工程測量學課件

工程測量學課件第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月２.測量學的分類測量學按照研究范圍和對象的不同,可分為如下幾個分支學科：

大地測量學：研究整個地球的形狀和大小，解決地球表面大地區(qū)控制測量和地球重力場問題的學科，分為常規(guī)大地測量和衛(wèi)星大地測量.

普通測量學：研究小范圍地球表面形狀的測繪工作的學科．

攝影測量學：通過航空對地面進行遙感獲取地物和地貌繪制成地形圖的學科．

海洋測量學：研究以海洋和陸地水域為對象進行的測量和繪圖工作．

工程測量學：研究工程建設在設計、施工和管理階段時的各種測量工作的學科．

第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月３.地面點位的表示方法測量工作的基本任務是確定地面點的空間位置，確定地面點的空間位置，通常用三個量表示：該點的二維球面坐標或投影到平面上的二維平面坐標，以及該點到大地水準面（黃海水平面）的鉛垂距離，即確定地面點在投影面上的坐標和點到大地水準面的鉛垂距離．第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：水準面及大地水準面圖◆水準面的特性——處處與鉛垂線正交、封閉的重力等位曲面。◆鉛垂線——測量工作的基準線第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

３.１地面點的坐標

地理坐標系—包括天文地理坐標和大地地理坐標地心坐標系獨立平面直角坐標系高斯平面直角坐標系第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

３.２.地面點的高程

1.絕對高程H——到大地水準面的鉛垂距離。

2.相對高程H’——到假定水準面的鉛垂距離。

3.高差——hAB=HB-HA=H’B-H’A第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.測量工作的程序和原則布局上：由整體到局部精度上：由高級到低級次序上：先控制后細部測量工作的又一原則:“前一步工作未作檢核，不進行下一步工作”。第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第二部分水準測量

１.水準點

通過水準測量方法獲得其高程的高程控制點，稱為水準點，一般用BM表示。有永久性和臨時性兩種。水準點示意圖第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月２.水準路線1．閉合水準路線

由已知點BM1——已知點BM12．附合水準路線

由已知點BM1——已知點BM23．支水準路線

由已知點BM1——某一待定水準點A。

第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：水準路線布設形式3.支水準路線BM

1

2

1BM

2

3

41.閉合水準路線2.附合水準路線BM1BM2

1

2

3第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

３.水準測量的實施

３.１觀測要求

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543（1）水準儀安置在離前、后視距離大致相等之處。（2）為及時發(fā)現錯誤，通常采用“兩次儀器高法”或“雙面尺法”。

兩次儀器高法：高差之差h-h5mm第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

BMABMB1.4441.324TP2h2=+0.1201.8220.876TP3h3=+0.9461.8201.435TP4h4=+0.3851.4221.304h5=+0.118前進方向1.1341.677TP1h1=-0.543圖形：水準測量實施與記錄對照圖123BMA1.134TP11.677-0.543TP11.444TP21.324+0.120TP21.822TP30.876+0.946第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4.水準測量成果整理步驟4.1計算高差閉合差

公式：故對于閉合水準路線，有：對于附合水準路線，有：第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2分配高差閉合差4.2.1計算高差閉合差的容許值對于普通水準測量：

式中，fh容——高差閉合差限差，單位：mm；

L——水準路線長度，單位：km；

n——測站數。第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4.2.2分配原則

按與距離L或測站數n成正比原則，將高差閉合差反號分配到各段高差上。

4.3計算各待定點高程用改正后的高差和已知點的高程，來計算各待定點的高程。第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月5.水準測量成果整理實例

【例】如圖按圖根水準測量施測某附合水準路線觀測成果略圖。BM-A和BM-B為已知高程的水準點，圖中箭頭表示水準測量前進方向，路線上方的數字為測得的兩點間的高差(以m為單位)，路線下方數字為該段路線的長度(以km為單位)，試計算待定點1、2、3點的高程。第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第一步計算高差閉合差：第二步計算限差：故可進行閉合差分配例題解算第三步計算每km改正數：

第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月例題解算第四步計算各段高差改正數：。第五步計算各段改正后高差后，計算1、2、3各點的高程。改正后高差=改正前高差+改正數Vi

四舍五入后，使：故有：V1=-8mm，V2=-11mm，V3=-8mm，V4=-10mm。第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月例題解算故可得：H1=HBM-A+(h1+V1)=45.286+2.323=47.609(m)H2=H1+(h2+V2)=47.509+2.802=50.411(m)H3=H2+(h3+V3)=50.311-2.252=48.159(m)HBM-B=H3+(h4+V4)=48.059+1.420=49.579(m)第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第三部分角度及距離測量3.1角度測量角度分為水平角和豎直角,水平角是地面上一點出發(fā)的兩條直線之間的夾角在水平面上的投影.

豎直角是一個豎直平面內傾斜視線與水平面間的夾角.

用經緯儀測量水平角度一般用“測回法”,即盤左盤右各自讀取A和B的兩個水平度盤讀數，角度之差的平均值即為A和B之間的水平角．第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月若需要在一個測站上觀察多個方向上的水平角，同理將起始方向歸為零，依次盤左觀測讀數，再盤右觀測，隨著全站儀的使用，測量水平角變的簡單可行．豎直角觀測也很簡單，盤左盤右兩種狀態(tài)下依次讀取豎盤讀數，按照公式計算豎直角．但是測量前應該弄清楚豎盤是順時針全圓標記還是逆時針全圓標記，這關系到豎直角的計算公式．

第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月３.２距離測量距離測量的方法有鋼尺量距、視距測量、電磁波量距等．鋼尺量距很簡單，主要是保證鋼尺在A、B兩點之間的直線上（定線），測量距離滿足相對誤差即可．視距測量是利用水準儀或經緯儀中的十字絲在視距標尺上的距離按幾何光學原理測距，電磁波量距利用電磁波放射接受，按時間及速度測距．目前普遍使用全站儀精確測距．鋼尺作為輔助測距．第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第四部分控制測量４.１控制測量的定義控制測量是指在整個測區(qū)范圍內，選定若干個具有控制作用的點（控制點），設想用直線連接相鄰的控制點，組成一定的幾何圖形（控制網），用精密的測量儀器和工具，進行外業(yè)測量，并根據外業(yè)資料用準確的計算方法，確定點的平面位置和高程的工作，它分為平面控制測量和高程控制測量．第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.２控制測量的目的與作用１.為測圖或工程建設的測區(qū)建立統(tǒng)一的平面控制網和高程控制網．２.控制誤差的積累．３.作為進行各種細部測量的基準．第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.３控制測量分類

１.按內容分：平面控制測量：測定各平面控制點的坐標X、Y。高程控制測量：測定各高程控制點的高程H。２.按精度分：一等、二等、三等、四等；一級、二級、三級（一等網精度最高）３.按方法分：天文測量、常規(guī)測量(三角測量、導線測量、水準測量)、衛(wèi)星定位測量４.按區(qū)域分：國家控制測量、城市控制測量、小區(qū)域工程控制測量（小于15km2以內范圍內的控制網）第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月國家控制網

平面：國家平面控制網由一、二、三、四等三角網(triangulationnetwork)組成。高程：國家高程控制網是由一、二、三、四等水準網(levelingnetwork)組成。

國家控制網的特點：高級點逐級控制低級點。

第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形1：國家一、二等平面控制網布置形式一等三角網二等三角網第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.４導線測量

４.４.１定義及分類1．導線的定義：將測區(qū)內相鄰控制點（導線點）連成直線而構成的折線圖形。2．適用范圍：主要用于帶狀地區(qū)(如：公路、鐵路和水利)、隱蔽地區(qū)、城建區(qū)、地下工程等控制點的測量。第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.４.２導線布設形式

1．閉合導線多用于面積較寬闊的獨立地區(qū)。2．附合導線多用于帶狀地區(qū)及公路、鐵路、水利等工程的勘測與施工。3．支導線支導線的點數不宜超過2個，僅作補點使用。還有導線網，其多用于測區(qū)情況較復雜地區(qū)。第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月圖形：導線的布設形式

附合導線閉合導線支導線單結點導線（導線網）第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.４.３導線的外業(yè)

1．踏勘選點及建立標志

2．測水平角——轉折角(左角、右角)、連接角

3.量水平邊長４.聯測第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.４.４導線的內業(yè)計算——計算各導線點的坐標

（一）幾個基本公式1、坐標方位角(gridbearing)的推算注意：若計算出的方位角>360°，則減去360°；若為負值，則加上360°?；颍旱?4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月例題:方位角的推算123459513065128122123012345已知：α12=300，各觀測角β如圖，求各邊坐標方位角α23、α34、α45、α51。解：α23=α12-β2＋1800=800

α34=α23-β3＋1800=1950

α45=2470

α51=3050

α12=300（＝３０５－９５＋１８０＝３９０＞３６０，故－３６０＝３０與題給的無誤）第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月２.坐標正算公式由A、B兩點邊長DAB和坐標方位角αAB，計算坐標增量。見圖有：

DABABABXy0XABYAB其中，ΔXAB=XB-XA

ΔYAB=YB-YA

XAB=DABcosAB

YAB=DABsinAB第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月３.坐標反算公式由A、B兩點坐標來計算αAB、DAB

DABABABXy0XABYABαAB的具體計算方法如下：

（1）計算：第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）計算：

（3）根據ΔXAB、ΔYAB的正負號判斷αAB所在的象限。

第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月４.４.５閉合導線平差計算步驟

1．繪制計算草圖，在圖上填寫已知數據和觀測數據。2．角度閉合差(angleclosingerror)的計算與調整。115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（1）計算角度閉合差：=測-理

=測-(n-2)180（2）計算限差：第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）若在限差內，則平均分配原則，計算改正數：

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（4）計算改正后新的角值：

第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月3．按新的角值，推算各邊坐標方位角。

4．按坐標正算公式，計算各邊坐標增量。5．坐標增量閉合差計算與調整

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006（1）計算坐標增量閉合差：導線全長相對閉合差：導線全長閉合差:

第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）分配坐標增量閉合差。

若K<1/2000（圖根級），則將fx、fy以相反符號，按邊長成正比分配到各坐標增量上去。并計算改正后的坐標增量。

115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A12341122224970300105170610146241233006第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月115.10100.09108.3294.3867.85A1234XA=536.27mYA=328.74mA1484318A123411222249703001051706101462412330066．坐標計算根據起始點的已知坐標和經改正的新的坐標增量，來依次計算各導線點的坐標。第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月K=

=<D1400012000例題：閉合導線坐標計算表點號轉折角

(右)

改正后轉折角

方向角

邊長

D(米)

坐標增量(米)XY改正后增量(米)XY坐標(米)XY點號A1234A19703001051706101462412330061122224+12+12+12+12+12484318

1314006206224828436123410554

484318

485.47

+0.09

-0.08x=+0.09y=0.08=

x

+y=0.120225395900理=5400000=測理=60容=405=8954000009703121051718101463612330181122236115.10100.09108.3294.3867.58+75.93-66.54-97.04+23.80+63.94+86.50+74.77-48.13-91.33-21.89-2-2-2-2-1+2+2+2+1+1612.18545.62448.56472.34415.26490.05441.94350.621234A536.27536.27328.74328.74A+75.91-66.56-97.06+23.78+63.93+86.52+74.79-48.11-91.32-21.8800第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第五部分施工測量（放樣）以道路工程為例，施工測量主要包括：在施工現場找到定測時的控制點（交點樁、轉點樁、主要里程樁、水準點）等等，為放樣做準備，恢復路線中線位置．中線確定后，一般情況下過段時間才能施工，這段時間內部分控制樁可能被破壞或丟失，因此在施工前必須復核控制樁來確定中線位置．施工中這些點可能被挖掉或掩埋，必須在中線附近測設施工控制樁，水準點在施工前也應該進行復測，同時為方便應該加密水準點第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月５.１道路施工測量包括１.恢復中線測量（施工前復核可能破壞的控制點）２.施工控制樁測設（為防止中樁施工中挖掉，在不被施工破壞到且便于引測的地方測設的控制樁）３.路基邊樁的測設（橫斷面上設計路基邊坡線與地面相交的點）４.豎曲線的測設（縱斷面上縱坡連接曲線）第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月５.２橋梁施工測量包括橋梁橋位處的平面放樣、墩臺基礎平面位置的放樣、墩身、墩帽放樣、橋臺錐坡放樣以及高程放樣．一般小跨徑橋梁，先根據橋位樁號在道路中線上測設橋墩和橋臺的中心點A、B、

C，同時在河兩岸測設控制樁a、b、c、d，在中心點架設全站儀利用后視a、b、c、d測出與中軸線垂直方向上的橋墩橋臺的控制樁e、f、g

大跨徑要布置橋位三角網進行精密測量．

第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第六部分GPS簡介６.１GPS的定義及歷史1．定義全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）,是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統(tǒng),可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。

第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2．GPS的產生與發(fā)展利用多普勒頻移原理1964年建成子午衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)(TRANSIT)。美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)，1994年投入使用。經歷20年，耗資300億美元，是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。1957年10月第一顆人造地球衛(wèi)星上天，天基電子導航應運而生第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月６.２GPS的組成

GPS定位系統(tǒng)由GPS衛(wèi)星空間部分、地面控制部分和用戶GPS接收機三部分組成。

第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月1、空間部分

由21顆工作衛(wèi)星

和3顆備用衛(wèi)星。

GPS衛(wèi)星圖片1第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月GPS衛(wèi)星圖片2第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月２.地面控制部分Coloradosprings55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajalein1個主控站:Coloradosprings(科羅拉多.斯平士)。3個注入站:Ascencion(阿森松群島)、DiegoGarcia(迭哥伽西亞)、kwajalein(卡瓦加蘭)。5個監(jiān)控站：以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。第54頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月３.用戶接收機部分GPS