- 什么是测量学？为什么要学测量学？
测绘学的定义和研究内容
- 定义：“测”——测自然形态，人工设施的几何分布，“绘”——绘图，用四个字——定位、绘图
- 测绘学科：一级学科
- 二级学科：
- 大地测量学与测量工程（研究和确定地球形状，地球表面点的几何位置）
- 摄影测量和遥感学（利用电磁波传感器获取影像数据）
- 地图学（将地图表面千变万化的自然形态反映在地图上）
- 工程测量学（对特殊的大型的工程进行的测量工作：长江大桥、鸟巢）
- 海洋测绘学（需要在海洋中进行测绘，测绘环境有很大的区别，需要使用超声波等等）
测绘学的发展
- 与人的发展紧密相关
| 时间 | 事件 |
|---|---|
| 4000 年前，中国 | 夏禹治水 |
| 九章算术 | 测量 |
| 4000 年前，古埃及巴比伦 | 陶片地图 |
| 公元前 2 世纪 | 地图 |
| 指南针、浑天仪 | |
| 17 世纪 | 望远镜 |
| 19 世纪 | 航空摄影测量学 |
| …… | …… |
3S 技术
- GNSS（全球导航卫星系统）——北斗
- RS（遥感）——军事侦察能力
- GIS（地理信息系统）——以地理信息（空间位置分布、地理坐标有关系的）为基础的信息系统
- 80%的信息都与地理信息有关
地球空间信息学（GEOMATICS）
- 对所研究的物体，包括地球的整体及其表面和外层空间的各种自然和人造实体，利用接触或非接触式测量仪器，传感器极其组合系统，对这些实体进行信息的采集，量测，存储，管理，更新，分析，显示，分发和利用的一门科学和技术。
- 这是一门高新技术，也是一门信息技术，也是一个基础科学，支持地学的相关研究的基础
测绘仪器与相关科学的发展推动了测绘学的发展
- 地面人工测量——利用光学仪器
- 等等
主要表现在
研究对象从地球表面到外层空间
观察方式中静态观测变为动态观测
数据处理从事后处理到实时处理
观测手段从手工操作到自动化
测量成果从纸质地形图到数字地图
测量学在国防和国民经济建设的作用
- 国防建设：军用地图、目标定位、导弹、侦察卫星定轨等
- 科学研究：地球板块运动监测、地震预报与预测、科学考察、大气含量监测（研究天气）
- 国民经济建设：工程建设、结构物安全性监测、智能交通、数字城市
举例：珠峰测量
- 珠峰到底多高？
- 仪器：经纬仪、水准仪、测距仪、GPS 接收机、雷达测量仪程
- 本学期要学会画上面两幅图、下面的图是由上面缩绘而成的
课程内容
- 普通测量学：在小地区进行测绘工作的基本理论、工作方法及其在土木工程的应用
- 主要内容：地形图测绘、施工放样（测设），变形监测
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《测量学》在土木工程的应用
- 勘测设计阶段：地形图。供规划、选址、设计
- 施工阶段：施工放样、变形监测
- 竣工阶段：竣工测量→竣工图→为扩建、改建、修建提供依据
- 运营阶段：变形监测、安全性监测
以鸟巢为例
- 选址：北京的中轴线，拿着中小比例尺地形图来进行选择，此后实地勘探。
- 施工：需要把其余东西清理掉，去房子、去果树，赔钱，拆迁补偿
- 场地平整：工程量？通过地形图的等高线——土方，挖基坑，施工放样，测量预制构件安装位置，对周围建筑是否有影响？
- 竣工了：更新地形图，竣工图是我们建筑的法定界限
- 运营：使用建筑物过程中，鸟巢会发生变形——保证安全使用
测量学的主要内容
- 核心：点的位置及其相互关系
- 如何表示？——建立坐标系统！
- 如何测量点的位置及其相互关系？——左侧部分
- 如何使用？——右下部分
测量学基础知识
地球的形状和大小
地球
- 由于地球的自转和公转，地球是南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为 6371km 的椭球
- 地球的自然表面并不光滑，形状十分复杂，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，如：珠峰+8844m, 马里亚纳海沟-11022m, 但这样的高低变化与地球半径 6371km 相比只有 1/300,变化是微小的。
- 海洋面积约占 71%，陆地面积约占 29%
- 重力: 地球上质点所受万有引力与离心力的合力
- 铅垂线: 重力线. 不一定过地心
- 铅垂方向: 重力方向。不一定指向地心
水准面：
- 假想静止不动的水面延伸穿过陆地。包围整个地球，形成的封闭曲面称为水准面
- 有无穷多个，但各水平面之间是不平行的
- 是不规则的闭合曲面
大地水准面
- 与平均海平面相吻合的水准面称为大地水准面
- 唯一的
- 测量工作的基准面，但是微小起伏多、不规则、很难用数学方程表示
- 测量外业工作的基准面
参考椭球面
通常选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面，它由椭圆 NESW 绕其短轴 NS 旋转而成的旋转椭球，称参考椭球，其表面称参考椭球面。要求：
总质量=地球质量，中心与质心重合， 短轴与旋转轴重合。
旋转角速度与地球自转速度相等。
表面与大地水准面拟合最好。
表示椭球的参数
长半轴$a$、短半轴$b$、扁率$f$、第一偏心率$e$、第二偏心率$e’$
测量计算的基准面
球面
- 在测量工作范围不大时。或地球扁率的影响可以忽略时，可将地球看作圆球体，半径取 6371km
平面
- 在测量工作范围不大时，可以用平面代替大地水准面
参考椭球
- 可以测定的！（弧度测量、三角测量、天文测量……）过去由于受到技术条件限制，只能用个别国家或局部地区的大地测量资料推求椭球体元素，因此有局限性。只能作为地球形状和大小的参考。故称为参考椭球。
- 如何定向与定位？
- 使椭球体与大地体间达到最好扣合，这一工作称为椭球定位。常用的方法有：单点定位、多点定位。
- 单点定位常不准——需要多点定位
- 重力数据不公开——否则——制导
测量中常用的坐标系统
- 天文坐标系（地理坐标系）
- 通过天文测量的方法测定地面点的位置（天文经纬度）
- 不要求掌握
- 通过天文测量方法测定地面点的位置（天文经纬度）
- 以大地水准面为基准面,以铅垂线为基准线
- 特点:天文测量受环境条件限制，定位速度慢，定位精度不高(测角精度 0.5″，相当于 10m 的精度)。天文坐标之间推算困难，所以在工程测量中使用较少
- 大地坐标系
- 通过大地测量方法测定地面点的位置（大地经纬度）
- 以参考椭球面为基准面,以参考椭球面的法线为基准线.
- 特点:大地测量较天文测量速度快，定位精度高(可达 mm 级）。坐标推算简单，所以在工程测量中广为使用。
- 天文坐标系与大地坐标系的关系
- 天文坐标系常用于天文大地网或独立工程控制网的定向。
- 铅垂线与法线的差别：垂线偏差
我国目前常用坐标系（大地坐标系）
1954 北京坐标系：通过与前苏联 1942 年普尔科沃坐标系联测，经我国东北传算过来，其大地原点位于前苏联列宁格勒天文台中央（与苏联水平面结合好，但是与我国的东南沿海相符较差）
1980 西安坐标系：我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-大地原点建立的大地坐标系，
2000 国家大地坐标系统(CGCS2000): 我国新一代的坐标系
WGS-84 坐标系：美国 GPS 系统所采用的坐标系
上述坐标系不同之处主要在于：原点、坐标轴指向、椭球参数等
参心坐标系和地心坐标系
- 根据参考椭球的不同，坐标系分为参心坐标系和地心坐标系
- “参心”意指参考椭球的中心，由于参考椭球的中心一般不与地球质心重合，所以它属于非地心坐标系，我国的 54 坐标系和 80 坐标系都是参心坐标系
- “地心”意指地球的质心， CGCS2000 和 WGS-84 属于地心坐标系
- 利用卫星测量——得到全球的数据——所以获得了整个地球的数据——地球坐标系
- 普通测量中通常使用参心坐标系，可以将地心坐标系转换为参心坐标系
- 大地测量原点（主点）还有四个副点
