土木工程測量第一章緒論

土木工程測量程見明Ⅰ教學(xué)目的和重要性本課程是土木工程類專業(yè)學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)必修課程，是一門實(shí)踐性強(qiáng)，理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。本課程的任務(wù)主要是解決在各類土木工程建設(shè)中需掌握的測量基礎(chǔ)理論、基本方法和基本技能，培養(yǎng)動(dòng)手、實(shí)踐和創(chuàng)新能力，掌握常用測量儀器和工具的使用和維護(hù)方法，掌握大比例尺地形圖的測繪，具備土木工程施工放樣的能力，培養(yǎng)認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)和從事土木工程勘測、設(shè)計(jì)、施工工作奠定必要的基礎(chǔ)。

Ⅱ?qū)W習(xí)方法和要求本課程為64學(xué)時(shí),其中理論學(xué)時(shí)為40,實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為24。學(xué)習(xí)要求:本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，必須堅(jiān)持理論與實(shí)踐并重，講練結(jié)合的原則。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，必須做到訓(xùn)練認(rèn)真，要求嚴(yán)格，在觀測、記錄和計(jì)算等方面受到嚴(yán)格的訓(xùn)練，真正達(dá)到培養(yǎng)實(shí)際動(dòng)手能力的目的。

Ⅲ課程結(jié)業(yè)方式和成績評定

本課程為考試課程，最終成績由：考試成績（50%）、實(shí)驗(yàn)成績（30%）、平時(shí)成績（20%）三部分組成。Ⅳ學(xué)時(shí)分配第一章緒論2學(xué)時(shí)第二章水準(zhǔn)儀及水準(zhǔn)測量8學(xué)時(shí)第三章經(jīng)緯儀及角度測量8學(xué)時(shí)第四章直線定向及距離測量6學(xué)時(shí)第五章小地區(qū)控制測量6學(xué)時(shí)第六章測量誤差及基本知識2學(xué)時(shí)第八章大比例尺地形圖的測繪6學(xué)時(shí)第九章建筑施工測量2學(xué)時(shí)

第一章緒論1.1土木工程測量學(xué)的任務(wù)1.2地面點(diǎn)位的確定1.3測繪工作的基本原則1.4用水平面代替水準(zhǔn)面的限度小節(jié)

第一章緒論內(nèi)容：掌握工程測量的基本概念、任務(wù)與作用；理解水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系、高斯平面直角坐標(biāo)系、絕對高程、相對高程和高差的概念；了解用水平面代替水準(zhǔn)面的限度。重點(diǎn)：測量基準(zhǔn)面的概念、測量坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)難點(diǎn):高斯坐標(biāo)系中橫坐標(biāo)通用值與代號的關(guān)系1.1工程測量學(xué)的任務(wù)1.測量學(xué)的定義測繪學(xué)是研究地球的形狀和大小、地球重力場以及確定地球表面（包含空中、地下和海底）物體的空間位置，以及對空間位置信息進(jìn)行采集、處理、儲存、管理的科學(xué)。根據(jù)它的任務(wù)與作用，包括兩個(gè)部分：測定（測繪）——由地面到圖形。測設(shè)（放樣）——由圖形到地面。指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。2.測量學(xué)的分類（了解）普通測量學(xué)－小范圍不顧及地球曲率的影響大地測量學(xué)－研究地球大小、形狀、重力場攝影測量學(xué)－應(yīng)用攝影或遙感技術(shù)海洋測量學(xué)工程測量學(xué)地圖制圖學(xué)GPS衛(wèi)星測量2.測量學(xué)的分類普通測量學(xué)－（基礎(chǔ)）在不顧及地球曲率影響情況下，研究地球自然表面局部區(qū)域的地形、確定地面點(diǎn)位的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)方法與應(yīng)用的學(xué)科。工程測量學(xué)－研究各類工程在規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)、施工、竣工驗(yàn)收和運(yùn)營管理等各階段的測量理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。主要內(nèi)容包括控制測量、地形測量、施工測量、安裝測量、竣工測量等。2.測量學(xué)的的分類隨著著遙遙感感(RS)、、衛(wèi)衛(wèi)星星全全球球定定位位系系統(tǒng)統(tǒng)(GPS)和和地地理理信信息息系系統(tǒng)統(tǒng)(GIS)等等新新技技術(shù)術(shù)的的不不斷斷發(fā)發(fā)展展，，新新的的測測量量分分支支學(xué)學(xué)科科將將不不斷斷涌涌現(xiàn)現(xiàn)。2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類（（航航測測））2.測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類（（航航測測））2測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類2測測量量學(xué)學(xué)的的分分類類1.2地地面面點(diǎn)點(diǎn)位位的的確確定定回顧顧：：空空間間點(diǎn)點(diǎn)位位如如何何確確定定?如何何確確定定點(diǎn)點(diǎn)位位？？1．．有有坐坐標(biāo)標(biāo)的的面面（（點(diǎn)點(diǎn)投投影影后后位位置置唯唯一一確確定定））測量量基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面①面面如如何何確確定定？？②面面上上坐坐標(biāo)標(biāo)如如何何確確定定？？２．．一一定定的的投投影影方方式式鉛鉛垂垂地地球球的的形形狀狀和和大大小小1．．地地球球的的形形狀狀和和大大小小1．．地地球球的的形形狀狀和和大大小小從整個(gè)地球球來看：地地球大致像像一個(gè)橢球球體，其表表面極不規(guī)則，不便于用用數(shù)學(xué)公式式來表達(dá)。。地球高低低起伏的形形狀：最高高海拔8844.43m（我我國西藏與與尼泊爾交交界處的珠珠穆朗瑪峰峰）；最低低海拔11022m（太平洋洋西部的馬馬里亞納海海溝），但但地球的半半徑大約是是6371000m。海洋面積：：71%陸陸地地面積：29%———可以認(rèn)為地地球是被靜靜止的海水水面所包圍圍的球體。。2.關(guān)于水水準(zhǔn)面的幾幾個(gè)基本概概念把地球總的的形狀看作作是被海水水包圍的球球體，也就就是設(shè)想有有一個(gè)靜止止的海水面面，向陸地地延伸而形形成一個(gè)封封閉的曲面面。重力----地地球引力與與離心力的的合力。鉛垂線（重力作用用線）———測量工作基基準(zhǔn)線2.關(guān)于水水準(zhǔn)面的幾幾個(gè)基本概概念水準(zhǔn)面———由自由靜止止的海水面面向陸地延延伸，并包包含整個(gè)地地球，形成成一個(gè)封閉閉的曲面來來代替地球球表面（重重力等位面面），是一一個(gè)處處與與重力方向向垂直的連連續(xù)曲面。。大地水準(zhǔn)面面——與平均海水面面吻合并向大大陸、島嶼嶼內(nèi)延伸所所形成的閉閉合曲面。。——測量工作基基準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面面實(shí)際上是是一個(gè)有微微小起伏的的不規(guī)則曲曲面（原因因？）大地體———大地水準(zhǔn)面面所包圍的的地球形體體。2.關(guān)于水水準(zhǔn)面的幾幾個(gè)基本概概念旋轉(zhuǎn)橢球面面——（測量量計(jì)算基準(zhǔn)準(zhǔn)面）為了了計(jì)算方便便，通常用用一個(gè)非常常接近于大大地水準(zhǔn)面面，并可用用數(shù)學(xué)式來來表示的幾幾何體來代代替地球的的形狀，這這就產(chǎn)生了了“旋轉(zhuǎn)橢橢球”的概概念。長半徑a=6378137m短半徑b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.2572.關(guān)于水準(zhǔn)準(zhǔn)面的幾個(gè)基基本概念地地面點(diǎn)位的的確定測量工作的實(shí)實(shí)質(zhì)：確定地地面點(diǎn)的空間間位置，即：：在測量基準(zhǔn)準(zhǔn)面上用3個(gè)個(gè)量（該點(diǎn)的的平面或球面面坐標(biāo)與該點(diǎn)點(diǎn)的高程）來來表示。要確定地面點(diǎn)點(diǎn)位必須建立立測量坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)和高程系統(tǒng)。1.2.2.1坐標(biāo)系系統(tǒng)定義：坐標(biāo)系系統(tǒng)用來確定定地面點(diǎn)在地地球橢球面或或投影平面上上的位置。常常用的有：1.大地坐標(biāo)標(biāo)系2.高斯－克克呂格爾平面面直角坐標(biāo)系系（重點(diǎn)）3.獨(dú)立平面面直角坐標(biāo)系系（重點(diǎn)）1.大地坐標(biāo)標(biāo)系1、大地地理理坐標(biāo)（大地地坐標(biāo)）（屬屬于球面坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)）———用經(jīng)度和緯度來表示地面點(diǎn)點(diǎn)。適用于于：在地球橢橢球面上確定定點(diǎn)位。2.關(guān)于地理理坐標(biāo)的幾個(gè)個(gè)概念地軸：地地球北極極N與南極S的連線子午面：過地地面點(diǎn)P和地地軸的平面子午線：子午面與地地球表面的交交線首子午面：通通過英國倫敦敦格林威治天天文臺的子午午面，相應(yīng)的的子午線為首子午線（零子午線）），經(jīng)度為0°。我國目前使用用的大地坐標(biāo)標(biāo)系為：1980年國國家大地坐標(biāo)標(biāo)系。2.高斯平面面直角坐標(biāo)系系適用于：測區(qū)區(qū)范圍較大，，不能將測區(qū)區(qū)曲面當(dāng)作平平面看待。當(dāng)測區(qū)范圍較較大，若將曲曲面當(dāng)作平面面來看待，則則把地球橢球球面上的圖形形展繪到平面面上來，必然然產(chǎn)生變形，，為減小變形，必須采用適適當(dāng)?shù)姆椒▉韥斫鉀Q。測量量上常采用的的方法是高斯斯投影方法。。高斯投影方法法是將地球劃劃分成若干帶帶，然后將每每帶投影到平平面上。高斯投影是等等角橫切橢圓圓柱投影。等角投影就是正形投影影。所謂，正正形投影，就就是在極小的的區(qū)域內(nèi)橢球球面上的圖形形投影后保持持形狀相似。。即投影后角度不不變形。圖形：高斯投投影方法圖一一(1)高斯投影的表表達(dá)—橫圓柱柱描述法把把地球看作作一個(gè)圓球，設(shè)想把一個(gè)個(gè)平面卷成一一個(gè)橫圓柱，把它套在圓圓球外面，使橫圓柱的中中心軸線通過過圓球的中心心，把圓球面面上一根子午午線與橫圓柱柱相切，即即這這條條子子午午線線與與橫橫圓圓柱柱重重合合。。以以此此子子午午線線為為中中心心將將其其左左右右一一定定帶帶寬寬范范圍圍內(nèi)內(nèi)的的球球面面用用正正形形投投影影（（等等角角投投影影即即高高斯斯投投影影））的的方方法法投投影影至至圓圓柱柱面面上上。。圖形：高斯斯投影方法法圖二投影剪開展平總結(jié)：高斯斯投影特點(diǎn)點(diǎn)1中央子午午線與赤道道呈直線，，長度不變變，且二者者正交2角度不變變形，長度度變形3離中央子子午線越遠(yuǎn)遠(yuǎn)，長度變變形越大(2).投投影分帶為控制投影影變形，這這種投影方方法把地球球分成若干干范圍不大大的帶進(jìn)行行投影，帶帶的寬度一一般分為經(jīng)經(jīng)差6o、、3o和1.5o幾幾種，簡稱稱6o帶、、3o帶和和1.5oo帶，中心心的子午線線為中央子子午線，其其經(jīng)度的計(jì)計(jì)算方法如如下。6o帶：（（6N-3）o3o帶：（（3n）ooN，，n－帶號號①.6°帶劃分分方法：從從首子午線線自西向東每隔6°劃分一一帶，稱6°帶。位位于各帶帶中央的子子午線稱中央子午線線。②.3°帶劃分分：從經(jīng)度度1°30′自西向向東按3°°度劃分，，帶號用n表示，依依次編號1～120(3).六六度帶、三三度帶計(jì)算算六度帶各帶帶中央子午午線經(jīng)度計(jì)計(jì)算為：三度帶各帶帶中央子午午線經(jīng)度計(jì)計(jì)算為：例1：某點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)度116°28′，屬于于6°帶的的帶號為：：_______,中央子午午線經(jīng)度為為_______,3°帶帶帶號為______，中中央子午線線經(jīng)度為：：_________。(4).坐坐標(biāo)建立以各帶中央央子午線為為縱軸（x軸），北北方向?yàn)檎嗟罏闉闄M軸（y軸），東東方向?yàn)檎?；其交點(diǎn)點(diǎn)為原點(diǎn)，，即建立起起各投影帶帶的高斯－－克呂格爾爾平面直角角坐標(biāo)系。。(5)橫坐標(biāo)標(biāo)通用值目的：避免免我國y坐坐標(biāo)值出現(xiàn)現(xiàn)負(fù)值1）X坐標(biāo)標(biāo)不變；2）Y坐標(biāo)標(biāo)先加500km，再在在其之前冠冠以該投影影帶的帶號。[例題]：：國家高斯斯平面點(diǎn)P（3032586.48，20648680.54）），請指指出其所在在的帶號及及自然坐標(biāo)標(biāo)為多少？？(1)點(diǎn)點(diǎn)P至至赤赤道道的的距距離離：：X=3032586.48m(2)其其投投影影帶帶的的帶帶號號為為20、、P點(diǎn)點(diǎn)離離20帶帶的的縱縱軸軸X軸軸的的實(shí)實(shí)際際距距離離：：Y=648680.54-500000=148680.54m3.獨(dú)立立平面直直角坐標(biāo)標(biāo)系（1）定定義：當(dāng)測量區(qū)區(qū)域較小小(如在在半徑小小于10km的的范圍內(nèi)內(nèi))時(shí)，，可以將將其當(dāng)做做平面來來看待。。在這種種情況下下，地面面點(diǎn)的位位置可用用平面直直角坐標(biāo)標(biāo)表示。。右圖為為測量工工作中采采用的坐坐標(biāo)系。。規(guī)定南南北方向向?yàn)榭v軸軸，記為為x軸，，x軸向向北為正正；以東東西方向向?yàn)闄M軸軸，記為為y軸，，y軸向向東為正正。（2）.獨(dú)立平平面直角角坐標(biāo)系系與數(shù)學(xué)學(xué)坐標(biāo)系系的區(qū)別別數(shù)學(xué)上的的平面直直角坐標(biāo)標(biāo)測量上的的平面直直角坐標(biāo)標(biāo)（2）.獨(dú)立平平面直角角坐標(biāo)系系與數(shù)學(xué)學(xué)坐標(biāo)系系的區(qū)別別其與數(shù)學(xué)學(xué)中平面面直角坐坐標(biāo)系相相比，不同點(diǎn)：：（1）測測量上取取南北方方向?yàn)榭v縱軸（X軸軸），東東西方向向?yàn)闄M軸軸（Y軸））（2）角角度方向向順時(shí)針針度量，，象限順順時(shí)針編編號。相同點(diǎn)：：數(shù)學(xué)中的的三角公公式在測測量計(jì)算算中可直直接應(yīng)用用。1.2.2.2高程程系統(tǒng)1.基本本概念：：高程程，絕對對高程，，相對高高程，高高差高程：地面點(diǎn)點(diǎn)至某一一高程基基準(zhǔn)面的的垂直距距離絕對高程程：又稱稱高程或或海拔，指地面點(diǎn)點(diǎn)到大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面的鉛垂距距離———H相對高程程（假定定高程））：地面面點(diǎn)到假假定水準(zhǔn)準(zhǔn)面的鉛鉛垂距離離——H′高差:地面上上兩點(diǎn)之之間的高高程之差差。我國的水水準(zhǔn)原點(diǎn)點(diǎn)建在青青島市，，在1985年年國家高高程系統(tǒng)統(tǒng)中中其其高程為為72.260米米地面點(diǎn)的的高程(Elevation)高程（絕絕對高程程、海拔拔）-----地面點(diǎn)點(diǎn)到大地地水準(zhǔn)準(zhǔn)面面的鉛鉛垂垂距距離離。。假定定（（相相對對））高高程程-----地地面面點(diǎn)點(diǎn)到到假定定水水準(zhǔn)準(zhǔn)面面的鉛垂垂距距離離。。高差差-----兩兩點(diǎn)點(diǎn)間間的的高高程程之之差差。。假定定水水準(zhǔn)準(zhǔn)面面大地地水準(zhǔn)準(zhǔn)面面高差差2.高高程系系統(tǒng)示示意圖圖12.高高程系系統(tǒng)示示意圖圖21.3測測繪工工作的的基本本原則則測測繪的的基本本工作作1、地地面點(diǎn)點(diǎn)定位位元素素地面點(diǎn)點(diǎn)間的的距離離D、、相關(guān)關(guān)角度度β、、高程程H因此，，測量量的基基本工工作為為：高高程測測量（（水準(zhǔn)準(zhǔn)測量量）、、角度度測量量、距距離測測量2、工工程程測量量學(xué)的的任務(wù)務(wù)①.測圖圖－應(yīng)用用各種種測繪繪儀器器和工工具，，在地地球表表面面局部部區(qū)域域內(nèi)，，測定定地物和地貌的特征征點(diǎn)或或棱角角點(diǎn)的的三維維坐標(biāo)標(biāo)，根根據(jù)局局部區(qū)區(qū)域地地圖投投影理理論，，將測測量資資料按按比例例繪制制成圖圖或制制作電電子圖圖。既既能表表示地地物平平面位位置又又能表表示地地貌變變化的的圖為為地形形圖圖.②.用用圖圖－與與成成圖圖相相反反，，在在圖圖上上丈丈量量以以獲獲取取所所需需資資料料，，或或?qū)D圖上上數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)反反算算成成實(shí)實(shí)地地相相應(yīng)應(yīng)的的測測量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)，，以以解解決決設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)和和施施工工中中的的實(shí)實(shí)際際問問題題。。1.1.2工程程測量學(xué)的的任務(wù)③.放圖－施工放樣樣，根據(jù)設(shè)設(shè)計(jì)圖提供供的數(shù)據(jù)，，按照設(shè)計(jì)計(jì)精度要求求，通過測測量手段將將建（構(gòu)））筑物的特特征點(diǎn)、線線、面等標(biāo)標(biāo)定到實(shí)際際工工作面上上，為施工工提供正確確位置，指指導(dǎo)施工。。④.變形測量量－位移觀測測、變形觀觀測等。因此，測量量學(xué)貫穿于于工程建設(shè)設(shè)的全過程程.1.3.2測繪的基基本原則1.測量程程序逐級進(jìn)行，，即：先進(jìn)進(jìn)行控制測測量，后進(jìn)進(jìn)行碎部測測量和與工工程建設(shè)相相關(guān)的測量量?？刂茰y量：：控制點(diǎn)的的測量碎部測量：：以控制點(diǎn)點(diǎn)為依據(jù)，，在測區(qū)內(nèi)內(nèi)用低一級級精度測定定周圍局部部范圍內(nèi)地地物、地貌貌特征點(diǎn)的的定位元素素相關(guān)測量量：2.測量量原則（（重點(diǎn)））整體性原原則———從整體體到局部部控制性原原則———先控制制后碎部部等級性原原則———由高級級到低級級檢核性原原則———前一步步工作未未經(jīng)檢核核不得進(jìn)進(jìn)行下一一步工作作1.4用用水平平面代替替水準(zhǔn)面面的限度度對距離影影響？對高程影影響？對角度影