第1章測量基本知識

1、1學習“工程測量” 測量科學技術在國民經濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展以及國防建設中的重要地位不斷提高，應用不斷擴大。 -寧津生課程的性質 工程測量，土木工程測量。專業(yè)基礎課；土木工程等專業(yè)的基本技術；工程建設的主要導向技術。學習 理論教學、實驗教學、實習教學。根據理論教學需要開展實驗教學，完成必要的作業(yè)；實習教學將作為獨立課程在理論教學之后進行。通過理論教學、實驗教學、實習教學達到掌握工程測量技術的目的。希望 努力學習，刻苦訓練，真正掌握土木工程測量技術，為工程建設服務。中國工程院院士、武漢大學教授寧津生中國工程院院士、武漢大學教授寧津生 寧津生院士序言指出三大三大特點特點 1. 1. 結合土木類專

2、業(yè)，應用的特色非常明顯，教結合土木類專業(yè)，應用的特色非常明顯，教學內容針對性強；學內容針對性強； 2. 2. 教材結構體系新，教材內容脈絡清晰，便于教材結構體系新，教材內容脈絡清晰，便于理解掌握；理解掌握； 3. 3. 引進測繪新技術，更具時代特色。引進測繪新技術，更具時代特色。第一章 緒論學習目標： 理解測量科學技術在土木工程的意義。 掌握坐標系統(tǒng)、高程系統(tǒng)的概念和應用。 理解測量定位概念與技術過程。 把握緒論對于學習工程測量技術的基本導向。第一節(jié) 測量學與土木工程 一、測量學概念 二、測繪學的分支學科 三、測繪科學在土木工程建設中的地位 一、測量學概念1.1.基本概念。 測量學是一門研究測

3、定研究測定地面點位置，地面點位置，研究確定并展示研究確定并展示地球表面形態(tài)與大地球表面形態(tài)與大小的科學小的科學。2.2.與人類生存息息相關的測量科學。 人類在地球上的生存、發(fā)展離不開點位置的確定，離不開邊界點、邊界線的確定，離不開這些場所的面積以及土木工程的位置測定。測量科學正是適應人類生存、發(fā)展的需要和土木工程建設的定位技術需求而發(fā)展起來。3.3.現(xiàn)代科技條件下的測量科學。 主要貢獻有激光紅外測距、衛(wèi)星全天候定位、攝影與遙感、數字化測量技術及現(xiàn)代平差等?，F(xiàn)代科技條件下的測繪學，是對地球整體及其表面和外層空間的物體與地理分布有關信息的采集，并賦予處理、管理、更新等過程的科學技術。測繪學獲得的數

4、據或圖象成為可以儲備、傳播、應用的地球空間信息。地球空間信息工程學測繪學科的應用范圍和服務對象正在不斷地擴大到國家經濟建設和社會可持續(xù)發(fā)展以及國防建設中與地球空間信息有關的各個領域，二、測繪學的分支學科 大地測量學、攝影測量與遙感學、地圖學、海洋測繪、工程測量學。研究工程建設與自然資源開發(fā)中在規(guī)劃、勘測設計、施工與管理各個階段進行的測量理論與技術的學科。工程測量學是測繪科學技術在國民經濟和國防建設中的直接應用。三、測繪科學在土木工程建設中的地位1.測量是土木工程規(guī)劃建設的重要依據重要依據。2.測量是土木工程勘察設計現(xiàn)代化的重要技術重要技術。3.測量是土木工程順利施工的重要保證重要保證。4.測量

5、是房地產管理、工程綜合質量檢驗、重要土木工程設施安全監(jiān)視的重要手段重要手段。 土木工程技術人員明確測量科學在工程建設中的重要地位，熟練掌握測量基本理論和技術原理，熟練掌握和應用工程測量基本理論和方法，是進行交通土木工程技術工作的基本條件。第二節(jié) 地球體的有關概念 測量在地球上進行，必須了解有關地球體的概念 一、地球體的有關概念 二、參考橢球體的參數一、地球體的有關概念1垂線：重力的作用線稱為鉛垂線，簡稱垂線。 (萬有引力與離心力)2水準面：某一時刻處于沒有風浪的海洋水面，稱為水準面。理想化的靜止曲面。性質：有3。3大地水準面：沒有風浪沒有潮汐的平均海水面就稱為大地水準面。3大地水準面：沒有風浪

6、沒有潮汐的平均海水面就稱為大地水準面。 4大地體：大地水準面包圍的曲面形體稱為大地體。 水準面、大地水準面不規(guī)則。大地體不規(guī)則。5參考橢球體：) 11 (1222222bzayax)21 ( aba二、參考橢球體的參數11980年以后IAG-75參數:R=6378140米，=1/298.257， 推算值 b=6356755.288米。21954年北京坐標系參數:前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參數，R=6378245米， =1/298.3，推算值b=6356863.019米。3平均參數: R=6371000米。第三節(jié) 坐標系統(tǒng)的概念 一、大地坐標系統(tǒng) 二、高斯平面直角坐標系統(tǒng) 三、獨立平面直角坐標系一、大地

7、坐標系統(tǒng) 大地坐標系統(tǒng)是以參考橢球體面為基準面的球面坐標系球面坐標系， 通常以大地經度和大地緯度表示， 簡稱經度(L)，緯度(B)。L、 B或稱為大地坐標。B: 293345.8036L: 1195128.7441二、高斯平面直角坐標系統(tǒng) 大地坐標表示地面點的球面坐標，工程設計上需要點位平面位置。工程建設在地球曲面上完成，工程設計均在平面上進行。“平面”與“曲面”必然有矛盾。高斯平面直角坐標系是一種應用廣泛的坐標系統(tǒng)，可以解決這類問題。 1.高斯投影的幾何意義：1)沿N、S兩極在參考橢球面均勻標出子午線(經線)和分帶。2)假想一個橫橢圓柱面套在參考橢球面上。3)地球表面投影到橫橢圓柱面上。4)

8、 展開成高斯平面。沿N、S兩極在參考橢球面均勻標出子午線(經線)和分帶。 按經差L分帶 邊緣子午線 中央子午線假想一個橫橢圓柱面套在參考橢球面上地球表面投影到橫橢圓柱面上 地球的投影 紅線是投影線 取出地球的投影-剪開-壓平后2.高斯平面的特點 1)1)投影后的中央子午線NBSNBS是直線，長度不變。 2)2)投影后的赤道ABCABC是直線，保持ABCNBSABCNBS。 3)3)離開中央子午線的子午線投影是以二極為終點的弧線，離中央子午線越遠，弧線的曲率越大，說明離中央子午線越遠投影變形越大。3.高斯平面直角坐標系的建立建立規(guī)則:X軸是中央子午線NBS的投影，北方為正方向；Y軸是赤道ABC的

9、投影，東方為正方向；原點，即中央子午線與赤道交點用O表示；四象限按順時針順序、排列高斯平面直角坐標表示地面點位置 如x=2433586.693m， y=38514366.157m。 表示的意義: (1)表示點在高斯平面上至赤道的距離; 2433586.693m(2)包括有投影帶的帶號、附加值500km 和實際坐標Y三個參數，即 y=帶號N(或n)+500km+Yp 38 +500 + 14366.157m全球高斯投影帶高斯投影根據 逐帶連續(xù)進行，全球連續(xù)逐帶高斯投影展開成如下圖的高斯平面。L=6六度帶中央子午線經度中央子午線經度 Lo=6N-3 (1-3)L=3三度帶中央子午線經度中央子午線經

10、度 Lo=3n (1-4)L投影帶的中央子午線與編號中央子午線與編號 L=6六度帶中央子午線經度中央子午線經度Lo=6N-3 (1-3) L=3三度帶中央子午線經度中央子午線經度Lo=3n (1-4) 我國在大地坐標系中的經度位置7474135135 六度帶編號編號N在我國:在1323之間。 三度帶編號編號n在我國:在2545之間。三、獨立平面直角坐標系 獨立平面直角坐標系建立沒有高斯平面直角坐標系那樣嚴格的規(guī)則，主要表現(xiàn)在: : 1. 1.坐標系X X軸所在的中央子午線的經度不一定滿足式(1-3)(1-3)、式(1-(1-4)4)，可按不同要求采用其他的經度，具有一定的隨意性隨意性； 2.2

11、.坐標軸X X軸的正方向不一定指向北極，可根據工作需要自行確定，具有某種實用性實用性； 3.3.坐標系原點不一定設在赤道上，一般設在有利于工作的范圍內，具有相應的區(qū)域性區(qū)域性。測量平面坐標系與數學坐標系數學上的三角公式適用于測量平面坐標系 x=scos (1-6) y=ssin (1-7) 第四節(jié) 高程系統(tǒng)的概念 一、高程系統(tǒng)的一般概念 二、實際應用中的地面點高程的概念一、高程系統(tǒng)的一般概念地面點高程：地面點到某一高程基準面的垂直距離。大地高系統(tǒng)：以參考橢球體面為基準面的高程系統(tǒng)。大地高大地高，表示地面點到參考橢球體面的垂直距離。正高系統(tǒng)：以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。正高正高，表示地面點到

12、大地水準面的垂直距離。正常高系統(tǒng)：以似大地水準面為基準面的高程系統(tǒng)。正常高正常高，表示地面點到似大地水準面的垂直距離。大地高、正高、正常高三者關系由差距hm、hm參數聯(lián)系起來。在要求不高時，往往忽略hm、hm參數，不再有大地高、正高、正常高的區(qū)別。二、實際應用中的地面點高程的概念絕對高程：地面點沿其垂線到似大地水準面的垂直距離。相對高程：地面點沿其垂線到假定的似大地水準面的垂直距離。高差：二個地面點的高程之差，用h表示。) 81 ( ABABABHHHHh第五節(jié) 地面點定位的概念 一、地面點定位的技術過程 二、地面點定位元素 三、地面點定位的工作原則一、技術過程 地面點定位，亦即以某種技術過程

13、確定地面點的位置。 1.測繪測繪。以測量技術手段測定地面點位置并用圖象或圖形和數據等形式表示出來，這種技術過程稱為測繪測繪。 2.測設測設。利用測量技術手段把設計上擬定的地面點測定到實地上，這種技術過程稱為測設測設，或稱為工程放樣，簡稱放樣放樣。二、地面點定位元素角度測量角度測量、距離測量距離測量、高差測量高差測量是地面點定位的測量基本技術工作。測量得到的角度( () ) 、距離( (D) ) 、高差( (h) )是地面點定位的基本元素，稱為定位元素。這些定位元素具有獨立性( (即某一元素與其它同類元素之間不存在函數關系) )和直接可量性( (即可利用測量儀器直接測量其大小) ) ，故稱之為直

14、接觀測量，或稱為直接定位元直接定位元素素。 地面點的定位參數x、y、H不能直接測量得到，但可以利用地面點的直接定位元素按某種規(guī)定的法則推算得到，故又稱地面點的定位參數x、y、H為間接觀測量，或稱為間間接定位元素接定位元素。三、地面點定位的工作原則: 等級原則。等級原則。等級規(guī)定是工程建設中測量技術工作成果質量的標準，是嚴格科學態(tài)度與實際測量技術水平的象征；離開甚至違背技術等級要求的不合格測量工作是不能容許的。 整體原則。整體原則。整體，指的是測量對象是一個個互相聯(lián)系的個體所構成的完整測量基地；指的是測定位置參數 不是孤立的，而是從屬于工程建設整體對象的參數。1)從工程建設的全局出發(fā)實施定位的技術過程