土木工程测量课件绪论-

1、 1.1 测量学的研究对象及其作用 1.2 地面点位的确定 1.3 用水平面代替水准面的限度 1.4 测量工作概述第一章 绪论 1.1 测量学的研究对象及其作用第一一、测量学的概念 测量学是研究地球的形状、大小以及地表(包括地面上各种物体）的几何形状及其空间位置的科学。测量工作的基本任务： 确定地面点在规定坐标系中的 坐标值（X，Y，Z）。一、测量学的概念测量工作的基本任务：二、测量学科的分支大地测量学 研究和测定地球的形状、大小、重力场和地面点几何位置及其变化的理论和技术的学科。地球的形状大小以大地水准面为代表。大地点的定位，用经纬度或空间直角坐标，定位方法有几何法大地测量、物理法大地测量和

2、近代的卫星法大地测量。二、测量学科的分支大地测量学世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定世界屋脊 - 珠穆朗玛峰的高程测定摄影测量与遥感学研究利用摄影或遥感手段，获取地面目标物的影像数据，从中提取几何或物理信息，用图形、图像和数字信息表达的理论和方法的学科。 摄影测量的方法有地面摄影、航空摄影和航天摄影和遥感。小范围的地形测量或工程测量可利用地面摄影测量方法。摄影测量与遥感学研究利用摄影或遥感手段，获取地航空摄影测量机载空间三维数据采集系统航空摄影测量机载空间三维数据采集系统同济大学的车载空间三维数据采集系统 地面摄影测量的自动化同济大学的车载空间三维数据采集系统 地面摄影测量的自动化工程测量学研

3、究工程建设和自然资源开发中进行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和技术的学科。是测绘学科在国民经济和国防建设中的直接应用。 工程规划设计阶段：提供地形资料； 施工兴建阶段：标定设计建筑的位置； 运行管理阶段：竣工测量和变形监测。 高精度工程测量用于大型、精密工程和 设备的精确定位、安装和变形观工程测量学研究工程建设和自然资源开发中进行的控制测量、地形渠道水位监测1109渠道水位监测1109面水准测量 场地平整11010面水准测量 场地平整11010大桥变形监测11011大桥变形监测11011隧道工程测量11012隧道工程测量11012道路测量 道路建筑高程放样 用数字水准仪 和条码

4、水准尺。11013道路测量 道路建筑高程放样11013海洋测绘学 研究以海洋水体和海底为对象的学科。包括：海洋大地测量、海底地形测量、海道测量、海洋专题测量等。 海洋测区条件复杂,受潮汐、气象、透明度差等影响，需用特种仪器和方法:卫星导航、惯性组合导航、天文测量、水声定位系统、水下摄影量测等。 11014海洋测绘学11014地图制图学 研究模拟地图和数字地图的设计、编绘、复制的理论和方法的科学。主要内容： 地图投影 地图编绘 地图整饰 地图出版 11015地图制图学1101511016 世界地图11016 世界地图地形测量学 研究将地球表面局部地区的地貌和地物测绘成地形图、编制地籍图和房产图等

5、的基本理论和方法的科学。地形测量学(一) 测量学在生活上的作用城市交通图11018三. 测量学的作用(一) 测量学在生活上的作用城11018三. 测量学的作用上海市水系专题图11019上海市水系专题图11019同济校园图(四平路校本部)11020同济校园图(四平路校本部)11020(二) 测量学在军事上的作用“天时，地利，人和”是打胜仗的三大要素。地利就要了解和利用地形。地图上详细表示着山脉、河流、道路、居民点等地形和地物，具有确定距离、位置、辨识方向的作用。11021(二) 测量学在军事上的作用“天时，地利，人和”是打胜仗的 (三) 测量学在国土管理中的作用 城市土地的规划，城市道路的红线规

6、划，房地产开发，地籍的界址点测定,都需要由测量提供地形图和有关土地信息。 用高科技测量手段标定国界，常在国家间的领土争执中起到重要作用;也常以对方出版的地图上对国境线的表示,作为有利于己方的证据。11022 (三) 测量学在国土管理中的作用 城市土地的规划，城市(四) 测量学在工程建设中的作用 在工程建设的规划设计中，首先需要有地形图。在修建工厂和居民点时，须要先平整地基和设计房屋的放样。在建设城市道路网（包括高架道路、地下铁道和桥梁)，都需要用测量方法精确地定向,定位和定高程。 我国的考古工作者研究证实，早在2000多年前已经有在修建帝都、宫殿时大规模平整地基和定街道与建筑轴线的措施，当时也

7、需要有原始的测量手段。11023(四) 测量学在工程建设中的作用 在工程建设的规划设计工程的竣工和变形监测 为了保障建筑物的施工和运行时的安全，需要测量工作者以技术上可行的最高精度，监测建筑物的变形量和变形的发展情况。经常需要在一段时间内进行连续观测，为此要使用自动化的监测和记录的测量仪器，在各种工程建设中的应用愈来愈广泛。11024工程的竣工和变形监测11024四、建筑工程测量的任务 建筑工程测量是运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。 工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计 控制，测绘地形图 施工建设 施工放样，竣工测量 运营管理 安全监测，变形观测 四、建筑工程测量的任务 土木工程

8、测量课件绪论-土木工程测量课件绪论-土木工程测量课件绪论-五、测量工作分类 测量工作包括测定和测设两部分。测定 是指使用测量仪器和工具，通过测量 和计算，测定点的坐标，或把地球表 面的地形按比例缩绘成地形图。测设 是指把图纸上规划设计好的建筑物、 构筑物等的位置在地面上标定出来， 作为 施工的依据。返回五、测量工作分类返回一. 地球的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体， 海洋面积约占地球表面的71%。 高山陆地 丘陵 海洋一. 地球的形状和大小高山陆地 丘陵 海洋地球的制高点 珠穆朗玛峰海拔高程 8844.43m11031地球的制高点 珠穆朗玛峰11031 马里亚纳海沟 斐查兹海

9、渊剖面图11032地球海面下最深处高程为 11000 m 马里亚纳海沟 斐查兹海渊剖面图11032地球海大地水准面 与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为“大地水准面”11033液体受重力而形成的静止表面称为水准面大地水准面 与平静的平均海水面相重合，并延伸通过陆地而大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小 的形体。大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向 陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。 大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小大地水准面：设想 由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。 该几何体必

10、须满足两个条件： 形状接近地球自然形体； 可以用简单的数学公式表示。 2参考椭球体及参考椭球面参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示 几何形体，作为地球的参考形状和大小。 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体， 故又称旋转椭球体。参考椭球面参考椭球面 参考椭球体外表面， 是球面坐标系的基准面。2参考椭球体及参考椭球面参考椭球面参考椭球面 旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。 我国目前采用的参考 椭球体的参数为： 长半轴 a= 6378140m 短半轴 b= 6356755.3m 扁 率 = = 测量精度要求不高时，可把地球看作 圆球，其平均半径 R =6371km 旋转椭球

11、体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。二、测量工作的基准线和基准面 测量工作的基准线铅垂线 。 测量工作的基准面大地水准面。 测量内业计算的基准线法线。 测量内业计算的基准面参考椭球面。OG 大地水 准面铅垂线返回二、测量工作的基准线和基准面OG 大地水 准面铅垂线返回三、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。如地面点：A （X，Y，H）CYABabcX三、确定地面点位的方法CYABabcX四、地面点的高程 地面点的高程： 地面点沿铅垂方向到 大地水准面的距离。 注：地面点在大地水 准面以上，H为正； 地面点在大地

12、水准 面以下，H为负。 如图：HA= 166.780m HB= - 136.680mA 大地水准面HABHB四、地面点的高程A 大地水准面HABHB绝对高程（海拔） ：某点沿铅垂线方向到 大地水准面的距离。如：HA、HC。相对高程： 某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：HA、HC 。高差： 地面上两点高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA当hAC为正时， C点高于A点；当hAC为负时， C点低于A点；绝对高程（海拔） ：某点沿铅垂线方向到我国的高程系统：水准原点 全国高程的起算点。1985年国家高程基准 （72.260m ）1956年黄海高程系 （72.289m）

13、目前我国统一采用1985年国家高程基准 。水准原点H0验潮站大地水准面我国的高程系统：水准原点H0验潮站大地水准面五、地面点的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或 空间直角坐标表示。（一）地理坐标 以参考椭球面为基准面，以椭球面法线为 基准线建立的坐标系。 地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可表示为 A(L,B) 。 如：北京 东经11628北纬3954五、地面点的坐标S纬线NO地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。子午线：子午面与地球面的交线， 又叫经线。起始子午面：通过英国格林尼治天文台 的子午面NGS 。纬 线

14、：垂直于地轴的平面与地 球面的交线。赤道平面：垂直于地轴并通过 地球中心的平面WME。赤 道：赤道平面与地球面 的交线。WE赤道赤道平面起始子午面起始子午线G 椭球上的基本概念S纬线NO地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成 的二面角叫做P点的大地经度，用L表示。大地纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点 的大地纬度，用B表示。赤道平面OPM大地经度L大地纬度BnLB起始子午面（首子午面） SNL取值范围：东经0180西经0180B取值范围：北纬090南纬090大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构成大地纬度我国

15、大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。大地原点：全国统一坐标的起算点。我国大地原点位于 大地原点：全国统一坐标的起算点。我国大地原点位于 陕省泾阳县永乐镇。我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。大地原点：全国统一坐标的起算点。我国大地原点位于 大地原点：全国统一坐标的起算点。（二）平面直角坐标 由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规 划、设计 、施工中，测量和计算十分不便。投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。 即 X= F 1（L，B） Y= F 2（L，B）我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。 （二）

16、平面直角坐标 高斯平面直角坐标系1、高斯投影的概念 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影”，简称“高斯投影”。 高斯平面直角坐标系1、高斯投影的概念 测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大量投影计算工作；保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给识图用图带来很大方便。投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。 测量对地图投影的要求：测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大NSc中

17、央子午线赤道高斯投影平面赤道中央子午线2、高斯投影的原理 高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。NSc中央子午线赤道高斯投影平面赤道中央子午线2、高斯投影的高斯投影必须满足：1高斯投影为正形投影， 即等角投影； 2中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴；3中央子午线投影后长度 不变。高斯投影平面赤道中央子午线高斯投影必须满足：高斯投影平面赤道中央子午线3、高斯投影的特性（1）中央子午线投影后为直线，且长度不变。（2） 除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。（3） 赤道线投影后为直线，但有长度变形。赤道中央子

18、午线平行圈子午线Oxy3、高斯投影的特性（1）中央子午线投影后为直线，且长度不变。（4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。（5）经线与纬线投影后仍然保持正交。 （6） 所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l。（7）离中央子午线愈远，长度变形愈大。赤道中央子午线平行圈子午线Oxy（4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道4、投影带的划分 我国规定按经差6和3进行投影分带。 6带自首子午线开始，按6的经差自西向东分成60个带。 3带自1.5 开始，按3的经差自西向东分成120个带。高斯投影带划分4、投影带的划分 我国规定按经差6和3进行投影 6带与

19、3带中央子午线之间的关系如图: 3带的中央子午线与6带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。 工程测量采用3 带，特殊工程可采用1.5 带 或任意带。 6带与3带中央子午线之间的关系如图: 3带的中央子 按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=6N3 （N为6带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。6 203117 按照3带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=3n （n为3带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。3 120360 按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经

20、度为3 若已知某点的经度为L，则该点的6带的带号N由下式计算： N （取整）+1 若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算： n （四舍五入） 若已知某点的经度为L，则该点的6带的带号N由下5、高斯平面直角坐标系坐标系的建立：x轴 中央子午线的投影y轴 赤道的投影原点O 两轴的交点OxyP（X，Y）高斯自然坐标注：X轴向北为正， y轴向东为正。赤道中央子午线5、高斯平面直角坐标系坐标系的建立：OxyP（X，Y）高斯自 由于我国的位于北半球，东西横跨12个6带，各带又独自构成直角坐标系。 故：X值均为正， 而Y值则有正有负。世界地图赤 道 由于我国的位于北半球，东西横跨12个6带，各

21、带又xyo500km =500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m国家统一坐标：（带号）（带号）xyo500km国家统一坐标：（带号）（带号）例：有一国家控制点的坐标:x=3102467.280m ,y=19367622380m，（1）该点位于6 带的第几带？（2）该带中央子午线经度是多少？（3）该点在中央子午线的哪一侧？ （4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？（第19带） （L。=619-3=111）（先去掉带号，原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧）（距中央子午线132377.620m，距赤道3

22、102467.280m）例：（第19带） （L。=619-3=111）（不同点：1、 x，y轴互异。2、 坐标象限不同。3、表示直线方向的方位角 定义不同。相同点： 数学计算公式相同。 高斯平面直角坐标系 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 ：高斯平面直角坐标系笛卡尔坐标系ooyyxxppx=Dcosy=Dsinx=Dcosy=DsinDD不同点： 高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系笛卡尔坐 独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立独立平面直角坐标系； 地面点的位置可用平面直角坐标确定； 坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）； 原点坐标值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐标； 规定：X 轴向北为正， Y轴向东为正。OXY 测区北 独立平面直角坐标OXY 测区北（三）空间直角坐标如图所示： 原点O 地球质心 Z轴 指向地球北极 X轴 指向首子午面 与赤道的交点 Y轴 过O点与XOZ面垂直如：A（XA，YA，ZA）XZYO（三