工程测量教程课件1523T附表格8

§1.1测量学简介测量学是研究地球的形状、大小确定地球表面各种物体的形状、大小、空间位置的科学。(1)地物和地貌1)地物——地面上天然或人工形成的物体，包括湖泊、河流、海洋、房屋、道路与桥梁等。2)地貌：地表高低起伏的形态，它包括山地、丘陵与平原等。地形——地物和地貌的总称。第1章绪论(2)测量学的任务测定与测设1)测定——使用测量仪器和工具，通过测量和计算，将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定符号缩小绘制成地形图。2)测设将地形图上设计的建筑物、构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。(3)测量在国民经济建设中的应用1)城市规划、给排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设①设计阶段——测绘各种比例尺地形图，供结构物平面及竖向设计使用；②施工阶段——将设计建构物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；③工程完工后——测绘竣工图，供日后扩建、改建、维修和城市管理用；对某些重要建构筑物在建设中和建成后进行变形观测，保证建筑物安全。2)铁路、公路建设的测量工作①测绘路线附近地形图，在地形图上设计路线，将设计路线位置标定到地面。②建桥前，测绘河流两岸的地形图，测定河流的水位、流速、流量与河床地形图、桥梁轴线长度，为桥梁设计提供资料，将设计桥台、桥墩位置标定到实地。③开挖隧道前，在地形图上确定隧道位置，计算隧道长度与方向，指示隧道开挖方向，保证隧道正确贯通。§1.2地球的形状和大小(1)、地球1)南北极稍扁，赤道稍长，平均半径为6371km的椭球。2)表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等，呈现高低起伏的形态。最高处——中国珠穆朗玛峰，8844.43m2005年中国测得。最低处——马里亚纳海沟，-10911m1995年日本探测艇海沟号(Kaiko)测得。3)海洋面积——71%，陆地面积——29%。(2)地球的物理特性1)重力与铅垂线①重力——地球质点受万有引力与离心力的合力。②铅垂线方向——重力方向。2)水准面水准面——静止不动的水面延伸穿过陆地，包围整个地球，形成的封闭曲面。处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。因高度可变，水准面不唯一。3)大地水准面与平均海水面吻合的水准面。静止海水面向大陆延伸，形成的不规则的封闭曲面。大地水准面——唯一。(3)、、参考考椭球1)大地水准面有有微小起伏、、不规则、很难用数学方方程表示。2)将地表地形投投影到大地水水准面上计算非常困困难。3)选择一个与大大地水准面非非常接近、能用数学方程程表示的椭球球面作为投影基准准面，由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋旋转椭球，——参考椭球，表面——参考椭球面。4)法线——由地地表任一点向向参考椭球面面作垂线。5)参考椭球元元素——椭椭圆的长半半轴a和扁率f，6)参考椭球定定位——参参考椭球相相对于大地地水准面的的位置大地原点———参考椭椭球面与大大地水准面面相切的点点在大地原点点处，铅垂线与法线重合。(4)我我国现用用的几个参参考椭球元元素值§1.3测量坐标系系与地面点点位的确定定(1)参参心坐标标系与地心心坐标系物理空间———三维空空间。表示地面点点在某空间间坐标系的的位置需三三个参数；；确定地面点点位——确确定其在某某个空间坐坐标系的三维坐标。。空间坐标系系——地心心坐标系和和参心坐标标系。“地心”——地球质质心，WGS-84为地心坐标标系。“参心”——参考椭椭球中心，，参心与地地心一般不不重合。1954北北京坐标系系与1980西安坐坐标系属参心坐标标系。工程测量使使用参心坐坐标系，地心坐标系系与参心坐坐标系可以以相互转换换。测量三维坐标系———确定点球面面位置的二维坐标系确定点高度度的一维高程系。(2)确确定点球球面位置的的二维坐标标系地理坐标系系，平面直直角坐标系系。1)地理理坐标系天文地理坐坐标系，大大地地理坐坐标系。①天文地地理坐标系系地面点在大大地水准面面上的位置置。基准——铅铅垂线，大大地水准面面。球面坐标———天文经度λ，天文纬度φ。天文子午面面——过地地面P点的铅垂线线与地球旋旋转轴NS平行的平面面。天文子午线线——天文文子午面与与大地水准准面的交线线。首子午面———过英国国格林尼治治天文台G的天文子午午面。P点天文经度λ——P点天文子午午面与首子子午面的两两面角从首子午面面向东或向向西计算，，取值范围围是0°～～180°°，在首子午线线以东为东东经，以西西为西经。。P点天文纬度φ——P点铅垂线与与赤道面的的夹角，自赤道起向向南或向北北计算，取取值范围为为0°～～90°。。在赤道以北北为北纬，，以南为南南纬。可用天文测测量方法测测定地面点点的天文经度和和天文纬度度。格林尼治天天文台，始始建于1675年，，位于英国首首都伦敦的的格林威治治，二战后迁往往新址———苏塞克郡的的赫斯特蒙蒙苏堡，但保留了““格林威治皇皇家天文台台”的名称。。1884年年，经过这这个天文台台的子午线线被确定为全全球时间和和经度计量量标准参考考子午线，，也称为本初初子午线，，即零度经经线。初建之时，，目的是精精确地观测测月球和恒恒星，帮助航海家家确定经度度。现它已发展展为英国的的一个综合合性光学天天文台。1999年年12月28日，新新时间系统统——格林威治电电子时间(GET)正式诞生，，为全球电子子商务提供供时间标准准。原格林威治治时间(GMT)仍保留作为为21世纪纪世界标准准时间。②大地地地理坐标系系表示地面点点在参考椭椭球面上的的位置。基准——参参考椭球面面和法线。。用大地经度度L，大地纬度B表示。P点大地经度度L——P点大地子午午面与首子子午面的两两面角P点大地纬度度B——P点的法线与与赤道面的的夹角。大地经、纬纬度是根据据起始大地地点的大地地坐标，按大地测量量所得数据据推算得到到。起始大地点点——大地地原点，该点大地经经纬度与天天文经纬度度一致。我国以陕西省-泾泾阳县-永永乐镇-石际寺村大地原点建立的大地地坐标系———1980西西安坐标系系。大地原点的的地理坐标标约为东经108°55′′，北纬34°32′，海拔拔417.2m。大地原点结结构大地原点中中心标石结结构投影台投影影原理投影台投影影原理投影台投影影原理投影台模型型在投影台安安置经纬仪仪进行投影影观测与前苏联1942年年普尔科沃沃坐标系联联测，经苏联西伯伯尼亚从我我国东北入入境，传算过来的的坐标系———1954北北京坐标系系。大地原点———前苏联联列宁格勒勒普尔科沃沃天文台中中央(3)平平面直角坐坐标系球面坐标对对局部测量量不方便，，工程测量一一般在平面面直角坐标标系进行。。地球是一个个不可展的的曲面，通过投影将将地球表面面物体化算算到平面上上，一定存在变变形。案例——切橙子。地球是一个个不可展曲曲面演示1)高斯平面坐坐标系高斯投影———保持球球面上的角角度不变，，边长存在变变形，保角投影。德国科学家家高斯在1820~1830年间，为解决德国国汉诺威地地区大地测测量投影问问题，提出的一种种投影方法法；1912年年起，德国国学者克吕吕格将高斯斯投影公式式加以整理理扩充并推导导出了实用用计算公式式。使用高斯投投影的国家家——德国、中国、前苏联。地球按经线线划分为带带——投影影带带；用空空心心椭椭圆圆柱柱横横套套在在参参考考椭椭球球外外面面；；椭圆圆柱柱与与某某一一子子午午线线相相切切————中央央子子午午线线，椭球球面面上上图图形形按按保保角角投投影影原原理理投投影影到到椭椭圆圆柱柱体体面面上上；；沿过过南南北北极极的的母母线线切切开开椭椭圆圆柱柱体体，，展展开开成成平平面面，，定义义平平面面直直角角坐坐标标系系。。按投投影影经经度度范范围围划划分分①统一一6°°带带高高斯斯投投影影首子子午午线线起起，，每每隔隔经经度度6°°划划分分为为一一带带(称称统统一一6°°带带)西→→东东划分分地地球球为为————60个个带带。。带号号N从首首子子午午线线开开始始，，用用阿阿拉拉伯伯数数字字表表示示。。第一一个个6°°带带中中央央子子午午线线的的经经度度为为3°°。。带号号N与中中央央子子午午线线经经度度L0的关关系系————L0=6N－3已知知任任意意点点经经度度L，计算算所所在在6°°带带的的带带号号公公式式N=Int((L+3)÷÷6+0.5)北京京天天安安门门：东东经经116°°23′′26″″，北北纬纬39°°54′′27″″香港港会会展展中中心心：东东经经114°°10′′22″″，，北北纬纬22°°17′′05″″澳门门大大三三吧吧牌牌坊坊：东东经经113°°32′′31″″，，北北纬纬22°°11′′49″″台北北中中山山纪纪念念堂堂：东东经经121°°31′′18″″，，北北纬纬25°°02′′04″″保角角投投影影———球球面面上上的的角度度投影影到到横横椭椭圆圆柱柱面面上上保持持不不变变，但长度度变长长。只有有中中央央子子午午线线与与赤赤道道投投影影后后长度度不变变，，并并相相互互垂垂直直。。建立立的的直直角角坐坐标标系系————高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标系系。。与数学笛笛卡尔坐坐标系的的差异，，x轴与y轴互换位位置，象象限顺时时针编号号，我国位于于北半球球，x坐标值恒恒为正，，y坐标值则则有正有有负，最大y坐标负值值约为-334km。为保证y坐标恒为为正，我我国统一一规定将将每带的的坐标原原点向西西移500km，既给每个个点的y坐标值加加500km。为确定投投影带位位置，y坐标前冠冠带号。。高斯投影影长度变变形———离中央央子午线线越远，，长度变变形越大大；减小长度度变形的的方法之之一———缩小投影影带宽，，经差。②统一一3°带带高斯投投影带号n与中央子子午线经经度L’0的关系———L’0=3n已知经度度L，计算所在在3°带带带号公式式n=Int(L÷6+0.5)我国大陆陆经度范范围———东经73°27′~东经135°°09′′用公式N=Int((L+3)÷÷6+0.5)求出统一6°°带投影影带号范范围———13~23用公式n=Int(L÷3+0.5)求出统一3°°带投影影带号范范围———25~45两种投影影带的带带号不重重复根据y坐标前的的带号可可以判断断属于何何种投影影带。③任意带高高斯投影影《城市测测量规范范》规定定——长度变形形值>2.5cm/km(1/40000)可采用高高斯投影影任意带带平面直直角坐标标系统，，案例——广东东江门中中心经度度——东东经113°10′，位于统一3°带的38号带(中央子子午线经经度为114°)中央子午午线以西西98km。长度变形形为1/8329>1/40000。为使长度度变形<1/40000，选择中央央子午线线经度=113°10′进行高斯斯投影；；建立江门门市独立坐标标系；江门市区最边边缘距离离中央子午午线23km，长度变形形缩小为为1/150000<1/40000。2)大大地地理理坐标与与高斯平平面坐标标的相互互变换由L,B→x,y———高斯投影影正算。由x,y→L,B———高斯投影影反算。将某带x,y→相临带x,y———高斯投影影换带计计算。计算公式式较复杂杂，用光光盘程序序PG2-1.exe计算。先用Windows的记事本本编写一一个文本本数据文文件。存盘文件件名的前前两个字字符应为为da。从Google地球卫卫星图图片上上获取取经纬纬度，，用PG2-1.exe正算出出高斯斯平面面坐标标案例例§1.3.2一维高高程系系(1)高高程程定义义A点高程程———A点到大大地水水准面面的垂垂直距距离，，HA表示。。大地水水准面面的确确定———在在海边边设立立验潮潮站，长期观观测，，求得海海水面面的平平均高高度作作为高高程零零点，，以通过过该点点的大大地水水准面面为高高程基基准面面。(2)国国家家高程程系统统我国有两个个国家高程程系统。1)1956年黄黄海高程系系1954年年在青岛市市观象山建建立水准原原点，采用青岛大大港验潮站站一号军用用码头1950年年~1956年7年年的潮汐记录录资料推算出的大大地水准面面为基准引测出水准准原点的高高程为72.289m。以该大地水水准面为高高程基准建立的高程程系——1956年年黄海高程程系。青岛观象山山青岛大港1号码头验验潮站青岛大港1号码头验验潮站青岛大港1号码头验验潮站青岛大港1号码头验验潮站标牌牌验潮站内的的潮汐自动动记录仪验潮站内的的潮汐自动动记录仪验潮站内的的潮汐自动动记录仪验潮站内的的潮汐自动动记录仪验潮站内的的潮汐自动动记录仪青岛观象山山水准原点点打开水准原原点旱井盖盖打开水准原原点旱井盖盖水准原点旱旱井水准原点旱旱井水准原点玛玛瑙石标志志水准原点标标牌备用水准原原点备用水准原原点备用水准原原点精密水准测测量观测水水准原点的的稳定性水准原点至至1956年黄海高高程系0海海平面的高高程水准原点至至1985国家高程程基准0海海平面的高高程精密水准测测量观测用德国蔡司司Ni002精密水准仪仪观测精密水准测测量观测精密水准测测量观测青岛水准零零点青岛水准零零点2001台台湾高程基基准——基基隆水准原原点2001台台湾高程基基准——基基隆水准原原点2001台台湾高程基基准——基基隆水准原原点2)1985国家家高程基准准80年代，用青岛验潮潮站1953年年~1977年25年的潮汐记录录资料推算出的大大地水准面面为基准引测出水准准原点的高高程为72.260m。以该大地水水准面为高高程基准建立的高程程系——1985国国家高程基基准。在水准原点点，85高程基基准大地水水准面比56黄海系系大地水准准面高出0.029m。2005年10月9日发布的的珠穆朗玛峰峰峰顶岩石石面海拔高程为8844.43m，属于85高高程基准。。3)珠江基面高高程系(珠江高程程系)1908年年由两广督督练公所参谋处测绘绘科建立，，原点：广州州粤海关前前。广东，广西西珠江流域域水利系统使使用。珠江基面零零点比1956年黄海高高程系高广州高0.586m，粤西北高0.722m，粤东北高0.377m。(3)城市高程系系统的选择择《城市测量量规范》规规定一个城市只只应采用一一个统一的的高程系统统。应采用1985国家家高程基准准或沿用1956年黄黄海高程系系。§1.3.3WGS-84坐标系WGS———WorldGeodeticSystem(世界大地坐坐标系)，，美国国防局局为进行GPS导航定位，，于1984年建立的的地心坐标标系，1985年投投入使用。。属地心坐标标系。WGS-84坐标系———原点位于于地球质心心，z轴指向BIH1984.0定义的协议议地球极(CTP)方向，x轴指向BIH1984.0的零度子午午面和CTP赤道的交点点，y轴通过右手手规则确定定。§1.4地球曲率对对测量工作作的影响测区范围较较小，大地水准面面近似为水水平面时