1.4 地面点位的确定（课件）《工程测量基本技能》同步精品课堂（江苏凤凰教育出版社）

TEMPLATE 1.4 地面点位的确定 《工程测量基本技能》凤凰教育出版社 第一章测量基本知识 1 目录 教学目标 教学重难点 教学过程 课后作业 教学目标 掌握绝对高程、相对高程、高差的概念； 能力目标 了解地面点的表示方法； 了解地理坐标、平面直角坐标系，能指出它们之间的区别与联系； 知识目标 培养学生耐心细致、专注严谨和勤于思考的工作作风。 素质目标 教学重难点 了解地理坐标、平面直角坐标系，能指出它们之间的区别与联系 教学重点 掌握绝对高程、相对高程、高差的概念 教学难点 等高线地形图的绘制 测量工作的开展需通过确定地面点的空间位置来实现，空间是三维的，所以表示地面点在空间坐标系中的位置，至少需要三个维度参数。 知识引入 由于地面高低不平，所以一般采用地面点投影到参考椭球面上的位置和该点到大地水准面间的铅垂距离表示该点在地球上的位置。为此，测量上将空间坐标系分解为确定点的球面位置坐标系和高程系。 知识引入 Part1 确定点的球面位置坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 地理坐标系是用经纬度表示点在地球表面的位置。按坐标系所依据的基本线和基本面的不同以及求坐标的方法不同，地理坐标系又分为天文地理坐标系和大地地理坐标系两种。 (一)地理坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 1.天文地理坐标系 天文地理坐标系又称天文坐标系，表示地面点在大地水准面的位置，其基准是铅垂线和大地水准面，它用天文经度λ与天文纬度φ来表示点在球面的位置。 (一)地理坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 如图所示，包含地表任一点P的铅垂线，并与地球旋转轴NS平行的平面被称为该点的天文子午面，天文子午面与大地水准面的交线被称为天文子午线，也称经线。 (一)地理坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 1884年，在美国华盛顿召开的国际经度会议上，正式将经过格林尼治天文台的经线确定为0度经线，过该点(G点)的子午面也称首子午面。P点天文经度λ是指P点天文子午面与首子午面的夹角，从首子午面向东或向西计算，取值范围0°~180°,在首子午面以东为东经，以西为西经。同一子午线上各点的经度相同。 (一)地理坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 过P点垂直于地球旋转轴的平面，与大地水准面的交线被称为P点的纬线。过地球中心O的纬线被称为赤道，也称0度纬线。P点天文纬度φ是指P点铅垂线与赤道平面的夹角，自赤道起向南或向北计算，取值范围为0°~90°,赤道以南为南纬，以北纬为北纬。 (一)地理坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 大地地理坐标系又称大地坐标系，是表示地面点在参考椭球面的位置，其基准是法线和参考椭球面，它用大地经度L与大地纬度B表示。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 如图所示，P点经度L表示过P点的大地子午面NPS与首子午面的夹角∠Lp,P点的纬度B表示过P点的法线与赤道面的夹角∠Bp。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 大地经纬度是根据起始大地点(又称大地w原点，该点的大地经纬度与天文经纬度一致)的大地坐标，按大地测量所得的数据推算而得。 (二)平面直角坐标系 我国以陕西省泾阳县永乐镇大地原点为起算点，由此建立的大地坐标系，被称为“1980西安坐标系”简称“80西安系”。 互动 一、测量技术的任务 天文地理坐标系与大地地理坐标系之间 区别和联系? 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 平面直角坐标系有高斯平面直角坐标系和独立平面直角坐标系两种。 (二)平面直角坐标系 地图投影方法有多种，我国采用的是高斯-克吕格正形投影，简称高斯投影。 在较大范围区域内确定点的平面位置，一般采用高斯平面直角坐标系。 测量计算最好在平面上进行，但地球是一个不可展的曲面，应通过投影的方法将地球表面的点位转换到平面上。 利用高斯投影建立的平面直角坐标系称为高斯平面直角坐标系。 1.高斯平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 如图所示，高斯投影是一种横椭圆柱正形投影，设想用一个椭圆柱横套在地球参考椭球面的外侧，并与某一子午线相切，称该子午线为中央子午线，横椭圆柱的中心轴CC通过参考椭球中心O并与地轴NS垂直。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 将中央子午线东西各一定经差范围内的地区投影到横椭圆柱面上，再将该横椭圆柱面沿过南、北极点的母线展开，便构成了高斯平面坐标系。 (二)平面直角坐标系 互动 一、测量技术的任务 高斯投影是如何进行椭圆柱正形投影的? 测量数据在高斯平面直角坐标系 上呈现的结果，与实地情况有什么区别? 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 投影后的中央子午线和赤道均为直线并相互垂直，取两直线的交点为坐标原点O。以中央子午线的投影线为坐标纵轴(X轴),以向北为正； 赤道投影线为坐标横轴(Y轴),以向东为正。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 高斯投影是将地球按经线划分成若干带分带投影，带宽用投影带两边缘子午线的经度差表示，常用的带宽为6°、3°和1.5°,分别简称为6°、3°和1.5°带投影。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 (1)统一6°带投影 如图所示，从首子午线算起，每隔6°划分为一带，自西向东将地球划分为60个投影带，并用阿拉伯数字1～60依次表示。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 第一个6°带的中央子午线经度为3°,任意带中央子午线经度L与投影带号N间的关系为 已知地面任一点的经度L,要计算该点所在统一6°带带号的公式为 式中，Int为取整函数。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 (2)统一3°带 对于大比例尺测量，则采用3°带或1.5°带来限制投影误差。3°带与6°带的关系如图所示。3°带是以东经130′开始，第一带的中央子午线经度为3°。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 (2)统一3°带 统一3°带投影的中央子午线经度L与投影带号n之间的关系为 反之，已知地面任一点的经度L,要计算该点所在统一3°带带号的公式为 式中，Int为取整函数。 (二)平面直角坐标系 新知学习 我国领土所处的概略经度范围是东经73°27'～东经135°09',统一6°带投影与统一3°带投影的带号范围分别为13～23,25～45。可见，在我国领土范围内，统一6°带投影与统一3°带投影的带号不重复。 知识拓展 新知学习 我国位于北半球，x坐标值均为正值，而y坐标则有正有负。为了计算方便，避免横坐标(y坐标)出现负值，规定将纵轴向西平移500km,这样y坐标就恒为正值。 知识拓展 由于高斯投影每一个投影带的坐标都是对本带坐标原点的相对值，所以各带的坐标完全相同，为了区别某一坐标系统属于哪一带，在横坐标前加上带号组成横坐标的通用值，即通用值是由[带号]+500000+自然值。 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 2.独立平面直角坐标系 当测区范围较小时，可以把测区球面看作平面，在这个平面上建立测区平面直角坐标系，该坐标系被称为独立平面直角坐标系。 (二)平面直角坐标系 如图所示，在独立平面直角坐标系中，规定南北方向为纵坐标轴(X轴),X轴向北为正，向南为负；以东西向为横轴(Y轴),Y轴以向东为正，向西为负，坐标原点O一般选在测区的西南角，使测区内各点的x、y坐标值均为正值； 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 2.独立平面直角坐标系 当测区范围较小时，可以把测区球面看作平面，在这个平面上建立测区平面直角坐标系，该坐标系被称为独立平面直角坐标系。 (二)平面直角坐标系 坐标象限按顺时针方向编号，如图所示，其目的是便于将数学中的公式直接应用到测量计算中。 互动 一、测量技术的任务 独立平面坐标系坐标原点选择是 唯一的吗?为什么? 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 2.独立平面直角坐标系 在建筑工程测量中，为了计算和施工上的方便，使所采用的平面直角坐标系的坐标轴与建筑物主轴线重合、平行或垂直，此时建立起来的坐标系，因为是为建筑物施工而设立的，故称之为施工坐标系。施工坐标系与测量坐标系往往不一致，在计算测设数据时，需要进行坐标换算。 (二)平面直角坐标系 新知学习 一、确定点的球面位置坐标系 如图所示，设XOY为测量坐标系，AO'B为施工坐标系，(xo,yo)为施工坐标系原点O'在测量坐标系中的坐标，α为施工坐标系的纵轴A与测量坐标系X轴的夹角。若P点的施工坐标为(Ap,Bp),可按下式将其换算为测量坐标Xp和yp。 (二)平面直角坐标系 互动 一、测量技术的任务 施工坐标系又称建筑坐标系， 它的意义是什么?如何正确地设 置施工坐标系? Part2 地面点的高程 新知学习 二、地面点的高程 要表示地面点的空间位置除了应确定在投影面上的平面位置外，还应确定它沿铅垂线方向到基准面的距离。 1.绝对高程 地面点到大地水准面的铅垂距离，被称为该点的绝对高程，简称高程或海拔，用符号H表示，如图所示，地面点A、B的高程分别为HA、HB。 新知学习 二、地面点的高程 高程系的基准面是大地水准面，受潮汐、风浪等影响，它的高低是时刻变化的。 通常是在海边建立验潮站，经过长期观测，求得海水面的平均高度作为高程零点，以通过该点的大地水准面为高程的基准面。 01 目前，我国采用的“1985国家高程基准”,是以青岛大港一号码头验潮站1953～1979年验潮资料计算确定的黄海平均海水面作为绝对高程基准面。 03 我国在青岛大港一号码头设立验潮站，长期观测和记录黄海海水面的高低变化，取其平均值作为绝对高程的基准面。 02 在青岛观象山建立了国家水准原点，其高程为72.260m,至今全球尚无统一的基准面。 04 新知学习 二、地面点的高程 要表示地面点的空间位置除了应确定在投影面上的平面位置外，还应确定它沿铅垂线方向到基准面的距离。 2.相对高程 在局部地区，当使用绝对高程有困难时，无法与国家高程系统联测，可假定一个水准面作为高程的起算基准面，地面点到假定水准面的铅垂距离，被称为相对高程，用符号H′表示。如图,A、B点的相对高程表示为HA′、HB′。 新知学习 二、地面点的高程 要表示地面点的空间位置除了应确定在投影面上的平面位置外，还应确定它沿铅垂线方向到基准面的距离。 3.高差 地面上两点的高程差被称为两点间的高差，用符号h表示，高差有正有负。 例如A、B两点的高程分别为HA、HB,则高差hAB为 hAB=HB-HA 当hAB为正时，说明B点高于A点，当hAB为负时说明B点低于A点，当hAB为零时说明两点在同一水准面上(高程值相等)。 新知学习 1.1954年北京坐标系 中华人民共和国成立以后，我国大地测量进入了全面发展时期，在全国范围内开展了正规的、全面的大地测量和测图工作，迫切地需要建立一个参心大地坐标系。 我国常用坐标系统和高程系统简介 我国采用了苏联的克拉索夫斯基椭球参数，并与苏联1942年坐标系进行联测，通过计算建立了我国大地坐标系，定名为1954年北京坐标系。因此，1954年北京坐标系可以认为是苏联1942年坐标系的延伸，它的原点不在北京而是在苏联的普尔科沃。1954北京坐标系，属参心坐标系，长半轴a=6378245m,扁率f=1/298.3。 新知学习 2.1980年西安坐标系 1978年4月在西安召开全国天文大地网平差会议，确定重新定位，建立我国新的坐标系。1980年国家大地坐标系采用地球椭球基本参数为1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会推荐的数据，即IAG75地球椭球体。 我国常用坐标系统和高程系统简介 该坐标系的大地原点设在我国中部的陕西省泾阳县永乐镇，位于西安市西北方向约60千米，故称1980年西安坐标系，又简称西安大地原点。基准面采用青岛大港验潮站1952—1979年确定的黄海平均海水面(即1985国家高程基准)。1980西安坐标系，属参心坐标系，长半轴a=6378140m,扁率f=1/298.257。 新知学习 3.WGS-84坐标系 WGS-84坐标系(WorldGeodeticSystem)是一种国际上采用的地心坐标系，是美国国防部为了研制GPS全球定位系统于1994年建立的。 我国常用坐标系统和高程系统简介 坐标原点为地球质心，其地心空间直角坐标系的Z轴指向国际时间局(BIH)1984.0定义的协议地极(CTP)方向，X轴指向BIH1984.0的协议子午面和CTP赤道的交点，Y轴与Z轴、X轴垂直构成右手坐标系，被称为1984年世界大地坐标系。这是一个国际协议地球参考系统(ITRS),是目前国际上统一采用的大地坐标系，GPS广播星历就是以WGS-84坐标系为根据的。WGS-84坐标系，长半轴a=6378137.000m,扁率f=1/298.257223563。 新知学习 4.2000国家大地坐标系 我国常用坐标系统和高程系统简介 2008年7月1日，我国启用2000国家大地坐标系，缩写为CGCS2000。2000国家大地坐标系是全球地心坐标系在我国的具体体现，其原点为包括海洋和大气的整个地球的质量。2000国家大地坐标系，长半轴a=6378137m,扁率f=1/298.257222101。 新知学习 5.高程系统 1956年黄海高程系，我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，这是中国第一个国家高程系统。 我国常用坐标系统和高程系统简介 它是根据青岛验潮站1950年到1956年的黄海验潮资料，求出该站验潮井里横按铜丝的高度为3.61m,所以就确定这个钢丝以下3.61m处为黄海平均海水面。从这个平均海水面起，于1956年推算出青岛水准原点的高程为72.289m。 新知学习 5.高程系统 1956年黄海高程系，我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，这是中国第一个国家高程系统。 我国常用坐标系统和高程系统简介 1985国家高程基准，国家85高程基准其实也是黄海高程基准，以青岛验潮站1952年—1979年的潮汐观测资料为计算依据，并用精密水准测量联测位于青岛的中华人民共和国水准原点，得出1985年国家高程基准高程，为了与老的“1956年黄海高程系统”相区别，新的叫“1985国家高程基准”,新的比旧的低0.029m。 新知学习 5.高程系统 1956年黄海高程系，我国于1956年规定以黄海(青岛)的多年平均海平面作为统一基面，这是中国第一个国家高程系统。 我国常用坐标系统和高程系统简介 1985年国家高程基准已于1987年5月开始启用，1956年黄海高程系同时废止。 历史上不同时期，我国还采用过吴淞高程系统和珠江高程系统，各高程系统(基准)之间的关系： 56黄海高程基准：+0.000 85高程基准=56高程基准一0.029 吴淞高程系统=56高程基准+1.688 珠江高程系统=56高程基准一0.586 课后总结 确定点球面位置的坐标系有地理坐标系和平面直角坐标系两类。 要表示地面点的空间位置除了应确定在投影面上的平面位置外，还应确定它沿铅垂线方向到基准面的距离。 确定点的球面位置坐标系 地面点的高程 我国“1980西安坐标系”的大地原点位于哪个省份？ A.山西省 B.陕西省 C.河南省 D.甘肃省 随堂练习 答案：B.陕西省 解析：我国“1980西安坐标系”的大地原点设在陕西省泾阳县永乐镇，因此得名“西安坐标系”。 大地地理坐标系中，表示地面点在参考椭球面上位置的两个参数是： A.经度和纬度 B.高程和方位角 C.大地经度L和大地纬度B D.天文经度和天文纬度 随堂练习 答案：C.大地经度L和大地纬度B 解析：大地坐标系用大地经度L和大地纬度B表示点在参考椭球面上的位置，区别于天文经纬度。 大地坐标系的基准线和基准面分别是： A.铅垂线和大地水准面 B.法线和参考椭球面 C.水平线和地球表面 D.切线和水准面 随堂练习 答案：B.法线和参考椭球面 解析：大地坐标系以法线为基准线，参考椭球面为基准面，区别于以铅垂线和大地水准面为基准的天文坐标系。 将地球表面的点位转换到平面上，我国采用的主要地图投影方法是： A.墨卡托投影 B.兰勃特投影 C.高斯-克吕格正形投影 D.等积圆锥投影 随堂练习 答案：C.高斯-克吕格正形投影 解析：我国采用高斯-克吕格正形投影（简称高斯投影）建立平面直角坐标系，适用于大区域测量。 高斯投影属于哪种类型的投影？ A.等距投影 B.等积投影 C.正形投影（等角投影） D.任意投影 随堂练习 答案：C.正形投影（等角投影） 解析：高斯投影是一种正形投影，即保持角度不变，适用于地形图和工程测量。 地面点在地球上的位置通常由哪两个要素表示？ A.经纬度和高程 B.投影平面坐标和高程 C.球面位置和铅垂距离 D.水平角和竖直角 随堂练习 答案：C.球面位置和铅垂距离 解析：地面点位置由其**在参考椭球面上的投影位置（球面位置）和到大地水准面的铅垂距离（高程）共同确定。 天文地理坐标系与大地地理坐标系的主要区别在于： A.是否使用经纬度 B.是否考虑地球自转 C.基准线和基准面不同 D.是否用于导航 随堂练习 答案：C.基准线和基准面不同 解析：天文坐标系以铅垂线和大地水准面为基准，大地坐标系以法线和参考椭球面为基准。 测量工作中，将空间坐标系分解为哪两个子系统？ A.水平坐标系和垂直坐标系 B.地理坐标系和高程系 C.球面位置坐标系和高程系 D.直角坐标系和极坐标系 随堂练习 答案：C.球面位置坐标系和高程系 解析：为便于表示地面点位置，测量上将空间坐标系分解为球面位置坐标系（如经纬度）和高程系（铅垂距离）。 课后练习 简答题： 1.简述高斯平面直角坐标系。 2.简述大地地理坐标系。 3.简述天文地理坐标系。 感谢观看 Lavf57.71.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $