土木工程测量教师1绪论课件

1、2021-10-16土木工程测量教师1绪论1工工 程程 测测 量量2021-10-16土木工程测量教师1绪论22021-10-16土木工程测量教师1绪论32021-10-16土木工程测量教师1绪论4 第一章 绪论教学要求：教学要求：通过学习要求对水利工程测量的研究对象、通过学习要求对水利工程测量的研究对象、研究内容有较清楚的认识，了解测量在国民经济中的重要研究内容有较清楚的认识，了解测量在国民经济中的重要地位，掌握测量学的一些基本概念以及测量工作的程序和地位，掌握测量学的一些基本概念以及测量工作的程序和原则。原则。学习重点：学习重点： 1、基本概念、基本概念 2、测量学的主要任务、测量学的主要

2、任务 3、确定地面点位的方法、确定地面点位的方法 4、测量工作的程序、原则及测图原理、测量工作的程序、原则及测图原理 2021-10-16土木工程测量教师1绪论5 第一章 绪论学习难点：学习难点：1、地面点位的表示方法、地面点位的表示方法2、地形图成图原理和测量工作的程序及原则、地形图成图原理和测量工作的程序及原则 2021-10-16土木工程测量教师1绪论6 第一章 绪论 目目 录录n第一节第一节 测量学的任务及作用测量学的任务及作用n第二节第二节 地面点位的确定地面点位的确定n第三节第三节 水平面代替水准面的限度水平面代替水准面的限度n第四节第四节 测量工作的程序和原则测量工作的程序和原则

3、2021-10-16土木工程测量教师1绪论7 一、测量学的定义一、测量学的定义测量学测量学是研究地球形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地是研究地球形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物体的空间位置，以及对这些空间位置信息进表、地下和海洋）物体的空间位置，以及对这些空间位置信息进行处理、储存、管理的科学。行处理、储存、管理的科学。n测量学的研究对象测量学的研究对象地面物体（包括空中、地表、地下和海洋）地面物体（包括空中、地表、地下和海洋）n测量学的研究内容测量学的研究内容 位置、形状、大小位置、形状、大小1-1 1-1 测量学的任务及作用测量学的任务及作用2021-10-

4、16土木工程测量教师1绪论8二、分类二、分类1 1、大地测量学、大地测量学：研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以：研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及建立广大区域控制网的理论、技术和方法的学科。又分为常及建立广大区域控制网的理论、技术和方法的学科。又分为常规大地测量学和卫星大地测量学，在研究中考虑地球曲率的影规大地测量学和卫星大地测量学，在研究中考虑地球曲率的影响。响。2 2、普通测量学、普通测量学：研究地球局部表面的形状和大小的学科，不顾：研究地球局部表面的形状和大小的学科，不顾及地球曲率的影响。及地球曲率的影响。 2021-10-16土木工程测量教师1绪论93 3、摄影测量学、摄

5、影测量学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定其形状、大小和空间位置的学科。又分为地面信息，以确定其形状、大小和空间位置的学科。又分为地面摄影测量学、航空摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影摄影测量学、航空摄影测量学、水下摄影测量学和航天摄影测量学。测量学。4 4、工程测量学工程测量学：研究工程建设在设计、施工和管理各阶段：研究工程建设在设计、施工和管理各阶段进行测量工作的理论、技术和方法的学科。进行测量工作的理论、技术和方法的学科。l 2021-10-16土木工程测量教师1绪论105 5、 地图制图学地图制图学：利用测量、采集和计算所得的成果

6、资料，：利用测量、采集和计算所得的成果资料，研究各种地图的制图理论、原理、工艺技术和应用的学科。研究各种地图的制图理论、原理、工艺技术和应用的学科。研究内容包括地图编制、地图投影学、地图整饰、印刷等。研究内容包括地图编制、地图投影学、地图整饰、印刷等。n本课程所介绍的内容主要包括普通测量、工程测量中的部分本课程所介绍的内容主要包括普通测量、工程测量中的部分内容。内容。2021-10-16土木工程测量教师1绪论11 测定：测定：是指按照一定方法，使用测量仪器和工具，通过测量是指按照一定方法，使用测量仪器和工具，通过测量和计算确定地面点的位置（三维坐标），或把地球表面的形状测和计算确定地面点的位置

7、（三维坐标），或把地球表面的形状测绘成地形图。这些资料可供经济建设、规划设计、科学研究和国绘成地形图。这些资料可供经济建设、规划设计、科学研究和国防建设使用，是认识自然的过程。防建设使用，是认识自然的过程。 测设测设（又称放样）（又称放样）是指通过测量把图纸上设计好的建筑物是指通过测量把图纸上设计好的建筑物或构筑物标定于实地。这是改造自然的过程。或构筑物标定于实地。这是改造自然的过程。测定测定地面地面图纸图纸测设测设 三、测量学的主要任务三、测量学的主要任务测定和测设测定和测设2021-10-16土木工程测量教师1绪论12四、测量在工程建设中的作用四、测量在工程建设中的作用在勘测设计阶段：为工

8、程设计提供详细的地面资料（地形图和在勘测设计阶段：为工程设计提供详细的地面资料（地形图和 纵、横断面图）；纵、横断面图）；在施工阶段：在施工阶段： 将设计好的建筑物测设标定于实地并指导施工和将设计好的建筑物测设标定于实地并指导施工和 变形监测；变形监测；在峻工阶段：在峻工阶段： 进行竣工测量，为工程的扩建、改建提供竣工进行竣工测量，为工程的扩建、改建提供竣工 图；图；在运营阶段：在运营阶段： 进行维护测量，以便对工程进行维护保养，确保进行维护测量，以便对工程进行维护保养，确保 运营安全。运营安全。2021-10-16土木工程测量教师1绪论13一、地球的形状与大小一、地球的形状与大小1. 1.

9、水准面水准面：自由静止的水面，其特性是它处处与铅垂线相自由静止的水面，其特性是它处处与铅垂线相垂直。水准面有无数个。垂直。水准面有无数个。2.2. 大地水准面：大地水准面： 将平均静止的海水面穿过岛屿、陆地将平均静止的海水面穿过岛屿、陆地 而形而形成的闭合曲面。大地水准面是唯一的。成的闭合曲面。大地水准面是唯一的。3.3. 大地体：大地体：由大地水准面所包围的地球形体。由于其不规则，由大地水准面所包围的地球形体。由于其不规则，无法用数学公式表达。无法用数学公式表达。 （图图1-1）1-1-2 2地面点位的确定地面点位的确定2021-10-16土木工程测量教师1绪论144. 4. 旋转椭球：旋转

10、椭球： 用一个非常接近于大地水准面，并可用数学用一个非常接近于大地水准面，并可用数学公式表达的几何形体（即地球椭球）来代替地球的形状公式表达的几何形体（即地球椭球）来代替地球的形状 。地球。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋转椭球。椭球。 （图（图1-2）n参考椭球面：参考椭球面：旋转椭球的表面，测量的投影面之一。旋转椭球的表面，测量的投影面之一。n旋转椭球元素：旋转椭球元素：长半径长半径a（或短半径或短半径b）和扁率和扁率 。n我国目前采用的元素值为：我国目前采用的元素值为：长半径长半径 a =6378137m

11、；短半径短半径 b = 6356752m ，扁率扁率 =1 =1 298.257298.257。2021-10-16土木工程测量教师1绪论15（a） （b） 图图1-1 地球自然表面、大地水准面地球自然表面、大地水准面图图1-2 旋转椭球体旋转椭球体2021-10-16土木工程测量教师1绪论16 5. 5. 圆球圆球 ：当测区范围不大时，可近似地把地球椭球作为圆球，其半径当测区范围不大时，可近似地把地球椭球作为圆球，其半径R按按下式计算：下式计算： R=（2a+b）/3，其近似值为其近似值为 6371km。6. 19806. 1980年国家大地坐标系：年国家大地坐标系： 选择选择陕西泾阳县永乐

12、镇陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点某点为大地原点，进行了大地定，进行了大地定位。由此而建立起来全国统一坐标系。位。由此而建立起来全国统一坐标系。 2021-10-16土木工程测量教师1绪论177.7. 测量工作的基准线测量工作的基准线：铅垂线（地面点所受离心力和引力的铅垂线（地面点所受离心力和引力的合力）合力） 8.8. 测量工作的基准面测量工作的基准面：大地水准面大地水准面 2021-10-16土木工程测量教师1绪论18二、地面点位的确定二、地面点位的确定n测量工作的实质：测量工作的实质：确定地面点的确定地面点的空间位置空间位置n点的空间位置点的空间位置（三维）：（三维）：n该点在投影面上坐标

13、该点在投影面上坐标（二维）（二维） 二维球面坐标或二维平面坐标二维球面坐标或二维平面坐标 n该点到大地水准面的铅垂距离该点到大地水准面的铅垂距离（一维）（一维）2021-10-16土木工程测量教师1绪论19（一）地面点在投影面上的位置（三种坐（一）地面点在投影面上的位置（三种坐标系统）标系统）n1. 1. 地理坐标地理坐标n 地面点在球面上的位置用经纬度表示，称为地地面点在球面上的位置用经纬度表示，称为地理坐标。地理坐标又按坐标所依据的基准线和基准面理坐标。地理坐标又按坐标所依据的基准线和基准面的不同以及求坐标的方法不同，分为的不同以及求坐标的方法不同，分为天文坐标天文坐标和和大地大地坐标坐标

14、两种。两种。2021-10-16土木工程测量教师1绪论20l l 天文坐标天文坐标天文经纬度天文经纬度是用天文测量的方法直接测定的，是用天文测量的方法直接测定的，又叫天文地理坐标。（又叫天文地理坐标。（图图1-3）天文经度天文经度 ：F点所在子午面点所在子午面与本初子午面的二面角；与本初子午面的二面角； 天文纬度天文纬度 ：F点的铅垂线与点的铅垂线与赤道面的夹角。赤道面的夹角。 图图1-32021-10-16土木工程测量教师1绪论21l 大地坐标大地坐标是按大地测量所得的是按大地测量所得的数据推算而得的数据推算而得的，又叫大地地理坐又叫大地地理坐标。标。 （见图（见图1-1-4 4）大地经度大

15、地经度 L L：P P点所在子午面与起始点所在子午面与起始子午面的二面角；子午面的二面角；大地纬度大地纬度 B B：P P点法线与赤道面的夹点法线与赤道面的夹角。角。 图图1-42021-10-16土木工程测量教师1绪论22n地面上同一点的天文坐标和大地坐标之所以不地面上同一点的天文坐标和大地坐标之所以不同，是因为各自根据的基准面和基准线不同，同，是因为各自根据的基准面和基准线不同，天文坐标天文坐标依据的是大地水准面和铅垂线，依据的是大地水准面和铅垂线，大地大地坐标坐标依据的是旋转椭球面和法线。依据的是旋转椭球面和法线。2021-10-16土木工程测量教师1绪论23 2. 高斯平面直角坐标高斯

16、平面直角坐标l l 六度带：六度带：投影带是从首子午线投影带是从首子午线(通过英国格林尼通过英国格林尼治天文台的子午线治天文台的子午线)起起,每经差每经差6划一划一带（称为六度带），自西向东将整个带（称为六度带），自西向东将整个地球划分成经差相等的地球划分成经差相等的60个带（见个带（见图图1-5）。带号从首子午线起自西向东）。带号从首子午线起自西向东编，用阿拉伯数字编，用阿拉伯数字1、2、3、60表表示。示。 图图1-52021-10-16土木工程测量教师1绪论24 l l 中央子午线：中央子午线：位于各投影带中央的子午线，称为各带位于各投影带中央的子午线，称为各带的中央子午线（见图的中央子

17、午线（见图1-5） 。第一个六度带的中央子午线的经。第一个六度带的中央子午线的经度为度为3， 任何六度带的中央子午线经度任何六度带的中央子午线经度L0为为 : L0=6 N-3 （1-1） 例如：某点经度为东经例如：某点经度为东经118 ，其带号为，其带号为20，其所在六度带其所在六度带的中央子午线经度的中央子午线经度 L= 120 。2021-10-16土木工程测量教师1绪论25n高斯投影的方法：高斯投影的方法：n 先将地面上各点归算到先将地面上各点归算到参考椭球面上参考椭球面上，再将椭球由，再将椭球由子午面划分成若干投影带，将每投影带投影到椭球柱面上，然子午面划分成若干投影带，将每投影带投

18、影到椭球柱面上，然后，将柱面沿母线剪开、展平，得到各点的平面直角坐标（见后，将柱面沿母线剪开、展平，得到各点的平面直角坐标（见图图1-1-6）。）。 图图 1-6 高斯投影方法高斯投影方法2021-10-16土木工程测量教师1绪论262021-10-16土木工程测量教师1绪论27（如图如图1-71-7、1-81-8） 图图1-7 高斯投影结果高斯投影结果 图图1-8l l x 轴轴中央子午线经投影展开后是一条直线，其长度不变中央子午线经投影展开后是一条直线，其长度不变形。以此直线作为纵轴。形。以此直线作为纵轴。l l y 轴轴赤道经投影展开后是一条与中央子午线相正交的直赤道经投影展开后是一条与

19、中央子午线相正交的直线，将它作为横轴。线，将它作为横轴。l l 原点原点两轴线的交点作为两轴线的交点作为O点。点。2021-10-16土木工程测量教师1绪论28 我国位于北半球，我国位于北半球，x 坐标均为正值，而坐标均为正值，而 y 坐标值有正有负。坐标值有正有负。为为了避免了避免Y坐标出现负值，规定把坐标纵轴坐标出现负值，规定把坐标纵轴向西平移向西平移500km ，以便以便使中央子午线以西的投影带上的使中央子午线以西的投影带上的Y坐标都为正值（见图坐标都为正值（见图1-8）。）。 图图1-8中中A、B两点两点Y坐标分别为：坐标分别为： 平移前：平移前： yA=+137 680m， yB=-

20、274 240m。 平移后：平移后： YA = 500 000+137 680=637 680m; YB= 500 000-274 240=225 760m。 横坐标值前冠以带号横坐标值前冠以带号：例如，：例如，A点位于第点位于第20带内，则其横坐标：带内，则其横坐标： yA为为m。2021-10-16土木工程测量教师1绪论29 从东经从东经1 30 起，每起，每经差经差3 划分一带，将整划分一带，将整个地球划分为个地球划分为120个带（见图个带（见图1-9），每带中央子午线），每带中央子午线的经度的经度 L0可按下式计算：可按下式计算： L03 n （1-2） 图图 1-9 6度、度、3度带

21、投影度带投影 2021-10-16土木工程测量教师1绪论303. 独立平面直角坐标独立平面直角坐标投影面投影面：用测区中心点：用测区中心点 a 的切平面作为投影平面（的切平面作为投影平面（ 图图1-10） 图1-10 图1-112021-10-16土木工程测量教师1绪论31 l l 坐标系坐标系：原点原点O 一般选在测区的西南角，使测区内各点均处于第一一般选在测区的西南角，使测区内各点均处于第一象限，坐标均为正值。象限，坐标均为正值。 x轴轴南北方向为纵轴，向北为正，向南为负；南北方向为纵轴，向北为正，向南为负； y轴轴 东西方向为横轴，向东为正，向西为负。东西方向为横轴，向东为正，向西为负。

22、 坐标系中坐标系中象限按顺时针方向编号，象限按顺时针方向编号，x轴与轴与y轴互换，所用数学轴互换，所用数学公式与数学平面直角坐标系相同公式与数学平面直角坐标系相同(见图见图1-11)。 在测量中常将点的平面直角坐标称为点的平面位置。在测量中常将点的平面直角坐标称为点的平面位置。2021-10-16土木工程测量教师1绪论32（二）地面点的的高低位置（二）地面点的的高低位置高程高程 高程：高程：地面点到基准面的铅垂距离。地面点到基准面的铅垂距离。绝对高程绝对高程: 地面点到大地水准面的铅垂距离称为，又称地面点到大地水准面的铅垂距离称为，又称海拔海拔。例如（例如（图图1-12）中）中A、 B两点的绝

23、对高程分别为两点的绝对高程分别为HA、HB 。相对高程：相对高程：地面点到某一假定水准面的铅垂距离，称为地面点到某一假定水准面的铅垂距离，称为假定高程假定高程或相对高程或相对高程。例。例 如，如，A、B点的相对高程分别为点的相对高程分别为HA、HB 。 高差：高差：地面两点间绝对或相对高程之差称为高差，用地面两点间绝对或相对高程之差称为高差，用h表示。表示。 hAB= = HBHA = HBHA（1-3）可见两点间的可见两点间的高差与高程起算面无关。高差与高程起算面无关。2021-10-16土木工程测量教师1绪论33图图1-122021-10-16土木工程测量教师1绪论34l l 高程基准高程

24、基准 由于海水面受潮汐、风浪等影响，它的高低时刻在变化，是个由于海水面受潮汐、风浪等影响，它的高低时刻在变化，是个动态的曲面。我国在青岛设立验潮站，长期观察和记录黄海海水面动态的曲面。我国在青岛设立验潮站，长期观察和记录黄海海水面的高低变化，取其平均值作为大地水准面的平均位置（其高程为的高低变化，取其平均值作为大地水准面的平均位置（其高程为零）零）并在并在青岛青岛建立了水准原点。将建立了水准原点。将大地水准面的平均位置引测到大地水准面的平均位置引测到水准原点。水准原点。 目前，我国采用目前，我国采用“1985年高程基准年高程基准”，全国各地的高程，全国各地的高程都以都以“19851985年高程

25、基准年高程基准”为基准进行测算。为基准进行测算。 青岛青岛19851985年高程基准水准原点的高程为年高程基准水准原点的高程为:72.260m19871987年以前使用的是年以前使用的是19561956年高程基准，年高程基准，利用旧的高程测量成果时，利用旧的高程测量成果时，要要注意高程基准的统一和换算。注意高程基准的统一和换算。（ 19561956年黄海高程系年黄海高程系的青岛原水准原点高程为的青岛原水准原点高程为 72.289 72.289 m m）。）。2021-10-16土木工程测量教师1绪论35 水准面是一个曲面，曲面上的图形投影到平面上，水准面是一个曲面，曲面上的图形投影到平面上，总

26、会产生一定的变形。总会产生一定的变形。 实际上，如果把一小块水准面当作平面看待，其实际上，如果把一小块水准面当作平面看待，其产产生的变形不超过测量和制图误差的容许范围生的变形不超过测量和制图误差的容许范围时，即可在时，即可在局部范围内，用局部范围内，用水平面代替水准面水平面代替水准面，使测量和绘图工作，使测量和绘图工作大大简化。大大简化。 以下讨论以水平面代替水准面对距离和高程测量的以下讨论以水平面代替水准面对距离和高程测量的影响，以便明确可以代替的范围或必要时加以改正影响，以便明确可以代替的范围或必要时加以改正1-1-3 3 水平面代替水准面的限度水平面代替水准面的限度2021-10-16土

27、木工程测量教师1绪论36 如如图图113，A、B、C是地面点，是地面点，它们在大地水准面上的投影点是它们在大地水准面上的投影点是a、b、c，用该区域中心点的切平面代用该区域中心点的切平面代替大地水准面后，地面点在水平面替大地水准面后，地面点在水平面上的投影点是上的投影点是a、b和和c。 设设A、B两点在水准面上的距离两点在水准面上的距离为为D，在水平面上的距离为在水平面上的距离为D,两者两者之差之差D用水平面代替水准面所用水平面代替水准面所引起的距离差异引起的距离差异。将大地水准面近。将大地水准面近似地视为半径为似地视为半径为R的球面，则有：的球面，则有： 图图1 - 13一、一、 对距离的影

28、对距离的影响响2021-10-16土木工程测量教师1绪论37已知已知因因 角很小只取前两项，代入上式，角很小只取前两项，代入上式，考虑考虑=D/R，则用则用水平面代替水准面所引起的距离差异：水平面代替水准面所引起的距离差异：故故水平面代替水准面对距离的影响水平面代替水准面对距离的影响： 式中：式中：D/D 称为相对误差，用称为相对误差，用1/M 形式表示，形式表示，M 愈大，愈大，精度愈高。精度愈高。 )41 ()(tanRDDD,15231tan53)51(323RDD)61(322RDDD2021-10-16土木工程测量教师1绪论38取地球半径取地球半径R6371km，以不同的距离以不同的

29、距离D代入式（代入式（1-4） 和（和（1-5）式，得到：）式，得到： 表表1-1水平面代替水准面引起的距离误差水平面代替水准面引起的距离误差l l 从表中可见，从表中可见，当当D10km时，所产生的相对误差为时，所产生的相对误差为 1：1 220 000，l l 在测量中，通常要求距离丈量中，相对误差最高为在测量中，通常要求距离丈量中，相对误差最高为 1/1 000 000，一般丈量仅要求，一般丈量仅要求1/20001/4000。l l 结论：结论：在半径为在半径为10km的圆面积之内进行距离测量时，的圆面积之内进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不需考虑地球曲率对距离的可以用水平面代

30、替水准面，而不需考虑地球曲率对距离的影响。影响。 1/12 0001/12 0001/49 0001/49 0001/300 0001/300 0001/1220 0001/1220 000821.2821.2102.6102.66.66.6 0.8 0.81001005050 20 20 10 10D （KM）)(cmDDD/2021-10-16土木工程测量教师1绪论39 如如图图1 1-13-13所示，所示，地面点地面点B的高程应是铅垂距离的高程应是铅垂距离bB ,用水平面代替水准面后，用水平面代替水准面后，B点的高程为点的高程为bB， 两者之差两者之差h， 即为对高程的影响，由图得即为对

31、高程的影响，由图得 故有故有)61 () 1(secsecRRRobobBbbBh)71 (22RDh二、对高程的影响二、对高程的影响2021-10-16土木工程测量教师1绪论40 表表1-2水平面代替水准面引起的高程误差水平面代替水准面引起的高程误差D（KM）0.20.20.50.51 12 23 34 45 50.310.312 28 831317171125125196196(cm)h l 结论：结论：就高程测量而言，即使距离很短，也应用水准面就高程测量而言，即使距离很短，也应用水准面作为测量的基准面，即应顾及地球曲率对高程的影响。作为测量的基准面，即应顾及地球曲率对高程的影响。用不同的

32、距离代入（用不同的距离代入（17），便得表），便得表12所列的结果。从表中所列的结果。从表中可以看出，用水平面代替水准面对高程的影响是很大的，距离可以看出，用水平面代替水准面对高程的影响是很大的，距离为为1km时时, 就有就有8cm的高程误差，这是不能允许的。的高程误差，这是不能允许的。2021-10-16土木工程测量教师1绪论41一、基本概念一、基本概念地物地物：地面上的物体如河流、道路、房屋等。地面上的物体如河流、道路、房屋等。地貌地貌：地面高低起伏的形态。地面高低起伏的形态。地形地形：狭义而言是地面的高低起伏，广义来讲是地物和地貌的狭义而言是地面的高低起伏，广义来讲是地物和地貌的总称。总称。1-1-4 测量工作的程序和原则测量工作的程序和原则2021-10-16土木工程测量教师1绪论42n测量过程测量