工程测量教学绪论PPT

1、工程测量 主讲：卢修元主讲：卢修元 联系方式：联系方式： e-mail: xiuyuan_ qq:369649870 tel:8569017 美国最大海军基地：美国最大海军基地： 弗吉尼亚州的诺福克军港弗吉尼亚州的诺福克军港 365729.64 北北 761943.77西西 第一章第一章 绪绪 论论 本章主要内容：介绍有关测量的基本知识，重点掌 握地形图测量成图的原理和测量工作的基本程序。 一、测绘学一、测绘学 研究地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物研究地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物 体和人造物体的与体和人造物体的与地理空间地理空间有关的信息，并对这些与地有关的信息，并对这些与

2、地 理空间有关的信息进行理空间有关的信息进行采集、处理、管理、更新和利用采集、处理、管理、更新和利用 的理论和技术。的理论和技术。 它既要研究它既要研究测定测定地面点的几何位置、地球形状、地地面点的几何位置、地球形状、地 球重力场，以及地球表面自然形态和人工设施的几何形球重力场，以及地球表面自然形态和人工设施的几何形 态；又要结合社会和自然信息的地理分布，研究态；又要结合社会和自然信息的地理分布，研究绘制绘制全全 球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和 技术。技术。 测绘学测绘学 测定测定 绘制绘制 二、测量学二、测量学 测绘学中的第一

3、部分内容便是测量学研究的内容。即测绘学中的第一部分内容便是测量学研究的内容。即 测量学测量学是一门研究地球表面的形状和大小、地球重力场、是一门研究地球表面的形状和大小、地球重力场、 确定地面点之间相对位置的科学。确定地面点之间相对位置的科学。 测量学：包括测量学：包括测定测定和和测设测设两部分工作。两部分工作。 1.1.测定测定：就是用各种测量仪器和工具，实地测量和计算，：就是用各种测量仪器和工具，实地测量和计算， 将地表的地物地貌位置按定比例尺缩绘成地形图作为规将地表的地物地貌位置按定比例尺缩绘成地形图作为规 划设计、经济建设、国防建设和科学研究应用的依据。划设计、经济建设、国防建设和科学研

4、究应用的依据。 2.2.测设测设 ( (放样放样) )：将设计图上的建：将设计图上的建( (构构) )筑物位置按设计要筑物位置按设计要 求在地面上标定出来作为施工的依据。求在地面上标定出来作为施工的依据。 测定测定: :地面地面 图纸图纸 测设测设: :图纸图纸 地面地面 第一节第一节 测量学的任务及其作用测量学的任务及其作用 一、测量学的任务及学科分类测量学的任务及学科分类 传统的测绘学的定义是研究地球的形状、大小以及传统的测绘学的定义是研究地球的形状、大小以及 确定地面点空间位置的科学。其应用的范围、使用的仪确定地面点空间位置的科学。其应用的范围、使用的仪 器设备、测量的方法不同，大致有如

5、下器设备、测量的方法不同，大致有如下5 5个分支。个分支。 大地测量学大地测量学 ( (geodesygeodesy ) ) 摄影测量学摄影测量学( (photogrammetryphotogrammetry and remote sensing and remote sensing) ) 海洋测量学（海洋测量学（marine surveyingmarine surveying ） 地图制图学地图制图学 ( (cartographycartography) ) 工程测量学（工程测量学（engineering surveyingengineering surveying ） 研究工程建设与自然资

6、源开发中在研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、规划、勘测设计、 施工与管理施工与管理各个阶段进行的测量理论与技术的学科。工程各个阶段进行的测量理论与技术的学科。工程 测量学是测量学是测绘科学技术测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应在国民经济和国防建设中的直接应 用。按工程种类可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁测用。按工程种类可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁测 量、隧道测量、矿山测量、城市测量、水利工程测量等。量、隧道测量、矿山测量、城市测量、水利工程测量等。 二、测绘科学在工程建设中的任务二、测绘科学在工程建设中的任务 测绘科学在土木工程类各工作的各阶段有着广泛的应用。测绘科

7、学在土木工程类各工作的各阶段有着广泛的应用。 勘测设计阶段勘测设计阶段，要求有各种相应比例尺的地形图，供城镇，要求有各种相应比例尺的地形图，供城镇 规划、厂址选择、管线的选择等之用。规划、厂址选择、管线的选择等之用。 在在施工阶段施工阶段，要将设计的建筑物、构筑物的平面位置和高，要将设计的建筑物、构筑物的平面位置和高 程测设于实地，以便进行施工。程测设于实地，以便进行施工。 施工结束后施工结束后，还要进行竣工测量，绘制竣工图，供日后扩，还要进行竣工测量，绘制竣工图，供日后扩 建和维修之用。即使是竣工以后，对某些大型及重要的建建和维修之用。即使是竣工以后，对某些大型及重要的建 筑物和构筑物还要进

8、行变形、沉降观测，以保证建筑物的筑物和构筑物还要进行变形、沉降观测，以保证建筑物的 安全使用。安全使用。 三、现代测绘学的主要任务及作用三、现代测绘学的主要任务及作用 1 1、主要任务、主要任务 精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小 将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图 进行经济建设和国防建设所需要的测绘工作进行经济建设和国防建设所需要的测绘工作 2 2、作用、作用 提供基础数据提供基础数据 提供地图提供地图 行政勘界与权属定界行政勘界与权属定界 提供各种工程需要的测量技术提供各种工程需要的测量技术 军事测绘军

9、事测绘 四、工程测量的主要任务四、工程测量的主要任务 测绘大比例尺地形图测绘大比例尺地形图 建筑物或构筑物的施工放样建筑物或构筑物的施工放样 绘制竣工总平面图绘制竣工总平面图 对建筑物的安全性进行位移和对建筑物的安全性进行位移和 变形监测变形监测 五、现代测绘科学技术发展概况五、现代测绘科学技术发展概况 1 1、商周时代有、商周时代有“弓、规、距弓、规、距”的记载，青铜器上也有关于的记载，青铜器上也有关于 军军 事地图和封疆测绘工作；事地图和封疆测绘工作； 2 2、6060年代电磁波测距技术的出现大大促进了测绘技术的年代电磁波测距技术的出现大大促进了测绘技术的 发展，使测量精度、成图方式产生了

10、根本的改变；发展，使测量精度、成图方式产生了根本的改变； 3 3、8080年代年代“3s”3s”技术的出现及发展，使传统测绘技术产生技术的出现及发展，使传统测绘技术产生 了了 质的飞跃；质的飞跃； 4 4、“数字地球数字地球”的概念，使测绘技术在人类认识地球方面，的概念，使测绘技术在人类认识地球方面， 上到一个新台阶。上到一个新台阶。 第二节第二节 地面点位的确定地面点位的确定 一、地球的形状与大小一、地球的形状与大小 测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面 很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其

11、中最高的珠 峰高出海水面达峰高出海水面达8844.43m，最低的马里亚纳海沟低于海，最低的马里亚纳海沟低于海 水面达水面达11022m，海洋约占整个地球表面的，海洋约占整个地球表面的71%，因此可，因此可 以认为地球是由海洋水面延伸，并通过岛屿和大陆所形以认为地球是由海洋水面延伸，并通过岛屿和大陆所形 成的封闭的曲面，此曲面就称为成的封闭的曲面，此曲面就称为水准面水准面。平均水准面就。平均水准面就 称为大地水准面。称为大地水准面。 由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力 p和地球引力和地球引力f的双重作用，这两个力的合力称为重力的双重作用，

12、这两个力的合力称为重力g， 重力的方向线称为铅垂线。铅垂线是测量工作的基准线。重力的方向线称为铅垂线。铅垂线是测量工作的基准线。 测量的基准线和基准面测量的基准线和基准面 1.1.铅垂线铅垂线: :重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。 ( (万万 有引力与离心力有引力与离心力) ) 2 2水准面（水准面（level surfacelevel surface ）：假想静止不动的海水：假想静止不动的海水 面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面 3 3大地水准面（大地水准面（geoidgeoid）：假想静止不动的平均海水：假想静止不动的平均海

13、水 面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面 4 4水平面水平面：与大地水准面相切的平面：与大地水准面相切的平面 5 5大地体大地体：大地水准面包围的曲面形体称为大地体大地水准面包围的曲面形体称为大地体。 6 6参考椭球体参考椭球体：测量上选一个非常接近大地体，并可用：测量上选一个非常接近大地体，并可用 数学式表示的旋转椭球体来表示地球的参考形状和大小，数学式表示的旋转椭球体来表示地球的参考形状和大小， 这个形体称为参考椭球体；其表面称为这个形体称为参考椭球体；其表面称为参考椭球面；与参参考椭球面；与参 考椭球面相应的线为法线。考椭球面相应的线为法线。 7 7基准线与基

14、准面基准线与基准面 外业工作的基准面与基准线：外业工作的基准面与基准线： 基准面：大地水准面基准面：大地水准面 基准线：铅垂线基准线：铅垂线 内业计算和制图的基准面与基准线：内业计算和制图的基准面与基准线： 基准面：参考椭球面基准面：参考椭球面 基准线：法线基准线：法线 由于地球内部的质量分布不均匀，使得地球表面上各由于地球内部的质量分布不均匀，使得地球表面上各 点的铅垂方向发生不规则变化，大地水准面实际上是一个点的铅垂方向发生不规则变化，大地水准面实际上是一个 不规则曲面。测绘科学中通常取一个与大地水准面接近，不规则曲面。测绘科学中通常取一个与大地水准面接近， 并且可用数学公式表达的规则曲面

15、，即用旋转椭球面（参并且可用数学公式表达的规则曲面，即用旋转椭球面（参 考椭球面）代替大地水准面。考椭球面）代替大地水准面。 km baa r a ba mb ma b z a y a x 6371 3 257.298 1 3 . 6356755 6378140 1 2 2 2 2 2 2 地球半径 扁率 高程控制点称水准点高程控制点称水准点bm bm (bench mark)(bench mark)。标石水准点、。标石水准点、 墙脚水准点、简易标志水准墙脚水准点、简易标志水准 点点 。 二、地面点表示方法二、地面点表示方法 地面点的表示用该点在地面点的表示用该点在基准面基准面（参考椭球面）（

16、参考椭球面）上的上的 投影位置投影位置和该点和该点沿投影方向到基准面沿投影方向到基准面（大地水准面）（大地水准面）的的 距离距离来表示。来表示。 1、地理坐标、地理坐标 地面点在球面上的位置用经纬度表示地面点在球面上的位置用经纬度表示 时，称为地理坐标时，称为地理坐标 。 1）天文坐标）天文坐标 用天文经度用天文经度和和 天文纬度天文纬度来表示地面点在大地来表示地面点在大地 水准面上的位置。水准面上的位置。 2）大地坐标）大地坐标 用大地经度用大地经度l和和 大地纬度大地纬度b来表示地面点在旋转来表示地面点在旋转 椭球面上的位置。椭球面上的位置。 2、平面直角坐标、平面直角坐标 进行小区域测量

17、时，进行小区域测量时， 通常采用平面直角坐标，通常采用平面直角坐标， 忽略地球曲率的影响，用忽略地球曲率的影响，用 水平面代替水准面。纵轴水平面代替水准面。纵轴 为为x轴轴(南北方向南北方向)，横轴，横轴 为为y轴轴(西东方向西东方向)，方位，方位 角为以纵轴为参考方向，角为以纵轴为参考方向， 顺时针转动的角度。顺时针转动的角度。 3、测量平面直角坐标系与数学坐标系、测量平面直角坐标系与数学坐标系 区别：区别： 坐标轴不同：测量坐标系横轴为坐标轴不同：测量坐标系横轴为y y轴；纵轴为轴；纵轴为x x轴；而数轴；而数 学坐标系相反；学坐标系相反； 象限顺序不同：测量平面直角坐标系以顺时针方向开始

18、象限顺序不同：测量平面直角坐标系以顺时针方向开始 角度起始点不同：测量平面直角坐标系以纵轴北端为角度起始点不同：测量平面直角坐标系以纵轴北端为0 0； 而数学坐标系横轴东端为而数学坐标系横轴东端为0 0。 角度方向不同：测量中顺时针方向角度增加；数学中相角度方向不同：测量中顺时针方向角度增加；数学中相 反。反。 v数学上的三角公式适用数学上的三角公式适用 于测量平面坐标系于测量平面坐标系 v x=sx=scoscos v y=s y=ssinsin 数学坐标系数学坐标系 测量平面直角坐标系测量平面直角坐标系 4、地面点定位元素、地面点定位元素 v地面点的定位参数地面点的定位参数x x、y y、

19、h h v基本工作有：基本工作有：角度测量角度测量、距离测量距离测量、 高差测量高差测量。 v测量得到的数据为：测量得到的数据为：角度角度( () ) 、 距离距离( (d d) ) 、高差高差( (h h) ) 地面点的空间位置是以投影平面上的坐标（地面点的空间位置是以投影平面上的坐标（x x，y y ）和高程）和高程h h决定的，而点的坐标一般是通过水平角测量决定的，而点的坐标一般是通过水平角测量 和水平距离测量来确定的，点的高程是通过测定高差和水平距离测量来确定的，点的高程是通过测定高差 来确定的。所以，来确定的。所以，测角测角、量距量距和和测高差测高差是测量的三项是测量的三项 基本工作

20、。基本工作。 5、高斯、高斯克吕格平面直角坐标克吕格平面直角坐标 1）高斯投影）高斯投影 将地球近似地看作圆球体，自首子午线开将地球近似地看作圆球体，自首子午线开 始，按照经差始，按照经差6o划分一带，总计划分一带，总计60带，分别用带，分别用160表示表示 带号。带号。 投影方法：投影方法： 设想用空心圆柱体套在球体外面，轴心与球心重合，设想用空心圆柱体套在球体外面，轴心与球心重合， 圆柱面与南北相切；圆柱面与南北相切； 将将6o带区域内点线投影到圆柱面上；带区域内点线投影到圆柱面上； 将投影后的圆柱面沿通过南北极点的母线切开展平。将投影后的圆柱面沿通过南北极点的母线切开展平。 高斯投影的特

21、性：高斯投影的特性： 投影后的投影后的中央子午线是长度不变的直线中央子午线是长度不变的直线，其余经线是其余经线是 凹向中央子午线的对称曲线凹向中央子午线的对称曲线； 赤道线投影后是长度不变的直线赤道线投影后是长度不变的直线，其余纬线是凸向中其余纬线是凸向中 央子午线的对称曲线央子午线的对称曲线； 经线、纬线投影后保持几何形状不变。经线、纬线投影后保持几何形状不变。 高斯投影的点，距离中央子午线、赤道线越远，其变形越高斯投影的点，距离中央子午线、赤道线越远，其变形越 大，当测图比例尺大于大，当测图比例尺大于1：1万时，须采用万时，须采用3o带投影。带投影。 3o带带 以以6o的的中央子午线和边缘

22、子午线为中央子午线。中央子午线和边缘子午线为中央子午线。6o、3o带带 的中央子午线经度计算式：的中央子午线经度计算式： 带的带号。带和为、式中： 00 3 0 6 0 36 3 36 kn kl nl 1.5 ( ) 1() 1 63 ll nk 取整取整 2）高斯平面直角坐标）高斯平面直角坐标 以投影后的平面图的中央子午线为以投影后的平面图的中央子午线为x轴，赤道为轴，赤道为y轴，交轴，交 点为点为o，就形成高斯平面直角坐标。我国位于赤道以北，就形成高斯平面直角坐标。我国位于赤道以北， x坐标全为正，坐标全为正， y坐标就可能为负。为避免坐标就可能为负。为避免y坐标出现负坐标出现负 值，将

23、坐标纵轴向西移动值，将坐标纵轴向西移动500km。 如图中，如图中，b点的横坐标为：点的横坐标为： yb=-264340.3m， yb=500000+（-264340.3）m =235659.7m。 测绘部门提供的坐标通常测绘部门提供的坐标通常 都将该点所在带号加在都将该点所在带号加在y坐标坐标 前面，若前面，若b点在点在20带内，则带内，则 yb=20235659.7m。 6、地面点的高程、地面点的高程 地面点到大地水准面的地面点到大地水准面的铅垂距离铅垂距离称为称为 该点的该点的绝对高程绝对高程，简称高程，用，简称高程，用h表示。表示。a、b点的高程点的高程 分别为分别为ha、hb，两点的

24、高差用，两点的高差用hab表示，表示， hab= hb- ha。 三、以水平面代替水准面的限度三、以水平面代替水准面的限度 1、对水平距离的影响、对水平距离的影响 地面上有地面上有a、b两点，在大地水两点，在大地水 准面上的投影距离为准面上的投影距离为d，在水平面上的投影距离为，在水平面上的投影距离为d，以，以 水平面代替水准面对水平距离的影响为：水平面代替水准面对水平距离的影响为： 2 2 2 3 33 53 33 3 1 3 1 5 1 3 1 tan )(tantan r d d d r d d r d rrd rrrddd 即，得：又 取前两项： 普通测量中不考虑地球曲率影响的限度为：

25、半径普通测量中不考虑地球曲率影响的限度为：半径10km。 2、对高程的影响、对高程的影响 h为以水平面代替水准面对高程的影响。为以水平面代替水准面对高程的影响。 rdrh drhr 2 2 2 2 2 以以d代替代替d计算得：计算得： cmhkmd cmhkmd 78010 8.71 有此可见，地球曲率对高程的影响很大。所以进行高程测有此可见，地球曲率对高程的影响很大。所以进行高程测 量时，必须考虑地球曲率的影响。量时，必须考虑地球曲率的影响。 第三节第三节 地形图成图原理地形图成图原理 地物：地面上的天然或人造的物体；地物：地面上的天然或人造的物体； 地貌：地面高低起伏的变化状态；地貌：地面

26、高低起伏的变化状态； 地形：地物和地貌的总称；地形：地物和地貌的总称； 地形图：将地物和地貌沿铅垂线投影到大地水准面或水地形图：将地物和地貌沿铅垂线投影到大地水准面或水 平面上，按照一定的比例尺缩小，采用规定的符号、线平面上，按照一定的比例尺缩小，采用规定的符号、线 条绘制所成的图条绘制所成的图。 一、地物投影一、地物投影 地物的外轮廓线一般为直线或曲线，其转折点称为地物地物的外轮廓线一般为直线或曲线，其转折点称为地物 特征点。通过测量地物特征点，将其投影到平面上，就特征点。通过测量地物特征点，将其投影到平面上，就 可以得到地物的投影。可以得到地物的投影。 二、地貌投影二、地貌投影 地貌一般采

27、用等高线和特定的符号来表示。等高线是高程地貌一般采用等高线和特定的符号来表示。等高线是高程 相等的相邻点的连线。相等的相邻点的连线。 三、地形图的比例尺三、地形图的比例尺 图纸上两点的距离与实地距离的比值，称为地形图的比例图纸上两点的距离与实地距离的比值，称为地形图的比例 尺。数学表达式为：尺。数学表达式为： ddd d m 11 1、数字比例尺、数字比例尺 以分之为以分之为1的数字形式表示的比例尺，如的数字形式表示的比例尺，如 1：500，1：10000。 2、图示比例尺、图示比例尺 为了防止因图纸伸缩引起测量误差，在为了防止因图纸伸缩引起测量误差，在 测图的同时，将图纸的比例尺绘制在图的正

28、下方，用以直测图的同时，将图纸的比例尺绘制在图的正下方，用以直 接量取图上一段的实际距离。接量取图上一段的实际距离。 四、比例尺的精度四、比例尺的精度 大比例尺大比例尺 1：1万万 中比例尺中比例尺 1：1万万1：10万万 小比例尺小比例尺 1：10万万 人的肉眼分辨图上两点间距离的最小值为人的肉眼分辨图上两点间距离的最小值为0.1mm，由此测，由此测 量工作中将量工作中将图纸上图纸上0.1mm所代表的实地距离所代表的实地距离，称为，称为比例尺比例尺 精度精度。 m1.0 第四节第四节 测量的基本工作和程序测量的基本工作和程序 一、测量的基本工作一、测量的基本工作 测量的基本工作就是测量的基本

29、工作就是确定特征点的空间位置确定特征点的空间位置。如图，已。如图，已 知知a点位置，要点位置，要b、c三点在图上的点位的确定过程。三点在图上的点位的确定过程。 1、测定直线、测定直线ab的方位、的方位、 垂角；垂角； 2、测定、测定a、b两点间斜两点间斜 距距dab； 3、确定、确定b点；点； 4、测定直线、测定直线ab、bc方方 向线间夹角向线间夹角和和b、c距距 离离dbc及垂角；及垂角； 5、确定、确定c点。点。 二、测量工作的原则二、测量工作的原则 原则原则1：先整体、后局部，先控制、后碎部。：先整体、后局部，先控制、后碎部。 原则原则2：步步有检核：步步有检核 三、测绘工作的程序三、

30、测绘工作的程序 1、技术设计、技术设计 2、控制测量、控制测量 3、碎部测量、碎部测量 4、检查和验收、检查和验收 补补 充充 1 1 测量常用的计量单位测量常用的计量单位 在测量中，常见有长度、面积和角度三种计量单位。在测量中，常见有长度、面积和角度三种计量单位。 1.1 1.1 长度单位长度单位 国际通用长度单位为国际通用长度单位为m m（米），我国规定采用米制。（米），我国规定采用米制。 1m=100cm( 1m=100cm(厘米厘米)=1000mm)=1000mm（毫米）（毫米） 1000m( 1000m(米米)=1km()=1km(公里公里) ) 1.2 1.2 面积单位面积单位 面

31、积单位为面积单位为m m ( (平方米平方米) )，大面积用，大面积用kmkm( (平方公里平方公里) )。 1.3 1.3 角度单位角度单位 测量上常用到的角度单位有两种：测量上常用到的角度单位有两种：6060进位制的度和弧度。进位制的度和弧度。 （1 1）6060进位制的度：进位制的度： 1 1圆周角圆周角=360=360( (度度) ) 1 1( (度度) )6060( (分分) ) 1 1( (分分) )60(60(秒秒) ) （2 2）弧度）弧度 角度按弧度计算等于弧长与半径之比。与半径相等的一段弧角度按弧度计算等于弧长与半径之比。与半径相等的一段弧 长所对的圆心角作为度量角度的单位

32、，称为一弧度，用长所对的圆心角作为度量角度的单位，称为一弧度，用表示。按表示。按 度分秒表示的弧度为：度分秒表示的弧度为： 1 1圆周角圆周角2(2(弧度弧度) )360360( (度度) ) =360=360/2=57.3/2=57.3( (度度) ) =(180 =(180/)/=3438(/)/=3438(分分) ) =(180 =(180/)/)606060=206265(60=206265(秒秒) ) v四舍六入原则四舍六入原则 v奇进偶不进原则奇进偶不进原则 v具体为：大于具体为：大于5 5者进，小于者进，小于5 5者舍，正好是者舍，正好是5 5者，则看前面为奇数者，则看前面为奇数 或偶数而定，为奇数时进，为偶数时舍。或偶数而定，为奇数时进，为偶数时舍。 v例如：将下列数字凑整成小数后三位。例如：将下列数字凑整成小数后三位。 原有数字原有数字 凑整后数字凑整后数字 3.14159 3.1423.14159 3.142