土木工程第章測量基本知識(shí)

北京大學(xué)出版社

土木工程測量

主編:陳久強(qiáng)劉文生

學(xué)習(xí)“工程測量”

測量科學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及國防建設(shè)中的重要地位不斷提高，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。----寧津生課程的性質(zhì)工程測量，土木工程測量。專業(yè)基礎(chǔ)課；土木工程等專業(yè)的基本技術(shù)；工程建設(shè)的主要導(dǎo)向技術(shù)。學(xué)習(xí)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)教學(xué)。根據(jù)理論教學(xué)需要開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完成必要的作業(yè)；實(shí)習(xí)教學(xué)將作為獨(dú)立課程在理論教學(xué)之后進(jìn)行。通過理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)教學(xué)達(dá)到掌握工程測量技術(shù)的目的。希望努力學(xué)習(xí)，刻苦訓(xùn)練，真正掌握土木工程測量技術(shù)，為工程建設(shè)服務(wù)。中國工程院院士、武漢大學(xué)教授寧津生

寧津生院士序言指出三大特點(diǎn)

1.結(jié)合土木類專業(yè)，應(yīng)用的特色非常明顯，教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性強(qiáng)；2.教材結(jié)構(gòu)體系新，教材內(nèi)容脈絡(luò)清晰，便于理解掌握；3.引進(jìn)測繪新技術(shù)，更具時(shí)代特色。第一章緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)：

理解測量科學(xué)技術(shù)在土木工程的意義。掌握坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)的概念和應(yīng)用。理解測量定位概念與技術(shù)過程。把握緒論對(duì)于學(xué)習(xí)工程測量技術(shù)的基本導(dǎo)向。第一節(jié)測量學(xué)與土木工程一、測量學(xué)概念二、測繪學(xué)的分支學(xué)科三、測繪科學(xué)在土木工程建設(shè)中的地位

一、測量學(xué)概念1.基本概念。測量學(xué)是一門研究測定地面點(diǎn)位置，研究確定并展示地球表面形態(tài)與大小的科學(xué)。2.與人類生存息息相關(guān)的測量科學(xué)。人類在地球上的生存、發(fā)展離不開點(diǎn)位置的確定，離不開邊界點(diǎn)、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(xué)正是適應(yīng)人類生存、發(fā)展的需要和土木工程建設(shè)的定位技術(shù)需求而發(fā)展起來。3.現(xiàn)代科技條件下的測量科學(xué)。

主要貢獻(xiàn)有激光紅外測距、衛(wèi)星全天候定位、攝影與遙感、數(shù)字化測量技術(shù)及現(xiàn)代平差等。現(xiàn)代科技條件下的測繪學(xué)，是對(duì)地球整體及其表面和外層空間的物體與地理分布有關(guān)信息的采集，并賦予處理、管理、更新等過程的科學(xué)技術(shù)。測繪學(xué)獲得的數(shù)據(jù)或圖象成為可以儲(chǔ)備、傳播、應(yīng)用的地球空間信息。地球空間信息工程學(xué)測繪學(xué)科的應(yīng)用范圍和服務(wù)對(duì)象正在不斷地?cái)U(kuò)大到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及國防建設(shè)中與地球空間信息有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，二、測繪學(xué)的分支學(xué)科大地測量學(xué)、攝影測量與遙感學(xué)、地圖學(xué)、海洋測繪、工程測量學(xué)。工程測量學(xué)。研究工程建設(shè)與自然資源開發(fā)中在規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)、施工與管理各個(gè)階段進(jìn)行的測量理論與技術(shù)的學(xué)科。工程測量學(xué)是測繪科學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。三、測繪科學(xué)在土木工程建設(shè)中的地位1.測量是土木工程規(guī)劃建設(shè)的重要依據(jù)。2.測量是土木工程勘察設(shè)計(jì)現(xiàn)代化的重要技術(shù)。3.測量是土木工程順利施工的重要保證。4.測量是房地產(chǎn)管理、工程綜合質(zhì)量檢驗(yàn)、重要土木工程設(shè)施安全監(jiān)視的重要手段。

土木工程技術(shù)人員明確測量科學(xué)在工程建設(shè)中的重要地位，熟練掌握測量基本理論和技術(shù)原理，熟練掌握和應(yīng)用工程測量基本理論和方法，是進(jìn)行交通土木工程技術(shù)工作的基本條件。第二節(jié)地球體的有關(guān)概念測量在地球上進(jìn)行，必須了解有關(guān)地球體的概念一、地球體的有關(guān)概念二、參考橢球體的參數(shù)一、地地球體體的有有關(guān)概概念1．垂線：重力力的作作用線線稱為為鉛垂垂線，，簡稱稱垂線線。(萬有有引力力與離離心力力)2．水準(zhǔn)面面：某一一時(shí)刻刻處于于沒有有風(fēng)浪浪的海海洋水水面，，稱為為水準(zhǔn)準(zhǔn)面。。理想想化的的靜止止曲面面。性性質(zhì)：：有3。。3．大地水水準(zhǔn)面面：沒有有風(fēng)浪浪沒有有潮汐汐的平平均海海水面面就稱稱為大大地水水準(zhǔn)面面。3．大地水水準(zhǔn)面面：沒有有風(fēng)浪浪沒有有潮汐汐的平平均海海水面面就稱稱為大大地水水準(zhǔn)面面。4．大地體體：大地地水準(zhǔn)準(zhǔn)面包包圍的的曲面面形體體稱為為大地地體。。水準(zhǔn)面面、大大地水水準(zhǔn)面面不規(guī)則則。大地體體不規(guī)則則。5．．參考橢橢球體體：二、參參考橢橢球體體的參參數(shù)1．1980年年以后后IAG-75參數(shù)數(shù):R=6378140米，αα=1/298.257，推算值值b=6356755.288米。。2．1954年年北京京坐標(biāo)標(biāo)系參參數(shù):前蘇聯(lián)聯(lián)克拉拉索夫夫斯基基參數(shù)數(shù)，R=6378245米，αα=1/298.3，推算值值b=6356863.019米米。3．平平均參參數(shù):R=6371000米。第三節(jié)節(jié)坐坐標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)的概概念一、大大地坐坐標(biāo)系系統(tǒng)二、高高斯平平面直直角坐坐標(biāo)系系統(tǒng)三、獨(dú)獨(dú)立平平面直直角坐坐標(biāo)系系一、大地坐坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系系統(tǒng)是以參參考橢球體體面為基準(zhǔn)準(zhǔn)面的球面坐標(biāo)系系，通常以大地經(jīng)度和大地緯度表示，簡稱經(jīng)度(L)，緯緯度(B)。L、B或稱為為大地坐標(biāo)標(biāo)。B:29°33′45.″8036L:119°51′28.″7441二、高斯平平面直角坐坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)表表示地面點(diǎn)點(diǎn)的球面坐坐標(biāo)，工程程設(shè)計(jì)上需需要點(diǎn)位平平面位置。。工程建設(shè)設(shè)在地球曲曲面上完成成，工程設(shè)設(shè)計(jì)均在平平面上進(jìn)行行?！捌矫婷妗迸c“曲曲面”必然然有矛盾。。高斯平面面直角坐標(biāo)標(biāo)系是一種種應(yīng)用廣泛泛的坐標(biāo)系系統(tǒng)，可以以解決這類類問題。1.高斯投投影的幾何意義：：1)沿N、、S兩極在在參考橢球球面均勻標(biāo)標(biāo)出子午線線(經(jīng)線)和分帶。。2)假想一一個(gè)橫橢圓圓柱面套在在參考橢球球面上。3)地球表面投投影到橫橢圓柱面上上。4)展開開成高斯平平面。沿N、S兩兩極在參考考橢球面均均勻標(biāo)出子子午線(經(jīng)經(jīng)線)和分分帶。按經(jīng)差L分帶邊緣子午線線中央子午線線假想一個(gè)橫橫橢圓柱面面套在參考考橢球面上上地球表面投投影到橫橢圓柱面上上地球的投影影紅線是投影影線取出地球的的投影---剪開---壓平平后2.高斯平面的的特點(diǎn)1)投影后后的中央子子午線NBS是直線線，長度不變。2)投影后后的赤道ABC是直直線，保持ABC⊥NBS。3)離開中央子子午線的子子午線投影影是以二極極為終點(diǎn)的的弧線，離離中央子午午線越遠(yuǎn)，，弧線的曲曲率越大，，說明離中央子午午線越遠(yuǎn)投投影變形越越大。3.高斯平平面直角坐坐標(biāo)系的建建立建立規(guī)則:①X軸是中中央子午線線NBS的的投影，北北方為正方方向；②Y軸是赤赤道ABC的投影，，東方為正正方向；③原點(diǎn)，即即中央子午午線與赤道交點(diǎn)用O表示；④四象限按按順時(shí)針順順序Ⅰ、ⅡⅡ、Ⅲ、ⅣⅣ排列高斯平面直直角坐標(biāo)表表示地面點(diǎn)點(diǎn)位置如x=2433586.693m，y=38514366.157m。。表示的意義義:(1)表示點(diǎn)在高高斯平面上上至赤道的的距離;2433586.693m(2)包括括有投影帶帶的帶號(hào)、、附加值500km和實(shí)際坐標(biāo)標(biāo)Y三個(gè)參參數(shù)，即y=帶號(hào)N(或n)+500km+Yp38+500+14366.157m全球高斯投投影帶高斯投影根根據(jù)Δ逐逐帶帶連續(xù)進(jìn)行行，全球連連續(xù)

逐帶帶高斯投影影展開成如如下圖的高高斯平面。。L=6六度帶中央子午線線經(jīng)度Lo=6N-3(1-3)L=3三度帶中央子午線線經(jīng)度Lo=3n(1-4)投影帶的中央子午線線與編號(hào)L=6六度帶中央子午線線經(jīng)度Lo=6N-3(1-3)L=3三度帶中央子午線線經(jīng)度Lo=3n(1-4)我國在大地地坐標(biāo)系中中的經(jīng)度位位置74°～135°六度帶編號(hào)N在我國:在13～23之間。。三度帶編號(hào)n在我國:在25～45之間。。三、獨(dú)立平平面直角坐坐標(biāo)系獨(dú)立平面直直角坐標(biāo)系系建立沒有有高斯平面面直角坐標(biāo)標(biāo)系那樣嚴(yán)嚴(yán)格的規(guī)則則，主要表表現(xiàn)在:1.坐標(biāo)系系X軸所在在的中央子子午線的經(jīng)經(jīng)度不一定定滿足式(1-3)、式(1-4)，，可按不同同要求采用用其他的經(jīng)經(jīng)度，具有有一定的隨意性；2.坐標(biāo)軸軸X軸的正正方向不一一定指向北北極，可根根據(jù)工作需需要自行確確定，具有有某種實(shí)用用性性；3.坐標(biāo)標(biāo)系系原原點(diǎn)點(diǎn)不不一一定定設(shè)設(shè)在在赤赤道道上上，，一一般般設(shè)設(shè)在在有有利利于于工工作作的的范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，具具有有相相應(yīng)應(yīng)的的區(qū)域域性性。測量量平平面面坐坐標(biāo)標(biāo)系系與與數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)坐坐標(biāo)標(biāo)系系數(shù)學(xué)學(xué)上上的的三三角角公公式式適適用用于于測測量量平平面面坐坐標(biāo)標(biāo)系系x=s××cosα(1-6)y=s××sinα(1-7)第四四節(jié)節(jié)高高程程系系統(tǒng)統(tǒng)的的概概念念一、、高高程程系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一般般概概念念二、、實(shí)實(shí)際際應(yīng)應(yīng)用用中中的的地地面面點(diǎn)點(diǎn)高高程程的的概概念念一、、高高程程系系統(tǒng)統(tǒng)的的一一般般概概念念地面面點(diǎn)點(diǎn)高高程程：：地地面面點(diǎn)點(diǎn)到到某某一一高程程基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面的垂垂直直距距離離。。大地地高高系系統(tǒng)統(tǒng)：以以參考考橢橢球球體體面面為基基準(zhǔn)準(zhǔn)面面的的高高程程系系統(tǒng)統(tǒng)。。大地地高高，表表示示地地面面點(diǎn)點(diǎn)到到參參考考橢橢球球體體面面的的垂垂直直距距離離。。正高高系系統(tǒng)統(tǒng)：以以大地地水水準(zhǔn)準(zhǔn)面面為基準(zhǔn)面的高高程系統(tǒng)。正高，表示地面點(diǎn)點(diǎn)到大地水準(zhǔn)準(zhǔn)面的垂直距距離。正常高系統(tǒng)：以似大地水準(zhǔn)面面為基準(zhǔn)面的高高程系統(tǒng)。正常高，表示地面點(diǎn)點(diǎn)到似大地水水準(zhǔn)面的垂直直距離。大地高、正高高、正常高三三者關(guān)系由差距h’m、hm參數(shù)聯(lián)系起來來。在要求不不高時(shí)，往往往忽略h’m、hm參數(shù)，不再有有大地高、正正高、正常高高的區(qū)別。二、實(shí)際應(yīng)用用中的地面點(diǎn)點(diǎn)高程的概念念絕對(duì)高程：地面點(diǎn)沿其其垂線到似大大地水準(zhǔn)面的的垂直距離。。相對(duì)高程：地面點(diǎn)沿其其垂線到假定定的似大地水水準(zhǔn)面的垂直直距離。高差：二個(gè)地面點(diǎn)點(diǎn)的高程之差差，用h表示示。第五節(jié)地地面點(diǎn)定位的的概念一、地面點(diǎn)定定位的技術(shù)過程二、地面點(diǎn)定位元素三、地面點(diǎn)定定位的工作原則一、技術(shù)過程程地面點(diǎn)定位，，亦即以某種種技術(shù)過程確定地面點(diǎn)的的位置。1.測繪。以測量技術(shù)手段段測定地面點(diǎn)位置并并用圖象或圖形和和數(shù)據(jù)等形式表示出出來，這種技技術(shù)過程稱為為測繪。2.測設(shè)。利用測量技術(shù)手段段把設(shè)計(jì)上擬定定的地面點(diǎn)測定到實(shí)地上，這種技術(shù)術(shù)過程稱為測設(shè)，或稱為工程程放樣，簡稱稱放樣。二、地面點(diǎn)定定位元素角度測量、距離測量、高差測量是地面點(diǎn)定位位的測量基本本技術(shù)工作。。測量得到的角度(β)、距離(D)、高差(h)是地面點(diǎn)定位位的基本元素素，稱為定位位元素。這些些定位元素具具有獨(dú)立性(即某一元素與與其它同類元元素之間不存存在函數(shù)關(guān)系系)和直接可量性性(即可利用測量量儀器直接測測量其大小)，故稱之為直直接觀測量，，或稱為直接定位元素素。地面點(diǎn)的定位位參數(shù)x、y、H不能直接測量量得到，但可可以利用地面面點(diǎn)的直接定定位元素按某某種規(guī)定的法法則推算得到到，故又稱地地面點(diǎn)的定位位參數(shù)x、y、H為間接觀測量量，或稱為間接定位元素素。三、地面點(diǎn)定定位的工作原原則:⒈等級(jí)原則。等級(jí)規(guī)定是工工程建設(shè)中測測量技術(shù)工作作成果質(zhì)量的