工程测量 第一章 绪论

2023/7/21第一章绪论2023/7/22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★2023/7/23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2023/7/24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

2023/7/25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。2023/7/26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。2023/7/27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。

2023/7/28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。2023/7/29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★20使23随/6犯/2弊610第二怜节歇地面蜓上点街位的仇确定一、逆地球瓜的形及状和美大小（一）壁大地供水准列面假想洽有一掏个静谋止的盯海水带面，供向陆资地延辆伸形售成一惨个封刻闭的床曲面伏，这掠个曲歇面称永为水疲准面周。平廊均高洁度的用海水助面，狡称为煎大地关水准编面。盗大地俩水准恩面所惹包围乌的形嗓体称任为大迷地体照，它摩代表芦地球压的一掠般形输状。图1-辰1大地淘水准判面和怎参考率椭球锦面（二）飘参考贤椭球离面旋转稻椭球围面所企包含弄的形煮体称龄为旋引转椭共球体宣，同巴大地侧水准苏面最挪为接伪近的头椭球露面称卡为平排均地捕球椭餐球面冠。旋闸转椭狼球体挡是由睛椭球忆面NW彩SE绕其令短轴NS旋转址而成茂的形扶体（蒜见图1-令1），育其形搏状和扶大小怒取决营于长众半轴a、短仓半轴b和扁笑率α=顺(a仇-b宏)/健a。如图1-辅1所示消，地齐面上敢选一四点P，令P点的谜铅垂拨线和预椭球友面上宣相应畅点P0的法宫线重魄合，幅并使P0点的梢椭球际面与处大地绍水准俊面相弄切。陕这里嚷的P点称魂为大飘地原猫点，芬旋转扫后的字椭球伐面称明为参合考椭己球面堪，其焰包围遮的形板体称很为参铺考椭么球体钩。大地奴水准肢面和草铅垂园线是询测量镇外业剃所依北据的派基准扇面和鞋基准猛线，柏参考桨椭球炮面及寒其法摩线是港测量拾计算猎所依牢据的院基准列面和激基准瓦线。20嗓23这/6博/2馅611第二劈燕节固地面纽奉上点失位的需确定椭球名称

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-磁1地球米椭球度参数20笛23径/6窜/2城612第二粱节赌地面锤上点次位的臭确定图1-与2大地裂坐标过系图1-锻3哗W挽GS淘-8串4坐标勇系二、毫地面氧点位那置的被确定在测秧绘工材作中敏，常男用的啊坐标腿系统远有大垂地坐恩标系白、高渣斯投座影平兼面直夹角坐押标系吐、独椅立平追面直挑角坐柿标系公等。（一压）大芽地坐跃标系如图1-凯2所示损，地去心空秘间直粱角坐往标系(X，Y，Z)的Z轴与百地球吸平均巧自转抵轴重默合，婶与Z轴垂璃直的膝平赤哀道面线构成XY平面虎；XZ平面编是包插含平聪均自堡转轴辰和格饥林威铺治平误均天蓬文台闪的平牺面；Y轴的菜指向芦使该厦坐标值系成拿为右溪手坐杆标系悲。椭瓣球的开短轴依与地呜心空勉间直琴角坐选标系位的Z轴重规合，较起始尾子午厕面和穿赤道肺面分汽别与奴该坐辉标系杨的XZ平面菠和XY平面暮重合悔。P点沿轻椭球喉面法葡线到墙椭球苦面上坛的投备影是Q，PQ梢=H，称尺为P点的导大地柱高程舱，过P点的慢大地季子午榨面和应首子逢午面宴所夹神的两貌面角攀称P点的樱大地驱经度L；过P点的小法线瞎与赤搂道面大的夹招角称P点的盟大地刊纬度B。P点的第大地狮坐标差（L，B，H）和套地心宰空间预直角光坐标(X，Y，Z)之间冬存在活着严慢密的限数字甜关系抽，可锤以互盼相换肌算。目前职，我岩国常村用的研大地逢坐标衡系统庸有：（1）19鱼54年北侦京坐手标系（2）19增80年国喜家大饿地坐特标系（3）WG队S-偿84坐标狼系(图1-椒3吗W拿GS呼-8纸4坐标埋系)20仰23虑/6圾/2铺613第二带节晶地面拔上点陵位的剖确定（二黎）高梳斯平略面直务角坐饮标系根据玩高斯-克吕究格尔粗投影副所建仍立的舱平面灾坐标酸系称情高斯蜻平面绑直角浙坐标磨系。高斯投－克柜吕格荣尔投歉影属箭于横溉轴切蛛圆柱踏正形瞎投影盆。可密以设核想将昏截面跃为椭壁圆的储一个钢圆柱地体面妄套在锋地球辅椭球丑的外五面（垄见图1-刻4），夹圆柱娱的中签心轴EE复1在赤常道面绘内，倾圆柱罚面同谱椭球仅面相罩切在堆中央腔子午从线上狮。按午正形贺条件色将中腥央子己午线鞠东、兄西各助一定宗经度瓣范围繁内的页地区阀投影眯到圆扒柱面适上，梳然后散将该抛圆柱到面展纹开成炎一平今面，沫就得室出中抚央子消午线馆两侧裤的一大部分田地区就在平冬面上贴的投畏影（络见图1-沃5）。透地球敲椭球鲜赤道昌的投娇影也备是直队线，屋且与版中央屈子午仔线正庙交，砖以前青者为投横轴捉，即y轴，咳东向雹为正脱；后葱者为婚纵轴付，即x轴，简北向听为正奋；两丑者的误交点O为原划点，支这就蛮形成灶了高扫斯平烧面直坑角坐雄标系喉。图1-徐4高斯塑－克横吕格酒尔投狠影图1-颂5高斯棵－克巩吕格队尔投的影展趁开20渡23寇/6旁/2券614第二暮节赔地面傻上点没位的芹确定高斯臂－克扰吕格绿尔将糟地球别椭球强面按翻子午症线划壤分成业适当圈个数糟的投先影带牵，带午宽一尼般分咐为6°、3°和1.具5°等3种。爬每一维投影让带采收用各步自独足立的座高斯袄平面颈坐标熟系(见图1-片6)，并崖规定y坐标饰加上50么0公里雨，以求避免随出现翅负值沫。为变了表股示任退一点箭所在前的投候影带缓，又膨规定y坐标港值前从加上练二位歼数，冷以表裕示投兽影带匠号。x坐标迅值无哥论在盛哪一查投影录带内冠都是拌由赤贴道起涌算的混实际橡值。图1-穿6高斯丑－克抹吕格钻尔投祖影分沙带20仗23割/6军/2钟615第二黄节贵地面偷上点心位的虚确定地球姜表面僵上一解点所共在分沾带的它中央跳子午片线的贤经度仪值可射用下迟式计懒算：6°分带旨：秀（1-务1）3°分带趴：（1-影2）式中N——投影块带带弓号。（三息）高幕程系袋统地面薪点到绣某一江高程穗基准垒面的报垂直序距离酿称为狐地面哭点的骑高程怕。常完用的观高程浸基准放面有洽参考日椭球贿体面喷和大篮地水地准面网，其头相应抵的高瓶称为痒大地炉高和程海拔臂高。喇地面铲上任驾意两惜点之俘间的装高程秀之差触称为虎高差捕。19垮80年以最前，策我国金主要枝采用宴“19慌56年黄阶海高乌程系炸”，额它利怜用青园岛验嘱潮站19晓50违~1嘴95党6年观伤测的溜潮位倚成果苹求得黑的黄菌海平振均海竖水面叶作为煎高程后的零兴点，卡因观掘测时径间短团，准盏确性象较差窑。后粉改用19泽53德~1辞97盘9年的跟观测抹资料初重新但进行爪计算呢，并断将计萄算结投果命蚕名为旗“19火85年国末家高棚程系呢统”绑（19仓87年5月26日正黑式公诊布使疏用）芝。由耗于高闹程基物准面魔发生挨了变笔化，词因此石，这斩两个森高程哪系统芽存在颤一定挨的差舅异，舅它们谦的关置系如酷下：H85=H56-0猜.0离29（1-绿3）20物23伟/6贷/2采616第一锯章影绪妥论第一改节:概述第二沈节:地面容上点梯位的酒确定第三省节饭用水往平面门代替纹水准章面的颜限度第四柏节拨测绘殃工作铁的基废本原瞎则第五届节恋工程蚊测量被现代反进展★20搏23滚/6匙/2保617第三木节租用水住平面虑代替兽水准吉面的樱限度用水模平面让代替居水准届面的语限度谨即在玩该限扎度内屈，将织椭球谷面作防为平束面所坏产生防的误饲差不翅能超宁过工提程地良形图六和施草工放却样的弃精度准要求赛。一、检地球营曲率蚁对水冰平距惜离的泉影响如图1-惧7所示穿，设安地面橡上有A′、B′两点并，在惭水准稍面上拣的投剃影分池别为A、B，在显水平予面上绝的投隐影为A、C。若荡以平忙面上铃的距穷离AC（设垫为t）代弓替水防准面苗上的耀距离册（设旧为d），舟其误秧差为瓶：（1-码4）图1-超7用水巴平面得代替皮水准吼面式中R—省—地球帅半径梯，R=笛63姑71椅km；α—傻—弧长d所对稻的圆方心角壶。将tg造α用级芹数展歼开，疾并取大其前针两项冬可得芬：因为，所以宗可得：20茧23刘/6圾/2纸618第三呼节愤用水球平面钩代替器水准俗面的猾限度以不距同的d值代扰入上竟式，看求得抄相应烛的Δd列于森表1-离2。从刊表中朽可以勒看出仗，当脆距离分为10奋km时，阔用水肃平面昂代替厅水准境面产御生的矛距离嗓相对顿误差辜为1/祖12羞0万，伸这个运误差职小于迹目前轨精密恒量距孤的允级许误老差（1/腥10抗0万）它。因抢此，沟在半封径小很于10拐km的区啊域内犯，地弹球曲喇率对即水平提距离岩的影卫响可船以忽军略不芳计，使可以酱用水蠢平面什代替低水准微面。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-菌2地球愁曲率猪对水很平距值离和吧高程唐的影雁响20壶23涛/6固/2娘619第三偷节忆用水罚平面护代替讨水准篮面的胀限度二、愤地球冠曲率投对高良程的独影响如图1-娱7所示防，地诵面点B′在球举面和概水平央面上涝的投蝇影分按别为B和C，并笔设这旋两点灰的高估差为Δh，从蜘图中战可以回看出银，∠CA与B=勿α/初2，因吨该角归很小潜，若是以弧革度表锻示，裂则有脆：因为,所以耐得：（1-艰6）以不棉同的d代入瓦上式剪，算侮得相延应的Δh列于穿表1-亡2中。隐由表狂中数遇据可润知，瘦对高哲程测瓦量来领说，减即使守距离婚很短距，也阅不能棋忽视型地球鼻曲率钱对高核程的电影响礼。20弱23运/6驰/2咸620第一招章沸绪泡论第一后节:概述第二败节:地面踢上点例位的喜确定第三参节联用水骂平面序代替以水准吉面的伞限度第四吸节误测绘迫工作万的基坟本原泽则第五馒节舟工程兰测量烧现代良进展★20还23艳/6丘/2慈621第四蝇节挖测绘晋工作丙的基烟本原葡则图1-扁8测绘朵工作逢和原堤则示遗意图一、穿测绘食的基玩本工津作测绘苏工作互的主溪要任妥务是腔确定山地面获点与洗点之飘间的躁平面崇和高尺程位护置的袋关系筛，也怪可将班其分版成测凤定和盛测设辉两大傲部份回。测嘉定是讲将地听物和取地貌赔按一践定的址比例柿尺缩若小绘蜻制成委地形武图，昨测设波是将龟在图醒纸上哲设计缸好的映建筑春物和结构筑差物的渐位置向在实怀地标亦定出痛来。水平误角、骑水平叙距离深和高框差是确休定地暂面点曲位置钱关系招的三滥个基砌本几臣何要雾素，改测量奥地面骄点的誉水平何角、珠水平赞距离抢和高陪差是高测量正的基陡本工彼作20趁23壳/6葬/2辆622第四久节堪测绘龙工作萌的基散本原愚则二、植测绘誓的基误本原彩则由于薯一般酒测量惕工作脚的范脸围都培比较布大，院测量资工作炸在一甩个控馒制点庸上通少常是衰难以握完成宇的，苍如图1-名8中工育厂区灿在控极制点A上就祸无法杆测到余。以座及图1-伟9中，扑由于暴建筑无物多颈且通慕视条映件限娇制，槽在点A上也急不能淡完成脸所有队控制沟工作捕，所存以需畜再增库加点遗。这违就是叙“从售整体羞到局息部”悬的原倍则。图1-虑9建筑疏物测驻设示违意图20哈23堵/6玩/2船623第一秘章伤绪屋论第一派节:概述第二政节:地面钓上点渴位的花确定第三剖节驶用水阅平面织代替粮水准袋面的循限度第四衔节炉测绘扛工作男的基破本原兴则第五净节胶工程托测量场现代快进展★20梦23学/6而/2葵624第五恐节听工程纺测量探现代躁进展“广义蜜工程办测量征学”否，即济“一感切不附属于骡地球吨测量帝，不村属于捧国家鄙地图撞集的塑陆地寨测量套和不饺属于播公务宫测量冻的应贴用测抄量，惜都属姑于工件程测底量”剧。工程诞测量液的发博展可演概括劈燕为“岔四化化”和喉“十集六字我”，州前者命即工环程测营量内脊外业缩慧一体禽化；诸数据歇获取犬及处填理自恐动化禁；测本量过眉程控史制和今系统粒行为柜的智悦能化流；测还量成极果和京产品脊的数斤字化挑。后狼者为牛连续撑、动努态、昂遥测视、实傲时、缓精确业、可洞靠、遮快速多、简细便。20伏23掉/6慌/2响625第五精节求工程繁测量赠现代绒进展一、赤现代舟工程绍测量债技术（一咽）GP剥S应用爸技术在工凑程测浇量中康，应养用GP秃S单点塑定位位的情慈形较椒少，洽相对业定位吉是其兼主要班模式集。包锁括静炒态、悄快速皂静态幕、往嫁返式既重复返设站葬、准图动态笨、动冤态、岂实时牌动态存（RT克K）、琴主动遇控制哈模式穗等。版由GP泉S、GI弃S、RS技术故集成晃或综樱合的捆“3S愚”技术层，拓涛宽了扭信息因采集拾与处算理功枝能，图保持僵了信放息的羽现势野性与贝可靠敲性。GP扛S实时悠动态佩测量(R商TK疏)技术减，广慰泛应边用于旺石油过勘探埋、数上字测既图、竖施工横放样堆、管衣线测忘量等堂领域卷。20辅23写/6肝/2栋626第五厚节拒工程运测量猎现代令进展一、跳现代奥工程命测量倾技术（二何）全鸡站仪馋应用级技术全站晋仪是牢一种携集光棉电、遗计算驳机、胜微电攀子通英讯、急精密绪机械懂加工解等高体精尖烟技术活于一歪体的标先进标测量球仪器叮。特点胀：同迹时具膏备电辫子经庙纬仪肌测角葛和测筛距两券种功轨能；护由电铺子计谦算机匆控制姐、采谎集、婚处理投和储揭存观突测数代据，矿使测威图数肢字化苦、后旦处理危全自劝动化揪。应用种：常巧规的特控制星测量称、地逝形测双量和苦工程洞测量脏，地啊表与纽奉地表贪构筑筝物的担变形尝测量择，如多地面俭沉降坦、深恋基坑驳开挖瞧引起婚的环凑境变骨形、拨大坝唯变形便以及蚀工业敏目标拼的定提位与葱变形提测量确等方辨面。免棱听镜全喇站仪煎是高活性能棋全站吩仪的核典型崖代表协之一严，它怎把免法棱镜守测距裤技术种与传鬼统的社全站菊仪结陶合在南一起先，给谜测量忠工作希带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