土木工程测量第一章绪论

土木工程丈量程见Q330735699Ⅰ教学目的和重要性本课程是土木工程类专业学生的学科根底必修课程，是一门实际性强，实际和实际严密结合的课程。本课程的义务主要是处理在各类土木工程建立中需掌握的丈量根底实际、根本方法和根本技艺，培育动手、实际和创新才干，掌握常用丈量仪器和工具的运用和维护方法，掌握大比例尺地形图的测绘，具备土木工程施工放样的才干，培育仔细细致的任务作风和严谨的科学态度，为后续课程的学习和从事土木工程勘测、设计、施工任务奠定必要的根底。Ⅱ学习方法和要求本课程为64学时,其中实际学时为40,实验学时为24。学习要求:本课程是一门实际性很强的课程，必需坚持实际与实际并重，讲练结合的原那么。在实验教学中，必需做到训练仔细，要求严厉，在观测、记录和计算等方面遭到严厉的训练，真正到达培育实践动手才干的目的。Ⅲ课程结业方式和成果评定

本课程为考试课程，最终成果由：考试成果〔50%〕、实验成果〔30%〕、平常成果〔20%〕三部分组成。Ⅳ学时分配第一章绪论2学时第二章水准仪及水准丈量8学时第三章经纬仪及角度丈量8学时第四章直线定向及间隔丈量6学时第五章小地域控制丈量6学时第六章丈量误差及根本知识2学时第八章大比例尺地形图的测绘6学时第九章建筑施工丈量2学时第一章绪论1.1土木工程丈量学的义务1.2地面点位确实定1.3测绘任务的根本原那么1.4用程度面替代水准面的限制小节第一章绪论内容：掌握工程丈量的根本概念、义务与作用；了解水准面、大地水准面、独立平面直角坐标系、高斯平面直角坐标系、绝对高程、相对高程和高差的概念；了解用程度面替代水准面的限制。重点：丈量基准面的概念、丈量坐标系统和高程系统难点:高斯坐标系中横坐标通用值与代号的关系1.1工程丈量学的义务1.丈量学的定义测绘学是研讨地球的外形和大小、地球重力场以及确定地球外表〔包含空中、地下和海底〕物体的空间位置，以及对空间位置信息进展采集、处置、储存、管理的科学。根据它的义务与作用，包括两个部分：测定〔测绘〕——由地面到图形。测设〔放样〕——由图形到地面。指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的根据。2.丈量学的分类〔了解〕普通丈量学－小范围不顾及地球曲率的影响大地丈量学－研讨地球大小、外形、重力场摄影丈量学－运用摄影或遥感技术海洋丈量学工程丈量学地图制图学GPS卫星丈量2.丈量学的分类普通丈量学－〔根底〕在不顾及地球曲率影响情况下，研讨地球自然外表部分区域的地形、确定地面点位的根底实际、根本技术方法与运用的学科。工程丈量学－研讨各类工程在规划、勘测设计、施工、开工验收和运营管理等各阶段的丈量实际、技术和方法的学科。主要内容包括控制丈量、地形丈量、施工丈量、安装丈量、开工丈量等。2.丈量学的分类随着遥感(RS)、卫星全球定位系统(GPS)和地理信息系统(GIS)等新技术的不断开展，新的丈量分支学科将不断涌现。2.丈量学的分类2.丈量学的分类2.丈量学的分类2.丈量学的分类2.丈量学的分类〔航测〕2.丈量学的分类〔航测〕2丈量学的分类2丈量学的分类1.2地面点位确实定回想：空间点位如何确定?如何确定点位？1．有坐标的面〔点投影后位置独一确定〕丈量基准面①面如何确定？②面上坐标如何确定？２．一定的投影方式铅垂1.2.1地球的外形和大小1．地球的外形和大小1．地球的外形和大小从整个地球来看：地球大致像一个椭球体，其外表极不规那么，不便于用数学公式来表达。地球高低起伏的外形：最高海拔8844.43m〔我国西藏与尼泊尔交界处的珠穆朗玛峰〕；最低海拔11022m〔太平洋西部的马里亚纳海沟〕，但地球的半径大约是6371000m。海洋面积：71%陆地面积：29%——可以以为地球是被静止的海水面所包围的球体。2.关于水准面的几个根本概念把地球总的外形看作是被海水包围的球体，也就是想象有一个静止的海水面，向陆地延伸而构成一个封锁的曲面。重力----地球引力与离心力的合力。铅垂线〔重力作用线〕——丈量任务基准线2.关于水准面的几个根本概念水准面——由自在静止的海水面向陆地延伸，并包含整个地球，构成一个封锁的曲面来替代地球外表〔重力等位面〕，是一个处处与重力方向垂直的延续曲面。大地水准面——与平均海水面吻合并向大陆、岛屿内延伸所构成的闭合曲面。——丈量任务基准面。大地水准面实践上是一个有微小起伏的不规那么曲面〔缘由？〕大地体——大地水准面所包围的地球形体。2.关于水准面的几个根本概念旋转椭球面——〔丈量计算基准面〕为了计算方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式来表示的几何体来替代地球的外形，这就产生了“旋转椭球〞的概念。长半径a=6378m短半径b=6356752m扁率f=(a-b)/b=1/298.2572.关于水准面的几个根本概念1.2.2地面点位确实定丈量任务的本质：确定地面点的空间位置，即：在丈量基准面上用3个量〔该点的平面或球面坐标与该点的高程〕来表示。要确定地面点位必需建立丈量坐标系统和高程系统。1.2.2.1坐标系统定义：坐标系统用来确定地面点在地球椭球面或投影平面上的位置。常用的有：1.大地坐标系2.高斯－克吕格尔平面直角坐标系〔重点〕3.独立平面直角坐标系〔重点〕1.大地坐标系1、大地地理坐标〔大地坐标〕〔属于球面坐标系统〕——用经度和纬度来表示地面点。适用于：在地球椭球面上确定点位。2.关于地理坐标的几个概念地轴：地球北极N与南极S的连线子午面：过地面点P和地轴的平面子午线：子午面与地球外表的交线首子午面：经过英国伦敦格林威治天文台的子午面，相应的子午线为首子午线〔零子午线〕，经度为0°。我国目前运用的大地坐标系为：1980年国家大地坐标系。2.高斯平面直角坐标系适用于：测区范围较大，不能将测区曲面当作平面对待。当测区范围较大，假设将曲面当作平面来对待，那么把地球椭球面上的图形展绘到平面上来，必然产生变形，为减小变形，必需采用适当的方法来处理。丈量上常采用的方法是高斯投影方法。高斯投影方法是将地球划分成假设干带，然后将每带投影到平面上。高斯投影是等角横切椭圆柱投影。等角投影就是正形投影。所谓，正形投影，就是在极小的区域内椭球面上的图形投影后坚持外形类似。即投影后角度不变形。图形：高斯投影方法图一

(1)高斯投影的表达—横圆柱描画法

把地球看作一个圆球，想象把一个平面卷成一个横圆柱，把它套在圆球外面，使横圆柱的中心轴线经过圆球的中心，把圆球面上一根子午线与横圆柱相切，即这条子午线与横圆柱重合。以此子午线为中心将其左右一定带宽范围内的球面用正形投影〔等角投影即高斯投影〕的方法投影至圆柱面上。

图形：高斯投影方法图二投影剪开展平总结：高斯投影特点1中央子午线与赤道呈直线，长度不变，且二者正交2角度不变形，长度变形3离中央子午线越远，长度变形越大(2).投影分带为控制投影变形，这种投影方法把地球分成假设干范围不大的带进展投影，带的宽度普通分为经差6º、3º和1.5º几种，简称6º带、3º带和1.5º带，中心的子午线为中央子午线，其经度的计算方法如下。6º带：〔6N-3〕º3º带：〔3n〕ºN，n－带号①.6°带划分方法：从首子午线自西向东每隔6°划分一带，称6°带。

位于各带中央的子午线称中央子午线。②.3°带划分：从经度1°30′自西向东按3°度划分，带号用n表示，依次编号1～120(3).六度带、三度带计算六度带各带中央子午线经度计算为：三度带各带中央子午线经度计算为：

例1：某点经度116°28′，属于6°带的带号为：_______,中央子午线经度为_______,3°带带号为______，

中央子午线经度为：_________。(4).坐标建立以各带中央子午线为纵轴〔x轴〕，北方向为正，赤道为横轴〔y轴〕，东方向为正；其交点为原点，即建立起各投影带的高斯－克吕格尔平面直角坐标系。(5)横坐标通用值目的：防止我国y坐标值出现负值1〕X坐标不变；2〕Y坐标先加500km，再在其之前冠以该投影带的带号。[例题]：国家高斯平面点P〔3032586.48，20648680.54〕，请指出其所在的带号及自然坐标为多少？(1)点P至赤道的间隔：X=3032586.48m(2)其投影带的带号为20、P点离20带的纵轴X轴的实践间隔：Y=648680.54-500000=148680.54m3.独立平面直角坐标系〔1〕定义：当丈量区域较小(如在半径小于10km的范围内)时，可以将其当做平面来对待。在这种情况下，地面点的位置可用平面直角坐标表示。右图为丈量任务中采用的坐标系。规定南北方向为纵轴，记为x轴，x轴向北为正；以东西方向为横轴，记为y轴，y轴向东为正。〔2〕.独立平面直角坐标系与数学坐标系的区别数学上的平面直角坐标丈量上的平面直角坐标〔2〕.独立平面直角坐标系与数学坐标系的区别其与数学中平面直角坐标系相比，不同点：〔1〕丈量上取南北方向为纵轴〔X轴〕，东西方向为横轴〔Y轴〕〔2〕角度方向顺时针度量，象限顺时针编号。一样点：数学中的三角公式在丈量计算中可直接运用。1.2.2.2高程系统1.根本概念：高程，绝对高程，相对高程，高差高程：地面点至某一高程基准面的垂直间隔绝对高程：又称高程或海拔，指地面点到大地水准面的铅垂间隔——H相对高程〔假定高程〕：地面点到假定水准面的铅垂间隔——H′高差:地面上两点之间的高程之差。我国的水准原点建在青岛市，在1985年国家高程系统中中其高程为72.260米地面点的高程(Elevation)高程〔绝对高程、海拔〕-----地面点到大地水准面的铅垂间隔。假定〔相对〕高程-----地面点到假定水准面的铅垂间隔。高差-----两点间的高程之差。假定水准面大地水准面高差2.高程系统表示图12.高程系统表示图21.3测绘任务的根本原那么1.3.1测绘的根本任务1、地面点定位元素地面点间的间隔D、相关角度β、高程H因此，丈量的根本任务为：高程丈量〔水准丈量〕、角度丈量、间隔丈量2、工程丈量学的义务①.测图－运用各种测绘仪器和工具，在地球外表部分区域内，测定地物和地貌的特征点或棱角点的三维坐标，根据部分区域地图投影实际，将丈量资料按比例绘制成图或制造电子图。既能表示地物平面位置又能表示地貌变化的图为地形图.②.用图－与成图相反，在图上丈量以获取所需资料，或将图上数据反算成实地相应的丈量数据，以处理设计和施工中的实践问题。1.1.2工程丈量学的义务③.放图－施工放样，根据设计图提供的数据，按照设计精度要求，经过丈量手段将建〔构〕筑物的特征点、线、面等标定到实践任务面上，为施工提供正确位置，指点施工。④.变形丈量－位移观测、变形观测等。因此，丈量学贯穿于工程建立的全过程.1.3.2测绘的根本原那么1.丈量程序逐级进展，即：先进展控制丈量，后进展碎部丈量和与工程建立相关的丈量。控制丈量：控制点的丈量碎部丈量：以控制点为根据，在测区内用低一级精度测定周围部分范围内地物、地貌特征点的定位元素相关丈量：2.丈量原那么〔重点〕整体性原那么——从整体到部分控制性原那么——先控制后碎部等级性原那么——由高级到低级检核性原那么——前一步任务未经检核不得进展下一步任务1.4用程度面替代水准面的限制对间隔影响？对高程影响？对角度影响？1.4.1地球曲率对程度间隔的影响1.4.1地球曲率对间隔的影响结论：在半径为10km的圆面积内进展长度的丈量任务时，可以把水准面当作程度面对待，普通建筑工地的范围可以扩展到20km。1.4.2地球曲率对高程的影响1.4.2地球曲率对高程的影响D＝0.2km时，△h＝3.1mm，故：即使间隔D很小，假设以程度面替代水准面，地球曲率对高程的影响也是不允许的。高程丈量应根据丈量精度要求和间隔大小予以思索其影响。1.4.3地球曲率对角度的影响在测区面积不大于100k㎡时，程度角度丈量可