《铁路工程测量》 课件 项目一 测量学认知

三、铁路工程测量的任务和作用测量学的理论、技术在铁路工程建设中的应用称为铁路工程测量。1.主要任务（1）测绘地形图；2.作用典型工作任务1测量学的任务和作用（2）铁路线路施工测量（线路中线测设、纵横断面测绘、路基放样等（3）铁路维护（竣工测量、变形监测等）。测量工作贯穿整个施工过程，是前期性、先行性、基础性的工作。可以说，离开测量，任何工程建设都无法进行。项目1测量学认知主要内容铁路工程测量的任务2测量学的任务和作用1典型工作任务1测量学的任务和作用一、测量学的概念

测量学是研究地球表面的形状和大小及确定地球表面(含空中、地表、地下和海洋)物体的空间位置，并对这些空间位置的信息进行处理、储存、管理的科学。2.测量学的主要任务是指使用测量仪器和工具、通过外业测量和内业计算，得到地物点和地貌点的一系列测量数据，依照这些数据按照一定的比例将地球表面的地物和地貌缩绘成地形图，供经济建设、国防建设、规划设计及科学研究使用。测定：1.测量学的概念地形图实地测量实地地形测绘成图典型工作任务1测量学的任务和作用一、测量学的概念2.测量学的主要任务测定：测设：是指把图纸上规划设计好的建筑物或设计数据标定在地面上，是改造自然的过程。1.测量学的概念典型工作任务1测量学的任务和作用一、测量学的概念3.测量学的应用（1）各类土木工程建设（2）在国防建设建筑施工、铁路、公路施工、水利建设、电力传输、矿山开采等（3）在地震预测（6）地下电缆埋设（5）近海油井钻探（4）海底资源探测（7）灾情监视与调查（8）宇宙空间技术以及其他科学研究方面都越来越多的应用到测绘技术。4.测量学的分类

大地测量学：研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及建立大地区控制网的理论、技术和方法的学科。普通测量学：不顾及地球曲率的影响，研究在小面积范围内（半径为10km）地球表面的测绘工作的理论、技术和方法的学科。摄影测量学：研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定其形状、大小和空间位置的学科。根据获得像片的方式不同．可分为航空摄影、航天摄影、地面摄影和水下摄影测量学等。

一、测量学的概念典型工作任务1测量学的任务和作用4.测量学的分类

海洋测量学：研究以海洋和陆地水域为对象进行的测量和海图编制工作的学科。

工程测量学：研究工程建设在设计，施工和管理各阶段进行测量工作的理论、技术和方法的学科。

地图制图学：利用测量、采集和计算所得的成果资料，研究各种地图的制图理论、原理、工艺技术和应用的学科。一、测量学的概念典型工作任务1测量学的任务和作用二、测量学的发展1.我国古代测量学的成就2.目前测量学发展状况及展望③清朝康熙年间，1718年完成了世界上最早的地形图之一《皇兴全图》。②北宋时沈括的《梦溪笔谈》中记载了磁偏角的发现。①长沙马王堆三号墓出土的西汉时期长沙国地图——最早的可见的古地图。3S技术、4D产品，数字城市、数字地球。④GIS（Geographicinformationsystem）的发展。③RS（Remotesense）的发展。②GPS（Globalpositioningsystem）的发展。①测量室内外一体化。典型工作任务1测量学的任务和作用三、铁路工程测量的任务和作用

测量学的理论、技术在铁路工程建设中的应用称为铁路工程测量。1.主要任务（1）测绘地形图；2.作用典型工作任务1测量学的任务和作用（2）铁路线路施工测量（线路中线测设、纵横断面测绘、路基放样等（3）铁路维护（竣工测量、变形监测等）。测量工作贯穿整个施工过程，是前期性、先行性、基础性的工作。可以说，离开测量，任何工程建设都无法进行。典型工作任务2地面点位的确定一、地球的形状和大小1.地球自然表面：不平坦也不规则。

由此，人们可以将地球表面设想成一个理想的表面。地球自然表面最高珠穆朗玛峰海拔8843.43m。地球的平均半径6371km。最低玛利亚那海沟海拔-11022m。地球表面海洋面积约占71％，陆地面积仅占29％。

2.水准面：设想以一个静止不动的海水面无限延伸穿越陆地和岛屿，形成一个封闭的曲面，这个曲面包围了整个地球并称为水准面。特点：1.重力等位面；2.有无穷多个，但各水准面之间是不平行的。

3.是不规则的闭合曲面地表面和水准面的示意图水准面水准面水平面boa一、地球的形状和大小典型工作任务2地面点位的确定2.水准面：4.水平面：与大地水准面相切的平面称为水平面。说明：在小范围内进行测量工作时，可以用水平面代替大地水准面。一、地球的形状和大小典型工作任务2地面点位的确定3.大地水准面：平均水准面称为大地水准面地球自然表面大地水准面水平面5.铅垂线：重力方向线称为铅垂线，它是测量工作的基准线。铅垂线铅垂线铅垂线大地水准面O悬挂点G离心力重力大地水准面P地球自然表面大地体OGF引力一、地球的形状和大小典型工作任务2地面点位的确定6.地球椭球体：我国采用的地球椭球体参数值为：a=6378140m,b=6356755m,α=1:298.257。可将地球近似看做平均半径为6371km的圆球。NSWE椭球面大地水准面NSEWOaba地球椭球体一、地球的形状和大小典型工作任务2地面点位的确定二、确定地面点位的方法

测量工作的实质是确定地面点的空间位置（即平面位置和高程位置）。而地面点的空间位置须由三个参数来确定，即该点在大地水准面上的投影位置(即球面投影坐标经度、纬度或平面投影坐标X、Y两个参数)和该点的高程H。

SAA′NEWAXAYAHA典型工作任务2地面点位的确定aOxy大地水准面p二、确定地面点位的方法

地理坐标是用经度λ和纬度φ表示地面点在大地水准面上的投影位置。地理坐标是球面坐标，不便于直接进行各种计算。(1)地理坐标：大地经度：用λ表示。规定:从起始子午面起算，向东为正，由0°至180°，称为东经；向西为负，由0°至180°，称为西经。大地纬度：用φ表示。规定：从赤道面起算，由赤道面向北为正，从0°到90°，称为北纬；由赤道面向南为负，从0°到90°，称为南纬。SNEW首子午面赤道面λφP1.平面坐标：典型工作任务2地面点位的确定(2)高斯平面直角坐标：

利用高斯投影法建立的平面直角坐标系，称为高斯平面直角坐标系。在广大区域内确定点的平面位置，一般采用高斯平面直角坐标。高斯投影法是将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。1、平面坐标：首子午线第1带0°12°6°央子中午线赤道NS赤道线中央子午线12°6°二、确定地面点位的方法

典型工作任务2地面点位的确定1、平面坐标：二、确定地面点位的方法

中央子午线的投影为一条直线，且投影之后的长度无变形；其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，且以中央子午线为对称轴，离对称轴越远，其长度变形也就越大；赤道的投影为直线，其余纬线的投影为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴；高斯投影的特点：中央子午线和赤道的投影相互垂直。(2)高斯平面直角坐标：

首子午线第1带0°12°6°央子中午线赤道

NS赤道线中央子午线12°6°经纬线投影后仍保持相互正交的关系，即投影后无角度变形；典型工作任务2地面点位的确定第二节地面点位的表示方法二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：(2)高斯平面直角坐标：

12345123131516171819202122232930310°6°12°18°72°78°84°90°96°102°108°114°120°126°132°138°168°174°180°174°143°9°15°75°81°87°93°99°105°111°117°123°129°135°171°177°177°(西经)(西经)(东经)(东经)6°带（N

）120244546575859606144434241252627282930313233343536373839403°带（n）6°带：自首子午线起，自西向东每隔6°为一带，全球共分60带。我国境内有11个6°带（13带到23带）带号n与其中央子午线的经度（L0）有下列关系：L0=6n-3

第二节地面点位的表示方法3°带：自东经1°30′，自西向东每隔3°为一带，全球共分120带。二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：(2)高斯平面直角坐标：

带号n与其中央子午线的经度（L0）有下列关系：L0

=3n

我国境内21个3°带（24带到46带）12345123131516171819202122232930310°6°12°18°72°78°84°90°96°102°108°114°120°126°132°138°168°174°180°174°143°9°15°75°81°87°93°99°105°111°117°123°129°135°171°177°177°(西经)(西经)(东经)(东经)6°带（N

）120244546575859606144434241252627282930313233343536373839403°带（n）二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：（2）高斯平面直角坐标ONS中央子午线KK′LL′母线母线赤道线KK'L'Ly(E)

x(N)O中央子午线12°6°第二节地面点位的表示方法二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：（2）高斯平面直角坐标第二节地面点位的表示方法规定：①中央子午线的投影为该坐标系的纵轴x，向北为正。②赤道的投影为横轴y，向东为正。③两轴的交点为坐标原点O。KK'L'Ly(E)

x(N)O赤道线中央子午线12°6°二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：（2）高斯平面直角坐标第二节地面点位的表示方法国家统一坐标yBBxAyAxBA500kmyAyBY第二节地面点位的表示方法二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：（3）独立平面直角坐标系①南北方向为纵坐标轴，记作x轴，向北为正；②以东西方向为横坐标轴，记作y轴，向东为正；③坐标原点O一般选在测区西南角，使测区内各点的x、y坐标均为正值；④坐标象限按顺时针方向编号。

当测区范围较小时，可以用测区中心点a的水平面来代替大地水准面。在这个平面上建立的测区平面直角坐标系，称为独立平面直角坐标系。规定：二、确定地面点位的方法

1、平面坐标：（3）独立平面直角坐标系第二节地面点位的表示方法ⅣⅢⅠⅡxoAXAYAy大地水准面OxypaAXAYAHA第二节地面点位的表示方法二、确定地面点位的方法

2、地面点的高程：(1)绝对高程

地面点到大地水准面的铅垂距离，称为该点的绝对高程，又称海拔，在工程测量中习惯称为高程，用H表示。地面点A、B的高程分别为HA、HB。(2)相对高程

个别地区采用绝对高程有困难时，也可以假定一个水准面作为高程起算基准面，这个水准面称为假定水准面。地面点到假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程。A、B两点的相对高程为H´A、H´B。

B二、确定地面点位的方法

2、地面点的高程：第二节地面点位的表示方法HB′ABHAHBHA′大地水准面黄海平均海水面铅垂线铅垂线假定高程起算面二、确定地面点位的方法

2、地面点的高程：第二节地面点位的表示方法(1)绝对高程

地面点A、B的高程分别为HA、HB。(2)相对高程A、B两点的相对高程为H´A、H´B。在小范围内进行测量工作时，可以用水平面代替大地水准面。HB′ABHAHBHA′大地水准面黄海平均海水面铅垂线铅垂线假定高程起算面二、确定地面点位的方法

2、地面点的高程：第二节地面点位的表示方法HB′ABhABHAHBHA′大地水准面黄海平均海水面铅垂线铅垂线假定高程起算面思考：用绝对高程和相对高程计算高差结果是否一致？

二、确定地面点位的方法

2、地面点的高程：(3)高差

地面两点间的高程之差，称为高差，用h表示。高差有方向和正负。因此，A、B两点的高差与B、A两点的高差，绝对值相等，符号相反，即：

综上所述，我们只要知道地面点的三个参数x、y、H，那么地面点的空间位置就可以确定了。A、B两点的高差为：B、A两点的高差为：问题：用绝对高程和相对高程计算高差结果是否一致？第二节地面点位的表示方法第三节用水平面代替水准面的范围一、对距离的影响将tanθ按级数展开为：以水平长度D′代替弧长D所产生的误差△D为：ABabb′θRODD′第三节用水平面代替水准面的范围一、对距离的影响距离D/km距离误差ΔD/mm相对误差ΔD/D1081:1220000201281:2000005010261:4900010082121:12000结论：在半径为10km的范围内，进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不必考虑地球曲率对距离的影响。ABabb′θRODD′第三节用水平面代替水准面的范围二、对高程的影响HB与HB′的差值，即为水平面代替水准面产生的高程误差，用△h表示，则:上式等号右边的表达式中可以用D代替D′，△h相对于2R很小，可以略去不计，则:ABabb′θR△hOH'BHBD′D第三节用水平面代替水准面的范围二、对高程的影响距离D/km0.10.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848结论：在进行高程测量时，即使距离很短，也应顾及地球曲率对高程的影响。ABabb′θR△hOH'BHBD′D第三节用水平面代替水准面的范围三、对水平角的影响

从球面三角学可知，同一空间多边形在球面上投影的各内角和，比在平面上投影的各内角和大一个球面角超值ε。球面多边形面积S（km²）球面角超值ε(΄΄)球面多边形面积S（km²）球面角超值ε(΄΄)100．051000．51500．253001．52结论：面积S为100km2时，用水平面代替水准面所产生的角度误差仅为0.51´´，所以在一般的测量工作中，可以忽略不计。

一、测量的基本工作

第四节测量工作概