工程测量第一章绪论2

2023/5/241第一章绪论2023/5/242第一章绪论

第一节概述

第二节地面上点位的确定第三节用水平面代替水准面的限度第四节测绘工作的基本原则第五节工程测量现代进展★2023/5/243第一节概述一、测绘学介绍（一）定义

测绘学是研究地球形状和大小、确定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物体的空间位置，以及对于这些空间位置信息进行处理、储存、管理的科学。它包括测量和制图两项主要内容。测绘学按照研究对象及采用技术的不同，又可分为下列学科：

1、大地测量学

2、摄影测量学

3、工程测量学

4、海洋测量学

5、地图制图学2023/5/244第一节概述一、测绘学介绍（二）应用

主要应用在：

1）城乡建设规划；

2）国土资源的合理利用；

3）农林牧渔业的发展；

4）环境保护以及地籍管理等工作中所进行的土地测量；

5）测绘各种类型、各种比例尺的地图；

6）控制测量、矿山测量和线路测量等

2023/5/245第一节概述二、工程测量学介绍

工程测量学是研究地球空间（地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论方法和技术的一门应用性学科。（一）发展历史

中国汉代司马迁的《史记》中关于夏禹治水(公元前21世纪)时的勘测情况的记载。1973年从长沙马王堆汉墓出土的地图是目前世界上发现的最早的地图。在国外，公元前二十七世纪建设的埃及大金字塔的精确建立说明当时就已有了放样的工具和方法。公元前十四世纪，在幼发拉底河与尼罗河流域曾进行过土地边界的划分测量。二十世纪初，以核子、电子和空间技术为标志的第三次技术革命，使工程测量学获得了迅速的发展。20世纪50年代，世界各国在建设大型水工建筑物、长隧道、城市地铁中，对工程测量提出了一系列要求，形成了施工测量的内容；20世纪60年代，空间技术的发展和导弹发射场建设促使工程测量进一步发展；20世纪70年代以来，高能物理、天体物理、人造卫星、宇宙飞行、远程武器发射等所需建设的各种巨型实验室，就是高精度工程测量。二十世纪末，测量对象深入到地下、水域、空间和宇宙，如核电站、摩天大楼、海底隧道、跨海大桥、大型正负电子对撞机等。从工程测量学的发展历史可以看出，它的发展经历了一条从简单到复杂、从手工操作到测量自动化、从常规测量到精密测量的发展道路，它的发展始终与当时的生产力水平相同步，并且能够满足大型特种精密工程中对测量所提出的愈来愈高的需求。2023/5/246第一节概述二、工程测量学介绍（二）研究内容

工程测量的主要内容包括：

1）提供模拟或数字的地形资料；

2）进行测量及其有关信息的采集和处理；

3）建筑物的施工放样；

4）大型精密设备的安装和调试测量；

5）工业生产过程的质量检测和控制；

6）各类工程建设物、矿山和地质病害区域的变形监测、机理解释和预报；

7）工程测量专用仪器的研制与应用；

8）与研究对象有关的信息系统的建立和应用等。2023/5/247第一节概述

（1）地形图测绘一般工程使用1:1万至1:10万的国家地形图系列。大型工程：采用航空摄影测量，用模拟法、解析法或全数字化法测图。

1:2000～1:5000的局部性或带状地形图：采用地面测量方法用模拟的白纸成图或数字化机助成图法进行测绘。

（2）控制网布设建立平面控制网和高程控制网，目的是为工程建筑物的施工放样、验收及其他测量工作提供依据。首级平面控制网布网形式：高精度测角网、边角网或电磁波导线等，再以插网、插点或导线加密；或可采用GPS建立平面施工控制网以及施工放样工作。高程控制网：高精度的水准网。

（3）建筑物施工放样施工放样：将设计的抽象的几何实体放样（或称测设）到实地上去，成为具体几何实体所采用的测量方法和技术。放样方法：方向交会法、距离交会法、方向距离交会法、极坐标法、坐标法、偏角法、偏距法、投点法等。仪器：光学、电子经纬仪、水准仪、全站仪以及GPS技术等。

2023/5/248第一节概述（4）建筑物竣工测量竣工测量：工程建设项目竣工验收时所进行的测量工作。目的：根据控制网点测定已有建筑物的实际位置以及部分建筑物的几何形体，以检验施工质量，为工程的验收、决算、维护等工作提供依据。竣工测量的成果主要包括：竣工总平面图、分类图、辅助图、断面图以及道路曲线元素、细部点坐标、高程明细表等。（5）建筑物变形监测工程建筑物及与工程有关的变形的监测、分析和预报是工程测量学的重要研究内容。变形分析和预报除了需要对变形观测数据进行处理外，还涉及到工程、地质、水文、应用数学、系统论和控制论等学科，属于多学科的交叉领域。变形监测技术几乎包括了全部的工程测量技术，除常规的仪器和方法外，还大量的使用各种传感器和专用仪器。2023/5/249第一章绪论

第一节概述

第二节地面上点位的确定第三节用水平面代替水准面的限度第四节测绘工作的基本原则第五节工程测量现代进展★2023/5/2410第二节地面上点位的确定

一、地球的形状和大小（一）大地水准面

假想有一个静止的海水面，向陆地延伸形成一个封闭的曲面，这个曲面称为水准面。平均高度的海水面，称为大地水准面。大地水准面所包围的形体称为大地体，它代表地球的一般形状。图1-1大地水准面和参考椭球面

（二）参考椭球面

旋转椭球面所包含的形体称为旋转椭球体，同大地水准面最为接近的椭球面称为平均地球椭球面。旋转椭球体是由椭球面NWSE绕其短轴NS旋转而成的形体（见图1-1），其形状和大小取决于长半轴a、短半轴b和扁率α=(a-b)/a。如图1-1所示，地面上选一点P，令P点的铅垂线和椭球面上相应点P0的法线重合，并使P0点的椭球面与大地水准面相切。这里的P点称为大地原点，旋转后的椭球面称为参考椭球面，其包围的形体称为参考椭球体。大地水准面和铅垂线是测量外业所依据的基准面和基准线，参考椭球面及其法线是测量计算所依据的基准面和基准线。2023/5/2411第二节地面上点位的确定椭球名称

长半轴a(m)

短半轴b(m)扁率α推算年代和国家白塞尔637739763565641:299.21841年德国克拉克637824963565151:293.51880年英国德福特637838863569121:297.01909年美国克拉索夫斯基637824563568631:298.31940年前苏联IUGG-7563781406356755.31:298.2571979年国际大地测量与地球物理联合会WGS-84637813763567521:298.2572235631984年美国

表1-1地球椭球参数2023/5/2412第二节地面上点位的确定图1-2大地坐标系图1-3WGS-84坐标系二、地面点位置的确定

在测绘工作中，常用的坐标系统有大地坐标系、高斯投影平面直角坐标系、独立平面直角坐标系等。（一）大地坐标系如图1-2所示，地心空间直角坐标系(X，Y，Z)的Z轴与地球平均自转轴重合，与Z轴垂直的平赤道面构成XY平面；XZ平面是包含平均自转轴和格林威治平均天文台的平面；Y轴的指向使该坐标系成为右手坐标系。椭球的短轴与地心空间直角坐标系的Z轴重合，起始子午面和赤道面分别与该坐标系的XZ平面和XY平面重合。P点沿椭球面法线到椭球面上的投影是Q，PQ=H，称为P点的大地高程，过P点的大地子午面和首子午面所夹的两面角称P点的大地经度L；过P点的法线与赤道面的夹角称P点的大地纬度B。P点的大地坐标（L，B，H）和地心空间直角坐标(X，Y，Z)之间存在着严密的数字关系，可以互相换算。目前，我国常用的大地坐标系统有：（1）1954年北京坐标系（2）

1980年国家大地坐标系（3）

WGS-84坐标系(图1-3WGS-84坐标系)2023/5/2413第二节地面上点位的确定（二）高斯平面直角坐标系

根据高斯-克吕格尔投影所建立的平面坐标系称高斯平面直角坐标系。高斯－克吕格尔投影属于横轴切圆柱正形投影。可以设想将截面为椭圆的一个圆柱体面套在地球椭球的外面（见图1-4），圆柱的中心轴EE1在赤道面内，圆柱面同椭球面相切在中央子午线上。按正形条件将中央子午线东、西各一定经度范围内的地区投影到圆柱面上，然后将该圆柱面展开成一平面，就得出中央子午线两侧的一部分地区在平面上的投影（见图1-5）。地球椭球赤道的投影也是直线，且与中央子午线正交，以前者为横轴，即y轴，东向为正；后者为纵轴，即x轴，北向为正；两者的交点O为原点，这就形成了高斯平面直角坐标系。图1-4高斯－克吕格尔投影图1-5高斯－克吕格尔投影展开2023/5/2414第二节地面上点位的确定

高斯－克吕格尔将地球椭球面按子午线划分成适当个数的投影带，带宽一般分为6°、3°和1.5°等3种。每一投影带采用各自独立的高斯平面坐标系(见图1-6)，并规定y坐标加上500公里，以避免出现负值。为了表示任一点所在的投影带，又规定y坐标值前加上二位数，以表示投影带号。x坐标值无论在哪一投影带内都是由赤道起算的实际值。

图1-6高斯－克吕格尔投影分带2023/5/2415第二节地面上点位的确定

地球表面上一点所在分带的中央子午线的经度值可用下式计算：

6°分带：（1-1）

3°分带：

（1-2）式中

N——投影带带号。（三）高程系统地面点到某一高程基准面的垂直距离称为地面点的高程。常用的高程基准面有参考椭球体面和大地水准面，其相应的高称为大地高和海拔高。地面上任意两点之间的高程之差称为高差。

1980年以前，我国主要采用“1956年黄海高程系”，它利用青岛验潮站1950~1956年观测的潮位成果求得的黄海平均海水面作为高程的零点，因观测时间短，准确性较差。后改用1953~1979年的观测资料重新进行计算，并将计算结果命名为“1985年国家高程系统”（1987年5月26日正式公布使用）。由于高程基准面发生了变化，因此，这两个高程系统存在一定的差异，它们的关系如下：

H85=H56-0.029（1-3）20淋23俩/5睬/1江816第一道章柴绪知论第一愿节:概述第二腔节:地面革上点疮位的揭确定第三半节散用水袖平面句代替擦水准电面的旋限度第四暑节价测绘热工作晴的基挥本原员则第五唯节袄工程吴测量瓜现代锁进展★20厕23笨/5句/1柳817第三画节否用水吉平面型代替见水准冠面的敌限度用水丑平面览代替际水准学面的碧限度革即在述该限似度内粥，将便椭球塑面作袖为平匆面所霞产生捕的误截差不比能超煤过工明程地辣形图责和施扩工放希样的较精度营要求艰。一、它地球牌曲率阁对水驼平距猴离的候影响如图1-校7所示露，设拴地面扫上有A′、B′两点没，在冈水准奴面上怖的投摸影分册别为A、B，在洁水平洋面上衡的投球影为A、C。若现以平茄面上论的距弯离AC（设证为t）代起替水侦准面椒上的衡距离侵（设双为d），汤其误撇差为虚：（1-鹊4）图1-心7用水毒平面映代替拴水准展面式中R—持—地球更半径恩，R=兴63役71业km；α—伙—弧长d所对稍的圆欣心角跌。将tg窗α用级叔数展乏开，形并取汗其前恨两项宾可得告：因为，所以塘可得：20挡23浇/5航/1院818第三唐节导用水饭平面作代替陈水准犁面的罗限度以不喇同的d值代错入上之式，坦求得蹲相应匹的Δd列于吉表1-批2。从馅表中剂可以准看出继，当类距离托为10队km时，毙用水枕平面杂代替侍水准另面产汽生的宫距离苏相对忽误差府为1/典12盏0万，央这个兴误差鞋小于擦目前喂精密呈量距户的允抖许误覆差（1/酱10五0万）系。因球此，现在半统径小咳于10桃km的区慈域内待，地岁球曲认率对墨水平东距离施的影孕响可妄以忽赠略不抛计，楚可以见用水杰平面祥代替渐水准托面。距离d距离误差Δd（mm）距离相对误差Δd/d高程误差Δh（mm）100m0.0000081/1250000万0.81km0.0081/12500万78.510km8.21/120万7850.025km128.31/19万49050.0表1-等2地球潮曲率据对水肥平距耍离和脚高程讲的影拴响20抢23汁/5赢/1监819第三惕节南用水纵平面挎代替塔水准多面的邀限度二、拿地球烛曲率万对高衫程的抛影响如图1-胡7所示筋，地兄面点B′在球虑面和屡水平蔽面上匪的投主影分疮别为B和C，并螺设这宵两点摇的高倚差为Δh，从舞图中盼可以六看出亮，∠CA霞B=凉α/锦2，因渗该角肉很小绪，若都以弧辉度表芦示，费则有蔬：因为,所以州得：（1-钩6）以不桨同的d代入江上式仅，算僚得相来应的Δh列于亭表1-汽2中。玻由表吨中数歌据可戚知，搁对高滔程测吊量来框说，把即使征距离锁很短北，也扣不能段忽视控地球头曲率育对高蓄程的仿影响怨。20倡23礼/5删/1搜820第一滑章塌绪备论第一尾节:概述第二矩节:地面性上点分位的坏确定第三授节祥用水搏平面侵代替筋水准扫面的受限度第四鞠节卸测绘闸工作拖的基翅本原欲则第五和节猎工程者测量腹现代没进展★20烈23浙/5婆/1拒821第四谊节肢测绘固工作讯的基截本原经则图1-废8测绘挡工作泊和原杠则示闹意图一、厨测绘泉的基屠本工爱作测绘戴工作合的主共要任阀务是壶确定熔地面撑点与寸点之谨间的吼平面铜和高遮程位鄙置的幻玉关系摩，也步可将普其分鞋成测铃定和饮测设损两大践部份咳。测曾定是内将地历物和书地貌路按一抄定的呀比例啊尺缩者小绘迟制成军地形帽图，茅测设狼是将它在图聚纸上蓄设计川好的番建筑希物和落构筑抱物的皱位置狱在实锋地标脊定出卡来。水平牺角、由水平效距离擦和高含差是确雀定地辰面点剥位置劝关系骨的三盈个基义本几骑何要膛素，袍测量怒地面浇点的茅水平岩角、司水平念距离丽和高门差是宁测量周的基混本工璃作20义23谱/5辈/1扮822第四客节水测绘谣工作砍的基裂本原内则二、象测绘顷的基镇本原辆则由于嫂一般纪测量底工作债的范交围都配比较玩大，贞测量新工作柔在一蒜个控鄙制点首上通混常是幅难以脊完成地的，筛如图1-给8中工惊厂区路在控勤制点A上就核无法定测到径。以协及图1-巧9中，祥由于狐建筑斗物多摔且通宋视条谣件限初制，醋在点A上也乔不能碌完成肾所有阳控制镜工作致，所榨以需诊再增辆加点异。这岩就是耍“从愧整体节到局这部”子的原舌则。图1-塑9建筑瞧物测孟设示腥意图20学23朽/5哭/1姑823第一维章挣绪陈论第一蜂节:概述第二忆节:地面康上点村位的忙确定第三仁节罩用水飞平面掘代替痛水准别面的共限度第四器节苗测绘司工作判的基避本原者则第五俘节燃工程漫测量销现代马进展★20旦23户/5字/1鼻824第五爽节岗工程灰测量轿现代情进展“广义斯工程切测量扑学”原，即君“一透切不纹属于村地球纤测量默，不迫属于拔国家辱地图抢集的族陆地递测量个和不巩属于衬公务易测量锋的应庸用测局量，银都属戏于工华程测殖量”贫。工程段测量左的发租展可愿概括吹为“杰四化深”和翼“十伸六字崖”，爸前者搁即工洁程测筑量内巩外业忘一体殃化；销数据耍获取亦及处协理自组动化版；测方量过每程控敢制和稻系统雹行为颤的智茎能化做；测芦量成静果和毙产品沫的数千字化谷。后炕者为择连续杜、动芬态、理遥测讽、实仿时、穿精确希、可戏靠、恢快速岔、简塌便。20轿23猴/5缸/1欠825第五完节补工程挥测量迟现代绢进展一、猪现代逝工程锣测量引技术（一朗）GP淡S应用么技术在工呈程测围量中角，应长用GP离S单点连定位届的情猪形较厨少，栽相对蚁定位确是其膊主要灵模式煌。包积括静酷态、汪快速贷静态来、往间返式被重复倡设站膏、准招动态迁、动飘态、竟实时盗动态矮（RT汽K）、漂主动孔控制奏模式询等。欲由GP死S、GI欲S、RS技术陕集成企或综华合的械“3S袄”技术哭，拓财宽了瞧信息择采集来与处救理功慰能，浪保持掩了信烂息的萝现势魂性与凑可靠雕性。GP齿S实时叮动态萌测量(R常TK拨)技术伍，广杨泛应突用于牢石油紧勘探蹈、数蛮字测挑图、巾施工向放样社、管询线测合量等压领域践。20顽23唯/5滴/1洋826第五阻节映工程惊测量旧现代席进展一、族现代误工程车测量沿技术（二尺）全屋站仪凝应用色技术全站托仪是径一种旷集光讲电、期计算资机、测微电把子通茎讯、败精密征机械疫加工尸等高草精尖继技术替于一己体的略先进暑测量汪仪器稿。特点猫：同纳时具韵备电长子经老纬仪焦测角慰和测码距两茂种功渴能；爹由电躲子计苍算机液控制裹、采售集、慨处理判和储讲存观混测数税据，错使测伸图数兼字化遮、后祖处理匪全自懂动化掀。应用危：常蓄规的最控制集测量睁、地歼形测亲量和检工程飘测量念，地柔表与脊地表量构筑坦物的拆变形桌测量县，如夕地面籍沉降累、深刊基坑傅开挖午引起生的环浴境变牙形、省大坝话变形勿以及羽工业镜目标途的定句位与灭变形计测量肺等方热面。免棱羞镜全棉站仪轻是高屋性能腰全站布仪的雪典型给代表碎之一树，它话把免祸棱镜舍测距详技术活与传丑统的绘全站节仪结索合在蹲一起警，给贪测量喷工作夏带来哨了很衡大方上便。图1-询10熄Le驻ic倒a杠TC准A2们00键3全站章仪20剂23鼓/5架/1收827第五陡节善工程筋测量订现代贩进展一、熊现代胳工程泉测量象技术（三唉）电不子水纵准仪浅应用颜技术电子将数字榴水准胞仪是仗集电陡子光恳学、扭图像挨处理慰、计库算机闷技术无于一岸体的转当代区最先将进的暖水准壶测量商仪器,它具夏有速卵度快球、精详度高征、使赶用方虎便、桌劳动凉强度泊低及剪便于卸用电继子手司簿实霸现内概外业方一体飘化的页优点,代表湿了当闷代水袋准仪赖的发日展方农向。目前营，世垮界上困仅有干少数答厂家坑生产国电子械数字与水准楚仪。脂常见广的有邮以下颈几种钥，如棚图1-楼11所示驶。徕卡DN号A0缴3/霜10蔡司DI抓NI先10拓普而康DL牛10伍1/适10哲2索佳SD帅L2图1-塞11电子横水准亮仪20督23骡/5告/1瞧828第五弯节器工程躺测量蚁现代列进展一、鸦现代碧工程胡测量衰技术（四腔）激各光三份维扫衬描测氧量系面统三维军激光陈扫描兼系统趣主要丛由三总维激禾光扫陕描仪密和系站统软章件组良成，抛其工愧作目客标就糖是快谊速、意方便认、准吗确地灭获取堵近距胖离静低态物鸟体的锈空间欺三维志模型驾，以次便对走模型舟进行意进一己步的该分析价和数柿据处独理。征三维铜激光矮影像队扫描筛仪是败一种帜集成趋了多老种高娘新技算术的古新型善测绘移仪器横，采母用非择接触狭式高晴速激胀光测隙量方汪式，惊以点概云形耀式获捡取地驾形及盐复杂剂物体红的二建维表乳面的闻列阵任式几庭何图厕形数皂据。图1-呢12刃Cy赴ra三维惭激光萝扫描此系统图1-困13对清晕华大牵学校的门扫掏描所末建立伴的模俭型图20饥23委/5凭/1共829第五毛节适工程却测量羽现代铸进展图1-呢14三维雾坐标凳测量传机一、汁现代遗工程遭测量旅技术（五欧）三坛维工店业测修量系狱统三维义工业屑测量盐系统鸣是以沾电子宫经纬块仪或乌自动据全站绒仪等浙多个控传感俘器集脏成和搁综合屠应用唇的三姜维工吃业自晕动测晶量系构统。晴其应