大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)

前言

測(cè)繪基準(zhǔn)和測(cè)繪系統(tǒng)是測(cè)繪學(xué)科的基礎(chǔ)性問(wèn)題，在測(cè)繪工程中具有十分重要的地位和作用。測(cè)繪基準(zhǔn)是指進(jìn)行測(cè)繪工作的各類起算面、起算點(diǎn)及其相關(guān)的參數(shù)，包括大地基準(zhǔn)（即坐標(biāo)基準(zhǔn)）、高程基準(zhǔn)、深度基準(zhǔn)、重力基準(zhǔn)等，它們是國(guó)家測(cè)繪工作的起算依據(jù)，是建立各個(gè)測(cè)繪系統(tǒng)的基礎(chǔ)；測(cè)繪系統(tǒng)是指通過(guò)布設(shè)全國(guó)范圍的各類大地控制網(wǎng)而實(shí)現(xiàn)的各類基準(zhǔn)的延伸，包括大地坐標(biāo)系統(tǒng)、平面坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、地心坐標(biāo)系統(tǒng)和重力測(cè)量系統(tǒng)等，它們是各類測(cè)繪成果的依據(jù)。測(cè)繪基準(zhǔn)和測(cè)繪系統(tǒng)的設(shè)立、使用是否科學(xué)、完善，直接關(guān)系到國(guó)家測(cè)繪成果的精確度和實(shí)用性，我國(guó)1959年發(fā)布的《中華人民共和國(guó)大地測(cè)量法式》和1992年發(fā)布的《中華人民共和國(guó)測(cè)繪法》，都明確規(guī)定了我國(guó)統(tǒng)一的測(cè)繪基準(zhǔn)和測(cè)繪系統(tǒng)的法律地位和技術(shù)原則。作為測(cè)繪工程各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本書以測(cè)繪基準(zhǔn)和測(cè)繪系統(tǒng)為主線，以后續(xù)專業(yè)課程的需要和工程實(shí)際應(yīng)用為主導(dǎo)，結(jié)合大地測(cè)量學(xué)科的當(dāng)前進(jìn)展，在我院幾代人的教學(xué)實(shí)踐和編著者多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上編寫完成。其中，第一章介紹了大地測(cè)量學(xué)的任務(wù)、作用和發(fā)展簡(jiǎn)史；第二章概括介紹了各類大地測(cè)量技術(shù)和方法，第三、四、五、六、七章詳細(xì)討論了測(cè)繪基準(zhǔn)與大地控制網(wǎng)、大地水準(zhǔn)面與高程系統(tǒng)、參考橢球面與大地坐標(biāo)系、高斯投影與高斯平面直角坐標(biāo)系以及大地坐標(biāo)系的建立等問(wèn)題。本書是理解和掌握測(cè)繪學(xué)科各專業(yè)課程的基礎(chǔ)教材。在本書的編寫過(guò)程中，我們首先重視教材新體系的構(gòu)筑，力求避免原有多門課程知識(shí)的簡(jiǎn)單拼湊，按照21世紀(jì)人才培養(yǎng)對(duì)大地測(cè)量學(xué)基本知識(shí)的要求，針對(duì)大學(xué)本科生的已有知識(shí)基礎(chǔ)，明確教材主旨，合理選取教材內(nèi)容，貫徹“少而精”的方針。本書并不完全遵循已有的專業(yè)課程體系，也不受限于以往的課程設(shè)置范式。大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)教材與適當(dāng)介紹學(xué)術(shù)熱點(diǎn)、學(xué)術(shù)前沿之間似乎存在一定的矛盾，但恰好可以成為激勵(lì)學(xué)生熱情并融科學(xué)性、趣味性于一爐的畫龍點(diǎn)睛之處。因此，本書在重視教材內(nèi)容的經(jīng)典性和完整性的同時(shí)，也酌情安排了一些關(guān)于學(xué)科新進(jìn)展的窗口，以利于開拓學(xué)生的視野和思路，并作為測(cè)繪工程后續(xù)專業(yè)課程的接口。本書第一、四、五、七章由呂志平編寫，第二、三、六章由喬書波編寫，全書由呂志平統(tǒng)稿，書中插圖由喬書波組織繪制。張建軍教授、柴洪洲教授審閱了全書。在本書完稿之際，要特別感謝我院朱華統(tǒng)教授、熊介教授、黃繼文教授、徐正揚(yáng)教授等前輩在課程建設(shè)方面長(zhǎng)期不懈的努力，他們雖未直接參與本書的編寫，但他們?yōu)槲覀兞粝碌呢S富教學(xué)成果和形成的我院富有特色的課程教學(xué)體系是本書得以順利完成的前提。感謝教研室張建軍、柴洪洲兩任主任對(duì)課程建設(shè)的領(lǐng)導(dǎo)和支持。感謝課程組其他成員的努力和協(xié)作，他們是：劉長(zhǎng)建、馬高峰、趙冬青、李健、張西光等，課程建設(shè)成果是集體智慧的結(jié)晶。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)而全面地討論了測(cè)繪基準(zhǔn)與大地控制網(wǎng)、大地水準(zhǔn)面與高程系統(tǒng)、參考橢球面與大地坐標(biāo)系、高斯投影與高斯平面坐標(biāo)系、大地坐標(biāo)系的建立等測(cè)繪學(xué)的基本問(wèn)題，介紹了與之相關(guān)的各類大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)。    本書可作為高等院校測(cè)繪類各專業(yè)本科生的通用教材，對(duì)于從事與測(cè)繪工程有關(guān)的技術(shù)人員也是一本值得推薦的基礎(chǔ)性參考書。

書籍目錄

第一章 緒論  §1-1 大地測(cè)量學(xué)的任務(wù)與學(xué)科分類  §1-2 大地測(cè)量的作用  §1-3 大地測(cè)量學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史與趨勢(shì)第二章 大地測(cè)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述  §2-1 地面邊角測(cè)量  §2-2 高程測(cè)量  §2-3 空間大地測(cè)量  §2-4 重力測(cè)量第三章 測(cè)繪基準(zhǔn)與大地控制網(wǎng)  §3-1 水平坐標(biāo)基準(zhǔn)與水平控制網(wǎng)  §3-2 高程基準(zhǔn)與高程控制網(wǎng)  §3-3 三維坐標(biāo)基準(zhǔn)與衛(wèi)星大地控制網(wǎng)第四章 大地水準(zhǔn)面與高程系統(tǒng)  §4-1 地球重力位與大地水準(zhǔn)面  §4-2 地球橢球與正常橢球  §4-3 高程系統(tǒng)  §4-4 不同高程系統(tǒng)間的關(guān)系及轉(zhuǎn)換第五章 參考橢球面與大地坐標(biāo)系  §5-1 球面三角學(xué)的基本知識(shí)  §5-2 參考橢球  §5-3 大地坐標(biāo)系與大地空間直角坐標(biāo)系的關(guān)系  §5-4 法截線與大地線  §5-5 地面邊角觀測(cè)元素歸算至橢球面  §5-6 大地坐標(biāo)系與大地極坐標(biāo)系的關(guān)系第六章 高斯投影與高斯平面直角坐標(biāo)系  §6-1 投影概述  §6-2 橢球面到平面的正形投影  §6-3 高斯投影  §6-4 高斯投影正反算與鄰帶換算  §6-5 大地控制網(wǎng)元素歸算至高斯平面第七章 大地坐標(biāo)系的建立  §7-1 大地坐標(biāo)系中的歐勒角  §7-2 不同大地坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換  §7-3 橢球定位的經(jīng)典方法  §7 4 協(xié)議地球參考系  §7-5 我國(guó)的大地坐標(biāo)系參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：因此，測(cè)繪地形圖首先要布設(shè)一定密度的大地控制點(diǎn)。傳統(tǒng)大地測(cè)量作業(yè)效率低、周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、投資高，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)各類中、大比例尺地圖的需求迅速增長(zhǎng)，要求有快速精密定位和快速測(cè)圖技術(shù)的保障?，F(xiàn)在全球定位系統(tǒng)（GPs）定位能以5～10min的時(shí)間（傳統(tǒng)方法需要幾小時(shí)到幾天）和厘米級(jí)精度測(cè)定一個(gè)點(diǎn)位；GPS用于航空攝影和地面自動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)，可以解決快速大比例尺成圖問(wèn)題。在工程建設(shè)中，大地測(cè)量的重要作用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）在工程設(shè)計(jì)階段建立用于測(cè)繪大比例尺地形圖的測(cè)圖控制網(wǎng)。設(shè)計(jì)人員是在大比例尺地形圖上進(jìn)行建筑物設(shè)計(jì)或區(qū)域規(guī)劃的，大地測(cè)量的任務(wù)是布設(shè)作為圖根控制依據(jù)的測(cè)圖控制網(wǎng)。（2）在工程施工階段建立施工控制網(wǎng)。施工測(cè)量的主要任務(wù)是將圖紙上設(shè)計(jì)的建筑物放樣到實(shí)地，并使各建筑物按照設(shè)計(jì)的位置修建。對(duì)于不同的工程，施工測(cè)量的具體任務(wù)是不同的。例如，隧道施工測(cè)量的主要任務(wù)是保證對(duì)向開挖的隧道能按照規(guī)定的精度貫通。放樣過(guò)程中，儀器所安置的方向、距離都是依據(jù)控制網(wǎng)計(jì)算出來(lái)的，因而在施工放樣前，需建立具有必要精度的施工控制網(wǎng)。（3）在工程竣工后的運(yùn)營(yíng)階段建立以監(jiān)測(cè)建筑物變形為目的的變形觀測(cè)專用控制網(wǎng)。由于在工程施工階段改變了地面的原有狀態(tài)，加之建筑物本身的重量將會(huì)引起地基及其周圍地層的不均勻變化（變性）。此外，建筑物本身及其基礎(chǔ)，也會(huì)由于地基的變化而產(chǎn)生變形。這種變形，如果超過(guò)了某一限度，就會(huì)影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重的還會(huì)危及建筑物的安全。在一些大城市（如我國(guó)的上海、天津），由于地下水的過(guò)量開采，會(huì)引起市區(qū)大范圍的地面沉降，從而造成危害。因此，在竣工后的運(yùn)營(yíng)階段，需對(duì)這種有懷疑的建筑物或市區(qū)進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，為此需布設(shè)高精度的變形觀測(cè)控制網(wǎng)。在交通運(yùn)輸方面，大地測(cè)量與定位技術(shù)為提高交通效率、減少交通事故提供了重要保障。在古代，中國(guó)發(fā)明的指南針、古代天文學(xué)家創(chuàng)造的天文導(dǎo)航方法開創(chuàng)了人類航運(yùn)史，導(dǎo)致了美洲新大陸的發(fā)現(xiàn)；絲綢之路帶來(lái)了唐代歐亞貿(mào)易，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)繁榮。古老的大地定位技術(shù)推動(dòng)了人類社會(huì)文明的發(fā)展。交通運(yùn)輸對(duì)定位信息的需求量、種類、質(zhì)量和實(shí)時(shí)性要求的程度取決于社會(huì)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的水平。古代交通工具的導(dǎo)航定位水平是幾公里到幾十公里，而今天的海運(yùn)和空運(yùn)導(dǎo)航定位水平是幾米到幾十米?，F(xiàn)在GPS導(dǎo)航裝置能提供分米級(jí)甚至厘米級(jí)精度的實(shí)時(shí)導(dǎo)航，這對(duì)起降頻繁的大型機(jī)場(chǎng)來(lái)說(shuō)十分重要。目前我國(guó)公路汽車流量猛增，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年我國(guó)公路交通事故的原因大都與駕駛員不能實(shí)時(shí)確定車位和車距以及缺乏超過(guò)障礙的快速反應(yīng)能力有關(guān)。目前，GPS汽車自動(dòng)定位顯示和反應(yīng)系統(tǒng)可望普及，這一導(dǎo)航設(shè)備將可有效地控制汽車交通事故的發(fā)生。內(nèi)河航運(yùn)在狹窄的航道和港區(qū)避免撞船事故也需要這類裝置。高效高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位能力，為大幅度減少交通事故，提高交通運(yùn)輸效率提供了重要保障。二、大地測(cè)量在空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)中的作用航天器（衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機(jī)和行星際宇宙探測(cè)器等）的發(fā)射、制導(dǎo)、跟蹤、遙控以至返回都需要兩類基本的大地測(cè)量保障：一是精密的大地坐標(biāo)系以及地面點(diǎn)（如發(fā)射點(diǎn)和跟蹤站）在該坐標(biāo)系中的精確點(diǎn)位；二是精密的全球重力場(chǎng)模型和地面點(diǎn)的準(zhǔn)確重力場(chǎng)參數(shù)（重力加速度、垂線偏差等）。

編輯推薦

《大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)》由測(cè)繪科技專著出版基金資助。

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