測(cè)量課件1實(shí)用工測(cè)(1緒論).ppt

實(shí)用工程測(cè)量,1.1 測(cè)量學(xué)與實(shí)用工程測(cè)量 1.2 地面點(diǎn)位的確定 1.3 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度 1.4 測(cè)量工作概述,第1章 緒論,定義：測(cè)量學(xué)是研究地面點(diǎn)空間位置的測(cè)定、采集、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與管理的一門應(yīng)用科學(xué)。其核心問題是研究如何測(cè)定點(diǎn)的空間位置。 任務(wù)： 1、測(cè)繪：地面的地物地貌測(cè)量繪制成 圖 2、測(cè)設(shè)（放樣）：將圖上設(shè)計(jì)建（構(gòu)）筑物的圖 形和位置在實(shí)地標(biāo)定，作為施工或定界的依據(jù) 圖上的設(shè)計(jì)實(shí)地,1.1 測(cè)量學(xué)與實(shí)用工程測(cè)量,1.1.1 測(cè)量學(xué)定義、任務(wù)與分科,1. 大地測(cè)量學(xué): 研究大范圍地區(qū)的控制測(cè)量和地形測(cè)量。由于人造衛(wèi)星科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大地測(cè)量學(xué)又分為常規(guī)大地測(cè)量學(xué)與衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)，后者是研究觀測(cè)衛(wèi)星確定地面點(diǎn)位，即GPS全球定位。 2. 普通測(cè)量學(xué): 研究地球表面局部區(qū)域的測(cè)繪工作，主要包括小區(qū)域控制測(cè)量、地形圖測(cè)繪和一般工程測(cè)設(shè)。通常稱測(cè)量學(xué)就是指普通測(cè)量學(xué)。 3. 工程測(cè)量學(xué): 研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工放樣和運(yùn)營中測(cè)量的理論和方法。 4. 攝影測(cè)量學(xué): 研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測(cè)物體的信息，以確定物體的形狀、大小和空間位置等信息的理論和方法。 5. 地圖制圖學(xué): 研究各種地圖的制作理論、原理、工藝技術(shù)和應(yīng)用的一門學(xué)科。,分科：,1.在工程規(guī)劃設(shè)計(jì)階段 首先需要規(guī)劃區(qū)的地形圖，有精確的地形圖和測(cè)繪成果，才能保證工程的選址、選線、設(shè)計(jì)得出經(jīng)濟(jì)合理的方案。 2.在工程施工階段 工程的施工，主要目的是把工程的設(shè)計(jì)精確地在地面上標(biāo)定出來，這就需要使用測(cè)量的儀器，按一定的方法進(jìn)行施工測(cè)量。 3.在工程運(yùn)營與管理階段 為了能夠正常運(yùn)營或日后改進(jìn)與擴(kuò)建的需要，應(yīng)進(jìn)行竣工測(cè)量。對(duì)于大型或特殊的建筑物，還需進(jìn)行周期性的重復(fù)觀測(cè)，觀測(cè)建筑物的沉降、傾斜、位移等，即變形觀測(cè)，從而判斷建筑物的穩(wěn)定性，防止災(zāi)害事故的發(fā)生。,1.1.2 實(shí)用工程測(cè)量 它包括普通測(cè)量學(xué)，并把普測(cè)中工程測(cè)量?jī)?nèi)容加以擴(kuò)充。實(shí)質(zhì)上還是普通測(cè)量學(xué)。,1.1.3 實(shí)用工程測(cè)量在工程各階段建設(shè)中的作用,用經(jīng)緯儀進(jìn)行長江水文觀測(cè),用水準(zhǔn)儀進(jìn)行地面平整測(cè)量,用全站儀進(jìn)行公路施工測(cè)量,青藏高原測(cè)量,施工測(cè)量,用光電測(cè)距儀進(jìn)行武漢長江大橋變形觀測(cè),GPS衛(wèi)星定位測(cè)量 使用GPS接收機(jī),GPS全球定位系統(tǒng),測(cè)量珠穆朗瑪峰高程,1975年在在海拔6120米測(cè)量珠穆朗瑪峰高程。 珠峰高程為8848.13m,2005年5月重測(cè)珠峰高程 ，用GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)和傳統(tǒng)的測(cè)量方法相結(jié)合重測(cè)珠峰高程為8844.43m,1.2 地面點(diǎn)位的測(cè)定,1.2.1測(cè)量的基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面,2. 基準(zhǔn)面： 空間任何一點(diǎn)都有水準(zhǔn)面，處處和重力方向相垂直的曲面均稱水準(zhǔn)面，水準(zhǔn)面就是測(cè)量的基準(zhǔn)面。由于水準(zhǔn)面的高度不同，水準(zhǔn)面有無窮多個(gè)，其中一個(gè)和平均的海水面重合，我們稱之為大地水準(zhǔn)面，它是又一個(gè)測(cè)量的基準(zhǔn)面。,1.基準(zhǔn)線： 地球上任一點(diǎn)都要受到離心力和地球引力的雙重的作用，這兩個(gè)力的合力稱重力，重力的方向線稱為鉛垂線。測(cè)量?jī)x器懸掛垂球，指向重力方向，鉛垂線就是測(cè)量的基準(zhǔn)線。,水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面概念,水準(zhǔn)面：處處與鉛垂線相垂直的曲面。,大地水準(zhǔn)面：與平均均海水面重合的水準(zhǔn)面。,大地水準(zhǔn)面是有微小起伏的復(fù)雜曲面，其原因是地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，看下圖：,如果將地球表面上的圖形投影到這個(gè)不規(guī)的大地水準(zhǔn)面曲的面上，計(jì)算時(shí)將非常困難。為此，選用一個(gè)非常接近于大地水準(zhǔn)面、并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何形體來代替大地水準(zhǔn)面作為進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理，這個(gè)規(guī)則曲面就是旋轉(zhuǎn)橢球面（由橢圓NWSE繞短軸NS旋轉(zhuǎn)而得） 。如下圖紅色表示旋轉(zhuǎn)橢球面，它所包圍的球體稱為地球橢球體。,地球橢球的參數(shù)可用a(長半徑)、b（短半徑）及（扁率）表示。扁率為,1979年國際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合歸推薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m，b=6356755.3m, =1:298.257。,旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)表面，可用如下的公式表示：,按一定的規(guī)則將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一起，這項(xiàng)工作稱橢球定位。定位時(shí)采用橢球中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球短軸重合，橢球與全球大地水準(zhǔn)面差距的平方和最小，這樣的橢球稱總地球橢球。,總地球橢球與參考橢球的區(qū)別,地面上選一點(diǎn)P，由P點(diǎn)投影到大地水準(zhǔn)面P0點(diǎn),使P0上的橢球面與大地水準(zhǔn)面相切， 此時(shí)過P0點(diǎn)的鉛垂線與P0點(diǎn)的橢球面法線重合，切點(diǎn)P0稱為大地原點(diǎn)。同時(shí)要使旋轉(zhuǎn)橢球短軸與地球短軸相平行（不要求重合），達(dá)到本國范圍內(nèi)的大地水準(zhǔn)面與橢球面十分接近，該橢球面稱為參考橢球面。我國大地原點(diǎn)選在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。,大地水準(zhǔn)面,P0,垂線與法線重合,參考橢球體,參考橢球面與我國大地原點(diǎn),1.2.2 地面點(diǎn)位的確定,需3個(gè)參數(shù)：X（縱坐標(biāo)）,Y（橫坐標(biāo)）,H （高程） 或 （經(jīng)度）,（緯度）, H （高程）,從整個(gè)地球考慮點(diǎn)的位置，通常是用經(jīng)緯度表示。用經(jīng)緯度表示點(diǎn)的位置，稱為地理坐標(biāo)。,經(jīng)度 ：東經(jīng)： 0 180 西經(jīng)： 0 180,緯度 ：南緯： 0 90 北緯： 0 90,經(jīng)度 ： M點(diǎn)的子午面PMMP1 與首子午面所組成的二面角。 緯度 ：過M點(diǎn)的鉛垂線與赤道面 EGME1的夾角,X,1.地面點(diǎn)在投影面上的坐標(biāo) (1)獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系（假定平面直角坐標(biāo)系）,m(x,y),X軸為南北方向，Y軸為垂直于南北的東西方向，坐標(biāo)原點(diǎn)在測(cè)區(qū)西南角 X軸可采用：(1)真子午線方向； (2)磁子午線方向；(3)建筑物主軸線方向。,測(cè)量上,數(shù)學(xué)上,測(cè)量直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系不同點(diǎn)有3點(diǎn)：,過坐標(biāo)原點(diǎn)的南北方向?yàn)榭v軸，即X軸，垂直于南北方向（東西方向）為橫軸，即Y軸。數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系橫坐標(biāo)為X軸，縱坐標(biāo)為Y軸。 (2) 以縱坐標(biāo)X軸正向?yàn)槠鹗歼叄槙r(shí)針量算角度，象限、順時(shí)針排列。數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)以橫坐標(biāo)Y正向?yàn)槠鹗歼?，逆時(shí)針量算角度，象限逆時(shí)針排列。 (3) 數(shù)學(xué)上坐標(biāo)原點(diǎn)x0、y0均為0。測(cè)量上，為使地面各點(diǎn)坐標(biāo)均為正數(shù)，坐標(biāo)原點(diǎn)選在測(cè)區(qū)的西南角或假定一對(duì)較大的正整數(shù)。,(2)高斯平面直角坐標(biāo)系 (a)高斯投影的原理,把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當(dāng)?shù)耐队胺椒?，這就是高斯投影。,高斯投影是將地球劃分為若干個(gè)帶，先將每個(gè)帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以設(shè)想將一個(gè)空心的橢圓柱橫套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并通過球心。將地球按6分帶, 從0起算往東劃分, 06為第1帶, 612為第2帶, 174180為第30帶,東半球共分30個(gè)投影，按帶進(jìn)行投影。進(jìn)行第1帶投影時(shí)，使地球3經(jīng)線與圓柱面相切，3經(jīng)線長不變形。,高斯6帶投影原理分解演示,高斯投影分帶,圖中上半部為6度帶分帶情況： 將地球按6分帶, 從0起算往東劃分, 06（第1帶）, 612（第2帶）, 174180（第30帶）,東半球共分30個(gè)投影，我國領(lǐng)土從1323帶。 圖中下半部為3帶分帶情況： 1 304 30 （第1帶），4 30 （第2帶） ，我國領(lǐng)土3帶從2446帶。,(b)高斯投影特點(diǎn)：,等角:即橢球面上圖形的角度投影到平面之后，其角度相等，無角度變形，但距離與面積稍有變形。 中央經(jīng)線投影后仍直線，且長度不變形，見右圖。 因此用這條直線作為平面直角坐標(biāo)系的縱軸x軸。而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央經(jīng)線對(duì)稱，距中央經(jīng)線越遠(yuǎn)長度變形越大。,赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸y軸。南北緯線投影后呈離向兩極的曲線，且與赤道投影對(duì)稱。,(c)高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨(dú)立的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。,按高斯直角坐標(biāo)定義可知：X軸西邊各點(diǎn)的Y值均為負(fù)。為使Y值為正值，將Y實(shí)際 均加500km，稱Y的通用橫坐標(biāo), 即 Y通用= 帶號(hào)+Y實(shí)際+500km,高斯平面直角坐標(biāo)系的通用橫坐標(biāo),例：n點(diǎn)在20帶，其實(shí)際坐標(biāo) Y實(shí)際=-113424.690m Y通用=20（ -113424.690m +500000） =20 (386575.310) m =20386575.310 m,Xm,由通用橫坐標(biāo)換算實(shí)際橫坐標(biāo)公式如下： Y實(shí)際= Y通用（去掉第1、2位帶號(hào)）-500000 注：我國領(lǐng)土從1323帶，帶號(hào)占兩位。,例如：某點(diǎn)通用橫坐標(biāo)Y通用=20386575.310m，求該 點(diǎn)實(shí)際橫坐標(biāo)。 Y實(shí)際= 386575.310-500000 =-113424.690,2、地面點(diǎn)的高程,地面上任意點(diǎn)至水準(zhǔn)面的垂直距離，稱為該點(diǎn)的高程。某點(diǎn)至大地水準(zhǔn)面的垂直距離稱該點(diǎn)的絕對(duì)高程（海拔）。 我國規(guī)定青島驗(yàn)潮站1950年至1956年統(tǒng)計(jì)資料所確定的黃海平均海水面作為統(tǒng)一全國基準(zhǔn)面。并在青島觀象山建了水準(zhǔn)原點(diǎn)。水準(zhǔn)原點(diǎn)至黃海平均海水面的高程為72.289m, 這個(gè)高程系統(tǒng)稱為“1956年黃海高程系”。 80年代初，國家又根據(jù)1953年至1979年青島驗(yàn)潮站觀測(cè)資料，算得水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.2604m, 該高程系統(tǒng)稱為“1985年國家高程基準(zhǔn)”。從1985年1月1 日起執(zhí)行新的高程基準(zhǔn)。,中國黃海高程系統(tǒng)示意圖,我國兩個(gè)高程系統(tǒng) (1)1956黃海高程系 (2)1985國家高程基準(zhǔn),水準(zhǔn)原點(diǎn),青島驗(yàn)朝站,海底,黃海平均海水面,A,B,大 地 水 準(zhǔn) 面,假 定 水 準(zhǔn) 面,B,絕對(duì)高程：從地面某點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面 的垂直距離，如HA、HB。 相對(duì)高程：從地面某點(diǎn)沿鉛垂線到假定水準(zhǔn)面的垂直距離，如HA、HB 。,高差：兩點(diǎn)之間高程之差 hAB= HB- HA= HB -HA hAB有正負(fù) B點(diǎn)高于A點(diǎn)時(shí)，hAB為（），表示上坡。 B點(diǎn)低于A點(diǎn)時(shí)，hAB為（），表示下坡。,1. 1954年北京坐標(biāo)系 采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參 考橢球體參數(shù)（ a=6378245m ，=1:298.3）。大地原點(diǎn)實(shí)際上是在蘇聯(lián)普爾科沃。該系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的參考橢球面與我國大地水準(zhǔn)面差異，可達(dá)到+65m（東部），全國平均達(dá)29m。,2. 1980年國家大地坐標(biāo)系 采用國際大地測(cè) 量協(xié)會(huì)與地球物理聯(lián)合會(huì)在1975年推薦的IUGG-75地球橢球參數(shù)（a=6378140m ，=1：298.257）。大地原點(diǎn)是在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。1980年坐標(biāo)系還采用了我國大地網(wǎng)整體平差的數(shù)據(jù)，橢球面與大地水準(zhǔn)面平均差僅為10m左右。,國家大地坐標(biāo)系,1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度,1.對(duì)距離的影響： 在半徑為10 km圓面積內(nèi)進(jìn)行距離測(cè)量，可以用水平面代替水準(zhǔn)面，不必考慮地球曲率的影響。,3.對(duì)高程的影響： 水平面代替水準(zhǔn)面對(duì)高程的影響，200m時(shí)就有3.1mm。所以地球曲率對(duì)高程影響很大。在高程程測(cè)量中，即使距離很短也應(yīng)顧及地球曲率的影響。,2.對(duì)水平角的影響： 當(dāng)測(cè)區(qū)范圍在100km2時(shí)，對(duì)角度的影響僅為0.51，在一般的測(cè)量工可以忽略不計(jì)。,1.4 測(cè)量工作概述,2.測(cè)量工作組織原則 布局：從整體到局部 程序：從控制到碎部 精度：從高級(jí)到低級(jí),1.基本工作 測(cè)量工作實(shí)際就是測(cè)定點(diǎn)和點(diǎn)之間的距離、 角度和高差，故又稱測(cè)量工作三要素。,3.測(cè)量工作的操作原則 步步檢核, 第一步檢核不合要求, 絕不做第二步。,實(shí)地,地形圖,測(cè)量工作的組織原則,1.4測(cè)量常用計(jì)量單位及換算,1.長度單位 1km（公里）=1000m（米） 1m=10dm（分米）=100cm（厘米）=1000mm（毫米） 1mm（毫米）=1000mm（微米） 1 mm（微米）=1000nm（納米） 1 km=2華里（市里） 1海里=1.852公里 1英寸=2.54厘米 1英尺=12英寸=0.3048米 注：海里、英寸、英尺在我國法定計(jì)量單位規(guī)定應(yīng)淘汰。公尺、公寸、公分等名稱不規(guī)范，應(yīng)改稱米、分米、厘米。市里、市畝仍可使用。 2.面積單位 面積單位是平方米（m2）。大面積通常用平方公里（km2）或公頃（hm2）、，在農(nóng)業(yè)上也用市畝。 1 km2（平方公里）=100 hm2