工程测量(李仲) 第一章绪论

建筑工程测量主讲：《建筑工程测量》

李仲主编《建筑工程测量》教材内容分为两大部分第一部分：基本部分（前8章）

（1）第1章——测量学基本概念、基础知识（2）第2、3、4章——测量三项基本工作(H、β、D）（3）第5章——测量误差基础（4）第6章——控制测量（常规方法与GPS）（5）第7、8章——地形图基本知识、测绘，地形图应用第二部分：拓展部分（后5章）（1）第9、10章——施工测量、施工控制测量（2）第11、12章——民用与工业建筑测量（3）第13章——变形观测、竣工测量第一章绪论本章主要内容：测量学基本概念、作用、学习目的、方法测量实验实习须知地面点位确定基础测量工作概述测绘是什么?我们做过的测绘工作:量长度量角度量高度,重量我们用过的测绘产品:地理图册旅游图册我们了解掌握的一些测绘常识:地球的形状,地球的半径长度单位角度单位重力单位地图比例尺珠穆朗玛峰高程马里亚纳海沟深度地球的海陆面积比例……我们没做过但需要做的？第一节建筑工程测量的任务一、测绘学的含义传统定义：测绘学是一门研究测定地面点位置，研究确定并展示地球整体及其表面物体形态与大小的科学与技术。包括测量学和制图学两部分。测量学：研究地球的形状和大小,确定地球表面各种物体的形状、大小和空间之间位置的科学。制图学：结合社会和自然信息的地理分布，研究绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和技术。研究的对象1、地物：地面上天然或人工形成的物体。2、地貌：地表高低起伏的形态。研究的内容：分测定和测设两部分。测定是指使用测量仪器和工具，通过一系列的观测和计算，获得确定地面点位置的数据，或将建设地区的地表面的地形缩绘成地形图，供建筑工程规划和设计时使用。测设是指把图纸上设计好的建筑物、构筑物的位置，按照设计和施工的要求在地面上标定出来，作为施工依据。二、建筑工程测量及主要任务测绘大比例尺地形图建筑物施工放样竣工总平面图编绘建筑物沉降与变形观测建筑工程测量：研究工业与民用建筑在勘察、设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作。建筑工程测量的主要任务（三）测量在国民经济建设中的应用1、城市规划、给水排水、煤气管道、工业厂房和高层建筑建设的测量工作（1）设计阶段；（2）施工阶段；（3）工程完工后2、铁路、公路建设的测量工作（1）路线的确定时；（2）当路线跨越河流时；（3）当路线穿越山地时；

我国测绘科技的成就建立了统一的坐标和高程系统测绘了全国各种比例尺地图科学探索与考察：珠峰，南极站大型特殊工程：长江大桥、三峡水电枢纽等大型精密工程：正负电子对撞机的安装等先进测绘仪器：全站仪，GPS、等建成全国GPS网和GIS基础框架现代地形图现代地形图现代地形图图形地代现武汉大学测绘学院杭州湾大桥工程位址图“鸟巢”测量

“水立方”测量掌握测量的基本概念、基本理论；具备测量仪器的操作技能；掌握大比例尺地形图的测图原理和方法；能正确使用地形图和其他测量信息；掌握测量数据处理理论和精度评定方法；在施工过程中，能够使用测量仪器进行一般工程的施工放样工作。三、学习的要求：方法：理论和实践相结合上课+完成作业+参加实验并交实验报告四、注意事项要养成认真细致的工作习惯，尽可能减少粗差；坚持处处时时按照《规范》作业的原则，以保证测量工作和成果的严肃性；树立和加强检核工作的高度责任感，以保证数据的正确性；测量工作大多是集体作业，有的是外业工作，工作环境条件较差，因而要有团结战斗的集体主义精神和吃苦耐劳的工作作风，以保证测量工作的顺利进行和成果的高质量。平时成绩：作业+上课、实验考勤，50%计入总成绩考试：课程结束笔试，50%计入总成绩测量实验实习须知：一、实验与实习一般要求

1·实验或实习课前，应阅读教材中有关内容和预习《建筑工程测量实训指导》中相应项目。了解学习的内容、方法和注意事项。

2·实验或实习时分小组进行。每班学习委员向任课教师提供分组的名单，确定小组负责人。

3·实验和实习是集体学习行动，任何人不得无故缺席或迟到；应在指定场地进行，不得随便改变地点。

4·在实验和实习中认真的观看指导老师进行的示范操作，在使用仪器时严格按操作规则进行。5.按《规范》限差要求测量，超限立即重测。二、使用测量仪器规则测量仪器是精密光学仪器，或是光、机、电一体化贵重设备，对仪器的正确使用，精心爱护和科学保养，是测量人员必须具备的素质，也是保证测量成果的质量、提高工作效率的必要条件。在使用测量仪器时应养成良好的工作习惯，严格遵守下列规则。1·仪器的携带携带仪器前，检查仪器箱是否扣紧，拉手和背带是否牢固。2·仪器的安装（1）安放仪器的三脚架必须稳固可靠，特别注意伸缩腿稳固。（2）从仪器箱提取仪器时，应先松开制动螺旋，用双手握住仪器支架或基座，放到三脚架上。一手握住仪器，一手拧连接螺旋，直至拧紧。（3）仪器取出后，应关好箱盖，不准在箱上坐人。

3·仪器的使用（1）仪器安装在三脚架上之后，无论是否观测，观测者必须守护仪器。（2）应撑伞，给仪器遮阳。雨天禁止使用仪器。（3）仪器镜头上的灰尘、污痕，只能用软毛刷和镜头纸轻轻擦去。不能用手指或其他物品擦，以免磨坏镜面。（4）旋转仪器各部分螺旋要有手感。制动螺旋不要拧得太紧，微动螺旋不要旋转至尽头。4·仪器的搬迁（1）贵重仪器或搬站距离较远时，必须把仪器装箱后再搬。（2）水准仪近距离搬站，先检查连接螺旋是否旋紧，松开各制动螺旋，收拢三脚架，一手握住仪器基座或照准部﹐一手抱住脚架，稳步前进。

5·仪器的装箱（1）从三脚架取下仪器时，先松开各制动螺旋，一手握住仪器基座或支架，一手拧松连接螺旋，双手从架头上取下装箱。（2）在箱内将仪器正确就位后，拧紧各制动螺旋，关箱扣紧。

三﹑外业记录规则1·观测数据按规定的表格现场记录。记录应采用2H或3H硬度的铅笔。记录者听到观测数据后应复诵一遍记录的数字，避免记错。2·记录者记录完一个测站的数据后，当场应进行必要的计算和检核，确认无误后，观测者才能搬站。3·对错误的原始记录数据，不得涂改，也不得用橡皮擦掉，应用横线划去错误数字，把正确的数字写在原数字的上方，并在备注栏说明原因。4．取位原则：四舍六入，五前单进双舍。如1.3144，1.3136，1.3145，1.3135等数，若取三位小数，则均记为1.314。测量实验与实习指导爱护仪器，损坏赔偿；规范操作，轻拿轻放；数据真实，严格检核；实验报告，及时上交。测量实验分组:每5人一组,设组长一名，实验报告按组上交。第二节地面点位的确定一、地球的形状和大小地球知识初步：1).地球参数:赤道半径为6378．14千米，极半径为6356．76千米，平均半径6371千米，赤道周长和子午线方向的周长分别为40075千米和39941千米。北极地区约高出18．9米，南极地区则低下24－30米。2).地球又是一个近似光滑的水球大陆面积:占29%；海洋面积:占71%3).地球是一个表面起伏较大的椭球地球表面最高峰：8844.43m海洋底部最深处:11022.00m地球表面最大高差近20km测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。可以找到一个大小和形态与地球相当的相对平滑的面作为测量工作的基准。

野外测量的基准面和基准线整个地球表面而言，陆地面积仅占29%，而海洋面积占了71%。因此，我们可以设想地球的整体形状是被海水所包围的球体，即设想将一静止的海洋面扩展延伸，使其穿过大陆和岛屿，形成一个封闭的曲面。

这个海面是否存在？能否成为测量工作的基准面呢？1.重力与铅垂线重力的方向即为铅垂线方向。铅垂线是测量工作的基准线，测量仪器上都配有垂球，以便表示垂线方向。地球上的任意一点，都同时受到两个力的作用：地球自转的离心力和地心引力，它们的合力称为重力。2.大地水准面水准面有无数个，其中与平均海水面吻合，并且向大陆、岛屿延伸而形成的闭合曲面就称为大地水准面。

静止的水面，称为水准面。它是重力的等位面，铅垂线与水准面正交。它是设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。静止均衡海水面陆地大地水准面大地水准面地球表面低密度矿体高密度矿体大地水准面大地水准面的特点特点:是重力等位面，是个不规则曲面。由于地面上任意一点水准面与大地水准面基本平行,故以大地水准面为野外测量工作的基准面。大地水准面是野外测量的基准面，测量仪器上都装有水准器。水准气泡居中时，水准管圆弧的法线方向和重力方向一致。以便整置仪器竖轴，使测量结果与过地面点的水准面一致。水准管气泡法线大地体：大地水准面包围的形体。大地体是不规则几何体，其表面不是数学曲面。在复杂曲面上无法进行测量数据处理，需要寻找与大地体接近的数学体代替大地体——参考椭球和地球总椭球旋转椭球参数：长半轴（a），短半轴（b），扁率(α)旋转椭球的数学表达式：南极P赤道自转轴北极Paab二、确定地面点位的方法确定地面点相关的概念：地形：地物和地貌地物：地面上人造或天然的固定物体地貌：地面高低起伏的形态地形点（碎部点）：地物和地貌的特征点：轮廓面的轮廓线、特征线上的交叉点、转折点、变坡点、拐点、极值点等。选择特征点是一项重要工作地物及其特征点地貌及其特征点投影及投影后坐标和高程一般用三个量表示地面点的空间位置。其中：两个量是地面点沿着投影线（铅垂线或法线）在投影面（大地水准面、椭球面、平面）上的坐标；第三个量是点沿着投影线到投影面的距离（高程）。坐标系基准面的选择和坐标系的建立：基准面：曲面（大地水准面、参考椭球面）平面坐标系：球面坐标、平面直角坐标、极坐标球面经纬坐标系、投影距离（经纬度，高程）平面直角坐标系、投影距离（x，y，H）空间直角坐标系（x，y，z）1.地面点的高程ABHAHB高潮面低潮面大地水准面在一般的测量工作中都以大地水准面作为高程起算的基准面。1.地面点的高程（1）绝对高程：地面任一点沿铅垂线方向到大地水准面的距离就称为该点的绝对高程或海拔，简称高程，用H表示。（2）相对高程：地面点沿其垂线到假定的大地水准面的垂直距离。hAB我国的高程系统基准国家高程基准：根据多年验潮资料推算的黄海平均海水面。并在青岛市观象山建立国家水准原点。“1956年黄海高程基准”：1950-1956年H=72.289m“1985年国家高程基准”：1953-1979年H=72.2604m，相差28.6mm合肥市目前仍采用上海吴淞高程系如合肥市某点:吴淞高程—1.856m=85国家高程（3）高差：二个地面点的高程之差，用h表示。<0>02、地面点的平面位置地形图是绘制在平面图纸上的，地球表面是球面。为了解决“平面”与“曲面”的矛盾，将球面上的大地坐标按一定的数学法则归算到平面上。地图投影会产生变形，按控制变形的方式分：等角投影：地形图制作使用，高斯投影等面积投影任意投影地图投影：将椭球面上的图形和数据转换到平面上的方法。高斯投影：横切椭圆柱等角（正形）投影1)沿N、S两极在参考椭球面均匀标出子午线(经线)和分带。2)假想一个横椭圆柱面套在参考椭球面上。（1）高斯平面直角坐标系统3）.地球表面投影到横椭圆柱面上4）.沿母线截开椭圆柱面，并展开，压平高斯平面的特点等角投影，且1)投影后的中央子午线是直线，长度不变。2)投影后的赤道是直线，保持与中央子午线垂直。3)离开中央子午线的子午线投影是以二极为终点的弧线，离中央子午线越远，弧线的曲率越大，说明离中央子午线越远投影变形越大。高斯投影没有角度变形，但有长度变形和面积变形，离中央子午线越远，变形就越大，为了对变形加以控制，测量中采用限制投影区域的办法，即将投影区域限制在中央子午线两侧一定的范围，这就是所谓的分带投影高斯平面直角坐标系的建立建立规则:①X轴是中央子午线的投影，北方为正方向；②Y轴是赤道的投影，东方为正方向；③原点，即中央子午线与赤道交点用O表示；④四象限按顺时针顺序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列高斯平面直角坐标表示地面点位置中央子午线o赤道x（北）y（东）pxpyp为了使坐标为正数，纵坐标轴向西平移500公里x500km高斯平面直角坐标表示地面点位置如x=2433586.693m，y=38514366.157m。表示的意义:X表示点在高斯平面上至赤道的距离;

2433586.693mY包括有投影带的带号、附加值500km

和实际坐标Y三个参数，即

y=带号N(或n)+500km+Yp

38+500+14366.157m投影带的中央子午线与编号6带中央子午线经度Lo=6N-3城市和工程测量中，要求长度变形较小时，采用三度带坐标系。

3带中央子午线经度Lo=3n合肥位于6°带的第20带，中央子午线经度为117°。全球高斯投影带①坐标轴方向不同。

②象限顺序不同。

③方位角规定不同。x=s×cosαy=s×sinα高斯平面坐标系与数学坐标系目的：便于定向，不改变数学公式而直接应用于测量计算。（2）、地理坐标系

地面点位用经度和纬度来表示。B:29°33′45.″8036L:119°51′28.″7441大地测量中使用。（3）、独立平面直角坐标系

独立平面直角坐标系建立没有高斯平面直角坐标系那样严格的规则，主要表现在:1.坐标系X轴所在的中央子午线的经度不一定满足关系式，可按不同要求采用其他的经度，具有一定的随意性；

2.坐标轴X轴的正方向不一定指向北极，可根据工作需要自行确定，具有某种实用性；

3.坐标系原点不一定设在赤道上，一般设在有利于工作的范围内，具有相应的区域性。（3）、独立平面直角坐标系《城市测量规范》(CJJ8-99)规定，面积小于25km2,半径R<10km的范围内,用过c点的切平面来代替大地水准面，在切平面上建立的测区平面直角坐标系。以磁子午线的方向作为X轴，向北为正；其垂直方向为Y轴，向东为正。坐标原点选在测区西南角。x

测区

oy对距离的影响对角度的影响对高程的影响三、水平面代替水准面的限度ABab'D'DOpp'地球半径Rbθ相对误差：ΔDD=13（DR）2距离D/KM距离误差ΔD/cm相对误差10.00-50.101：5000000100.821：1217700152.771：541516绝对误差：△D=D′-D1、对距离测量的影响2、对角度的影响球面面积/KM²ε/"球面面积/KM²ε/"100.051000.51500.255002.54ABC球面角超（ε）=球面三角形内角和–平面三角形内角和式中：P为球面多边形的面积3、对高程的影响:

(R+Δh)²=R²+D´²Δh=D´²2R+Δh因为：Δh<<2R，DD´所以：Δh=2RD²ABab'D'DOpp'地球半径RbΔhθD/m1050100