工程测量学绪论

1.1丈量学与土建工程丈量1.2地面点位确实定1.3用程度面替代水准面的限制1.4丈量任务概述1.5丈量常用计量单住换算第1章绪论<工程丈量>定义：丈量学是研讨地面点空间位置的测定、采集、数据处置、存储与管理的一门运用科学。其中心问题是研讨如何测定点的空间位置。义务：1.测绘：地面的地物地貌→丈量绘制成图2.测设〔放样〕：将图上设计建〔构〕筑物的图形和位置在实地标定，作为施工或定界的根据图上的设计→实地

1.1丈量学与土建工程丈量1.1.1丈量学定义、义务与分科1.大地丈量学:研讨大范围地域的控制丈量和地形丈量。由于人造卫星科学技术的开展，大地丈量学又分为常规大地丈量学与卫星大地丈量学，后者是研讨观测卫星确定地面点位，即GPS全球定位。2.普通丈量学:研讨地球外表部分区域的测绘任务，主要包括小区域控制丈量、地形图测绘和普通工程测设。通常称丈量学就是指普通丈量学。3.工程丈量学:研讨各种工程在规划设计、施工放样和运营中丈量的实际和方法。4.摄影丈量学:研讨利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定物体的外形、大小和空间位置等信息的实际和方法。5.地图制图学:研讨各种地图的制造实际、原理、工艺技术和运用的一门学科。分科：1.在工程规划设计阶段首先需求规划区的地形图，有准确的地形图和测绘成果，才干保证工程的选址、选线、设计得出经济合理的方案。2.在工程施工阶段工程的施工，主要目的是把工程的设计准确地在地面上标定出来，这就需求运用丈量的仪器，按一定的方法进展施工丈量。3.在工程运营与管理阶段为了可以正常运营或日后改良与扩建的需求，应进展开工丈量。对于大型或特殊的建筑物，还需进展周期性的反复观测，观测建筑物的沉降、倾斜、位移等，即变形观测，从而判别建筑物的稳定性，防止灾祸事故的发生。1.1.2土建工程丈量

它包括普通丈量学，以及土建工程相关的土地整理丈量、工民建施工丈量，公路工程、管道工程丈量等。1.1.3丈量在工程各阶段建立中的作用用经纬仪进展长江水文观测用水准仪进展地面平整丈量用全站仪进展公路施工丈量青藏高原丈量

☆施工丈量☆用光电测距仪进展武汉长江大桥变形观测航摄照片地形图GPS卫星定位丈量

运用GPS接纳机☆GPS全球定位系统☆☆丈量珠穆朗玛峰高程☆1975年在海拔6120m处，丈量珠穆朗玛峰高程。珠峰高程为8848.13m2005年5月重测珠峰高程，用GPS全球卫星定位技术和传统的丈量方法相结合重测珠峰高程为8844.43m1.2地面点位的测定1.2.1丈量的基准线与基准面1.基准线：地球上任一点都要遭到离心力和地球引力的双重作用，这两个力的合力称重力，重力的方向线称为铅垂线。丈量仪器悬挂垂球，指向重力方向，铅垂线就是丈量的基准线。丈量的计算要求投影到地球的椭球面上进展处置，椭球面上各点的曲率半径方向就是该点的法线，法线在数据处置时用到，因此，法线又是丈量的另一种基准线。2.基准面：空间任何一点都有水准面，处处和重力方向相垂直的曲面均称水准面，水准面就是丈量的基准面。由于水准面的高度不同，水准面有无穷多个，其中一个和平均的海水面重合，我们称之为大地水准面，它是高程丈量的基准面。水准面与大地水准面概念水准面：处处与铅垂线相垂直的曲面。大地水准面：与平均均海水面重合的水准面。大地水准面是有微小起伏的复杂曲面，其缘由是地球内部质量分布不均匀，看以下图：地球外表上的图形投影到不规那么的大地水准面曲面上计算很困难。为此，选用一个非常接近于大地水准面、并可用数学式表示的几何形体来替代大地水准面，这个规那么曲面就是旋转椭球面〔由椭圆NWSE绕短轴NS旋转而得〕。如以下图红色表示旋转椭球面，它所包围的球体称为地球椭球体。大地水准面它所包围的形体称为大地体。地球椭球的参数可用a(长半径)、b〔短半径〕及α〔扁率〕表示。扁率α为1979年国际大地丈量与地球物理结合会引荐的地球椭球参数a=6378140m，b=6356755.3m,α=1:298.257。旋转椭球面是数学外表，可用如下的公式表示：

按一定的规那么将旋转椭球与大地体套合在一同，这项任务称椭球定位。定位时采用椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与地球短轴重合，椭球与全球大地水准面差距的平方和最小，这样的椭球称总地球椭球。地面上选一点P，由P点投影到大地水准面P0点,使P0上的椭球面与大地水准面相切，此时过P0点的铅垂线与P0点的椭球面法线重合，切点P0称为大地原点。同时要使旋转椭球短轴与地球短轴相平行〔不要求重合〕，到达本国范围内的大地水准面与椭球面非常接近，该椭球面称为参考椭球面。我国大地原点选在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。P地球外表大地水准面

NSWEP0垂线与法线重合参考椭球体参考椭球面与我国大地原点总地球椭球与参考椭球的区别1.2.2地面点位确实定需3个参数：X〔纵坐标〕,Y〔横坐标〕,H〔高程〕或λ〔经度〕,Φ〔纬度〕,H〔高程〕从整个地球思索点的位置，通常是用经纬度表示。用经纬度表示点的位置，称为地理坐标。经度：东经：0°180°西经：0°180纬度：南纬：0°90°北纬：0°90°经度：M点的子午面PMM′P1与首子午面所组成的二面角。纬度：过M点的铅垂线与赤道面EG′M′E1的夹角1.地面点在投影面上的坐标

(1)独立平面直角坐标系〔假定平面直角坐标系〕m(x,y)X轴为南北方向，Y轴为垂直于南北的东西方向，坐标原点在测区西南角X轴可采用：(1)真子午线方向；(2)磁子午线方向；(3)建筑物主轴线方向。丈量上数学上OYXx

y测区αⅡOXYⅠⅢⅣαXYm(x,y)丈量直角坐标系与数学直角坐标系不同点有：过坐标原点的南北方向为纵轴，即X轴，垂直于南北方向〔东西方向〕为横轴，即Y轴。数学直角坐标系横坐标为X轴，纵坐标为Y轴。(2)以纵坐标X轴正向为起始边，顺时针量算角度，象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ顺时针陈列。数学直角坐标以横坐标X正向为起始边，逆时针量算角度，象限逆时针陈列。(3)数学上坐标原点x0、y0均为0。丈量上，为使地面各点坐标均为正数，坐标原点选在测区的西南角或假定一对较大的正整数。(2)高斯平面直角坐标系

(a)高斯投影的原理把地球椭球面上的图形展绘到平面上，必然产生变形。为了减少变形误差，采用一种适当的投影方法，这就是高斯投影。高斯投影是将地球划分为假设干个带，先将每个带投影到圆柱面上。然后展成平面。我们可以想象将一个空心的椭圆柱横套地球，使椭圆柱的中心轴线位于赤道面内并经过球心。将地球按6°分带,从0°起算往东划分,0°～6°为第1带,6°～12°为第2带，……，174°～180°为第30带,东半球共分30个投影，按带进展投影。进展第1带投影时，使地球3°经线与圆柱面相切，3°经线长不变形。0661239高斯6°带投影原理分解演示☆高斯投影分带☆图中上半部为6°度带分带情况：将地球按6°分带,从0°起算往东划分,0°～6°〔第1带〕,6°～12°〔第2带〕，……，174°～180°〔第30带〕,东半球共分30个投影，我国领土从13～23带。图中下半部为3°带分带情况：1°30‘～4°30’〔第1带〕，4°30’〔第2带〕……，我国领土3°带从24～46带。(b)高斯投影特点：①等角:即椭球面上图形投影到平面之后，其角度相等，无角度变形，但间隔与面积稍有变形。②中央经线投影后仍直线，且长度不变形，见右图。因此用这条直线作为平面直角坐标系的纵轴—x轴。而两侧其他经线投影后呈向两极收敛的曲线，并与中央经线对称，距中央经线越远长度变形越大。③赤道投影也为直线。因此,这条直线作为平面直角坐标的横轴—y轴。南北纬线投影后呈凹向两极的曲线，且与赤道投影对称。(c)高斯平面直角坐标系定义：高斯投影各带构成独立的坐标系，中央经线为x轴，赤道投影为y轴，两轴的交点为坐标原点。按高斯直角坐标定义可知：X轴西边各点的Y值均为负。为使Y值为正值，将Y实践均加500km，称Y的通用横坐标,即Y通用=带号+Y实践+500km高斯平面直角坐标系的通用横坐标例：n点在20带，其实践坐标Y实践=-113424.690mY通用=20〔-113424.690m+500000〕=20(386575.310)m=20386575.310mXmY中央子午线作X轴赤道投影作Y轴XYm500komXno由通用横坐标换算实践横坐标公式如下：Y实践=Y通用〔去掉小数点向左数第7、8两位为带号〕-500000m注：我国领土从13～23带，带号占两位，直接去掉头两位即可。例如：某点通用横坐标Y通用=20386575.310m，求该点实践横坐标。首先，将20386575.310m中20去掉〔第7位为0，第8位为2〕那么Y实践=386575.310-500000=-113424.690m2、地面点的高程地面上恣意点至水准面的垂直间隔，称为该点的高程。某点至大地水准面的垂直间隔称该点的绝对高程〔海拔〕。我国规定青岛验潮站1950年至1956年7年统计资料所确定的黄海平均海水面作为一致全国基准面。并在青岛观象山建了水准原点。水准原点至黄海平均海水面的高程为72.289m,这个高程系统称为“1956年黄海高程系〞。20世纪80年代初，国家又根据1953年至1979年28年青岛验潮站观测资料，算得水准原点高程为72.2604m,该高程系统称为“1985年国家高程基准〞。从1985年1月1日起执行新的高程基准。中国黄海高程系统表示图我国两个高程系统(1)1956黄海高程系(2)1985国家高程基准水准原点青岛验朝站海底黄海平均海水面72.289m用1950→1956的观测结果，建立了“1956年黄海高程系统〞。其中H0=72.289m。72.260m用1953→1979的观测结果，建立了“1985年高程基准〞。其中H0=72.260m。AB大地水准面假定水准面B'相对高程HAHB'HAH'绝对高程hAB绝对高程：从地面某点沿铅垂线到大地水准面的垂直间隔，如HA、HB。相对高程：从地面某点沿铅垂线到假定水准面的垂直间隔，如HA'、HB'。高差：两点之间高程之差hAB=HB-HA=HB’-HA’hAB有正负B点高于A点时，hAB为〔＋〕，表示上坡。B点低于A点时，hAB为〔－〕，表示下坡。☆水准原点☆水准原点设在青岛市，高程为72.260m〔1985国家高程基准〕〔注：1956黄海高程系为72.289m)1.1954年北京坐标系采用前苏联克拉索夫斯基参考椭球体参数〔a=6378245m，=1:298.3〕。大地原点实践上是在前苏联普尔科沃。该系统所对应的参考椭球面与我国大地水准面差别，可到达+65m〔东部〕，全国平均达29m。2.1980年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与地球物理结合会在1975年引荐的IUGG-75地球椭球参数〔a=6378140m，=1：298.257〕。大地原点是在陕西省泾阳县永乐镇。1980年坐标系还采用了我国大地网整体平差的数据，椭球面与大地水准面平均差仅为10m左右。国家大地坐标系1.3用程度面替代水准面的限制1.对间隔的影响：在半径为10km圆面积内进展间隔丈量，可以用程度面替代水准面，不用思索地球曲率的影响。3.对高程的影响：程度面替代水准面对高程的影响，200m时就有3.1mm。所以地球曲率对高程影响很大。在高程程丈量中，即使间隔很短也应顾及地球曲率的影响。2.对程度角的影响：当测区范围在100km2时，对角度的影响仅为0.51″，在普通的丈量工可以忽略不计。1.4丈量任务概述2.丈量任务组织原那么规划：从整体到部分程序：从控制到碎部精度：从高级到低级1.根本任务丈量任务实践就是测定点和点之间的间隔、角度和高差，故又称丈量任务三要素。3.丈量任务的操作原那么步步检核,第一步检核不合要求,绝不做第二步。实地地形图☆丈量任务的组织原那么