土木工程测量第一章绪论

土木工程测量程见明Ⅰ教学目的和重要性本课程是土木工程类专业学生的学科基础必修课程，是一门实践性强，理论和实践紧密结合的课程。本课程的任务主要是解决在各类土木工程建设中需掌握的测量基础理论、基本方法和基本技能，培养动手、实践和创新能力，掌握常用测量仪器和工具的使用和维护方法，掌握大比例尺地形图的测绘，具备土木工程施工放样的能力，培养认真细致的工作作风和严谨的科学态度，为后续课程的学习和从事土木工程勘测、设计、施工工作奠定必要的基础。

Ⅱ学习方法和要求本课程为64学时,其中理论学时为40,实验学时为24。学习要求:本课程是一门实践性很强的课程，必须坚持理论与实践并重，讲练结合的原则。在实验教学中，必须做到训练认真，要求严格，在观测、记录和计算等方面受到严格的训练，真正达到培养实际动手能力的目的。

Ⅲ课程结业方式和成绩评定

本课程为考试课程，最终成绩由：考试成绩（50%）、实验成绩（30%）、平时成绩（20%）三部分组成。Ⅳ学时分配第一章绪论2学时第二章水准仪及水准测量8学时第三章经纬仪及角度测量8学时第四章直线定向及距离测量6学时第五章小地区控制测量6学时第六章测量误差及基本知识2学时第八章大比例尺地形图的测绘6学时第九章建筑施工测量2学时

第一章绪论1.1土木工程测量学的任务1.2地面点位的确定1.3测绘工作的基本原则1.4用水平面代替水准面的限度小节

第一章绪论内容：掌握工程测量的基本概念、任务与作用；理解水准面、大地水准面、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用水平面代替水准面的限度。重点：测量基准面的概念、测量坐标系统和高程系统难点:高斯坐标系中横坐标通用值与代号的关系1.1工程测量学的任务1.测量学的定义测绘学是研究地球的形状和大小、地球重力场以及确定地球表面（包含空中、地下和海底）物体的空间位置，以及对空间位置信息进行采集、处理、储存、管理的科学。根据它的任务与作用，包括两个部分：测定（测绘）——由地面到图形。测设（放样）——由图形到地面。指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。2.测量学的分类（了解）普通测量学－小范围不顾及地球曲率的影响大地测量学－研究地球大小、形状、重力场摄影测量学－应用摄影或遥感技术海洋测量学工程测量学地图制图学GPS卫星测量2.测量学的分类普通测量学－（基础）在不顾及地球曲率影响情况下，研究地球自然表面局部区域的地形、确定地面点位的基础理论、基本技术方法与应用的学科。工程测量学－研究各类工程在规划、勘测设计、施工、竣工验收和运营管理等各阶段的测量理论、技术和方法的学科。主要内容包括控制测量、地形测量、施工测量、安装测量、竣工测量等。2.测量学的的分类随着着遥遥感感(RS)、、卫卫星星全全球球定定位位系系统统(GPS)和和地地理理信信息息系系统统(GIS)等等新新技技术术的的不不断断发发展展，，新新的的测测量量分分支支学学科科将将不不断断涌涌现现。2.测测量量学学的的分分类类2.测测量量学学的的分分类类2.测测量量学学的的分分类类2.测测量量学学的的分分类类2.测测量量学学的的分分类类（（航航测测））2.测测量量学学的的分分类类（（航航测测））2测测量量学学的的分分类类2测测量量学学的的分分类类1.2地地面面点点位位的的确确定定回顾顾：：空空间间点点位位如如何何确确定定?如何何确确定定点点位位？？1．．有有坐坐标标的的面面（（点点投投影影后后位位置置唯唯一一确确定定））测量量基基准准面面①面面如如何何确确定定？？②面面上上坐坐标标如如何何确确定定？？２．．一一定定的的投投影影方方式式铅铅垂垂地地球球的的形形状状和和大大小小1．．地地球球的的形形状状和和大大小小1．．地地球球的的形形状状和和大大小小从整个地球球来看：地地球大致像像一个椭球球体，其表表面极不规则，不便于用用数学公式式来表达。。地球高低低起伏的形形状：最高高海拔8844.43m（我我国西藏与与尼泊尔交交界处的珠珠穆朗玛峰峰）；最低低海拔11022m（太平洋洋西部的马马里亚纳海海沟），但但地球的半半径大约是是6371000m。海洋面积：：71%陆陆地地面积：29%———可以认为地地球是被静静止的海水水面所包围围的球体。。2.关于水水准面的几几个基本概概念把地球总的的形状看作作是被海水水包围的球球体，也就就是设想有有一个静止止的海水面面，向陆地地延伸而形形成一个封封闭的曲面面。重力----地地球引力与与离心力的的合力。铅垂线（重力作用用线）———测量工作基基准线2.关于水水准面的几几个基本概概念水准面———由自由静止止的海水面面向陆地延延伸，并包包含整个地地球，形成成一个封闭闭的曲面来来代替地球球表面（重重力等位面面），是一一个处处与与重力方向向垂直的连连续曲面。。大地水准面面——与平均海水面面吻合并向大大陆、岛屿屿内延伸所所形成的闭闭合曲面。。——测量工作基基准面。大地水准面面实际上是是一个有微微小起伏的的不规则曲曲面（原因因？）大地体———大地水准面面所包围的的地球形体体。2.关于水水准面的几几个基本概概念旋转椭球面面——（测量量计算基准准面）为了了计算方便便，通常用用一个非常常接近于大大地水准面面，并可用用数学式来来表示的几几何体来代代替地球的的形状，这这就产生了了“旋转椭椭球”的概概念。长半径a=6378137m短半径b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.2572.关于水准准面的几个基基本概念地地面点位的的确定测量工作的实实质：确定地地面点的空间间位置，即：：在测量基准准面上用3个个量（该点的的平面或球面面坐标与该点点的高程）来来表示。要确定地面点点位必须建立立测量坐标系统统和高程系统。1.2.2.1坐标系系统定义：坐标系系统用来确定定地面点在地地球椭球面或或投影平面上上的位置。常常用的有：1.大地坐标标系2.高斯－克克吕格尔平面面直角坐标系系（重点）3.独立平面面直角坐标系系（重点）1.大地坐标标系1、大地地理理坐标（大地地坐标）（属属于球面坐标标系统）———用经度和纬度来表示地面点点。适用于于：在地球椭椭球面上确定定点位。2.关于地理理坐标的几个个概念地轴：地地球北极极N与南极S的连线子午面：过地地面点P和地地轴的平面子午线：子午面与地地球表面的交交线首子午面：通通过英国伦敦敦格林威治天天文台的子午午面，相应的的子午线为首子午线（零子午线）），经度为0°。我国目前使用用的大地坐标标系为：1980年国国家大地坐标标系。2.高斯平面面直角坐标系系适用于：测区区范围较大，，不能将测区区曲面当作平平面看待。当测区范围较较大，若将曲曲面当作平面面来看待，则则把地球椭球球面上的图形形展绘到平面面上来，必然然产生变形，，为减小变形，必须采用适适当的方法来来解决。测量量上常采用的的方法是高斯斯投影方法。。高斯投影方法法是将地球划划分成若干带带，然后将每每带投影到平平面上。高斯投影是等等角横切椭圆圆柱投影。等角投影就是正形投影影。所谓，正正形投影，就就是在极小的的区域内椭球球面上的图形形投影后保持持形状相似。。即投影后角度不不变形。图形：高斯投投影方法图一一(1)高斯投影的表表达—横圆柱柱描述法把把地球看作作一个圆球，设想把一个个平面卷成一一个横圆柱，把它套在圆圆球外面，使横圆柱的中中心轴线通过过圆球的中心心，把圆球面面上一根子午午线与横圆柱柱相切，即即这这条条子子午午线线与与横横圆圆柱柱重重合合。。以以此此子子午午线线为为中中心心将将其其左左右右一一定定带带宽宽范范围围内内的的球球面面用用正正形形投投影影（（等等角角投投影影即即高高斯斯投投影影））的的方方法法投投影影至至圆圆柱柱面面上上。。图形：高斯斯投影方法法图二投影剪开展平总结：高斯斯投影特点点1中央子午午线与赤道道呈直线，，长度不变变，且二者者正交2角度不变变形，长度度变形3离中央子子午线越远远，长度变变形越大(2).投投影分带为控制投影影变形，这这种投影方方法把地球球分成若干干范围不大大的带进行行投影，带带的宽度一一般分为经经差6º、、3º和1.5º几几种，简称称6º带、、3º带和和1.5ºº带，中心心的子午线线为中央子子午线，其其经度的计计算方法如如下。6º带：（（6N-3）º3º带：（（3n）ººN，，n－带号号①.6°带划分分方法：从从首子午线线自西向东每隔6°划分一一带，称6°带。位位于各带带中央的子子午线称中央子午线线。②.3°带划分分：从经度度1°30′自西向向东按3°°度划分，，带号用n表示，依依次编号1～120(3).六六度带、三三度带计算算六度带各带带中央子午午线经度计计算为：三度带各带带中央子午午线经度计计算为：例1：某点点经度116°28′，属于于6°带的的带号为：：_______,中央子午午线经度为为_______,3°带带带号为______，中中央子午线线经度为：：_________。(4).坐坐标建立以各带中央央子午线为为纵轴（x轴），北北方向为正正，赤道为为横轴（y轴），东东方向为正正；其交点点为原点，，即建立起起各投影带带的高斯－－克吕格尔尔平面直角角坐标系。。(5)横坐标标通用值目的：避免免我国y坐坐标值出现现负值1）X坐标标不变；2）Y坐标标先加500km，再在在其之前冠冠以该投影影带的带号。[例题]：：国家高斯斯平面点P（3032586.48，20648680.54）），请指指出其所在在的带号及及自然坐标标为多少？？(1)点点P至至赤赤道道的的距距离离：：X=3032586.48m(2)其其投投影影带带的的带带号号为为20、、P点点离离20带带的的纵纵轴轴X轴轴的的实实际际距距离离：：Y=648680.54-500000=148680.54m3.独立立平面直直角坐标标系（1）定定义：当测量区区域较小小(如在在半径小小于10km的的范围内内)时，，可以将将其当做做平面来来看待。。在这种种情况下下，地面面点的位位置可用用平面直直角坐标标表示。。右图为为测量工工作中采采用的坐坐标系。。规定南南北方向向为纵轴轴，记为为x轴，，x轴向向北为正正；以东东西方向向为横轴轴，记为为y轴，，y轴向向东为正正。（2）.独立平平面直角角坐标系系与数学学坐标系系的区别别数学上的的平面直直角坐标标测量上的的平面直直角坐标标（2）.独立平平面直角角坐标系系与数学学坐标系系的区别别其与数学学中平面面直角坐坐标系相相比，不同点：：（1）测测量上取取南北方方向为纵纵轴（X轴轴），东东西方向向为横轴轴（Y轴））（2）角角度方向向顺时针针度量，，象限顺顺时针编编号。相同点：：数学中的的三角公公式在测测量计算算中可直直接应用用。1.2.2.2高程程系统1.基本本概念：：高程程，绝对对高程，，相对高高程，高高差高程：地面点点至某一一高程基基准面的的垂直距距离绝对高程程：又称称高程或或海拔，指地面点点到大地水准准面的铅垂距距离———H相对高程程（假定定高程））：地面面点到假假定水准准面的铅铅垂距离离——H′高差:地面上上两点之之间的高高程之差差。我国的水水准原点点建在青青岛市，，在1985年年国家高高程系统统中中其其高程为为72.260米米地面点的的高程(Elevation)高程（绝绝对高程程、海拔拔）-----地面点点到大地地水准准面面的铅铅垂垂距距离离。。假定定（（相相对对））高高程程-----地地面面点点到到假定定水水准准面面的铅垂垂距距离离。。高差差-----两两点点间间的的高高程程之之差差。。假定定水水准准面面大地地水准准面面高差差2.高高程系系统示示意图图12.高高程系系统示示意图图21.3测测绘工工作的的基本本原则则测测绘的的基本本工作作1、地地面点点定位位元素素地面点点间的的距离离D、、相关关角度度β、、高程程H因此，，测量量的基基本工工作为为：高高程测测量（（水准准测量量）、、角度度测量量、距距离测测量2、工工程程测量量学的的任务务①.测图图－应用用各种种测绘绘仪器器和工工具，，在地地球表表面面局部部区域域内，，测定定地物和地貌的特征征点或或棱角角点的的三维维坐标标，根根据局局部区区域地地图投投影理理论，，将测测量资资料按按比例例绘制制成图图或制制作电电子图图。既既能表表示地地物平平面位位置又又能表表示地地貌变变化的的图为为地形形图图.②.用用图图－与与成成图图相相反反，，在在图图上上丈丈量量以以获获取取所所需需资资料料，，或或将将图图上上数数据据反反算算成成实实地地相相应应的的测测量量数数据据，，以以解解决决设设计计和和施施工工中中的的实实际际问问题题。。1.1.2工程程测量学的的任务③.放图－施工放样样，根据设设计图提供供的数据，，按照设计计精度要求求，通过测测量手段将将建（构））筑物的特特征点、线线、面等标标定到实际际工工作面上上，为施工工提供正确确位置，指指导施工。。④.变形测量量－位移观测测、变形观观测等。因此，测量量学贯穿于于工程建设设的全过程程.1.3.2测绘的基基本原则1.测量程程序逐级进行，，即：先进进行控制测测量，后进进行碎部测测量和与工工程建设相相关的测量量。控制测量：：控制点的的测量碎部测量：：以控制点点为依据，，在测区内内用低一级级精度测定定周围局部部范围内地地物、地貌貌特征点的的定位元素素相关测量量：2.测量量原则（（重点））整体性原原则———从整体体到局部部控制性原原则———先控制制后碎部部等级性原原则———由高级级到低级级检核性原原则———前一步步工作未未经检核核不得进进行下一一步工作作1.4用用水平平面代替替水准面面的限度度对距离影影响？对高程影影响？对角度影