§1.1测量学简介测量学是研究地球的形状、大小确定地球表面各种物体的形状、大小、空间位置的科学。(1)地物和地貌1)地物——地面上天然或人工形成的物体，包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。2)地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。地形——地物和地貌的总称。(2)测量学的任务测定与测设1)测定——使用测量仪器和工具，通过测量和计算，将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定符号缩小绘制成地形图。2)测设将地形图上设计的建筑物、构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。(3)测量在城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设的应用①设计阶段——测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；②施工阶段——将设计建构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；③工程完工后——测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理用；对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行变形观测，保证建筑物安全。一、测量基准面水准面设想有一个自由平静的海水面，向陆地延伸而形成一个封闭的曲面，我们把自由平静的海水面称为水准面。大地水准面：完整的水准面是被海水包围的封闭曲面。这样的水准面有无数个，其中最接近地球形状和大小的是通过平均海水面的那个水准面，这个唯一而确定的水准面叫大地水准面，也就是测量的基准面，如右图所示。参考旋转椭球体面由于地球内部质量分布不均匀，导致地面上各点的重力方向即铅垂线方向产生不规则的变化，因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面。在测量上选用椭圆绕其短轴旋转而成的参考旋转椭球体面，作为测量计算的基准面，如右图所示。1)重力与铅垂线①重力——地球质点受万有引力与离心力的合力。②铅垂线方向——重力方向。2)水准面水准面——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。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。因高度可变，水准面不唯一。3)大地水准面与平均海水面吻合的水准面。静止海水面向大陆延伸，形成的不规则的封闭曲面。大地水准面——唯一。(3)、参考椭球1)大地水准面有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示。2)将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。3)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，由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球，——参考椭球，表面——参考椭球面。4)法线——由地表任一点向参考椭球面作垂线。5)参考椭球元素——椭圆的长半轴a和扁率f，6)参考椭球定位——参考椭球相对于大地水准面的位置大地原点——参考椭球面与大地水准面相切的点在大地原点处，铅垂线与法线重合。(4)我国现用的几个参考椭球元素值§1.3测量坐标系与地面点位的确定(1)参心坐标系与地心坐标系物理空间——三维空间。表示地面点在某空间坐标系的位置需三个参数；确定地面点位——确定其在某个空间坐标系的三维坐标。空间坐标系——地心坐标系和参心坐标系。“地心”——地球质心，WGS-84为地心坐标系。“参心”——参考椭球中心，参心与地心一般不重合。1954北京坐标系与1980西安坐标系属参心坐标系。工程测量使用参心坐标系，地心坐标系与参心坐标系可以相互转换。测量三维坐标系——确定点球面位置的二维坐标系确定点高度的一维高程系。(2)确定点球面位置的二维坐标系地理坐标系，平面直角坐标系。1)地理坐标系天文地理坐标系，大地地理坐标系。①天文地理坐标系地面点在大地水准面上的位置。基准——铅垂线，大地水准面。球面坐标——天文经度λ，天文纬度φ。地面点P在旋转椭球面上的投影位置用大地经度L和大地纬度B来表示。如图1-2所示。NS为椭球的旋转轴，N表示北极，S表示南极，O为椭球中心。地面点P的坐标为（L，B）经度与纬度3.平面直角坐标系当测量的范围较小时，可以把该测区的球面当作平面看待，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示它的投影位置。②大地地理坐标系表示地面点在参考椭球面上的位置。基准——参考椭球面和法线。用大地经度L，大地纬度B表示。P点大地经度L——P点大地子午面与首子午面的两面角P点大地纬度B——P点的法线与赤道面的夹角。大地经、纬度是根据起始大地点的大地坐标，按大地测量所得数据推算得到。起始大地点——大地原点，该点大地经纬度与天文经纬度一致。我国以陕西省-泾阳县-永乐镇-石际寺村大地原点建立的大地坐标系——1980西安坐标系。大地原点的地理坐标约为东经108°55′，北纬34°32′，海拔417.2m。与前苏联1942年普尔科沃坐标系联测，经苏联西伯尼亚从我国东北入境，传算过来的坐标系——1954北京坐标系。大