测量基础知识(讲座培训课件).ppt
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1、 XXX测测 量量 基基 础础1 第第1 1章章 测绘基础知识测绘基础知识2 3第第1 1章章 测绘基础知识测绘基础知识 1.11.1测绘学的任务及作用测绘学的任务及作用测绘学的内容和任务测绘学的内容和任务 测绘测绘是指对自然地理要素或者地表的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及获取的数据、信息、进行处理和提供的活动。 测绘学测绘学研究的主要对象是地球的自然表面,研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场,据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布,并结合某些社会信息和自然信息的地球分布,编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。它是地球科学
2、的重要组成部分。 4第第1 1章章 测绘基础知识测绘基础知识 1.11.1测绘学的任务及作用测绘学的任务及作用 测绘学研究的具体内容测绘学研究的具体内容: ()测量学()测量学研究地球形状和大小研究地球形状和大小( (包括地球重力场包括地球重力场) )确定地面点的空间位置确定地面点的空间位置( (含地下和空间含地下和空间) ) ()地图制图学()地图制图学研究社会和自然信息的地理分布研究社会和自然信息的地理分布绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图 5第第1 1章章 测绘基础知识测绘基础知识 1.11.1测绘学的任务及作用测绘学的任务及作用 测绘学的分科测绘学
3、的分科大地测量学大地测量学摄影测量与遥感学摄影测量与遥感学工程测量学工程测量学海洋测量学海洋测量学地图制图学地图制图学测绘仪器学测绘仪器学普通测量学普通测量学 几何几何(天文天文)大地测量学、物理大地测量学、物理(重力重力) 大地测量学、卫星大地测量学、卫星(空间空间)大地测量学大地测量学地面地面(近景近景)摄影测量学、航空摄影测量学、航空 摄影测量学、航天遥感测量学摄影测量学、航天遥感测量学 普通工程测量学(包含土木、建筑、普通工程测量学(包含土木、建筑、 水利、交通、矿山测量等)、精密工水利、交通、矿山测量等)、精密工 程测量学、特种工程测量学程测量学、特种工程测量学 海洋水体测量学、水下
4、地形测量学、海洋水体测量学、水下地形测量学、 航道测量航道测量地图学与地图学与GIS、地图制图工程、地图制图工程光学测绘仪器学、电子测绘仪器学光学测绘仪器学、电子测绘仪器学局部地区地形测量与一般工程测量局部地区地形测量与一般工程测量 6第第1 1章章 测绘基础知识测绘基础知识 1.11.1测绘学的任务及作用测绘学的任务及作用在国家经济建设中的作用在国家经济建设中的作用 1. 工程建设的工程建设的尖兵尖兵 2. 军事作战的军事作战的眼睛眼睛 3. 科学研究的科学研究的工具工具 4. 现代管理的现代管理的基础基础 (数字地球、数字中国和数字城市)(数字地球、数字中国和数字城市) 7第1章 测绘基础
5、知识 1.2 地球的形状和大小 8第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小 9第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小 10第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小 11第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小一、地球形状和大小一、地球形状和大小 1.1. 地球是一个表面起伏较大的椭球地球是一个表面起伏较大的椭球 地球表面最高峰:地球表面最高峰: 8844.43m8844.43m 海洋底部最深处海洋底部最深处: 11022.00m: 11022.00m 地球表面最大高差近地球表面最大高差近20km20km 2. 2. 地球又是一个近似光滑的水球地球又是一
6、个近似光滑的水球 大陆面积大陆面积: : 占占29%29% 海洋面积海洋面积: : 占占71 %71 % 3. 3. 地球平均半径地球平均半径: 6371km: 6371km 2022年5月12日星期四 合肥工业大学土建学院测量工程系12测量工作是在地球表面进行测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则,有的。地球表面虽然很不规则,有高山、平原、丘陵、海洋等。但高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微这些起伏相对于地球本身十分微小。小。 13一、地球的形状一、地球的形状 14 1.2 地球的形状和大小二、基本概念二、基本概念1. 重力方向线重力方向线 即铅垂线即铅垂线,
7、是测量工作的是测量工作的基准线基准线2. 水准面水准面 自由静止的水面自由静止的水面; 是等位面是等位面, 有无数个有无数个地心地心O O离心力离心力地心引力地心引力重力重力G G重力的方向线称为铅垂线重力的方向线称为铅垂线 15 设想当海洋处于静止均衡状态时,将它设想当海洋处于静止均衡状态时,将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。大地水准面静 止 海 水静 止 海 水面面陆地陆地大地水准面大地水准面 16 17地心地心OOG格林尼治天文台格林尼治天文台G G地球自转轴地球自转轴起始天文起始天文子午面子午面地球自然表面地球自然表面大地水准面大地水准面E 18 19
8、 1.2 地球的形状和大小二、基本概念二、基本概念3. 3. 大地水准面大地水准面 静止平衡状态下的平均海水面静止平衡状态下的平均海水面, 向大陆岛屿延向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面伸而形成的闭合水准面 特性特性: 唯一性、等位面、唯一性、等位面、 不规则曲面不规则曲面 作用:作用:测量野外工作的测量野外工作的基准面基准面4. 4. 大地体大地体 由大地水准面包围的地球形体,是不规则球体。由大地水准面包围的地球形体,是不规则球体。 20二、基本概念二、基本概念5. 旋转椭球旋转椭球 与大地体非常接近的与大地体非常接近的 数学椭球数学椭球 长半径为长半径为a,短半径为,短半径为b 扁率扁率 数
9、学模型数学模型 地球平均半径地球平均半径 R=6371km 1.2 地球的形状和大小1222222bzayax)(31baaRabaZYX 21 1.2 地球形状和大小 旋转椭球理论上是唯一的数旋转椭球理论上是唯一的数学球体学球体 旋转椭球参数,难以全球统旋转椭球参数,难以全球统一确定;各国自己测定并采一确定;各国自己测定并采用的旋转椭球称为用的旋转椭球称为参考椭球参考椭球 同时顾及地球几何参数和物同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球理参数的旋转椭球称为地球椭球体,又称为椭球体,又称为参考椭球体参考椭球体 参考椭球面参考椭球面是测量计算和制是测量计算和制图的基准面图的基准面 22
10、1.3 测量中常用的坐标系统 地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关,测量中常用的坐标系统有:天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系一、天文坐标系一、天文坐标系 球面坐标,称为地理坐标球面坐标,称为地理坐标 基准面基准面:大地水准面:大地水准面 基准线基准线:铅垂线:铅垂线 地面点位用天文经度和天地面点位用天文经度和天文纬度来表示文纬度来表示 23二、大地坐标系二、大地坐标系 基准面基准面:参考椭球面:参考椭球面 基准线基准线:法线:法线 地面点位用大地地面点位用大地经度经度和和大地大地纬度纬度来表示来表示1.19541.1954年北京坐标系年北京坐标系2.198
11、02.1980国家大地坐标系国家大地坐标系3.WGS-843.WGS-84世界大地坐标系世界大地坐标系 1.3 测量中常用的坐标系统三、三、空间直角坐标系空间直角坐标系 三维坐标三维坐标(X,Y,Z) 2419801980国家大地坐标系国家大地坐标系大地原点大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇位于陕西省泾阳县永乐镇 25 1.3 测量中常用的坐标系统四、大地坐标和空间直角坐标的转换四、大地坐标和空间直角坐标的转换五、高斯投影和高斯平面直角坐标系五、高斯投影和高斯平面直角坐标系1.高斯投影高斯投影横切椭圆柱正形投影。又称为高横切椭圆柱正形投影。又称为高斯斯克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。克吕格
12、投影。同时满足等角和高斯投影条件。 目的:目的:将球面坐标转换为平面坐标。将球面坐标转换为平面坐标。 26OSN赤道面中央子午线M高斯投影的概念高斯投影的概念 271.高斯投影 中央子午线和赤道中央子午线和赤道投影后成相互垂直投影后成相互垂直的直线。的直线。 中央子午线长度不中央子午线长度不变,离中央子午线变,离中央子午线越远变形越大。越远变形越大。 为保证投影精度,为保证投影精度,必须采用必须采用分带投影分带投影。6度投影带度投影带:中央子午线经度为中央子午线经度为360NL 282.高斯投影分带高斯投影分带(1)6度投影带度投影带:中央子午线经度为中央子午线经度为360NLnL 30(2)
13、3度投影带度投影带:中央子午线经度为中央子午线经度为 29五、高斯投影和高斯平面直角坐标系五、高斯投影和高斯平面直角坐标系3.高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 x坐标坐标:中央子午线向西:中央子午线向西平移平移500km,向北为正。,向北为正。 y坐标坐标:赤道,向东为正。:赤道,向东为正。 为区分点位所在的高斯投为区分点位所在的高斯投影带,在影带,在Y坐标前必须加坐标前必须加两位数的两位数的带号带号。 如:如:mymxAA230.58763420695.3516432 我国六度带带号我国六度带带号 N=1323,三度带带号,三度带带号 n=2545 30 x y 高斯平面直角坐标系 y
14、x 笛卡尔平面直角坐标系 3. 测量测量高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系与与 数学数学笛卡尔笛卡尔平面直角坐标系的区别平面直角坐标系的区别 31六、墨卡托投影六、墨卡托投影等角正圆柱投影等角正圆柱投影七、独立平面直角坐标系七、独立平面直角坐标系 在在半径半径R15的卫星 4 颗以上GPS卫星(目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗)116 GPS 卫星在轨道上的分布卫星在轨道上的分布 宁夏国土资源厅1172022年5月12日星期四 118 GPS 地面监控地面监控部分部分控控 制制 部部 分分 1 个个 主主 控控 站站 3 个个 注入站注入站 5 个个 监监 控控 站站119 GS
15、P地面控制站一个主控站一个主控站:科罗拉多斯必灵司三个注入站:三个注入站:阿松森(Ascencion)大西洋 迭哥伽西亚(Diego Garcia)印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)太平洋五个监测站五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii)5555HawaiiAscencionDiego GarciakwajaleinColorado springs120 GPS 用户部分用户部分 宁夏国土资源厅2022年5月12日星期四 121 1. GPS接收机的功能跟踪、接收、放大、处理卫星信号,测量出信号从卫星到天线的传播时间。解译导航电文,实时解算测站三维位置。2. GPS接
16、收机的类型3. GPS接收机的发展1981年GPS接收机问世测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。 (2)按信号频率分: 单频(L1) 双频(L1和L2)(1)按用途分:导航型授时型测地型122 GPSGPS天线天线部分部分将微弱的卫星电将微弱的卫星电磁波信号转变为磁波信号转变为电信号电信号, ,并放大并放大GPSGPS主机主机部分部分1.1.变频器变频器2.2.信号通道信号通道3.3.微处理器微处理器4.4.存储器存储器5.5.显示器显示器GPSGPS电源电源部分部分123 测地型GPS接收机导航型GPS接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机)供电信号信息命令数据供电,控
17、制供电数据控制 124 (四)GPS的功能导航 海空导航、车辆引行、导弹制导等测速 其精度可达0.1m/s测时与授时 其精度可达340ns(1纳秒=10-9秒)定位125 Time (0)AmbiguityTime (i)AmbiguityCounted CyclesPhase Measurement 宁夏国土资源厅1262022年5月12日星期四 (一) GPS 坐坐 标标 系系1.WGS-84坐标系World Geodetic System-1984坐标是GPS所采用的坐标系统,GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的。 WGS-84的椭球参数:a=6378137m, 1/f=298.257
18、2.1954北京坐标系(C54) 克拉索夫斯基椭球参数: a=6378245m, 1/f=298.33.1980西安坐标系(C80) IUGG1975椭球参数: a=6378140m, 1/f=298.2571272022年5月12日星期四 X X轴轴=0=0经度经度X X轴在赤道平面内轴在赤道平面内Y Y轴轴= =东经东经9090度度Y Y轴在赤道平面内轴在赤道平面内地心坐标为(地心坐标为(0 0,0 0,0 0)Z Z轴轴= =旋转轴(极轴旋转轴(极轴BIH1984.0BIH1984.0)地球质心为原点的坐标系统(空间直角坐标系)1282022年5月12日星期四 依定位时的状态依定位时的状
19、态 动态定位动态定位 静态定位静态定位 依定位模式依定位模式 绝对定位(单点定位绝对定位(单点定位) 相对定位相对定位 差分定位差分定位 依定位采用的观测值依定位采用的观测值伪距测量(伪距定位)伪距测量(伪距定位)载波相位测量载波相位测量 依时效依时效 实时定位实时定位 事后定位事后定位(二)(二)GPSGPS测量定位的分类测量定位的分类1292022年5月12日星期四 GPS定位的误差来源v与GPS卫星有关的因素 SA技术:人为的降低广播星历精度(技术,2000年5月取消), AS技术:防电子欺骗技术;卫星星历误差; 卫星钟差v与传播途径有关的因素 电离层延迟; 对流层延迟; 多路径效应v与
20、接收机有关的因素 接收机钟差; 天线相位中心误差; 接收机软件和硬件误差 另外有接收机的对中、整平误差等1302022年5月12日星期四 常规常规GPS的测量方法,如静态、快速静态、动的测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分量方法,它采用了载波相位动态实时差分(Real - Time Kinematic)方法,是方法,是GPS应用的重大里程碑,应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,
21、各种控制测量带它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。 RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数定位时要求基准站接收机实时地把观测数据据(伪距观测值,相位观测值伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流及已知数据传输给流动站接收机。动站接收机。什么是什么是RTK技术技术1312022年5月12日星期四 发射电台GPS主机基准站基准站移动站移动站GPS主机RTK测量原理图测量原理图采集器接收电台1322022年5月12日星期四 2022年5月12日星期四 133 第第6 6章章 控制测量控制测量134 2022年5
22、月12日星期四 1356-1 6-1 控制测量概述控制测量概述一一. .控制测量的概念控制测量的概念二二. .平面控制测量平面控制测量三三. .高程控制测量高程控制测量第第6 6章章 控制测量控制测量 2022年5月12日星期四 136一一. .控制测量的概念控制测量的概念1.1.目的与作用目的与作用为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网网控制误差的积累控制误差的积累作为进行各种细部测量的基准作为进行各种细部测量的基准2.2.控制测量分类控制测量分类 按内容分:平面控制测量、高程控制测量按内容分:平面控制测量、高程控制测量 按精度分:一等
23、、二等、三等、四等;一级、二级、按精度分:一等、二等、三等、四等;一级、二级、三级三级 按方法分:天文测量、常规测量按方法分:天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、三角测量、导线测量、水准测量水准测量)、卫星定位测量、卫星定位测量 2022年5月12日星期四 137控制点:对整个测区起控制作用的测量标志点。控制点:对整个测区起控制作用的测量标志点。控制网:由按一定规范布设,由一系列相互联系的控制网:由按一定规范布设,由一系列相互联系的控制点所构成的网状几何图形。控制点所构成的网状几何图形。图根控制网:直接为测图而建立的控制网。图根控制网:直接为测图而建立的控制网。图根点:图根点: 图根控制网
24、中的控制点。图根控制网中的控制点。3.3.有关名词有关名词一一. .控制测量的概念控制测量的概念控制测量:控制测量: 为建立控制网所进行的为建立控制网所进行的测量工作测量工作。 2022年5月12日星期四 138二二. .平面控制测量平面控制测量建立平面控制网,测定各平面控制点的坐建立平面控制网,测定各平面控制点的坐 标标X X、Y Y。1.1.一般概念一般概念等级关系:等级关系:分一等、二等、三等、四等,前一等分一等、二等、三等、四等,前一等级作为以后各等的控制基准;小地区级作为以后各等的控制基准;小地区 内布置一级、二级、三级和图根控制。内布置一级、二级、三级和图根控制。布置形式:布置形式
25、:三角锁、三角网三角锁、三角网( (三边网、边角网三边网、边角网) )、 导线网、交会定点、导线网、交会定点、GPSGPS测量等。测量等。布网原则:布网原则:从整体到局部,由高级到低级,分级从整体到局部,由高级到低级,分级 布网,布网,逐级控制。逐级控制。 2022年5月12日星期四 1392.2.常规常规平面控制平面控制测量测量的等级关系的等级关系城市平面控制网的等级关系城市平面控制网的等级关系三角三角(三边三边)网网城市导线城市导线控制范围控制范围 二等二等三等三等三等三等 四等四等四等四等一级小三角一级小三角一级导线一级导线二级小三角二级小三角二级导线二级导线 三级导线三级导线城市基本控
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