工程測量第一章

工程測量第一章第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)國防建設(shè)科學(xué)研究◆應(yīng)用領(lǐng)域：第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日建筑變形監(jiān)測第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日在南極長城站進(jìn)行控制測量第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日在南極長城站進(jìn)行天文測量第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)工程測量的任務(wù)和作用工程測量是研究工程建設(shè)在勘測設(shè)計、施工過程和管理階段所進(jìn)行的各種測量工作的學(xué)科。主要內(nèi)容有：工程控制網(wǎng)的建立、地形測繪、施工放樣、設(shè)備安裝測量、竣工測量、變形觀測和維修養(yǎng)護(hù)測量等。

一、測量學(xué)的一般概念測量學(xué)(Surveying)是測定地面點的空間位置，將地球表面地形和其它地理信息測繪成圖，研究并確定地球形狀和大小的科學(xué)。第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日

二、工程測量的任務(wù)和作用測量學(xué)將地表物體分為地物和地貌,地物和地貌總稱為地形(landform)。地物(feature)：地面上天然或人工形成的物體，它包括平原、湖泊、河流、海洋、房屋、道路、橋梁等；地貌(geomorphy)：地表高低起伏的形態(tài)，它包括山地、丘陵和平原等。1.測定(location)：使用測量儀器和工具，通過測量和計算將地物和地貌的位置按一定比例尺、規(guī)定的符號縮小繪制成地圖。2.測設(shè)(setting-out)：將在地形圖上設(shè)計出的建筑物和構(gòu)筑物的位置在實地標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。測繪科學(xué)在建筑類各專業(yè)的工作中有著廣泛的應(yīng)用。例如：勘測設(shè)計、施工、竣工測量和對重要建筑物進(jìn)行變形觀測等。第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日普通測量學(xué)的基本要求★掌握測量學(xué)的基本概念，基本理論★熟練操作常用的測量儀器★掌握又快又準(zhǔn)確地測、算、繪的技術(shù)★熟練讀圖和用圖第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日地圖制圖學(xué)攝影測量與遙感

大地測量學(xué)地形測量學(xué)工程測量學(xué)

測量學(xué)的分類第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日①大地測量學(xué)

是“測定和描繪地球表面的科學(xué)”在廣大區(qū)域建立國家大地控制網(wǎng)，測定地球形狀、大小、重力場及其變化的技術(shù)方法的學(xué)科。第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日大地測量學(xué)—GPS

（GlobalPositionSystem）第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日②地形測量學(xué)

研究小區(qū)域內(nèi)地表各類物體形狀和大小，將小區(qū)域內(nèi)地物和地面起伏按一定比例縮小后，繪制成平面圖或地形圖的學(xué)科。第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日地形測量實地景觀一角輸出的等高線圖輸出的三維透視圖地形測量第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日③攝影測量與遙感對非接觸傳感器獲取的影像和數(shù)字表達(dá)的記錄進(jìn)行量測和解譯的過程。是對影像信息的獲取，處理，提取和成果表達(dá)的一門信息科學(xué)。原始影像處理后的影像再處理后的影像立面圖第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖像像幅航空攝影示意圖攝影測量（包括航空攝影測量與近景攝影測量）航空攝影測量第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日根據(jù)航測數(shù)據(jù)生成的虛擬三維地形第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日近景攝影測量第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日靈山大佛第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日遙感（RS——RemoteSensing）第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日南京遙感衛(wèi)星影像第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日④工程測量學(xué)工程測量學(xué)是研究在工程建設(shè)和自然資源開發(fā)的勘測、設(shè)計、施工、管理各個階段進(jìn)行測量的理論和技術(shù)的學(xué)科?？睖y設(shè)計階段:測繪各種比例尺的地形圖,供規(guī)劃、設(shè)計使用施工階段:施工測量、測設(shè)(施工放樣)、竣工測量和變形觀測運(yùn)營管理階段:建（構(gòu)）筑物變形觀測和安全監(jiān)測預(yù)報、擴(kuò)建改建例如：大壩安全檢測、高層建筑物沉降監(jiān)測第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日勘測設(shè)計階段:測繪各種比例尺的地形圖,供規(guī)劃、設(shè)計使用施工階段:施工測量、測設(shè)(施工放樣)、竣工測量和變形觀測運(yùn)營管理階段:建（構(gòu)）筑物變形觀測和安全監(jiān)測預(yù)報、擴(kuò)建改建第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日⑤地圖制圖學(xué)地圖制圖學(xué)是研究繪制或表述地球表面及其附屬物形狀的成圖理論與方法的學(xué)科。

地圖的表現(xiàn)形式有圖形、圖像和數(shù)字，是測繪行業(yè)的主要產(chǎn)品形式之一。第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)我國測量學(xué)發(fā)展概況

世界最早的測量記載公元前21世紀(jì)《史記.夏本記》

記載“準(zhǔn)、繩、規(guī)、距”世界最早的測量儀器：公元前3世紀(jì)中國四大發(fā)明之一

司南，即指南針世界最早的天文測量儀器：公元100年，中國東漢張衡，

混天儀世界最早的地圖制圖規(guī)范：公元265年，中國西晉裴秀

《禹貢地域圖》序言“制圖六體”世界最早的地形模型：公元421年，中國南朝謝莊制造《木方丈圖》第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日水浮指南針（北宋）古代各種指南針第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日各種現(xiàn)代羅盤第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日測量工作的實質(zhì)是確定地面點的空間位置地面點的空間位置可用三維的空間直角坐標(biāo)（X，Y，Z）二維坐標(biāo)系(x,y)（面）一維坐標(biāo)系（H）（線）

即可寫為(x,y，H)第三節(jié)地面點位的確定第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日

由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得地球成橢球形，其赤道半徑大，極半徑小。地球表面并不光滑，形狀十分復(fù)雜，有高山平原，江河湖泊，如：

有高于海平面8848m珠穆朗瑪峰有低于海平面11022m馬里亞納海溝

但是這樣的高低變化與地球半徑6371km相比只有1/600變化是微小的。因為海洋約占整個地球表面的71%?！锼匀藗冊O(shè)想將靜止的海水面向整個陸地延伸，用所形成的封閉曲面代替地球表面，這個曲面稱為大地水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面所包含的形體，稱為大地體，它代表了地球的自然形狀和大小。第三節(jié)地面點位的確定第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日大地水準(zhǔn)面

：與平均海水面吻合并向大陸，島嶼延伸而形成的閉合曲面，這個唯一確定的水準(zhǔn)面叫大地水準(zhǔn)面，也就是測量的基準(zhǔn)面。第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日特點：1.重力等位面，其表面處處與重力方向垂直。

2.有無窮多個，但各水準(zhǔn)面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面水準(zhǔn)面地球自然表面二、水準(zhǔn)面定義：處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面稱為水準(zhǔn)面。第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日

旋轉(zhuǎn)橢球體面：由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，導(dǎo)致地面上各點的重力方向即鉛垂線方向產(chǎn)生不規(guī)則的變化，因而大地水準(zhǔn)面實際上是一個有微小起伏的不規(guī)則曲面。在測量上選用橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的參考旋轉(zhuǎn)橢球體面，作為測量計算的基準(zhǔn)面。

第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日

目前我國所采用的參考橢球體是“1980年國家大地坐標(biāo)系”，其參考橢球體元素為：長半軸a=6378140m

短半軸b=6356755.3m

扁率

a=(a–b)/a=1/298.257

當(dāng)測區(qū)范圍不大時，通常把地球橢球體當(dāng)作圓球看待，取其半徑為6371km。第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日地面點P在旋轉(zhuǎn)橢球面上的投影位置用大地經(jīng)度L和大地緯度B來表示。如右圖所示。NS為橢球的旋轉(zhuǎn)軸，N表示北極，S表示南極，O為橢球中心。

地面點P的坐標(biāo)為（L，B）

二、地面點的測量坐標(biāo)系統(tǒng)1.大地坐標(biāo)系第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日二、地面點的測量坐標(biāo)系統(tǒng)

高斯投影規(guī)定以經(jīng)差6o或更小的經(jīng)差為準(zhǔn)來限定高斯投影的范圍，每一投影范圍叫一個投影帶。6o帶是從0o子午線算起，以經(jīng)度每隔6o為一帶，將整個地球劃分成60個投影帶，并用阿拉伯?dāng)?shù)字1，2…60順次編號，叫做高斯6o投影帶(簡稱6o帶)。

高斯投影（動畫）2.高斯平面直角坐標(biāo)系第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日解：據(jù)題意，其高斯投影6°帶的帶號為：

Ｎe=INT（116o24′/6+1）=20(INT—取整數(shù)）中央子午線經(jīng)度為：L0=20×6o－3o=117°

高斯投影6°帶中央子午線經(jīng)度L0與投影帶號Ne之間的關(guān)系式為：L0=Ne×6°－3°

例某城市中心的經(jīng)度為116°24′，求其所在高斯投影6°帶的中央子午線經(jīng)度L0和投影帶號Ne。第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日

采用分帶投影后，由于每—投影帶的中央子午線和赤道的投影為兩正交直線，故可取兩正交直線的交點為坐標(biāo)原點。中央子午線的投影線為坐標(biāo)縱軸X軸，向北為正；赤道投影線為坐標(biāo)橫軸Y軸，向東為正，這就是全國統(tǒng)一的高斯平面直角坐標(biāo)系。

高斯投影3帶與6帶的關(guān)系如上圖所示，3帶是以東經(jīng)130開始，第一帶的中央子午線是東經(jīng)3。

第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日PmP′YE中央子午線高斯投影平面赤道X第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日

我國位于北半球，縱坐標(biāo)均為正值，橫坐標(biāo)則有正有負(fù)，如圖1-5a)所示，Ya=+148680.m，Yb=-134240.69ｍ。為了避免橫坐標(biāo)出現(xiàn)負(fù)值和標(biāo)明坐標(biāo)系所處的帶號，規(guī)定將坐標(biāo)系中所有點的橫坐標(biāo)值加上500km(相當(dāng)于各帶的坐標(biāo)原點向西平移500km)，并在橫坐標(biāo)前冠以帶號。如圖1-5b)中所標(biāo)注的橫坐標(biāo)為：Ya=20648680.54ｍ，Yb=20365759.31ｍ。這就是高斯平面直角坐標(biāo)的通用值，最前兩位數(shù)20表示帶號，不加500km和帶號的橫坐標(biāo)值稱為自然值。第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

二、地面點的測量坐標(biāo)系統(tǒng)3.平面直角坐標(biāo)系

當(dāng)測量的范圍較小時，可以把該測區(qū)的球面當(dāng)作平面看待，直接將地面點沿鉛垂線投影到水平面上，用平面直角坐標(biāo)來表示它的投影位置。測量上選用的平面直角坐標(biāo)系，規(guī)定縱坐標(biāo)軸為X軸，表示南北方向，向北為正；橫坐標(biāo)軸為Y軸，表示東西方向，向東為正；坐標(biāo)原點可假定，也可選在測區(qū)的已知點上。象限按順時針方向編號。第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日

三、地面點的高程系統(tǒng)地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為該點的絕對高程或海拔，簡稱高程(height)

。在下圖中地面點A、B的絕對高程分別為Ha、Hb。

第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日

地面上兩點高程之差稱為這兩點的高差，如上圖中A、B兩點間的高差為：

hab=Hb–Ha＝Hb–Ha

當(dāng)在局部地區(qū)進(jìn)行高程測量時，也可以假定一個水準(zhǔn)面作為高程起算面。地面點到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離稱為假定高程或相對高程。在右圖中，A、B兩點的相對高程為HaHb。第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日水準(zhǔn)原點

我國解放初期，采用1950～1956年驗潮資料,求得平均海水面位置,進(jìn)而測得水準(zhǔn)原點的高程為72.289m，此高程系統(tǒng)稱為1956年黃海高程系。由于驗潮資料時間周期短，不甚精確；為提高大地水準(zhǔn)面的精度，國家又根據(jù)青島驗潮站1952-1979年的驗潮資料組合成了10個周期為19年的驗潮資料，經(jīng)精確計算，于1985年重新確定了黃海平均海水面的位置和高程原點的高程（72.260m），并決定從1988年起，一律按此原點高程推算全國控制點的高程，稱為“1985年國家高程基準(zhǔn)”。(Chineseheightdatum1985)第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日第四節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的限度一、對距離的影響ΔD=D3/3R2或ΔD/D=D2/3R2AB′BDD