地球或其他星球上的各种现象,不论范围大小地球或其他星球上的各种现象,不论范围大小都需要缩小才能表示在地图上,还要将地球曲面都需要缩小才能表示在地图上,还要将地球曲面上的事物和现象转为平面图形。上的事物和现象转为平面图形。把地球曲面地理坐标系转换为地图平面直角坐把地球曲面地理坐标系转换为地图平面直角坐标系统,标系统,建立起地球球面与地图平面之间点与点建立起地球球面与地图平面之间点与点的一定函数关系式的一定函数关系式,这种方法称为,这种方
12、法称为地图投影地图投影。为了便于分析与量算,必须为了便于分析与量算,必须按一定比例缩小图按一定比例缩小图形形地图比例尺地图比例尺。地球自然表面上的点地球自然表面上的点 垂直投影垂直投影 地球椭球面地球椭球面 地图投影地图投影 可展面(圆柱、圆锥、平面)可展面(圆柱、圆锥、平面)地图是通过地图语言地图是通过地图语言-符号系统建立的图形符号系统建立的图形 地图表示各种复杂的自然或社会现象是通地图表示各种复杂的自然或社会现象是通过特有的符号系统过特有的符号系统包括包括点、线、面状点、线、面状符号、色彩以及文字符号、色彩以及文字所构成的所构成的地图语言地图语言来来实现的。实现的。这种符号系统不仅能表示
13、制图对象的这种符号系统不仅能表示制图对象的地理位置、范围、质量特征、数量指标和地理位置、范围、质量特征、数量指标和动态变化,而且能够直观地显示各制图对动态变化,而且能够直观地显示各制图对象的空间分布规律及其相互联系。象的空间分布规律及其相互联系。(3)表示物体的质量和数量特征:)表示物体的质量和数量特征:河流深度、湖水性质等:河流深度、湖水性质等:符号形状、大小、符号形状、大小、颜色颜色(4)表示地面上受遮盖的物体;)表示地面上受遮盖的物体;(5)无形的自然和社会现象:)无形的自然和社会现象:境界、太阳辐射境界、太阳辐射地图是经过取舍和概括的图形地图是经过取舍和概括的图形 缩小了的地图不可能表
14、示地球的所有现缩小了的地图不可能表示地球的所有现象,只能根据地图的用途表示某些主要内象,只能根据地图的用途表示某些主要内容。随着比例尺的缩小,所表示的对象在容。随着比例尺的缩小,所表示的对象在图上变得愈来愈小。图上变得愈来愈小。为了保持图形的清晰易读,必须为了保持图形的清晰易读,必须舍去和舍去和概括一些次要部分,保留和突出主要的、概括一些次要部分,保留和突出主要的、本质的特征。本质的特征。这是通过地图制图的一个主这是通过地图制图的一个主要过程要过程地图概括地图概括(制图综合)来实现(制图综合)来实现的。的。2、地图的构成要素 控制点、坐标网、比例尺和地图定向控制点、坐标网、比例尺和地图定向 普
15、通地图:自然和人文普通地图:自然和人文 地图的主题地图的主题 要素要素 专题要素:地理基础要专题要素:地理基础要 素和主题要素素和主题要素 外图廓外图廓、图名图名、图例图例、坡度尺坡度尺、三北方向三北方向 图解、文字比例尺、编图单位、编图时间图解、文字比例尺、编图单位、编图时间 和依据等和依据等。数学基础数学基础地理要素地理要素辅助要素辅助要素普通地图普通地图:(general map)以相对平衡的详细程度表示地表最基本以相对平衡的详细程度表示地表最基本的自然和人文现象的地图。的自然和人文现象的地图。六大地理要素:水系、居民地、交通网、六大地理要素:水系、居民地、交通网、地貌、土质植被、境界和
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