大地測量學(xué)基礎(chǔ)

前言

測繪基準和測繪系統(tǒng)是測繪學(xué)科的基礎(chǔ)性問題，在測繪工程中具有十分重要的地位和作用。測繪基準是指進行測繪工作的各類起算面、起算點及其相關(guān)的參數(shù)，包括大地基準（即坐標基準）、高程基準、深度基準、重力基準等，它們是國家測繪工作的起算依據(jù)，是建立各個測繪系統(tǒng)的基礎(chǔ)；測繪系統(tǒng)是指通過布設(shè)全國范圍的各類大地控制網(wǎng)而實現(xiàn)的各類基準的延伸，包括大地坐標系統(tǒng)、平面坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)、地心坐標系統(tǒng)和重力測量系統(tǒng)等，它們是各類測繪成果的依據(jù)。測繪基準和測繪系統(tǒng)的設(shè)立、使用是否科學(xué)、完善，直接關(guān)系到國家測繪成果的精確度和實用性，我國1959年發(fā)布的《中華人民共和國大地測量法式》和1992年發(fā)布的《中華人民共和國測繪法》，都明確規(guī)定了我國統(tǒng)一的測繪基準和測繪系統(tǒng)的法律地位和技術(shù)原則。作為測繪工程各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本書以測繪基準和測繪系統(tǒng)為主線，以后續(xù)專業(yè)課程的需要和工程實際應(yīng)用為主導(dǎo)，結(jié)合大地測量學(xué)科的當前進展，在我院幾代人的教學(xué)實踐和編著者多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編寫完成。其中，第一章介紹了大地測量學(xué)的任務(wù)、作用和發(fā)展簡史；第二章概括介紹了各類大地測量技術(shù)和方法，第三、四、五、六、七章詳細討論了測繪基準與大地控制網(wǎng)、大地水準面與高程系統(tǒng)、參考橢球面與大地坐標系、高斯投影與高斯平面直角坐標系以及大地坐標系的建立等問題。本書是理解和掌握測繪學(xué)科各專業(yè)課程的基礎(chǔ)教材。在本書的編寫過程中，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的簡單拼湊，按照21世紀人才培養(yǎng)對大地測量學(xué)基本知識的要求，針對大學(xué)本科生的已有知識基礎(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)教材與適當介紹學(xué)術(shù)熱點、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學(xué)生熱情并融科學(xué)性、趣味性于一爐的畫龍點睛之處。因此，本書在重視教材內(nèi)容的經(jīng)典性和完整性的同時，也酌情安排了一些關(guān)于學(xué)科新進展的窗口，以利于開拓學(xué)生的視野和思路，并作為測繪工程后續(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、徐正揚教授等前輩在課程建設(shè)方面長期不懈的努力，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)而全面地討論了測繪基準與大地控制網(wǎng)、大地水準面與高程系統(tǒng)、參考橢球面與大地坐標系、高斯投影與高斯平面坐標系、大地坐標系的建立等測繪學(xué)的基本問題，介紹了與之相關(guān)的各類大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)。    本書可作為高等院校測繪類各專業(yè)本科生的通用教材，對于從事與測繪工程有關(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 大地測量學(xué)的任務(wù)與學(xué)科分類  §1-2 大地測量的作用  §1-3 大地測量學(xué)的發(fā)展簡史與趨勢第二章 大地測量數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述  §2-1 地面邊角測量  §2-2 高程測量  §2-3 空間大地測量  §2-4 重力測量第三章 測繪基準與大地控制網(wǎng)  §3-1 水平坐標基準與水平控制網(wǎng)  §3-2 高程基準與高程控制網(wǎng)  §3-3 三維坐標基準與衛(wèi)星大地控制網(wǎng)第四章 大地水準面與高程系統(tǒng)  §4-1 地球重力位與大地水準面  §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系  §5-1 球面三角學(xué)的基本知識  §5-2 參考橢球  §5-3 大地坐標系與大地空間直角坐標系的關(guān)系  §5-4 法截線與大地線  §5-5 地面邊角觀測元素歸算至橢球面  §5-6 大地坐標系與大地極坐標系的關(guān)系第六章 高斯投影與高斯平面直角坐標系  §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 大地坐標系的建立  §7-1 大地坐標系中的歐勒角  §7-2 不同大地坐標系的轉(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 我國的大地坐標系參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：因此，測繪地形圖首先要布設(shè)一定密度的大地控制點。傳統(tǒng)大地測量作業(yè)效率低、周期長、勞動強度大、投資高，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對各類中、大比例尺地圖的需求迅速增長，要求有快速精密定位和快速測圖技術(shù)的保障。現(xiàn)在全球定位系統(tǒng)（GPs）定位能以5～10min的時間（傳統(tǒng)方法需要幾小時到幾天）和厘米級精度測定一個點位；GPS用于航空攝影和地面自動測圖系統(tǒng)，可以解決快速大比例尺成圖問題。在工程建設(shè)中，大地測量的重要作用主要體現(xiàn)在以下方面：（1）在工程設(shè)計階段建立用于測繪大比例尺地形圖的測圖控制網(wǎng)。設(shè)計人員是在大比例尺地形圖上進行建筑物設(shè)計或區(qū)域規(guī)劃的，大地測量的任務(wù)是布設(shè)作為圖根控制依據(jù)的測圖控制網(wǎng)。（2）在工程施工階段建立施工控制網(wǎng)。施工測量的主要任務(wù)是將圖紙上設(shè)計的建筑物放樣到實地，并使各建筑物按照設(shè)計的位置修建。對于不同的工程，施工測量的具體任務(wù)是不同的。例如，隧道施工測量的主要任務(wù)是保證對向開挖的隧道能按照規(guī)定的精度貫通。放樣過程中，儀器所安置的方向、距離都是依據(jù)控制網(wǎng)計算出來的，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）在工程竣工后的運營階段建立以監(jiān)測建筑物變形為目的的變形觀測專用控制網(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)，也會由于地基的變化而產(chǎn)生變形。這種變形，如果超過了某一限度，就會影響建筑物的正常使用，嚴重的還會危及建筑物的安全。在一些大城市（如我國的上海、天津），由于地下水的過量開采，會引起市區(qū)大范圍的地面沉降，從而造成危害。因此，在竣工后的運營階段，需對這種有懷疑的建筑物或市區(qū)進行變形監(jiān)測，為此需布設(shè)高精度的變形觀測控制網(wǎng)。在交通運輸方面，大地測量與定位技術(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)了人類航運史，導(dǎo)致了美洲新大陸的發(fā)現(xiàn)；絲綢之路帶來了唐代歐亞貿(mào)易，促進了經(jīng)濟繁榮。古老的大地定位技術(shù)推動了人類社會文明的發(fā)展。交通運輸對定位信息的需求量、種類、質(zhì)量和實時性要求的程度取決于社會生產(chǎn)、經(jīng)濟和科技發(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，而今天的海運和空運導(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甚至厘米級精度的實時導(dǎo)航，這對起降頻繁的大型機場來說十分重要。目前我國公路汽車流量猛增，據(jù)統(tǒng)計，近年我國公路交通事故的原因大都與駕駛員不能實時確定車位和車距以及缺乏超過障礙的快速反應(yīng)能力有關(guān)。目前，GPS汽車自動定位顯示和反應(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，提高交通運輸效率提供了重要保障。二、大地測量在空間技術(shù)和國防建設(shè)中的作用航天器（衛(wèi)星、導(dǎo)彈、航天飛機和行星際宇宙探測器等）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量保障：一是精密的大地坐標系以及地面點（如發(fā)射點和跟蹤站）在該坐標系中的精確點位；二是精密的全球重力場模型和地面點的準確重力場參數(shù)（重力加速度、垂線偏差等）。

編輯推薦

《大地測量學(xué)基礎(chǔ)》由測繪科技專著出版基金資助。

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