工程测量ppt第一章

1、工程测量工程测量主讲人：吴 宇 峰联系电话量学测量学:测量学是一门研究地球表面的形状和大小、确定地面测量学是一门研究地球表面的形状和大小、确定地面点之间相对位置的科学。点之间相对位置的科学。 主要内容主要内容: :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) )筑物位置按设计要求在筑物位置按设计要求在地面上标定出来作为施工的依据。地面上标定出来作为施工的依据。1.1.测定测定: :就是用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，就是用各种测量仪器和工具，通过实地测量和计算，将地表的地物地藐位置按一定比例尺缩绘成地形图，作为规将地表

2、的地物地藐位置按一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、国防建设和科学研究应用的依据。测量学的一般概念测量学的一般概念第一章第一章 绪绪 论论大地测量学大地测量学研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制研究整个地球的形状和大小，解决大地区控制测量和地球重力场问题。测量和地球重力场问题。常规常规大地测量和大地测量和卫星卫星大地测量。大地测量。测量学按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。测量学按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。普通测量学普通测量学测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲率测量小范围地球表面形状时，不顾及地球曲

3、率的影响，把地球局部表面当作平面看待所进行的测量工作。的影响，把地球局部表面当作平面看待所进行的测量工作。摄影测量学摄影测量学利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间利用摄影像片来测定物体的形状、大小和空间位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同，位置的工作，属于摄影测量学的范畴。由于获得像片的方式不同，可分为可分为地面地面、航空航空、水下水下和和航天航天摄影测量学。摄影测量学。工程测量学工程测量学研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于研究工程建设中所进行的各种测量工作，属于工程测量学的范畴。水利工程测量属于工程测量学的范畴。工程测量学的范畴。水利工程测量属于工程测量学的范畴

4、。测量学科分类： 测量研究的发展 仪器：光学：经纬仪，水准仪 电子：经纬仪，水准仪 全站仪 范围：卫星技术 GPS 从 陆地到海上 从静止到运动 且 实时和高精度工程测量学主要任务工程测量学主要任务:1.测绘大比例尺地形图测绘大比例尺地形图2.施工放样和竣工测量施工放样和竣工测量3.建筑物变形观测建筑物变形观测水利工程测量学的主要任务：水利工程测量学的主要任务：（1）为水利工程规划设计提供所需的地形资料。规划时需提供）为水利工程规划设计提供所需的地形资料。规划时需提供中、小比例尺地形图及有关信息，建筑物设计时要测绘大比例尺地中、小比例尺地形图及有关信息，建筑物设计时要测绘大比例尺地形图。形图。

5、（2）施工阶段要将图上设计好的建筑物按其位置、大小测设于）施工阶段要将图上设计好的建筑物按其位置、大小测设于地面，以便据此施工，称为施工放样。地面，以便据此施工，称为施工放样。（3）在施工过程中及工程建成后运行管理中，需要对建筑物的）在施工过程中及工程建成后运行管理中，需要对建筑物的稳定及变化情况进行监测稳定及变化情况进行监测变形观测，确保工程安全。变形观测，确保工程安全。一些基本概念铅垂线：铅垂线：重力的方向线。重力的方向线。水平线：水平线：与铅锤线正交的直线与铅锤线正交的直线水平面：水平面：与铅垂线正交的平面与铅垂线正交的平面水准面：水准面：静止的水面。水准面是受地球重力影响而形成的，是静

6、止的水面。水准面是受地球重力影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的一个处处与重力方向垂直的连续曲面。连续曲面。大地水准面：大地水准面：与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸而形成的闭合曲面的闭合曲面大地球体：大地球体：由大地水准面所包围的地球形体由大地水准面所包围的地球形体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，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。其中最高的珠峰高出海水面达有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达8848.13m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达，最低的马里亚纳海沟低于

7、海水面达11022m。但是这样。但是这样的高低起伏，相对于地球半径的高低起伏，相对于地球半径6371km来说还是很小的。再顾及到来说还是很小的。再顾及到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，人们把，因此，人们把海水面所包围的地球海水面所包围的地球形体形体看着地球的形状。看着地球的形状。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形体(即地球椭球即地球椭球)来代替地球的形状，作为测量计算工作的来代替地球的形状，作为测量计算工作的基准面基准面。地球椭球是一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称地球椭球是一

8、个椭圆绕其短轴旋转而成的形体，故地球椭球又称旋旋转椭球转椭球。地球的形状和大小地球的形状和大小这个旋转椭球体称为这个旋转椭球体称为参考椭球体参考椭球体，为一规则的曲面体。可用数，为一规则的曲面体。可用数学公式表示：学公式表示：式中式中a、b为参考椭球体几何参数。为参考椭球体几何参数。a为长半径，为长半径，b为短半径。参为短半径。参考椭球体扁率考椭球体扁率应满足下式：应满足下式：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=6378140m扁扁 率率 =1:298.275由于由于很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其很小，在精度要求不高时，可近似将地球当作圆球体，其半径

9、为平均值半径为平均值6371km。1222222bZaYaXaba地球的形状和大小我国选择陕西泾阳县永乐镇某点为我国选择陕西泾阳县永乐镇某点为大地原点大地原点，进行了，进行了大地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在大地定位。由此而建立起来全国统一坐标系，这就是现在使用的使用的“1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系”。由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时，由于地球椭球的扁率很小，因此当测区范围不大时，可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为可近似地把地球椭球作为圆球，其半径为6371km地球的形状和大小 地面点的空间位置可地面点的空间位置可以用点在水准面上或水以用点在水准面上或

10、水平面上的位置或点到大平面上的位置或点到大地水准面的铅垂距离来地水准面的铅垂距离来确定确定 因此，确定地面上一因此，确定地面上一点的位置通常是指确定点的位置通常是指确定点的点的坐标坐标和点的和点的高程高程地面上点位的确定 一、地面上点位的确定方法二、地面点的高程二、地面点的高程 1.1.绝对高程绝对高程H:H:地面上任意一点到大地水准面的铅垂地面上任意一点到大地水准面的铅垂线长度，称为该点的绝对高程线长度，称为该点的绝对高程( (海拔，标高海拔，标高) ) 。我国以。我国以青岛验潮站的黄海平均海水面为基准青岛验潮站的黄海平均海水面为基准，建立了国家水准，建立了国家水准原原:72.260m:72

11、.260m。称为。称为19851985年国家高程基准。年国家高程基准。 2.2.相对高程相对高程HH：以假定水准面作为高程的起算面。以假定水准面作为高程的起算面。 3.3.高差高差h hABAB: :地面两点之间的高程差。地面两点之间的高程差。 h hABAB=H=HB B- H- HA A = = H HB B H HA A 地面点的空间位置都与一定的坐标系统相对应。在测地面点的空间位置都与一定的坐标系统相对应。在测量上常用的坐标系有量上常用的坐标系有地理坐标系、平面直角坐标地理坐标系、平面直角坐标、高斯平高斯平面坐标系面坐标系、地心坐标地心坐标等。等。1. 地理坐标地理坐标以参考椭球体面为

12、以参考椭球体面为基准面。用大地经度基准面。用大地经度L、纬度纬度B、大地高、大地高H表示表示地面点的空间位置。地面点的空间位置。三、地面点的坐标三、地面点的坐标2。平面直角坐标。平面直角坐标当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直角坐标角坐标原点原点一般选在测区西南方，一般选在测区西南方，以该测区子午线方向以该测区子午线方向(真子午线真子午线或磁子午线或磁子午线)为为x轴，北方向为正。轴，北方向为正。y轴与轴与x

13、轴垂直，东方向为正。轴垂直，东方向为正。3。高斯坐标。高斯坐标当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将当测区的范围较小时，可以把测区球面当作两面处理，直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直地面点沿铅垂线投影到水平面上，用平面直角坐标来表示。平面直角坐标角坐标原点原点一般选在测区西南方，一般选在测区西南方，以该测区子午线方向以该测区子午线方向(真子午线真子午线或磁子午线或磁子午线)为为x轴，北方向为正。轴，北方向为正。y轴与轴与x轴垂直，东方向为正。轴垂直，东方向为正。高斯高斯克吕格平面直角坐标克吕格平面直角坐标地图投影：将球面上的坐标转换到平面地图投影：

14、将球面上的坐标转换到平面 三种投影变形：长度变形、角度变形和面积长度变形、角度变形和面积变形变形三种。 相应地，地图投影分为三类：等距投影、等等距投影、等角投影角投影( (又称正形投影又称正形投影) )和等积投影和等积投影。 对于地形图的测绘来说，要求投影后的角度保持不变形，同时长度变化也要尽可能小，只有采用正形投影正形投影，才能满足上述要求。高斯投影方法高斯投影方法投影投影剪开剪开展展平平高斯投影的规律：高斯投影的规律： (1) 中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大； (2) 赤

15、道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴； (3) 经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形； (4) 中央子午线和赤道的投影相互垂直。1 16 6带的划分带的划分 为限制高斯投影离中央子午线愈远，长为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度度变形愈大的缺点，从经度0 0开始，自西向开始，自西向东将整个地球分成东将整个地球分成6060个带，个带，6 6为一带。为一带。u计算公式：计算公式： =6N-3中央子午线经度中央子午线经度 N投影带号投影带号23带的划分u若仍不能满足精度要求若仍不能满足精度要求, ,可进行可进行3 3 带、带、1.5

16、1.5 带的划分。带的划分。u3 带计算公式：带计算公式： =3N 中央子午线经度中央子午线经度, N投影带号。投影带号。高斯高斯克吕格平面直角坐标系克吕格平面直角坐标系 分带投影后，各带的中央子午线都和赤道垂直，以中央子午线作为纵坐标轴x，赤道为横坐标轴y，其交点O为坐标原点。 这样，在每个投影带内，便构成了一个既和地理坐标有直接关系、又有各自独立的平面直角坐标系，称为高斯高斯- -克吕格坐标系克吕格坐标系 为了使横坐标y不出现负值，则无论3或6带，每带的纵坐标轴要西移500 km，即在每带的横坐标上加500 km。 为了指明该点属于何带，还规定在横坐标y值之前，要写上带号。未加500km和

17、带号的横坐标值称为自然值自然值，加上500km和带号的横坐标值称为通用值通用值。自然值：Y1 = +36210.140m, Y2 = -41613.070m通用值：Y1=38 536210.140m,Y2=38 458386.930m自然值和通用值之间：X不加500km，也不加带号。方法：方法：（1 1）先将自然值的横坐）先将自然值的横坐标标Y Y加上加上500000500000米；米；（2 2）再在新的横坐标）再在新的横坐标Y Y之前标以之前标以2 2位数的带号位数的带号。 例：国家高斯平面点例：国家高斯平面点P P（2433586.6932433586.693，38514366.15738

18、514366.157）所表示的意义）所表示的意义: :(1)(1)表示点表示点P P在高斯平面上至赤道的距离在高斯平面上至赤道的距离; ; X=2433586.693m X=2433586.693m(2)(2)其投影带的带号为其投影带的带号为38 38 、P P点离点离3838带的带的纵轴纵轴X X轴的轴的实际坐标实际坐标Y=Y=514366.157-514366.157-500000= 14366.157m500000= 14366.157m地心坐标：地心坐标：地面点位也可用空间直角坐标地面点位也可用空间直角坐标(x,y,z)表示。表示。x轴轴z轴轴y轴轴右手坐标系右手坐标系水平面代替水准面

19、的限度一、对距离的影响一、对距离的影响如图，由平面代替曲面产生的如图，由平面代替曲面产生的误差为误差为D。D=ab-ab=D-S=Rtan-R=R(tan-)在小范围测区在小范围测区角很小。角很小。tan用用级数展开，略去五次方项，则级数展开，略去五次方项，则33313)(RRD用用=D/R代入，则代入，则23131)(23RDRDDDD取地球半径取地球半径R=6371km。D用不同距离代入，计算结果如下：用不同距离代入，计算结果如下：23131)(23RDRDDDD1/4.9万102501/30万6.57201/54万2.77151/120万0.8210-0.001D/DD(cm)D(km)结论：结论：当当D=10km时，时，所产生的相对误差为所产生的相对误差为1:120万，这样小的误差，对精万，这样小的误差，对精密量距来说也是密量距来说也是允许允许的。的。因此，在因此，在10km为半径的圆为半径的圆面积之内进行距离测量时，面积之内进行距离测量时，可以把水准面当作水平面可