第1章 测量的基本知识

1、第1章 测量的基本知识1.1 园林测量概述测量学的定义：是研究地球形状和大小的科学。广义上来讲（主要是解决三个方面的问题）：1、测定地球的形状和大小；2、将地球表面局部范围内的形状和大小测绘成图；3、满足各项工程建设设计施工的需要。它的内容包括两部分：测定和测设。测定（测图）：它是使用测量仪器和工具，通过测量和计算得到一系列的数据，再把地球表面的地物和地貌运用各种符号及数字缩绘成地形图，供规划设计、经济建设、国防建设和科学研究使用。其实质就是将地面上点的位置测绘到图上。测设（放样）：它是将图纸上已设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。其实质就是将图纸上点的位置测设到地面

2、上。1.2.1地球的形状和大小测量工作的主要研究对象是地球的自然表面，其形状十分复杂。通过长期的测绘工作和科学调查，了解到地球表面上海洋面积约占71，陆地面积约占29，世界第一高峰珠穆朗玛峰高出海平面8844.43m，而在太平洋西部的马里亚纳海沟低于海水面达11022m。尽管有如此大的高低起伏，但相对于地球半径6371km来说仍可忽略不计。因此，测量中测量人员通常把地球总体形状看成是由静止海水面向陆地延伸所包围的球体来进行测量。由于地球的自转运动，地球上任意一点都要受到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称为重力，重力的方向线称为铅垂线(一条细绳系一锤球，细绳在重力作用下形成的下垂线)又

3、是测量工作的基准线。与所有点位的铅垂线相互垂直的线称为水平线。在建筑工程中，水平线主要是用来控制标高，常见的有0.5m和1m线。处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面。任何自由静止的水面都是水准面。与水准面相切的平面称为水平面。水准面因其高度不同而有无数个（潮汐影响）与平均海水面相重合并延伸向大陆且包围整个地球的闭合曲面称为大地水准面。（唯一性）；由大地水准面包围的地球形体，称为大地体。大地水准面和铅垂线是测量外业所依据的基准面和基准线。用大地体表示地球形体是恰当的，但由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面是一个复杂的曲面，无法在这个曲面上进行测量数据的处

4、理。为了使用方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式表示的几何形体（即地球椭球）来代替地球的形状作为测量计算工作的基准面。其形状由长半轴a和短半轴b所确定。我国1980年宣布采用1975年国际大地测量与地球物理联合会16届大会推荐的大地坐标系椭球元素。1.2.2地面点位的表示方法地球表面高低起伏，并分布着许多物体，我们将地球表面高低起伏的形态称为地貌。将地球表面上人工建造或自然形成的固定物体称为地物。它们的外形和轮廓是由一系列连续的点所组成。地球表面上的点称为地面点，不同位置的地面点有不同的点位。地面点必须在选定的坐标系里确定其位置。测量工作的实质就是确定地面点的点位。为了确定和表示

5、这些点的位置，需要设定一个基准面来作为点位的投影面。在大范围内进行测量工作，以大地水准面作为地面点投影的基准面。若在小范围内测量则可用水平面作为地面点投影的基准面。地面点投影到基准面之后，其位置用坐标和高程来表示。地面点的坐标因投影面及测量范围的不同而分为地理坐标和平面直角坐标。(天文)地理坐标：N、S为地球旋转轴，通过地球旋转轴的平面均称为子午面。各子午面与地球表面的交线叫做经线或子午线。（如图中NGS）。设G点位英国格林尼治天文台的位置，称过G点的天文子午面为首子午面。过球心且与地球旋转轴正交的平面即为赤道面，此平面与地球表面的交线即为赤道，赤道面作为纬度的起算面。 P点的经度：是指过P点

6、的子午面与首子午面所夹的二面角（二面角：从一条直线出发的两个半平面），以（拉姆达）表示。自首子午线向东0°180°为东经，向西0°180°为西经。 P点的纬度：是指该点的铅垂线PO与赤道面之间的夹角，以 （服艾）表示。自赤道向北0°90°为北纬，向南0°90°为南纬。（独立）平面直角坐标：在小区域内进行测量时，常常采用独立平面直角坐标测定地面点位置，如图所示。独立平面直角坐标系规定南北方向为坐标纵轴X轴（向北为正），东西方向为坐标横轴Y轴（向东为正），坐标原点通常选在测区西南角以外，以使测区内各点坐标均为

7、正值。其与数学上的平面直接坐标系不同，为了定向方便，测量上，平面直角坐标系的象限是按顺时针方向编号的，将其X轴与Y轴互换，目的是将数学中的公式直接用到测量计算中。首先将坐标平面沿Y轴翻转180°，然后整个平面再顺时针旋转90°。角度的表示以X轴的正向顺时针旋转求得，如果1-3（C）中的。其象限顺序也依顺时针表示。某一点的平面位置用一组数表示。如图所示，A点的坐标表示为（XA,YA）。地面点的高程：地面点的高程可分为绝对高程和相对高程两类。绝对高程：是指地面点到大地水准面的垂直距离，简称高程，用H表示，也就是大家常说的海拔。如图1-5所示，HA、HB分别表示A点和B点的高程。

8、因为海水受到潮汐影响，大地水准面是一个动态的曲面。我国在山东青岛市大港1号码头西端设立验潮站，长期观测黄海海水面的高低变化，取其平均值作为我国大地水准面的位置，并在青岛市观象山建立永久的国家水准原点。按照验潮站1952-1979年获取的潮位资料，经多次严格的测量计算，确定出平均海水面，将它作为我国高程基准，依次测得国家水准原点的高程为72.260m。这就是我国目前采用的1985年高程基准。相对高程：是在局部地区或某一工程项目当中自行任意选定的某一水准面作为起算面，而将地面点到该任意水准面的垂直距离称为该点的相对高程，或称为假定高程。HA、HB分别表示A点和B点的相对高程。地面两点之间的高程差称

9、为高差，用h表示。A、B两点的高差为hAB=HBHA=HBHAB、A两点的高差为hBA=HAHB=HAHB，由此可见hAB=hBA。由上式可知，两点之间的高差与高程的起算面无关。（两者之间采用的高程基准面一致）1.3测量工作的原则及特点地貌：如山岭、谷地、悬崖与陡壁等。地物一般可分为两大类：一类是自然地物，如河流、湖泊、森林、草地、独立岩石等；另一类是经过改造的人工地物，如房屋、高压输电线、铁路、公路、水渠、桥梁等。不论地物或地貌，它们的形状和大小都是由一些特征点的位置所决定的，那么，特征点是指地物和地貌在投影面上方向的转折点和坡度的变化点。这些特征点也叫碎部点。地形测图就是通过测定这些碎部点

10、的平面坐标和高程来绘制地图的。如果我们将特征点的相对位置准确地测定出来，那么在我们测绘范围内的地物、地貌就会准确地反映出来。测量中将地物和地貌统称为地形。测定地物和地貌的三维坐标，并用平面图形表示，称为地形图。图1-10的中前部有两幢并排的房屋，其平面位置由房屋的轮廓线组成， 如果能测定1 8个屋角点的平面位置，这两幢房屋的位置也就确定。对于地貌，其地势起伏变化虽然复杂，仍可看成是由许多不同方向、 对于地貌，其地势起伏变化虽然复杂，仍可看成是由许多不同方向、 不同坡度的平面相交而成的几何体，相邻平面的交线就是方向变化线和坡度变化线，只要测定这些方向变化线和坡度变化线交点的平面坐标，则地貌的形状

11、和大小也基本反映出来了。因此，不论地物或地貌， 它们的形状和大小都是由一些特征点的位置所决定的，这些特征点也叫碎部点。地形测图就是通过测定这些碎部点的平面坐标和高程来绘制地形图的。测量工作不可避免地会产生误差，为防止误差的传递与积累，保证测区内地面点位置的测量精度，测量工作必须按一定的程序和原则进行。 如图1-10所示，下面以如何将地物与地貌测绘到图纸上为例，介绍测定工作的原则和程序。测定碎部点的位置，其工作程序通常可分为两步：首先作控制测量。在测区内选择若干个具有控制意义的点A、B、C、D、E、F 作为控制点，用比较精确的方法测定其位置，这些控制点就可以控制误差传递的范围和大小。其次进行碎部测量。即在控制点基础上，用稍低一些精度的测量方法（即碎部测量）测定地面各碎部点的位置（坐标及高程），如在控制点 A上测定其周围的碎部点1、2等，图1-10 （b）。最后根据这些碎部点的坐标与高程按一定的比例尺将整个测区缩小绘制成地形图。 从上述分析可知，测量工作遵循的原则是布局上“由整体测量到局部测量”、精度上“由高级测量到低级测量”、次序上“先控制测量后碎部测量”，即先做控制测量，再在控制点上进行碎部测量。另外，测量中要严格进