测量学电子教案石河子大学水利建筑工程学院二00四年六月-1
- 1 - 测 量 学 电 子 教 案 石河子大学水利建筑工程学院 二 00 四年六月
本课程教学与实验概况：《测量学》是测绘工程专业本科生所学的第一门有关测绘方面的课程，是非常重要的一门课程，属于专业基础课。主要介绍观测和绘图两大方面的相关知识，包括各种常规仪器的结构、作用及其使用方法等等；平板测图的原理、操作和方法要求等等；也包括相应的一些测量内业数据处理、测量误差理论和应用等等。教学环节：教学环节包括两个阶段，一共54个学时。第一学期教学内容为1~7章，主要知识点有测量的基本知识、仪器、观测、导线计算，地形图测绘的基本知识，竖直角观测与计算，地球曲率和大气折射对三角高程的影响，经纬仪视距测量，平板测图原理和平板的应用和基本误差理论等知识，学时数36学时。第二学期教学内容为8~11章，主要知识点有地形图表示地物、地貌的基本方法，地物、地貌的观测与绘制，地形图的分幅、接边和整饰清绘的基本方法和要求及施工放线等，总学时数18学时。实验环节：实验环节也包括两部分。一是课间实习，二是整个课程结束后。为了加大实习的力度，让学生熟练掌握仪器操作，另外增加两周实习，进行导线测量和水准测量综合练习。共计四周实习（与教学大纲不一致之处）。第一章绪论主要内容：本章是对测绘工作的简单概括，主要介绍了测绘工作的研究对象、分类、任务、作用以及国、内外测量学的巨大发展。作用：对测量学课程的内容、范畴及其任务、作用有了一个基本的认识。s1-1测绘工作的任务及其在社会主义建设中的作用主要内容：测绘科学研究的对象；测绘科学的分类及其研究的内容：测绘工作的任务和作用。1.测绘科学研究的对象：地球的形状、大小和地表面上各种物体的几何形状及其空间位置。2.测绘科学的分类及其任务一一从其研究的内容和方法分1）地形测量学：研究地球自然表面上的一个小区域内地表面各类物体形状和大小的测绘科学。由于地球半径很大，可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率，其研究的内容可以用文字和数字记录下来，也可以用图表示。2）大地测量学：研究地球表面及其内部一个较大区域甚至整个地球的形状、大小和其定位等等内容的测绘科学。任务：建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和研究地球重力场的理论、技术和方法。3）摄影测量学：利用摄影象片来研究地表形状和大小的测绘科学。（1）地面摄影测量（2）航空摄影测量4）工程测量学：城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作。任务：（1）把地面上的情况描绘到图纸上：（2）把图纸上设计的建筑物桩定到地面上：（3）为建筑物施工过程中和竣工后所产生的各种变化而进行的变形观测。5）制图学：利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及地图制作的理论、工艺技术和应用等方面的测绘科学。3.测绘工作的作用- 2-
- 2 - 本课程教学与实验概况： 《测量学》是测绘工程专业本科生所学的第一门有关测绘方面的课程，是非常重要的一 门课程，属于专业基础课。主要介绍观测和绘图两大方面的相关知识，包括各种常规仪器的 结构、作用及其使用方法等等；平板测图的原理、操作和方法要求等等；也包括相应的一些 测量内业数据处理、测量误差理论和应用等等。 教学环节： 教学环节包括两个阶段，一共 54 个学时。 第一学期教学内容为 1~7 章，主要知识点有测量的基本知识、仪器、观测、导线计算， 地形图测绘的基本知识，竖直角观测与计算，地球曲率和大气折射对三角高程的影响，经纬 仪视距测量，平板测图原理和平板的应用和基本误差理论等知识，学时数 36 学时。 第二学期教学内容为 8~11 章，主要知识点有地形图表示地物、地貌的基本方法，地物、 地貌的观测与绘制，地形图的分幅、接边和整饰清绘的基本方法和要求及施工放线等，总学 时数 18 学时。 实验环节： 实验环节也包括两部分。 一是课间实习， 二是整个课程结束后。为了加大实习的力度，让学生熟练掌握仪器操作，另外增加两周 实习，进行导线测量和水准测量综合练习。共计四周实习（与教学大纲不一致之处）。 第一章 绪 论 主要内容：本章是对测绘工作的简单概括，主要介绍了测绘工作的研究对象、分类、任务、 作用以及国、内外测量学的巨大发展。 作用：对测量学课程的内容、范畴及其任务、作用有了一个基本的认识。 §1-1 测绘工作的任务及其在社会主义建设中的作用 主要内容：测绘科学研究的对象；测绘科学的分类及其研究的内容；测绘工作的任务和作用。 1．测绘科学研究的对象：地球的形状、大小和地表面上各种物体的几何形状及其空间位置。 2．测绘科学的分类及其任务——从其研究的内容和方法分 1）地形测量学：研究地球自然表面上的一个小区域内地表面各类物体形状和大小的测绘科 学。由于地球半径很大，可以把这块球面当作平面看待而不考虑其曲率，其研究的内容可以 用文字和数字记录下来，也可以用图表示。 2）大地测量学：研究地球表面及其内部一个较大区域甚至整个地球的形状、大小和其定位 等等内容的测绘科学。 任务：建立国家大地控制网，测定地球的形状、大小和研究地球重力场的理论、技术和方法。 3）摄影测量学：利用摄影象片来研究地表形状和大小的测绘科学。 （1）地面摄影测量 （2）航空摄影测量 4）工程测量学：城市建设、大型厂矿建筑、水利枢纽、农田水利及道路修建等在勘测设计、 施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作。 任务： （1）把地面上的情况描绘到图纸上； （2）把图纸上设计的建筑物桩定到地面上； （3）为建筑物施工过程中和竣工后所产生的各种变化而进行的变形观测。 5）制图学：利用测量所得的资料，研究如何投影编绘成地图，以及地图制作的理论、工艺 技术和应用等方面的测绘科学。 3．测绘工作的作用
1）从横向看：在国民经济建设和管理的各个方面，如：工业与民用建设、公路、铁路、水利枢组、桥梁、隧道、厂矿企业等等都需用到测量工作。2）从纵向看：在经济建设的各个阶段，如：勘测、设计、施工、竣工及运营管理各个阶段都需用到测量工作。S1-2测量学的发展概况主要内容：国内外测绘科学的发展，现代测绘仪器电子化、数字化、小型化、高精度的发展给测绘工作带来了极大的方便，高效。1.中国古代测绘科学的发展夏朝的简单的测量工具；春秋时期记载的地图；战国时期的“司南（指南针）”；西汉初期的已出土的“地形图”及“驻军图”：发现大气折射现象、制图理论等等。2.国外测绘科学的发展17世纪初开始，望远镜应用于天象观测：三角测量方法、高斯最小二乘理论解决数据处理问题、投影学说、摄影测量等等。3．现代测绘科学的发展电磁波测距仪、自动安平水准仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站型速测仪（全站仪）陀螺经纬仪、激光经纬仪、人卫大地测量、GPS、全数字摄影测量。作业：1.测绘科学有哪些分类？本书主要介绍的是哪方面的知识？2.测绘工作在工程建设中有什么作用？-3-
- 3 - 1）从横向看：在国民经济建设和管理的各个方面，如：工业与民用建设、公路、铁路、水 利枢纽、桥梁、隧道、厂矿企业等等都需用到测量工作。 2）从纵向看：在经济建设的各个阶段，如：勘测、设计、施工、竣工及运营管理各个阶段 都需用到测量工作。 §1-2 测量学的发展概况 主要内容：国内外测绘科学的发展，现代测绘仪器电子化、数字化、小型化、高精度的发展 给测绘工作带来了极大的方便，高效。 1．中国古代测绘科学的发展 夏朝的简单的测量工具；春秋时期记载的地图；战国时期的“司南（指南针）”；西汉初 期的已出土的“地形图”及“驻军图”；发现大气折射现象、制图理论等等。 2．国外测绘科学的发展 17 世纪初开始，望远镜应用于天象观测；三角测量方法、高斯最小二乘理论解决数据 处理问题、投影学说、摄影测量等等。 3．现代测绘科学的发展 电磁波测距仪、自动安平水准仪、电子经纬仪、电子水准仪、全站型速测仪（全站仪）、 陀螺经纬仪、激光经纬仪、人卫大地测量、GPS、全数字摄影测量。 作业： 1．测绘科学有哪些分类？本书主要介绍的是哪方面的知识？ 2．测绘工作在工程建设中有什么作用？
第二章测量学的基本知识主要内容：本章主要介绍有关测量学的一些基本概念，如地球及其对地球的认识，测量坐标系统水平面和水准面的应用以及地形图的基本概念和测图的基本原理。82-1地球形状大小和测量坐标系的概念一、地球的形状和大小1．地球的形状和大小从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，其表面极不规则，不便于用数学公式来表达。地球高低起伏的形状：最高海拔8846.27m（我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰）：最低海拔11022m（太平洋西部的马里亚纳海沟），但地球的半径大约是6371000m。海洋面积：71%陆地面积：离心力29%0&0找P.2.关于大地体的几个基本概念点1）大地体、重力、水准面、铅垂打方向：大地体--把地球总的形状看作是被海水包围的球体，也就是设FG想有一个静止的海水面，向陆地延-伸而形成一个封闭的曲面。由于海-水有潮汐，时高时低，所以取其平1均的海水面作为地球形状和大小的标准，它所包围的形体称为大地体。重力-地球引力与离心力的G(b)合力。(a)水准面-.-静止而不流动的水图 2-1面（重力等位面），是一个处处与重力方向垂直的连续曲面。2）大地水准面：通过平均海水面并向陆地延伸所形成的闭合曲面。大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲稀球面面。重力方向：用细绳悬挂一个垂球G(图2一1(b)，D柳樂细绳即为悬挂点O的重力格粉方向，通常称它为垂线或茶辣#铅垂线方向。P3．关于椭球体的几个基本概念1大1）参考（旋转）椭球体、地参考椭球面：水大地体与一个以椭圆准的短轴为旋转轴的旋转椭面球的形状十分近似图2-2)2）参考椭球体的定位：确定椭球体与大地体之间的图 2-2相互关系并固定下来。方法：在适当的地点选择一点P，设想把椭球体和大地体相切，切点P位于P点的铅垂线- 4 -
- 4 - 第二章 测量学的基本知识 主要内容：本章主要介绍有关测量学的一些基本概念，如地球及其对地球的认识，测量坐标 系统；水平面和水准面的应用以及地形图的基本概念和测图的基本原理。 §2-1 地球形状大小和测量坐标系的概念 一、地球的形状和大小 1．地球的形状和大小 从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，其表面极不规则，不便于用数学公式来表达。 地球高低起伏的形状：最高海拔 8846.27m（我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰）；最低 海拔 11022m（太平洋西部的马里亚纳海沟），但地球的半径大约是 6371000 m。 海洋面积：71% 陆地面积： 29% 2．关于大地体的几个基本概念 1）大地体、重力、水准面、铅垂 方向： 大地体-把地球总的形状看 作是被海水包围的球体，也就是设 想有一个静止的海水面，向陆地延 伸而形成一个封闭的曲面。由于海 水有潮汐，时高时低，所以取其平 均的海水面作为地球形状和大小 的标准，它所包围的形体称为大地 体。 重力-地球引力与离心力的 合力。 水准面-静止而不流动的水 面（重力等位面），是一个处处与 重力方向垂直的连续曲面。 2）大地水准面：通过平均海水面并向陆地延伸所形成的闭合曲面。大地水准面实际上是一 个有微小起伏的不规则曲 面。 重力方向：用细绳悬 挂一个垂球 G(图 2—1(b))， 细绳即为悬挂点 O 的重力 方向，通常称它为垂线或 铅垂线方向。 3．关于椭球体的几个基本 概念 1）参考（旋转）椭球体、 参考椭球面： 大地体与一个以椭圆 的短轴为旋转轴的旋转椭 球的形状十分近似(图 2— 2) 2）参考椭球体的定位：确 定椭球体与大地体之间的 相互关系并固定下来。 方法：在适当的地点选择一点 P，设想把椭球体和大地体相切，切点 P′位于 P 点的铅垂线
方向上，这时，椭球面上P，的法线与该点对大地水准面的铅垂线相重合，并使椭球的短轴与地球自转轴平行。P—一大地原点。3）长半轴、短半轴、扁率：二、大地坐标系和高程1.点的空间位置的表示地面上的物体基本上都具N有空间形状，一个点在空间的位置，需要三个量来确定，通常用该点在基准面（参考椭球面）上的投影位置和该点铅投影方向平行翻P.AP到基准面（一般实用上是大地水准面）的距离来表示。2．椭球体的几个基本概念OABWF1）子午面、起始子午面、子午线（圈）：赤遵起！始千红2）赤道面、赤道、纬（平行）牛圈：s3）大地经度L：通过某点的子图 2-4午面与起始子午面的夹角称为该点的大地经度。4）大地纬度B：3.大地坐标（地理坐标)：4.经纬度的划分东经、西经：北纬、南纬：RB点的水准面5.绝对高程（海拨、高程）：某点沿铅垂任意水准面线方向到大地水准面的距离。A大地水准面6.相对高程：7.空间直角坐标系（地心坐标系）：坐标系的原点设在椭球的中心O，用相互垂直的x，y，z三个轴表示，x轴通过起始子午面，z轴为椭球旋转轴。三、平面直角坐标当研究小范围地面形状和大小时，可用平面代替球面，此时可采用平面直角坐标系统。图2-5平面直角坐标的表示方法：X轴：纵轴，表示南北方向。Y轴：横轴，表示东西方向。四、高斯-克吕格坐标的轴系1.问题的提出1）测区范围较小：可把地球表面的一部分当作平面看待，所测得地面点的位置或一系列点子所构成的图形，可直接用相似而缩小的方法描绘到平面上去。2）测区范围较大：不能把地球很大一块地表面当作平面看待，必须采用适当的投影方法来-5
- 5 - 方向上，这时，椭球面上 P′的法线与该点对大地水准面的铅垂线相重合，并使椭球的短轴 与地球自转轴平行。 P——大地原点。 3）长半轴、短半轴、扁率： 二、大地坐标系和高程 1．点的空间位置的表示 地面上的物体基本上都具 有空间形状，一个点在空间的位 置，需要三个量来确定，通常用 该点在基准面（参考椭球面）上 的投影位置和该点铅投影方向 到基准面（一般实用上是大地水 准面）的距离来表示。 2．椭球体的几个基本概念 1）子午面、起始子午面、子午 线（圈）： 2）赤道面、赤道、纬（平行） 圈： 3）大地经度 L：通过某点的子 午面与起始子午面的夹角称为 该点的大地经度。 4）大地纬度 B： 3．大地坐标（地理坐标）： 4．经纬度的划分 东经、西经： 北纬、南纬： 5．绝对高程（海拨、高程）：某点沿铅垂 线方向到大地水准面的距离。 6．相对高程： 7．空间直角坐标系（地心坐标系）：坐标 系的原点设在椭球的中心 O，用相互垂直 的 x，y，z 三个轴表示，x 轴通过起始子 午面，z 轴为椭球旋转轴。 三、平面直角坐标 当研究小范围地面形状和大小时，可 用平面代替球面，此时可采用平面直角坐 标系统。 平面直角坐标的表示方法： X 轴：纵轴，表示南北方向。 Y 轴：横轴，表示东西方向。 四、高斯-克吕格坐标的轴系 1．问题的提出 1）测区范围较小：可把地球表面的一部分当作平面看待，所测得地面点的位置或一系列点 子所构成的图形，可直接用相似而缩小的方法描绘到平面上去。 2）测区范围较大：不能把地球很大一块地表面当作平面看待，必须采用适当的投影方法来