测量的基准面与坐标系.docx
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测量的基准面与坐标系
第一讲测量的基准面与坐标系
作者：
本站 来源：
本站原创 发布时间：
2009-6-123:
23:
23 发布人：
gyl
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第1次课首页
本课主题
测量的基准面与坐标系
授课
日期
目的
通过本次课的学习，使学员了解测量学的定义、内容、分支和发展历史，对地图成图过程有一个整体性认识。
理解大地水准面、参考椭球面的定义、性质和作用，掌握大地坐标系、天文坐标系、平面直角坐标系、高程的基本概念。
讲授内容与时间分配
序号
讲 授 内 容
时间
1
本课程介绍
5分
2
§1.1绪论
15分
3
§2.1 地球形状、大小及其基准面
37分
4
地球的自然形体
5分
5
大地水准面及其特性
15分
6
参考椭球面及其特性
17分
7
§2.2 测量坐标系
30分
8
大地坐标系与天文坐标系 地球坐标系与协议地球坐标系
16分
9
平面直角坐标系、高程与高差
14分
10
小结
3分
重点难点
重点：
大地水准面及其特性
参考椭球面及其特性
大地坐标和高程
难点：
大地水准面及其特性
参考椭球面及其特性
方法手段
1. 采用启发式教学方法
2. 利用多媒体Powerpoint模片，采用讲授+自学方式上课。
实习实验
教案正文
本课程介绍：
（约5分钟）
教学目标
掌握测量学的基础理论和概念，为后续专业课的学习奠定扎实的基础；（专业基础课）
掌握野外地形测图的基本原理和技术，为今后工作打下技能基础。
（大比例尺数字测图原理与方法）
教学特点
备注
课程特点：
概念多，理论与实践并重
教学方法：
自学+讲授+讨论+实习
业务作风：
真实、准确、细致、及时
几点希望
处理好专业基础理论与实习实验之间的关系
素质教育具体化、日常化
自学 独立思考问题、解决问题
课堂提问 口头表达
作业 写作
实习 动手能力、团队精神
绪论（约15分钟）
一、测量学的概念
定义:
研究地球的形状和大小，确定地面点的空间位置，将地球表面的形状和其它信息测绘成地图的科学。
对象:
地球的自然表面
内容:
研究地球形状和大小,测制地图的理论与技术
• 确定空间位置的技术.
主要分支:
大地测量学 地形测量学
• 摄影测量学 工程测量学
• 制图学 海洋测量学
举例说明测量学各分支学科与其它学科不断融合、分化与相互渗透的发展规律
教案正文
测量学发展历史与趋势:
发展阶段
测量仪器
测量理论
测量产品
名称演变
古代
17世纪前
绳尺、步弓、矩尺
简单机械式
弧度测量、
面积计算
理论原始简单
粗糙的
地图
地形测量学
测量学
现代测量学
近代
17-20世纪初
望远镜、经纬仪、水准仪、平板仪
光学机械式
三角测量、最小二乘法、地图投影
测量走向精确
实测的
地图
现代
20世纪至今
电子仪器、航空摄影、GPS
电子智能仪器
GIS、RS、GPS
数字测图
测量走向自动化
数字
地图
将来
数字化、自动化、小型化、智能化
数字地球
大众化的
数字地图
二、现代测量学的概念
1.地形测量学
定义:
研究在野外条件下，将地球表面局部区域的地物和地貌直接测绘成地形图的理论、技术和方法的学科。
地物:
地面上位置固定、界线分明的物体（河流、桥梁）
备注
提问：
生活、学习中见过的测量仪器
地貌:
地面上高低起伏的自然形态（高山、丘陵）
地形图:
表示地物和地貌的正射投影图
对象:
地球的局部区域
内容:
控制测量 地形测图
2.现代测量学
研究基本测量理论，利用现代测量仪器和测量方法测定地面点的空间位置，将地球表面的自然形态和人工设施测绘成数字地图的理论和技术的学科。
三、地形图的成图过程
提问：
大家见过的地图是如何制作的呢？
教案正文
四、测量的基本理论问题
如何将不规则的地球表面上的地物地貌表示成平面地形图？
解决思路：
不规则的地球表面上的地物地貌表达到基准面上
将基准面上投影成平面
对平面地图进行分幅
§2.1 地球形状、大小及其基准面（约37分钟）
一、地球的自然形体
局部特点：
高低起伏，极其复杂
整体特点：
1、近似一个两极略扁的椭球；
2、可视为水球（海71%，陆29%）；
3、无法用数学公式描述。
二、大地水准面及其特性
1、水准面
静止的液体表面，称为水准面。
特性:
1、处处与铅垂线正交。
2、是不规则的表面，有无穷多，且相互平行。
3、水准面与铅垂线可作为野外测量的基准面和基准线
2、大地水准面
备注
用图形演示解决思路
本课程研究对象—地球，其形状大小如何呢？
（引出该节学习的目的）
铅垂线用下图解释
定义：
设想的处于静止状态的平均海水面，并向陆地内部延伸而形成的一个封闭形体的表面。
其所包含的形体称为大地体。
特性：
大地水准面是水准面之一；
常作为高程基准
三、参考椭球面及其特性
地球椭球：
形状与大小都与大地体十分接近的旋转椭球
椭球元素：
长短半轴a、b或a、扁率α=（a-b）/a
椭球定位：
确定地球椭球与大地体的相关位置的过程。
其目的是使地球椭球面的局部与某一地区的大地水准面实现最佳拟合。
参考椭球：
形状与大小以及与大地体的相关位置均已
确定的地球椭球，其表面叫参考椭球面。
大地水准面用下图解释
参考椭球用下图解释
教案正文
参考椭球面特性：
是一个规则表面，可用公式表示
是测量计算的基准面
参考椭球面的确立，标志着测量坐标系的建立
我国测量坐标系使用情况：
1954年北京坐标系
选用克拉索夫斯基椭球元素 a=6378245m,α=1:
298.3
与苏联1942年坐标系联测
1980年国家坐标系
选用IUGG推荐的椭球元素 a=6378140m,α=1:
298.257
原点在陕西泾阳县永乐镇
2000国家大地测量坐标系（CGCS2000-ChineseGeodeticCoordinateSystem2000,2008年7月1日启用）
选用IUGG17推荐的椭球元素 a=63781137m,α=1:
298.257
WGS-84坐标系（美国GPS系统使用）
四、圆球
在地形测量中，将地球近似看成圆球 R=（a+a+b）/3=6371km
§2.2 测量坐标系（约30分钟）
一、大地坐标系
1、坐标系的建立
2、大地坐标的定义
提问：
为什么要建立2000国家大地坐标系？
其重要意义是？
提问：
为什么能将地球近似看成是圆球呢？
引言：
坐标系是确定点的空间位置的基准。
在测量上如何建立坐标系呢？
教案正文
大地经度L：
过椭球面上M点的子午面与起始子午面所构成的二面角L,叫M点的大地经度
东经：
自起始子午面向东量称为东经 各0-180
西经：
自起始子午面向西量称为西经
大地纬度B:
过椭球面上M点的法线与赤道面的夹角B,叫M点的大地纬度。
北纬：
自赤道面向北量称为北纬
南纬：
自赤道面向南量称为南纬 各0-90°
二、天文坐标系
1、坐标系的建立
2、天文坐标定义
备注
强调：
大地坐标系与天文坐标系的区别：
垂线偏差
天文经度λ：
过地面点M的天文子午面与起始天文子午面之间的夹角。
天文纬度Φ：
地面点M的铅垂线方向与天文赤道面的夹角。
三、高程
基准面:
大地水准面
定 义:
面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，
通常称为高程、正高、海拔。
用H表示。
大地水准面的确定:
强调：
高程术语的不同说法
教案正文
1956年黄海高程系:
根据青岛验潮站1950-1956年间的验潮结果，作为黄海平均海水面
水准原点高程：
72.289m
1985年国家高程基准:
根据青岛验潮站1952-1979年间
的验潮结果，作为黄海平均海水面
水准原点高程：
72.260m
四、地球坐标系与协议地球坐标系
1.地球坐标系
2.协议地球坐标系
五、平面直角坐标系
1.坐标系的定义
测量上，以X轴为纵轴，Y轴为横轴。
2.特点
• 坐标轴向、象限顺序、角度量测方向均与数学坐标系相逆；
• 基于数学坐标系推证的所有三角函数公式均可直接使用。
五、高差
定义:
同一高程系中，两点的高程之差。
用h表示
备注
放映水准原点视频
平面直角坐标系用下图解释
B点对A点的高程:
A点对B点的高程:
hAB=HB–HA hBA=HA-HB
本节课小结：
（约3分钟）
绪论
▪测量学的概念
▪地形测量学的概念
▪地形图成图过程
地球及基准面
l 地球的自然表面
l 大地水准面及其特性
l 参考椭球面及其特性
测量坐标系
▪大地坐标
▪ 高程
第1次课尾页
内容小结
本次课讲述了测量学和现代测量学的定义、内容、分支和发展历史以及地图成图过程。
介绍了两个基准面—――大地水准面和参考椭球面的定义、性质和作用。
最后讲述了大地坐标系、天文坐标系、平面直角坐标系以及高程系统的基本概念和建立基准。
作业思考题
作业题：
《现代测量学》P25第1，2，3，6
预习思考题：
高斯投影及其规律
参考资料
翟翊等，《现代测量学》解放军出版社2003.4
徐育康等，《测量学》解放军出版社1999.1
检查情况
教研室主任：
年 月 日
（注：
本资料素材和资料部分来自网络，仅供参考。
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