《工程測(cè)量》第1章教案1ppt課件

1、主講：王騰軍 副教授：72482879E-mial：工程丈量Engineering Survey.1.1 測(cè)繪學(xué)的義務(wù)及其在工程中的作用 一、測(cè)繪學(xué)的義務(wù) 1 測(cè)繪學(xué) 測(cè)繪學(xué)是研討地球的外形和大小，確定地球外表 各種物體的外形、大小和空間位置的科學(xué)。 2 測(cè)繪學(xué)的義務(wù) 根本義務(wù)是測(cè)定和測(cè)設(shè)。 3 測(cè)繪學(xué)的分支 大地丈量學(xué)、攝影丈量學(xué)、工程丈量學(xué)、地圖制圖學(xué)、海洋測(cè)繪學(xué)第一章 緒 論.二、測(cè)繪學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立中的運(yùn)用1 測(cè)繪學(xué)在城市規(guī)劃、建筑工程中的運(yùn)用設(shè)計(jì)階段：測(cè)繪各種比例尺的地形圖，供構(gòu)造物的平面及豎向設(shè)計(jì)運(yùn)用；施工階段：將設(shè)計(jì)構(gòu)造物的平面位置和高程在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)，

2、作為施工的根據(jù)；工程完工后：測(cè)繪開(kāi)工圖，供日后擴(kuò)建、改建、維修和城市管理運(yùn)用，對(duì)某些重要的建筑物或構(gòu)筑物在建立中和建成以后都需求進(jìn)展變形觀測(cè)，以保證建筑物的平安。.2 測(cè)繪學(xué)在交通工程中的運(yùn)用為了確定一條最經(jīng)濟(jì)合理的道路，必需預(yù)先測(cè)繪道路附近的地形圖，在地形圖上進(jìn)展道路設(shè)計(jì)，然后將設(shè)計(jì)道路的位置標(biāo)定在地面上以指點(diǎn)施工；當(dāng)?shù)缆房缭胶恿鲿r(shí)，必需建造橋梁，在建橋之前，要測(cè)繪河流兩岸的地形圖，測(cè)定河流的水位、流速、流量和河床地形圖以及橋梁軸線長(zhǎng)度等，為橋梁設(shè)計(jì)提供必要的資料，最后將設(shè)計(jì)橋臺(tái)、橋墩的位置用丈量的方法在實(shí)地標(biāo)定；當(dāng)?shù)缆反┻^(guò)山地需求開(kāi)挖隧道時(shí)，開(kāi)挖之前，必需在地形圖上確定隧道的位置，根據(jù)丈量

3、數(shù)據(jù)計(jì)算隧道的長(zhǎng)度和方向；隧道施工通常是從隧道兩端相向開(kāi)挖，這就需求根據(jù)丈量成果指示開(kāi)挖方向，保證其正確貫穿。 .1.2 地球的外形和大小丈量任務(wù)是在地球外表上進(jìn)展的，而地球的自然外表有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形狀，其中海洋面積約占71%，陸地面積約占29%。地球上的質(zhì)點(diǎn)所受的萬(wàn)有引力與離心力的合力稱為重力，重力的方向稱為鉛垂線方向。水準(zhǔn)面：處處與鉛垂線垂直的延續(xù)封鎖曲面。水準(zhǔn)面有無(wú)窮個(gè)。大地水準(zhǔn)面：與假想的平均靜止海水面相吻合的水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是獨(dú)一的。大地水準(zhǔn)面是有微小起伏的、不規(guī)那么的、很難用數(shù)學(xué)方程表示的復(fù)雜曲面。將地球外表上的物體投影到大地水準(zhǔn)面上，計(jì)算

4、起來(lái)非常困難。. 通常選擇一個(gè)與大地水準(zhǔn)面非常接近的、能用數(shù)學(xué)方程表示的橢球面作為投影的基準(zhǔn)面，這個(gè)橢球面是由橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢球面，稱為地球橢球面。 .1.3 丈量坐標(biāo)系與地面點(diǎn)位確實(shí)定確定地面點(diǎn)位的本質(zhì)就是確定其在某個(gè)空間坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。一、大地坐標(biāo)系大地坐標(biāo)又稱大地地理坐標(biāo)，是表示地面點(diǎn)在參考橢球面上的位置，它的基準(zhǔn)是法線和參考橢球面，它用大地經(jīng)度和大地緯度表示。P點(diǎn)大地經(jīng)度：過(guò)P點(diǎn)的大地子午面和首子午面所夾的兩面角L。P點(diǎn)大地緯度：過(guò)P點(diǎn)的法線與赤道面的夾角B。.起始子午面過(guò)P點(diǎn)的子午面PLBO地軸赤道SNH大 地 坐 標(biāo) 系.經(jīng)過(guò)與前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)，經(jīng)

5、我國(guó)東北傳算過(guò)來(lái)的坐標(biāo)系稱“1954北京坐標(biāo)系 ，其大地原點(diǎn)位于前蘇聯(lián)列寧格勒天文臺(tái)中央。 我國(guó)以陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)大地原點(diǎn)為起算點(diǎn)，由此建立的大地坐標(biāo)系，稱為“1980西安坐標(biāo)系 簡(jiǎn)稱80系或西安系。.二、高斯平面坐標(biāo)系1 高斯投影高斯投影是將地球按經(jīng)線劃分成帶，稱為投影帶，常用的有6帶和3帶投影。 6帶投影：從首子午線起，每隔經(jīng)度6劃分為一帶，自西向東將整個(gè)地球劃分為60個(gè)帶。帶號(hào)從首子午線開(kāi)場(chǎng)，用阿拉伯?dāng)?shù)字160表示。位于各帶中央的子午線稱為該帶的中央子午線。第一個(gè) 6帶的中央子午線的經(jīng)度為3。那么恣意帶的中央子午線經(jīng)度與投影帶號(hào)的關(guān)系以及根據(jù)某地面點(diǎn)的經(jīng)度計(jì)算其投影帶號(hào)的公式為 . 3

6、帶投影：自東經(jīng)1.5子午線算起向東劃分，每隔經(jīng)差3為一帶，依次將全球劃分120帶，其帶號(hào)為1120。那么恣意帶的中央子午線經(jīng)度與投影帶號(hào)的關(guān)系以及根據(jù)某地面點(diǎn)的經(jīng)度計(jì)算其投影帶號(hào)的公式為 我國(guó)領(lǐng)土所處的概略經(jīng)度范圍是東經(jīng)7327至東經(jīng)09，6帶投影與3帶投影的帶號(hào)范圍分別為1323，2545。.高斯-克呂格投影NSNS.中央子午線和赤道投影為相互正交的直線投影無(wú)角度變形中央子午線投影后長(zhǎng)度不變2 高斯坐標(biāo)系以中央子午線投影為x軸，赤道投影為y軸，其交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。如P點(diǎn)坐標(biāo)： x=12345678.9m； y=-168474.8m高斯坐標(biāo)的構(gòu)成Y=“帶號(hào)+500Km+y，x坐標(biāo)不變。P點(diǎn)坐標(biāo)：

7、x=12345678.9m； y=20331525.2m.三、假定平面直角坐標(biāo)系將測(cè)區(qū)中心點(diǎn)C沿鉛垂線投影到大地水準(zhǔn)面上得c點(diǎn)，用過(guò)c點(diǎn)的切平面來(lái)替代大地水準(zhǔn)面，在切平面上建立的測(cè)區(qū)平面直角坐標(biāo)系。坐標(biāo)系的原點(diǎn)選在測(cè)區(qū)西南角以使測(cè)區(qū)內(nèi)點(diǎn)的坐標(biāo)均為正值，以過(guò)測(cè)區(qū)中心的子午線為軸方向。xyO平面直角坐標(biāo)系.城市平面坐標(biāo)系的選擇一個(gè)城市只應(yīng)建立一個(gè)與國(guó)家坐標(biāo)系相聯(lián)絡(luò)的、相對(duì)獨(dú)立和一致的城市平面坐標(biāo)系，并經(jīng)上級(jí)行政主管部門審查同意后方可運(yùn)用。城市平面坐標(biāo)系的選擇應(yīng)以投影長(zhǎng)度變形值不大于2.5cm/km為原那么，并根據(jù)城市地理位置和平均高程而定。xyO施工坐標(biāo)系Oxy數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系.規(guī)定，當(dāng)長(zhǎng)度變形

8、值不大于2.5cm/km時(shí)，應(yīng)采用高斯投影一致3帶的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)；當(dāng)長(zhǎng)度變形值大于2.5cm/km時(shí)，可依次采用投影于抵償高程面上的高斯投影一致3帶的平面坐標(biāo)系；高斯投影恣意帶的平面坐標(biāo)系，投影面可用黃海平均海水面或城市平均高程面；假定平面直角坐標(biāo)系。所謂抵償高程面，就是當(dāng)城市所處的一致3帶平面坐標(biāo)系的高斯投影間隔變形值大于2.5cm/km時(shí)，經(jīng)過(guò)適中選擇間隔投影的高程面，使計(jì)算出的K值仍能滿足小于2.5cm/km的要求。其高程Hm稱為抵償高程面。 .四、WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系的原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，x軸指向BIH1984.0的零度子

9、午面和CTP赤道的交點(diǎn)，y軸經(jīng)過(guò)右手規(guī)那么確定。WGS-84地心坐標(biāo)系可以與1954北京坐標(biāo)系或1980西安坐標(biāo)系等參心坐標(biāo)系相互轉(zhuǎn)換。.1.4 地面點(diǎn)的高程一、高程地面點(diǎn)沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)面的間隔稱為該點(diǎn)的絕對(duì)高程或海拔，簡(jiǎn)稱高程，通常用加點(diǎn)名作下標(biāo)表示,如HA、HB。.二、 國(guó)家高程系統(tǒng)我國(guó)境內(nèi)所測(cè)定的高程點(diǎn)是以青島驗(yàn)潮站歷年觀測(cè)的黃海平均海水面為基準(zhǔn)面，并于1954年在青島市觀象山建立了水準(zhǔn)原點(diǎn)，經(jīng)過(guò)水準(zhǔn)丈量的方法將驗(yàn)潮站確定的高程零點(diǎn)引測(cè)到水準(zhǔn)原點(diǎn)，也即求出水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程。新中國(guó)成立后，1956年我國(guó)采用青島驗(yàn)潮站1950年1956年7年的潮汐記錄資料推算出的大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)引測(cè)出水準(zhǔn)

10、原點(diǎn)的高程為72.289m，以這個(gè)大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)建立的高程系稱為“1956年黃海高程系 ，簡(jiǎn)稱“56黃海系。.80年代，我國(guó)又采用青島驗(yàn)潮站1953年1977年25年的潮汐記錄資料推算出的大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)引測(cè)出水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260m，以這個(gè)大地水準(zhǔn)面為高程基準(zhǔn)建立的高程系稱為“1985國(guó)家高程基準(zhǔn) ，簡(jiǎn)稱“85高程基準(zhǔn)。在水準(zhǔn)原點(diǎn)，85高程基準(zhǔn)運(yùn)用的大地水準(zhǔn)面比56黃海系運(yùn)用的大地水準(zhǔn)面高出0.029m。.1.5 用程度面替代水準(zhǔn)面的限制一、地球曲率對(duì)程度間隔的影響 角普通很小，故略去五次方以上各項(xiàng)，并將 代入，得： 當(dāng)S=10Km時(shí)，s/s=1/1217700，小于目前精細(xì)測(cè)距

11、的允許誤差，因此在半徑為10Km的范圍內(nèi)進(jìn)展間隔丈量時(shí)，可不思索地球曲率的影響。.二、地球曲率對(duì)程度角的影響 由球面三角學(xué)可知，多邊形在球面上投影的各內(nèi)角之和，較其在平面上投影的各內(nèi)角之和大一個(gè)球面角超，它的大小與圖形面積成正比。其公式為： 式中，P為多邊形面積，R為地球曲率半徑，為206265 當(dāng)P為100Km2時(shí)， =0.51，由此可知：在面積為100Km2范圍內(nèi)，地球曲率對(duì)程度角的影響只需在精細(xì)丈量中才思索，普通丈量任務(wù)不用思索。.三、地球曲率對(duì)高差的影響 上式中可用s替代t，h與2R相比，可忽略不計(jì)，那么上式可寫成： 當(dāng)s=100m時(shí)，h=0.8mm，由此可見(jiàn)：地球曲率對(duì)高差的影響，即

12、使在很短的間隔內(nèi)也必需加以思索。.1.6 地面點(diǎn)確實(shí)定方法 測(cè)繪學(xué)的根本義務(wù)是確定空間點(diǎn)的位置，空間點(diǎn)的位置通常用三維坐標(biāo)表示。其方法有：投影三維定位；直接三維定位。一、投影三維定位 將空間點(diǎn)沿基準(zhǔn)線投影到基準(zhǔn)面上，確定該點(diǎn)在投影面的位置和它沿基準(zhǔn)線到投影面的間隔。將空間點(diǎn)沿橢球面的法線投影到橢球面上，該點(diǎn)的投影位置用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示，它到投影面的間隔用大地高H表示；將空間點(diǎn)投影到高斯平面或任一水準(zhǔn)面的切平面上，用x，y表示投影位置，用該點(diǎn)的正常高表示該點(diǎn)到投影面的間隔。.投影三維定位的根本要素：程度距、程度角、高差程度距 空間點(diǎn)在投影平面上的投影長(zhǎng)度。程度角 由一點(diǎn)出發(fā)的兩空間直線間構(gòu)成的空間角在投影平面上的投影角。豎直角 空間直線與程度面或天頂方向間的夾角。xyMABODhP.二、直接三維定位 直接確定空間點(diǎn)在空間大地直角