工程測(cè)量第一章緒論.ppt

水利水電工程測(cè)量,主講：盧修元,聯(lián)系方式： E-mail: xiuyuan_ QQ: 369649870 Tel:地點(diǎn)：九教側(cè)樓,美國最大海軍基地： 弗吉尼亞州的諾?？塑姼?365729.64 “北 761943.77“西,考試要求： 1、閉卷 2、期末卷面：60% 3、平時(shí)：實(shí)驗(yàn)30%，出勤+作業(yè)10%,學(xué)習(xí)要求： 1、學(xué)習(xí)委員留聯(lián)系方式+提交課表+本班同學(xué)名單 2、每人一部計(jì)算器 3、每次實(shí)驗(yàn)必須提交實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告 4、每次實(shí)驗(yàn)后及時(shí)完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，期末統(tǒng)一上交 5、學(xué)習(xí)資料、實(shí)驗(yàn)安排下載郵箱 郵箱：luxiuyuan_ 密碼：LUXIUYUAN123,第一章 緒 論,本章主要內(nèi)容：介紹有關(guān)測(cè)量的基本知識(shí)，重點(diǎn)掌握地形圖測(cè)量成圖的原理和測(cè)量工作的基本程序。,一、測(cè)繪學(xué) 研究地球整體及其表面和外層空間中的各種自然物體和人造物體的與地理空間有關(guān)的信息，并對(duì)這些與地理空間有關(guān)的信息進(jìn)行采集、處理、管理、更新和利用的理論和技術(shù)。 它既要研究測(cè)定地面點(diǎn)的幾何位置、地球形狀、地球重力場(chǎng)，以及地球表面自然形態(tài)和人工設(shè)施的幾何形態(tài)；又要結(jié)合社會(huì)和自然信息的地理分布，研究繪制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術(shù)。,二、測(cè)量學(xué) 測(cè)繪學(xué)中的第一部分內(nèi)容便是測(cè)量學(xué)研究的內(nèi)容。即測(cè)量學(xué)是一門研究地球表面的形狀和大小、地球重力場(chǎng)、確定地面點(diǎn)之間相對(duì)位置的科學(xué)。 測(cè)量學(xué)：包括測(cè)定和測(cè)設(shè)（放樣）兩部分工作。 1.測(cè)定：就是用各種測(cè)量儀器和工具，實(shí)地測(cè)量和計(jì)算，將地表的地物地貌位置按定比例尺縮繪成地形圖作為規(guī)劃設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究應(yīng)用的依據(jù)。 2.測(cè)設(shè)：將設(shè)計(jì)圖上的建(構(gòu))筑物位置按設(shè)計(jì)要求在地面上標(biāo)定出來作為施工的依據(jù)。,測(cè)定:地面 圖紙,第一節(jié) 測(cè)量學(xué)的任務(wù)及其作用,一、測(cè)量學(xué)的任務(wù)及學(xué)科分類 傳統(tǒng)的測(cè)繪學(xué)的定義是研究地球的形狀、大小以及確定地面點(diǎn)空間位置的科學(xué)。其應(yīng)用的范圍、使用的儀器設(shè)備、測(cè)量的方法不同，大致有如下5個(gè)分支。,大地測(cè)量學(xué)(Geodesy ) 攝影測(cè)量學(xué)(Photogrammetry and remote sensing) 海洋測(cè)量學(xué)（Marine surveying ） 地圖制圖學(xué)(Cartography) 工程測(cè)量學(xué)（Engineering surveying ） 工程測(cè)量學(xué)：研究工程建設(shè)與自然資源開發(fā)中在規(guī)劃、勘 測(cè)設(shè)計(jì)、施工與管理各個(gè)階段進(jìn)行的測(cè)量理論與技術(shù)的學(xué) 科，是測(cè)繪科學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中直接應(yīng)用。 按工程種類可分為建筑工程測(cè)量、線路測(cè)量、橋梁測(cè)量、 隧道測(cè)量、礦山測(cè)量、城市測(cè)量、水利工程測(cè)量等。,二、測(cè)繪科學(xué)在工程建設(shè)中的任務(wù) 測(cè)繪科學(xué)在土木工程類各工作的各階段有著廣泛的應(yīng)用。 勘測(cè)設(shè)計(jì)階段，要求有各種相應(yīng)比例尺的地形圖，供城鎮(zhèn) 規(guī)劃、廠址選擇、管線的選擇等之用。 在施工階段，要將設(shè)計(jì)的建筑物、構(gòu)筑物的平面位置和高 程測(cè)設(shè)于實(shí)地，以便進(jìn)行施工。 施工結(jié)束后，還要進(jìn)行竣工測(cè)量，繪制竣工圖，供日后擴(kuò) 建和維修之用。即使是竣工以后，對(duì)某些大型及重要的建 筑物和構(gòu)筑物還要進(jìn)行變形、沉降觀測(cè)，以保證建筑物的 安全使用。,三、現(xiàn)代測(cè)繪學(xué)的主要任務(wù)及作用 1、主要任務(wù) 精確地測(cè)定地面點(diǎn)的位置及地球的形狀和大小 將地球表面的形態(tài)及其他相關(guān)信息測(cè)繪成圖 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防建設(shè)所需要的測(cè)繪工作 2、作用 提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 提供地圖 行政勘界與權(quán)屬定界 提供各種工程需要的測(cè)量技術(shù) 軍事測(cè)繪,四、工程測(cè)量的主要任務(wù) 測(cè)繪大比例尺地形圖 建筑物或構(gòu)筑物的施工放樣 繪制竣工總平面圖 對(duì)建筑物的安全性進(jìn)行位移和 變形監(jiān)測(cè),五、測(cè)繪科學(xué)技術(shù)發(fā)展概況 1、商周時(shí)代有“弓、規(guī)、距”的記載，青銅器上也有關(guān)于軍 事地圖和封疆測(cè)繪工作； 2、60年代電磁波測(cè)距技術(shù)的出現(xiàn)大大促進(jìn)了測(cè)繪技術(shù)的 發(fā)展，使測(cè)量精度、成圖方式產(chǎn)生了根本的改變； 3、80年代“3S”技術(shù)的出現(xiàn)及發(fā)展，使傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)產(chǎn)生了 質(zhì)的飛躍； 4、“數(shù)字地球”的概念，使測(cè)繪技術(shù)在人類認(rèn)識(shí)地球方面， 上到一個(gè)新臺(tái)階。,第二節(jié) 地面點(diǎn)位的確定,一、地球的形狀與大小 測(cè)量工作是在地球的表面進(jìn)行的，而地球自然表面 很不規(guī)則，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠 峰高出海水面達(dá)8844.43m，最低的馬里亞納海溝低于海 水面達(dá)11022m，海洋約占整個(gè)地球表面的71%，因此可 以認(rèn)為地球是由海洋水面延伸，并通過島嶼和大陸所形 成的封閉的曲面，此曲面就稱為水準(zhǔn)面。平均水準(zhǔn)面就 稱為大地水準(zhǔn)面。,由于地球的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，地球上任一點(diǎn)都要受到離心力 P和地球引力F的雙重作用，這兩個(gè)力的合力稱為重力G， 重力的方向線稱為鉛垂線。鉛垂線是測(cè)量工作的基準(zhǔn)線。,測(cè)量的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面,1.鉛垂線:重力的作用線稱為鉛垂線，簡(jiǎn)稱垂線。 (萬有引力與離心力) 2水準(zhǔn)面（level surface ）：假想靜止不動(dòng)的海水面向整個(gè)陸地延伸形成的封閉的曲面 3大地水準(zhǔn)面（geoid）：假想靜止不動(dòng)的平均海水面向整個(gè)陸地延伸形成的封閉的曲面 4水平面：與大地水準(zhǔn)面相切的平面,5大地體：大地水準(zhǔn)面包圍的曲面形體稱為大地體。 6參考橢球體：測(cè)量上選一個(gè)非常接近大地體，并可用 數(shù)學(xué)式表示的旋轉(zhuǎn)橢球體來表示地球的參考形狀和大小，這個(gè)形體稱為參考橢球體；其表面稱為參考橢球面；與參考橢球面相垂直的線為法線。 7基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面 外業(yè)工作的基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)線： 基準(zhǔn)面：大地水準(zhǔn)面 基準(zhǔn)線：鉛垂線 內(nèi)業(yè)計(jì)算和制圖的基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)線： 基準(zhǔn)面：參考橢球面 基準(zhǔn)線：法線,由于地球內(nèi)部的質(zhì)量分布不均勻，使得地球表面上各點(diǎn)的鉛垂方向發(fā)生不規(guī)則變化，大地水準(zhǔn)面實(shí)際上是一個(gè)不規(guī)則曲面。測(cè)繪科學(xué)中通常取一個(gè)與大地水準(zhǔn)面接近，并且可用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的規(guī)則曲面，即用旋轉(zhuǎn)橢球面（參考橢球面）代替大地水準(zhǔn)面。,高程控制點(diǎn)稱水準(zhǔn)點(diǎn)BM (Bench Mark)。標(biāo)石水準(zhǔn)點(diǎn)、墻腳水準(zhǔn)點(diǎn)、簡(jiǎn)易標(biāo)志水準(zhǔn)點(diǎn) 。,青島市觀象山 1985高程系統(tǒng),72.2604,二、地面點(diǎn)表示方法 地面點(diǎn)的表示用該點(diǎn)在基準(zhǔn)面（參考橢球面）上的 投影位置和該點(diǎn)沿投影方向到基準(zhǔn)面（大地水準(zhǔn)面）的 距離來表示。 1、地理坐標(biāo) 地面點(diǎn)在球面上的位置用經(jīng)緯度表示 時(shí)，稱為地理坐標(biāo) 。 1）天文坐標(biāo) 用天文經(jīng)度和 天文緯度來表示地面點(diǎn)在大地 水準(zhǔn)面上的位置。 2）大地坐標(biāo) 用大地經(jīng)度L和 大地緯度B來表示地面點(diǎn)在旋轉(zhuǎn) 橢球面上的位置。,2、平面直角坐標(biāo),進(jìn)行小區(qū)域測(cè)量時(shí)，通常采用平面直角坐標(biāo)，忽略地球曲率的影響，用水平面代替水準(zhǔn)面?？v軸為X軸(南北方向)，橫軸為Y軸(西東方向)，方位角為以縱軸為參考方向，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。,3、測(cè)量平面直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系,區(qū)別： 坐標(biāo)軸不同：測(cè)量坐標(biāo)系橫軸為Y軸；縱軸為X軸；而數(shù) 學(xué)坐標(biāo)系相反； 象限順序不同：測(cè)量平面直角坐標(biāo)系以順時(shí)針方向開始 角度起始點(diǎn)不同：測(cè)量平面直角坐標(biāo)系以縱軸北端為0；而數(shù)學(xué)坐標(biāo)系橫軸東端為0。 角度方向不同：測(cè)量中順時(shí)針方向角度增加；數(shù)學(xué)中相反。,數(shù)學(xué)上的三角公式適用于測(cè)量平面坐標(biāo)系 x=Scos y=Ssin,數(shù)學(xué)坐標(biāo)系,測(cè)量平面直角坐標(biāo)系,4、地面點(diǎn)定位元素,地面點(diǎn)的定位參數(shù)x、y、H 基本工作有：角度測(cè)量、距離測(cè)量、高差測(cè)量。 測(cè)量得到的數(shù)據(jù)為：角度() 、距離(D) 、高差(h),地面點(diǎn)的空間位置是在投影平面上坐標(biāo)（x，y）和高程H決定的，點(diǎn)的坐標(biāo)一般是通過水平角測(cè)量和水平距離測(cè)量來確定，點(diǎn)的高程是通過測(cè)定高差來確定的。所以，測(cè)角、量距和測(cè)高差是測(cè)量的三項(xiàng)基本工作。,5、高斯克呂格平面直角坐標(biāo) 1）高斯投影 將地球近似地看作圓球體，自首子午線開 始，按照經(jīng)差6o劃分一帶，總計(jì)60帶，分別用160表示 帶號(hào)。,投影方法： 設(shè)想用空心圓柱體套在球體外面，軸心與球心重合， 圓柱面與南北相切； 將6o帶區(qū)域內(nèi)點(diǎn)線投影到圓柱面上； 將投影后的圓柱面沿通過南北極點(diǎn)的母線切開展平。 高斯投影的特性： 投影后的中央子午線是長度不變的直線，其余經(jīng)線是 凹向中央子午線的對(duì)稱曲線； 赤道線投影后是長度不變的直線，其余緯線是凸向中 央子午線的對(duì)稱曲線； 經(jīng)線、緯線投影后保持幾何形狀不變。,高斯投影的點(diǎn)，距離中央子午線、赤道線越遠(yuǎn)，其變形越 大，當(dāng)測(cè)圖比例尺大于1：1萬時(shí)，須采用3o帶投影。 3o帶 以6o的中央子午線和邊緣子午線為中央子午線。6o、3o帶 的中央子午線經(jīng)度計(jì)算式：,2）高斯平面直角坐標(biāo) 以投影后的平面圖的中央子午線為X軸，赤道為Y軸，交 點(diǎn)為O，就形成高斯平面直角坐標(biāo)。我國位于赤道以北， X坐標(biāo)全為正， Y坐標(biāo)就可能為負(fù)。為避免Y坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù) 值，將坐標(biāo)縱軸向西移動(dòng)500Km。,如圖中，B點(diǎn)的橫坐標(biāo)為： YB=-264340.3m， 坐標(biāo)縱軸向西移動(dòng)后： YB=500000+（-264340.3）m =235659.7m。 測(cè)繪部門提供的坐標(biāo)通常都將該點(diǎn)所在帶號(hào)加在Y坐標(biāo)前面，若B點(diǎn)在20帶內(nèi)，則YB=20235659.7m。,6、地面點(diǎn)的高程 地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為 該點(diǎn)的絕對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高程，用H表示。A、B點(diǎn)的高程 分別為HA、HB，兩點(diǎn)的高差用hAB表示， hAB= HB- HA。,我國的高程起算面是黃海的平均海水面，在青島設(shè)立國家水準(zhǔn)原點(diǎn)，歷史上有“1956年黃海高程系”和“1985年黃海高程系”。進(jìn)行小區(qū)域的測(cè)量時(shí)，若引測(cè)國家高程困難，可以采用任意水準(zhǔn)面作為高程起算面，即假定高程。,三、以水平面代替水準(zhǔn)面的限度 1、對(duì)水平距離的影響 地面上有A、B兩點(diǎn)，在大地水 準(zhǔn)面上的投影距離為D，在水平面上的投影距離為D，以 水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)水平距離的影響為：,普通測(cè)量中不考慮地球曲率影響的限度為：半徑10km。,2、對(duì)高程的影響 h為以水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)高程的影響。,以D代替D計(jì)算得：,有此可見，地球曲率對(duì)高程的影響很大。所以進(jìn)行高程測(cè)量時(shí)，必須考慮地球曲率的影響。,第三節(jié) 地形圖成圖原理,地物：地面上的天然或人造的物體； 地貌：地面高低起伏的變化狀態(tài)； 地形：地物和地貌的總稱； 地形圖：將地物和地貌沿鉛垂線投影到大地水準(zhǔn)面或水 平面上，按照一定的比例尺縮小，采用規(guī)定的符號(hào)、線 條繪制所成的圖。,一、地物投影 地物的外輪廓線一般為直線或曲線，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為地物 特征點(diǎn)。通過測(cè)量地物特征點(diǎn)，將其投影到平面上，就 可以得到地物的投影。,二、地貌投影 地貌一般采用等高線和特定的符號(hào)來表示。等高線是高程 相等的相鄰點(diǎn)的連線。 三、地形圖的比例尺 圖紙上兩點(diǎn)的距離與實(shí)地距離的比值，稱為地形圖的比例 尺。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,1、數(shù)字比例尺 以分之為1的數(shù)字形式表示的比例尺，如1：500，1：10000。 2、圖示比例尺 為了防止因圖紙伸縮引起測(cè)量誤差，在測(cè)圖的同時(shí)，將圖紙的比例尺繪制在圖的正下方，用以直接量取圖上一段的實(shí)際距離。,四、比例尺的精度 大比例尺 1：1萬 中比例尺 1：1萬1：10萬 小比例尺 1：10萬 人的肉眼分辨圖上兩點(diǎn)間距離的最小值為0.1mm，由此測(cè) 量工作中將圖紙上0.1mm所代表的實(shí)地距離，稱為比例尺 精度。,第四節(jié) 測(cè)量的基本工作和程序,一、測(cè)量的基本工作 測(cè)量的基本工作就是確定特征點(diǎn)的空間位置。如圖，已 知A點(diǎn)位置，要B、C兩點(diǎn)在圖上點(diǎn)位的確定過程。,1、測(cè)定直線AB的方位、垂角； 2、測(cè)定A、B兩點(diǎn)間斜距DAB； 3、確定B點(diǎn)； 4、測(cè)定直線AB、BC方向線間夾角和B、C距離DBC及垂角； 5、確定C點(diǎn)。,二、測(cè)量工作的原則 原則1：先整體、后局部；先控制、后碎部。 原則2：步步有檢核 三、測(cè)繪工作的程序 1、技術(shù)設(shè)計(jì) 2、控制測(cè)量 3、碎部測(cè)量 4、檢查和驗(yàn)收,補(bǔ) 充,1 測(cè)量常用的計(jì)量單位 在測(cè)量中，常見有長度、面積和角度三種計(jì)量單位。 1.1 長度單位 國際通用長度單位為m（米），我國規(guī)定采用米制。 1m=100cm(厘米)=1000mm（毫米） 1000m(米)=1km(公里) 1.2 面積單位 面積單位為m (平方米)，大面積用km(平方公里)。,1.3 角度單位 測(cè)量上常用到的角度單位有兩種：60進(jìn)位制的度和弧度。 （1）60進(jìn)位制的度： 1圓周角=360(度) 1(度)60(分) 1(分)60(秒) （2）弧度 角度按弧度計(jì)算等于弧長與半徑之比。與半徑相等的一段弧長所對(duì)的圓心角作為度量角度的單位，稱為一弧度，用表示。按度分秒表示的弧度為： 1圓周角2(弧度)360(度) =360/2=57.3(度) =(180/)*60 =3438(分) “=(180