工程測量---緒論課件

1、1課程情況性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)課學時上課48學時（理論36、實驗12）實習：本學期第18周要求出勤復習作業(yè)2反饋與考核課堂教學：出勤、課堂表現(xiàn)（10%）課后交流：談話作業(yè)（10%）實驗（10%）期末考試（70%）3第一章 緒 論工程測量4第一章 緒論1.1 測量學的任務及作用1.2 地球的形狀與大小 1.3 測量坐標系與地面點位的確定1.4 測量工作概述1.1 測量學的任務及作用51、定義： 研究地球的形狀和大小以及確定地面（包含空中、地下和水下）點空間位置的科學。 2、內(nèi)容： 測定： 使用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)或成果，將地球表面的地形縮繪成地形圖，供經(jīng)濟建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計、國

2、防建設(shè)及科學研究使用。1.1 測量學的任務及作用6 2、內(nèi)容： 測設(shè)： 測設(shè)是指用一定的測量方法，按照一定的精度，把設(shè)計圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建(構(gòu))筑物的平面位置和高程標定在實地上，作為施工的依據(jù)。1.1 測量學的任務及作用73、測量學的學科分類 大地測量學、普通測量學、攝影測量學、工程測量學、地圖制圖學、海洋測繪學、天文測量學大地測量學：研究地球表面廣大區(qū)域點位測定的理論和方法。包括地球的大小和形狀的測定、大地區(qū)控制測量、天文和重力測量。大地測量學GPS8普通測量學：研究確定地球表面小范圍（1025公里）內(nèi)點位的理論和方法，不顧及地球曲率，把地球表面當作平面看待。91.1 測量學的任務及作用1

3、0攝影測量學：利用攝影相片或遙感技術(shù)來確定地面物體的形狀、大小、性質(zhì)、特征和空間位置的學科。1.1 測量學的任務及作用11工程測量學：研究工程建設(shè)中所進行的各種測量工作的理論和方法的學科。（城市建設(shè)、大型廠礦建筑、農(nóng)田水利及道路修建等在勘測設(shè)計、施工放樣、竣工驗收和工程監(jiān)測保養(yǎng)等方面的測繪工作。）海洋測量學、及地圖制圖學等。本課程主要介紹普通測量學及部分工程測量學的內(nèi)容，以便能為土木工程、土地管理、房地產(chǎn)開發(fā)、城鎮(zhèn)規(guī)劃與建筑設(shè)計等提供測量專業(yè)服務。1.1 測量學的任務及作用 4、測量學的作用：12科學研究：國防建設(shè)：經(jīng)濟建設(shè)：5、測量學的發(fā)展：古代：現(xiàn)代：GPS在大壩外觀及滑坡監(jiān)測中的應用測繪

4、科學的應用實例三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測TCA2003測量塔柱動態(tài)變形GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集大壩監(jiān)測橋梁監(jiān)測道路施工及露天煤礦挖掘監(jiān)測2000悉尼奧運會體育競賽測量高精度工業(yè)測量DISTO手持激光測距儀面向大眾用戶隧道開挖中的地質(zhì)超前預報及斷面測量遙感圖像處理特種測量及軍事應用26近似是個橢球圓球20kmNSWE地球形狀不規(guī)則、密度不均勻從空中看地球像一個圓球但 真是這樣的嗎?1.2 地球的形狀與大小 271、水準面和大地水準面水準面：靜止的液體表面。KFPG地球表面鉛垂線：重力的方向線。儀器安置后，垂直軸和鉛垂線重合28水準面鉛垂線鉛垂線鉛垂線與水準面垂直無數(shù)個：不同高度的點，都 有一個水準面。29大地水

5、準面：平均海水面。1、水準面和大地水準面特性：不規(guī)則、一個。地球表面大地水準面鉛垂線不平行外業(yè)測量的基準面鉛垂線與大地水準面垂直30地球表面海洋鉛垂線高密度物質(zhì)大地水準面原因：地球形狀不規(guī)則、密度不均勻大地水準面略有起伏不適于計算 3、地球橢球或旋轉(zhuǎn)橢球： 經(jīng)測量實踐證明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球的形狀十分近似，而旋轉(zhuǎn)橢球是可以用數(shù)學式嚴格表示的，測量工作便取大小和大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的參考形狀和大小。（計算的基準面）WENSabo1.2 地球的形狀與大小 31323、地球橢球或旋轉(zhuǎn)橢球地球表面大地水準面NSWEabO橢球面Oaabab二軸橢球與大地體非常接近、形狀

6、規(guī)則，能用數(shù)學公式表達，適于計算旋轉(zhuǎn)橢球：橢圓繞NS軸旋轉(zhuǎn)而成1.2 地球的形狀與大小 33 4、參考橢球體的定位： 確定橢球體與大地體之間相互關(guān)系并固定下來的工作。以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)某點為大地原點進行定位，建立了全國統(tǒng)一坐標系，即“1980年國家大地坐標系”。345個幾何參數(shù)：橢圓的長半軸：橢圓的短半軸：橢圓的扁率：橢圓的第一偏 心率：橢圓的第二偏 心率：橢球的幾何參數(shù)及其關(guān)系4、參考橢球體的定位常用a、表示橢球形狀、大小至少有a或bNSWabOaF2F1E長度參數(shù)35克拉索夫斯基橢球1975年國際橢球WGS-84橢球abe2e26 378 2456 356 863.018 81/298.

7、30.006 693 421 622 9660.006 738 525 414 6836 378 1406 356 755.288 21/298.2570.006 694 384 999 590.006 739 501 819 476 378 1376 356 752.314 21/298.257 223 5630.006 694 379 990 130.006 739 496 742 23為簡化書寫，引入以下符號：兩個輔助函數(shù)：橢球的幾何參數(shù)及其關(guān)系4、參考橢球體的定位1.3 測量坐標系與地面點位的確定 36 測量工作的實質(zhì)是確定地面點的空間位置，首先必須了解測量的坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。 1、

8、二維坐標系統(tǒng) 表示地面點在地球橢球面或投影在水平面上的位置，通常有下列三種坐標系統(tǒng):（1）地理坐標（球面坐標） 天文地理坐標：表示地面點在大地水準面上的位置，用天文經(jīng)度和天文緯度表示。用天文測量的方法直接測定。 37NSPP格林尼治天 文 臺 天文經(jīng)度 天文緯度過地面點的子午面與起始子午面之間的夾角（東經(jīng)、西經(jīng)，東正西負）過地面點的鉛垂線與赤道面之間的夾角（南緯、北緯，北正南負）GO1.3 測量坐標系與地面點位的確定38NSPP格林尼治天 文 臺 大地經(jīng)度L 大地緯度BLBH過地面點的子午面與起始子午面之間的夾角（東經(jīng)、西經(jīng)，東正西負）過地面點的法線與赤道面之間的夾角（南緯、北緯，北正南負）G

9、O大地地理坐標： 表示地面點在地球橢球面上的位置，用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示。1.3 測量坐標系與地面點位的確定1.3 測量坐標系與地面點位的確定39（2）獨立平面直角坐標 當測量范圍較小時(如半徑不大于l0km的范圍)，可以將該測區(qū)的球面看作平面，直接將地面點沿鉛垂線方向投影到水平面上。在實際測量中，一般將坐標原點選在測區(qū)的西南角，使測區(qū)內(nèi)的點位坐標均為正值，并以該測區(qū)的子午線(或磁子午線)的投影為X軸，向北為正，與之相垂直的為Y軸，向東為正，由此建立了該測區(qū)的獨立平面直角坐標系。yA西y (東)南(第四象限)(第三象限)(第一象限)(第二象限)AxAo(西南角)x(北)1.3 測量坐標系

10、與地面點位的確定40（3）高斯平面直角坐標高斯投影：首先是將地球按經(jīng)線分為若干帶，稱為投影帶。它從首子午線(零子午線)開始，自西向東每隔6劃為一帶，用表示帶號，位于各投影帶中央的子午線稱中央子午線(；也可由東經(jīng)130開始，自西向東每隔3劃為一帶，用n表示帶號，我國國土所屬范圍即帶號=l323（n =2446）。174-174-16818072849096780121861314151612330313212012345658596061626364242526272829303132391575818793177-177-17141橢圓柱面與子午線相切中央子午線1.3 測量坐標系與地面點位的確

11、定42中央子午線高斯克呂格投影 赤道赤道的投影中央子午線的投影P(x,y)xyOyx1.3 測量坐標系與地面點位的確定431.3 測量坐標系與地面點位的確定2、高程系統(tǒng)確定該點沿鉛垂方向到某基準面的距離。ABHAHBHAHB黃海平均海水面大地水準面假定水準面hAB絕對高程（海拔）：指某點沿鉛垂線方向到大地水準面的距離，用表示。相對高程：某點距假定水準面的鉛垂距離。高差：地面上兩點間的高程之差。1.3 測量坐標系與地面點位的確定44 高程基準面如何確定，基準點的高程為多少呢？ 以青島驗潮站多年的觀測資料求得黃海平均海水面，作為我國的高程基準面，建立了“1956年黃海高程系”，并在青島市觀象山上建

12、立了國家水準基點（72.289m）。在1987年啟用“1985國家高程基準”，此時測定的國家水準基點高程72.260m。1.3 測量坐標系與地面點位的確定45461.4 測量工作概述測量工作的主要任務是：測繪地形圖（測定） 施工放樣（測設(shè)）測量工作的基本內(nèi)容是：測角、測距、測高差471、測量工作的基本原則地形包括： 地物:地面上固定性物體，如河流、房屋、道路、湖泊等；地貌:地面的高低起伏的形態(tài)，如山嶺、谷地和陡崖等。1.4 測量工作概述48在實際測量工作中應當遵守以下基本原則:在測量布局上，應遵循“由整體到局部”的原則；在測量程序上，應遵循“先控制后碎部”的原則；在測量過程中，應遵循“步步有檢

13、核”的原則；在測量精度上，應遵循“由高級到低級”的原則。1.4 測量工作概述492、控制測量的概念控制測量：測定測區(qū)內(nèi)若干個具有控制意義的控制點的平面位置(坐標)和高程，作為測繪地形圖或施工放樣的依據(jù)。平面控制測量：確定測區(qū)中一系列控制點的坐標（x、y），形式有導線測量、邊角測量及交會定點等。高程控制測量：測定各控制點間的高差，從而求出各控制點高程，方法有水準測量、光電測距三角高程測量等。1.4 測量工作概述503、碎部測量的概念碎部測量：以控制點為依據(jù)，測定控制點至碎部點(地形的特征點)之間的水平距離、高差及其相對于某一已知方向的角度，來確定碎部點的位置。按一定的比例尺將這些碎部點位標繪在圖

14、紙上，繪制成圖。 1.4 測量工作概述514、施工放樣的概念施工放樣(測設(shè))：是把設(shè)計圖上建(構(gòu))筑物位置在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。5、測量的基本工作綜上所述，控制測量和碎部測量以及施工放樣等，其實質(zhì)都是確定點的位置。因此，距離測量、角度測量和高差測量(水準測量)是測量的三項基本工作。1.4 測量工作概述52討論題：在工程建設(shè)中，測量有什么作用？ 為什么說測量工作的基準線是鉛垂線？作業(yè)：3、51.4 測量工作概述531、對距離的影響水平面代替水準面的限度設(shè)球面(水準面)與水平面在點相切、兩點在球面上弧長為，水平距離為 ，即,tg,以水平距離代替弧長所產(chǎn)生的誤差為，則 （tg ）取637l

15、km，以不同的代入式中，得出距離誤差和相應相對誤差代入上式表1水平面代替水準面的距離誤差和相對誤差 距離D/km距離誤差D/mm相對誤差D/D1081/1 220 000251281/200 0005010261/49 00010082121/12 000由表可知，在半徑為10km的范圍內(nèi)（相當于面積320km2），用水平面代替水準面可不考慮地球曲率對距離的影響。當精度要求較低時，還可以將測量范圍的半徑擴大到25km(相當于面積2000km2)。2、對高差的影響在圖中，、兩點在同一球面(水準面)上，其高程應相等(即高差為零)。點投影到水平面上得點。則即為水平面代替水準面產(chǎn)生的高差誤差。設(shè) h，則 即 取R637lkm，則得相應的高差誤差值，如表所列。 表2 水平面代替水準面的高差