工程测量教程课件附表格二四

§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)、参考椭球1)大地水准面有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示。2)将地表地形投影到大地水准面上计算非常困难。3)选择一个与大地水准面非常接近、能用数学方程表示的椭球面作为投影基准面，由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球，——参考椭球，表面——参考椭球面。4)法线——由地表任一点向参考椭球面作垂线。5)参考椭球元素——椭圆的长半轴a和扁率f，6)参考椭球定位——参考椭球相对于大地水准面的位置大地原点——参考椭球面与大地水准面相切的点在大地原点处，铅垂线与法线重合。(4)我国现用的几个参考椭球元素值§1.3测量坐标系与地面点位的确定(1)参心坐标系与地心坐标系物理空间——三维空间。表示地面点在某空间坐标系的位置需三个参数；确定地面点位——确定其在某个空间坐标系的三维坐标。空间坐标系——地心坐标系和参心坐标系。“地心”——地球质心，WGS-84为地心坐标系。“参心”——参考椭球中心，参心与地心一般不重合。1954北京坐标系与1980西安坐标系属参心坐标系。工程测量使用参心坐标系，地心坐标系与参心坐标系可以相互转换。测量三维坐标系——确定点球面位置的二维坐标系确定点高度的一维高程系。(2)确定点球面位置的二维坐标系

地理坐标系，平面直角坐标系。1)地理坐标系天文地理坐标系，大地地理坐标系。①天文地理坐标系地面点在大地水准面上的位置。基准——铅垂线，大地水准面。球面坐标——天文经度λ，天文纬度φ。天文子午面——过地面P点的铅垂线与地球旋转轴NS平行的平面。天文子午线——天文子午面与大地水准面的交线。首子午面——过英国格林尼治天文台G的天文子午面。P点天文经度λ——P点天文子午面与首子午面的两面角从首子午面向东或向西计算，取值范围是0°～180°，在首子午线以东为东经，以西为西经。P点天文纬度φ——P点铅垂线与赤道面的夹角，自赤道起向南或向北计算，取值范围为0°～90°。在赤道以北为北纬，以南为南纬。可用天文测量方法测定地面点的天文经度和天文纬度。格林尼治天文台，始建于1675年，位于英国首都伦敦的格林威治，二战后迁往新址——苏塞克郡的赫斯特蒙苏堡，但保留了“格林威治皇家天文台”的名称。1884年，经过这个天文台的子午线被确定为全球时间和经度计量标准参考子午线，也称为本初子午线，即零度经线。初建之时，目的是精确地观测月球和恒星，帮助航海家确定经度。现它已发展为英国的一个综合性光学天文台。1999年12月28日，新时间系统——格林威治电子时间(GET)正式诞生，为全球电子商务提供时间标准。原格林威治时间(GMT)仍保留作为21世纪世界标准时间。②大地破地理坐标初系表示地钟面点在插参考椭脊球面上拾的位置赌。基准——武参考椭球摩面和法线膏。用大地馅经度L，大地纬缩慧度B表示。P点大地剑经度L——P点大地子颗午面与首耗子午面的肌两面角P点大地喂纬度B——P点的法线露与赤道面岭的夹角。大地经昂、纬度班是根据厘起始大匙地点的筐大地坐忍标，按大地测珠量所得数桨据推算得绪到。起始大地仔点——大感地原点，该点大吸地经纬给度与天葡文经纬奏度一致载。我国以陕西省脆-泾阳绞县-永客乐镇-石际寺村大地原点建立的铲大地坐辱标系—胞—1980转西安坐标吩系。大地原点狂的地理坐党标约为东经10诱8°55炕′，北纬毫34°3哭2′，海摔拔417猴.2m。大地原斜点结构大地原点偷中心标石价结构投影台投助影原理投影台投窗影原理投影台投叠影原理投影台荡模型在投影淋台安置齿经纬仪段进行投饮影观测与前苏联惧1942猪年普尔科贞沃坐标系括联测，经苏联西虹伯尼亚从堡我国东北套入境，传算过雄来的坐受标系—晶—195肢4北京涌坐标系绣。大地原秋点——户前苏联舟列宁格炎勒普尔棕科沃天赴文台中弦央(3)布平面直角殊坐标系球面坐箱标对局摸部测量堂不方便押，工程测改量一般屡在平面糠直角坐逃标系进肯行。地球是匪一个不赚可展的沃曲面，通过投影剖将地球表始面物体化坏算到平面玩上，一定存在滑变形。案例—寨—切橙子。地球是一打个不可展誉曲面演示1)高斯平面化坐标系高斯投影疼——保持照球面上的肢角度不变剥，边长存肥在变形绵，保角投影。德国科敏学家高猴斯在1击820抱~18朗30年览间，为解决德缘瑞国汉诺威语地区大地面测量投影培问题，提出的一奸种投影方兵法；1912核年起，德逢国学者克电吕格将高贪斯投影公酬式加以整冶理扩充并推势导出了实控用计算公需式。使用高斯层投影的国劲家——德国、中国、前苏联。地球按论经线划狼分为带宏——投影带；用空心椭库圆柱横套眼在参考椭轻球外面；椭圆柱与暂某一子午列线相切—菊—中央子软午线，椭球面告上图形改按保角衡投影原发理投影算到椭圆佣柱体面食上；沿过南搜北极的喜母线切姑开椭圆劫柱体，贵展开成块平面，定义平面哥直角坐标缘瑞系。按投影经驰度范围划厕分①统一6遭°带高姐斯投影首子午线蝇起，每隔游经度6°六划分为一筒带(称统慈一6°带娱)西→东划分地丙球为—应—60聋个带。带号N从首子咱午线开乖始，用穷阿拉伯音数字表俘示。第一个门6°带中手央子午线及的经度为井3°。带号N与中央子雀午线经度L0的关系—卷—L0=6N－3已知任足意点经斗度L，计算所在6°带枝的带号司公式N=Int((L+3)屈÷6+0钩.5)北京天安乏门：东经116°欣23′2绵6″，北纬39°井54′旬27″香港会论展中心：东经1诵14°1还0′22降″，北纬汁22°1垦7′05鼓″澳门大只三吧牌验坊：东经1疫13°3拢2′31较″，北纬脆22°1打1′49植″台北中山延纪念堂：东经1椒21°3窝1′18疼″，北纬第25°0拼2′04梯″保角投影——球面非上的角度投影到横晒椭圆柱面趟上保持不效变，但长度变长。只有中央盯子午线与惕赤道投影乖后长度不变，并全相互垂直寇。建立的珍直角坐本标系—均—高斯病平面直今角坐标循系。与数学如笛卡尔翻坐标系梁的差异富，x轴与y轴互换朴位置，胳象限顺医时针编业号，我国位于条北半球，x坐标值烂恒为正拾，y坐标值则辱有正有负翁，最大y坐标负值牢约为-33祝4km。为保证y坐标恒为秀正，我国贪统一规定拌将每带的手坐标原点凳向西移500km，既给每垒个点的y坐标值送加500km。为确定侮投影带多位置，y坐标前冠雾带号。高斯投尾影长度兴变形—如—离中帅央子午吨线越远炭，长度纸变形越凡大；减小长灶度变形奸的方法味之一—孕—缩小投填影带宽格，经差。②统一贴3°带高碧斯投影带号n与中央厅子午线哥经度L’0的关系—禾—L’0=3n已知经度L，计算所在3°带带亭号公式n=Int(L÷6+况0.5粘)我国大陆妄经度范围梁——东经耽73°2磨7′~东川经135舞°09′用公式N=Int((L+3)宜÷6张+0.淋5)求出统一6手°带投朗影带号倘范围—悄—13~2咽3用公式n=Int(L÷3+否0.5寸)求出统一3°吹带投影带仅号范围—姥—25~4剩5两种投韵影带的胀带号不贿重复根据y坐标前的驼带号可以急判断属于碑何种投影矮带。③任意带高队斯投影《城市堵测量规如范》规据定——长度变形呆值>2.央5cm/k帐m(1/卧4000押0)可采用高械斯投影任方意带平面仪直角坐标糟系统，案例——广扣东江门阁中心经背度——兼东经113°10′，位于统一3°带的38号带(中央子南午线经度抚为114°)中央子余午线以斑西98km。长度变形稍为1/8绑329>1/4000叔0。为使长度率变形<1年/400泊00，选择中狱央子午忆线经度=113°10′进行高益斯投影滥；建立江衫门市独立坐昏标系；江门市区最边轧缘距离中央子旱午线2岗3km，长度变探形缩小蚕为1/迹150钩000罪<1/镇400旗00。2)大烟地地理坐沃标与高斯窑平面坐标方的相互变阁换由L,B→x,y碰——高斯投影总正算。由x,y→L,B必——高斯投覆影反算。将某带x,y→相临带x,y深——高斯投影秤换带计算。计算公式砍较复杂，吴用光盘程森序PG2-帐1.ex缓e计算。先用Win贞dow荷s的记事本枣编写一个草文本数据邀文件。存盘文炉件名的蠢前两个绳字符应雨为da。从Go毫ogl揉e地巾球卫星羽图片上止获取经园纬度，懒用PG悲2-1辜.ex允e正算脊出高斯室平面坐释标案例§1.3蛋.2一维高程争系(1)未高床程定义A点高程饺——A点到大处地水准街面的垂邪直距离挠，HA表示。大地水驴准面的荷确定—版—在海躲边设立晋验潮站，长期观测粉，求得海令水面的匙平均高叙度作为归高程零垒点，以通过该它点的大地亿水准面为冤高程基准体面。(2)渣国锄家高程祝系统我国有挤两个国箱家高程债系统。1)桂195昌6年黄盈海高程逃系195顶4年在叙青岛市响观象山眼建立水银准原点招，采用青岛漂大港验潮统站一号军麻用码头1950梅年~19逼56年7雷年的潮汐税记录资榨料推算出的雄大地水准丧面为基准引测出脖水准原申点的高舟程为72.2毫89m。以该大航地水准竭面为高乱程基准建立的高拾程系——岩1956调年黄海高滤程系。青岛观突象山青岛大固港1号伞码头验臭潮站青岛大港碗1号码头往验潮站青岛大港错1号码头品验潮站青岛大窑港1号活码头验拌潮站标港牌验潮站隔内的潮籍汐自动吉记录仪验潮站内旅的潮汐自种动记录仪验潮站内恩的潮汐自婶动记录仪验潮站著内的潮受汐自动茅记录仪验潮站内皆的潮汐自悬动记录仪青岛观象双山水准原牧点打开水伐准原点弟旱井盖打开水蛾准原点帆旱井盖水准原点著旱井水准原责点旱井水准原陈点玛瑙幻玉石标志水准原台点标牌备用水编准原点备用水准菠原点备用水唱准原点精密水涂准测量萌观测水股准原点骄的稳定挑性水准原薪点至1惊956河年黄海棋高程系悔0海平雹面的高职程水准原点词至198逢5国家高饶程基准0严海平面的美高程精密水准飞测量观测用德国蔡梁司Ni0醉02精密苏水准仪观赵测精密水准务测量观测精密水阳准测量纷观测青岛水准仓零点青岛水孟准零点2001摸台湾高程返基准——周基隆水准使原点200双1台湾已高程基女准——示基隆水云准原点2001跟台湾高程艺基准——葡基隆水准哈原点2)1膊985国斧家高程基童准80年代，用青岛验搂潮站1953嫁年~19出77年25年的潮汐泥记录资是料推算出谈的大地茅水准面尝为基准引测出水沈准原点的框高程为72.剩260m。以该大控地水准榨面为高聪程基准建立的高拾程系——1985列国家高程旧基准。在水准原障点，85高程觉基准大地尝水准面比56黄海糠系大地水渐准面高出0.0纹29m。200军5年10月碰9日发布妇的珠穆朗玛仪峰峰顶岩丙石面海拔高程为8844嚼.43m，属于8广5高程脸基准。3)珠扶江基面高立程系(珠江高牧程系)1908某年由两广斑督练公所参谋处测惯绘科建立刷，原点：叹广州粤互海关前朽。广东，广阁西珠江流器域水利系统暂使用。珠江基面段零点比19细56年什黄海高轧程系高广州高0汤.586页m，粤西北辞高0.乘722洒m，粤东北振高0.孩377付m。(3)城市高程幼系统的选御择《城市测译量规范》堤规定一个城市舅只应采用荣一个统一宪的高程系朴统。应采用1愈985国之家高程基汗准或沿用只195矩6年黄证海高程嗓系。§1.3.害3WGS诱-84坐标系WGS却——W伯orl啊dG努eod臭eti农cS财yst吵em(世界大地毫坐标系)估，美国国防煌局为进行GPS导航定吴位，于19泳84年丛建立的畏地心坐液标系，纯198呢5年投耍入使用栗。属地心坐矮标系。WGS-夺84坐标系—摆—原点位兰于地球质箱心，z轴指向BIH痛198柱4.0定义的妇协议地喘球极(CTP喊)方向，x轴指向BIH越198栋4.0的零度子狠午面和CTP赤道的交隆点，y轴通过腹右手规间则确定精。§1.趴4地球曲率嘉对测量工革作的影响测区范围兽较小，大地水准译面近似为友水平面时对水平虽距离和教高程的猫影响(1)乔、对水刃平距离悟的影响结论：半径10km圆内范围沸，可用切弦