工程测量绪论课件.ppt

《工程测量绪论课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程测量绪论课件.ppt（50页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、工程测量绪论,工程测量,环境工程09级1、2班用 任课教师：蒋利龙 电话：,工程测量绪论,“测、算、绘”（原理、公式、仪器、方法）,1、实验8学时（内容：高程测量和角度测量；地点：实验1号楼 215；教师：王宇会 ） 2、实习1周（第八周）,平时：30%（作业与考勤） 考试：70%（随堂、闭卷；考前不另指重点）,内容多、学时少（章节顺序跟教材不完全一致）；实践性强,1、每章布置 15道题，学完第4章、第8章分别交一次。 2、必须按时交，补交不批改；抄与被抄者都各扣20分。,工程测量绪论,第一章 绪论,11 测量学的任务与作用 12 地面点位的确定 13 测量工作概述,工程测量绪论,11 测量学

2、的任务与作用 一、测量学的定义 测量学主要研究地球表面及空间点位信息的采集、处理、表达及利用方法，其内容包括地面点位置的测定、地表形态的局部描述，以及地球形状与大小的精确测定等。 测量学将地表物体分为地物和地貌，总称为地形。（在地理学中，地形单指地貌）,工程测量绪论,地物：地面上天然或人工形成的固定性物体。包括江河、湖泊、海洋、房屋、道路、桥梁等。,工程测量绪论,地貌：地表高低起伏的形态。包括山地、丘陵和平原等。,工程测量绪论,二、测量学的任务与分支学科 （一）.测量学的任务 测量学的主要任务是测定和测设。 测定：使用测量仪器和工具，通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺、规定的符号缩小

3、绘制成地形图。测定工作通常与绘图一道进行。 测设：将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来，作为施工的依据。 由于测量学包括“测量”和“绘图”，所以测量学又称作“测绘学”。,工程测量绪论,地物、地貌,地形图,测量、计算、绘图,测定工作过程示意图,工程测量绪论,计算、放样,设计图,测设工作过程示意图,标设在实地,工程测量绪论,（二）. 测绘学的分支学科 测绘学是一级学科，下分五个分支： 大地测量学建立国家大地基础控制；研究地球的形状和大小。 摄影测量与遥感学利用摄影像片或遥感影像来测绘地球或物体表面的形状。 地图制图学研究成图的理论与方法。 工程测量学直接为各种工程建设服务的测量理

4、论及方法。 海洋测量学海洋定位，海底地形的测绘。 在本课程中，将主要介绍工程测量学中地形测量的相关内容,工程测量绪论,三. 测绘学的作用 测绘学应用十分广泛。 城市规划、市政工程、土木建筑、道桥建设、矿产资源开采、水利水电建设、国防建设、农业、林业、环境保护等领域，都与测绘工作息息相关。 测量工作 “贯穿于工程的始终，左右着工程的质量”。 从规划、勘察、设计到征地、施工、竣工，甚至以后的营运管理，每一个环节都离不开测绘工作。,工程测量绪论,工程建设中的测绘工作 设计阶段：测绘地形图，供设计建、构筑物使用； 施工阶段：将设计建、构筑物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据；控制方向和垂直

5、度； 竣工之后：测绘竣工图（检查施工是否与设计相符），进行变形观测，保证建筑物的安全。,工程测量绪论,12 地面点位的确定 地球的形状与大小 地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。地球绕地轴（南极与北极的连线）逆时针自转。地轴与公转轨道平面的夹角为66o33。,工程测量绪论,地球的自然表面不光滑、不规则，有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等。 地球上海拔最高的珠穆朗玛峰高出海水面8844.43米(1975年测量值为 8848.13米），最低的马里亚纳海沟（位于太平洋西部的斐查兹海渊）则低于海水面11022米。,工程测量绪论,如此大的高低起伏，相对于庞大的地球来

6、说，还是可以忽略不计，故可将地球看作球状。 考虑到海水面积约占地球表面积的71%，所以人们把地球视为被海水包围的球体。,工程测量绪论,设想有一个静止的海水面向陆地延伸，包围整个地球，形成一个封闭的曲面，则这个封闭静止的曲面称为水准面。,地球自然表面,假想的封闭曲面水准面,水准面仍然是一个不规则曲面。,工程测量绪论,海水有潮汐，时高时低，故水准面有无数个。,水准面1,水准面2,水准面3,工程测量绪论,大地水准面,与平均海水面相吻合（或者说通过平均海水面）的水准面称为大地水准面。它所包围的形体叫“大地体”。,大地水准面和大地体都是唯一的。,大地体,工程测量绪论,水准面也可定义为：处处与铅垂线垂直的

7、连续封闭曲面。,铅垂线就是重力作用线，即万有引力（指向地球质心）与地球自转离心力的合力方向线。 铅垂线是测量工作的基准线。,工程测量绪论,地球引力的大小与地球内部质量有关，而地球内部质量的分布不均匀，因此，地面点铅垂线的方向会产生不规则变化，致使大地水准面成为一个表面光滑但形状不规则的复杂曲面。,工程测量绪论,在这个复杂曲面上，我们仍然无法进行测量数据处理。 为解决这个问题，需用一个形状与大地水准面非常接近、但可用数学式表示的规则几何形体的表面来代替大地水准面，作为测量计算的基准面。 这个规则几何形体是用包含地轴NS的椭圆绕地轴旋转所得的椭球体。 很显然，椭球体与大地体不可能完全重合。,椭球体

8、,工程测量绪论,不同国家通常选择最适合本地区的椭圆参数，并通过适当的椭球定位来构建测量坐标系。 习惯上称这样的椭球体为参考椭球体（不是唯一的），其表面叫参考椭球面。 参考椭球体的几何元素包括长半径a、扁率（或短半径b）。 我国西安80坐标系采用的椭球元素值为：,a 6378140m； （ab）/ a1/298.257； b 6356755m,当测量范围不大或精度要求不高时，可将地球椭球视为圆球，其半径为：R（aab）/ 36371km,工程测量绪论,二. 确定地面点位的方法 描述一个点在地球上所处的位置通常需要用到坐标，而坐标值的大小则取决于所用的坐标系统。 测量上将空间坐标系分解成确定点的平

9、面（实为球面）位置的坐标系(二维)和高程系(一维)。,工程测量绪论,（一）.球面（大地）坐标系统 在球面坐标系统中，用经度L和纬度B表示某地面点在椭球面上的位置。 包含地轴NS的平面叫做子午面。 通过英国格林尼治天文台的子午面称为起始子午面（即首子午面）。 过某点P的子午面与首子午面的夹角叫该点的经度L，有东经和西经之分。 过P点的法线（与该点处椭球面垂直的直线）与赤道面的交角叫该点的纬度B，有北纬、南纬之分。,在地形测量和普通工程测量中一般不采用球面（大地）坐标系。,过P点的法线,过P点的 子午面,首子午面,工程测量绪论,（二）.高斯平面直角坐标系统 在工程建设中，使用大地坐标很不方便。 通

10、常采用平面坐标。因此，需将球面上的大地坐标按一定的数学法则归算（投影）到平面上。 椭球面是一个不可直接展开的曲面，将椭球体面上的元素按一定的条件投影到平面上时，肯定会产生变形。现在地图投影通常采用变形较小的等角投影。 我国目前采用高斯投影。它是一种等角投影（也称正形投影）。,工程测量绪论,1.高斯投影的几何意义 用一个假想的空心横向椭圆柱套在地球椭球的外面，与地球椭球面上的一条子午线（该子午线称为中央子午线）相切，并使横向椭圆柱的轴线与椭球面的长轴重合。 在保持高斯等角投影的条件下，用数学方法将参考椭球面上的点、线和图形一一投影到横向椭圆柱面上。 然后沿经过极点的母线ENE、FSF将横向椭圆柱

11、面切开展平，即得高斯投影平面上的相应点、线和图形，如下图所示。,工程测量绪论,工程测量绪论,设想用一个空心横向椭圆柱套在参考椭球外面,投影过程,母线,母线,参考椭球面,使横向椭圆柱面与某一子午线相切,相切的这条子午线 叫中央子午线,赤道,将椭球面上的图形按等角投影原理投影到横向椭圆柱面的内侧,投影带,工程测量绪论,然后将横向椭圆柱面沿上、下母线切开，展开成为平面,工程测量绪论,工程测量绪论,投影并展平后，中央子午线与赤道都是直线，分别作为高斯平面直角坐标系的纵轴（x轴）与横轴（y轴）。,工程测量绪论,高斯投影过程,投影后 取出横向椭圆柱,剪开,伸展压平,红线是投影区边界线,工程测量绪论,2.高

12、斯投影平面的特点 1)投影后中央子午线NBS是直线，长度不变。 2)投影后赤道ABC也是直线，且保持ABCNBS的关系。 3) 除了中央子午线上的线段在投影时不产生变形外，投影带内其它地方的线段均会产生变形，变形值的大小与投影区域离中央子午线的距离成正比，两侧对称（离中央子午线越远，投影变形就越大）。 为控制投影变形值，高斯投影的范围（即经度差）不宜过大，须分带进行投影，即把整个地球表面划分成若干带，分别将各带均按高斯投影方法投影到平面上。,工程测量绪论,3.分带方法 投影分带有6o带、 3o带和1.5o带几种。带宽越小，其变形也越小。 以6o带投影为例。从首子午线开始，经度（东经）每增加6o

13、划一带，全球分成60带，带号分别为160。任意投影带的中央子午线的经度LN为： LN6N3 （ N为投影带号数） 我国的大地经度为74135，所以N 为1323。,工程测量绪论,3o带投影时，第一带的中央子午线与6o带重合，即为东经3o。各带中央子午线的经度Ln与带号n的关系为： Ln3n （我国的n为2545）,工程测量绪论,4.高斯平面直角坐标系的建立 x轴是中央子午线NBS的投影，北方为正； y轴是赤道ABC的投影，东方为正； 原点为中央子午线与赤道的交点。 、四个象限按顺时针顺序排列，如右下图。 注意：测量学中的平面直角坐标系与数学坐标系的区别“x、y互换，象限顺数”。 规定南北方向为

14、x轴的目的是为了定向方便（磁北方向），而规定象限顺数是为了将数学中的坐标计算公式直接用于测量之中，不需做任何变更。,工程测量绪论,5.用高斯平面直角坐标表示地面点位置 在某点的高斯平面直角坐标值中， x表示在高斯平面上该点至赤道的距离， y坐标表示在高斯平面上该点至中央子午线的距离。 为了能根据某点的坐标值确定该点位于哪个投影带内，规定在横坐标值之前冠以带号，即横坐标值中的前两位数字为带号。,我国位于北半球，x坐标始终为正，但y坐标却有正有负。 为避免y坐标出现负值，故规定将坐标纵轴向西平移500km（经度差1o对应的距离约为111km），即任何一点的横坐标都等于其真实值加500km 。 例如

15、，某点的横坐标值是20380268.2米，表示该点位于第20带内（ 6o带），真实坐标为：y=119731.8米,工程测量绪论,(三). 独立平面直角坐标系 当测量区域较小时，可以考虑采用独立平面直角坐标系。 独立平面直角坐标系的坐标轴、象限顺序跟高斯平面直角坐标系完全相同，坐标计算方法也相同。不同之处在于： x轴的正方向并不一定指向北极，大致指北即可。 坐标原点可以假定，即可根据需要自行确定，如取测区内某点的坐标为（1000，1000）。,工程测量绪论,三. 高程系统 确定一个点的空间位置需要三个量，如三维坐标系中的X、Y、Z。 上述坐标系统仅解决了点的平面位置（坐标）问题，还需用高程系统来

16、确定地面点的高度位置。 在测量学中，地面点的高程是指该点至某一基准面（起算面）的垂直距离。,工程测量绪论,如果基准面是大地水准面，则这个垂直距离称为该点的绝对高程，简称高程（或海拔、标高），通常用H加点名作下标表示，如HA、HB 。,工程测量绪论,我国目前采用的高程系统以青岛验潮站历年（19531977）观测的黄海平均海水面为基准面即以该点处的平均海水位置为高程零点得到大地水准面，该系统称作“1985国家高程基准”，简称“85高程基准”。 全国各地的高程都以此为准进行测算。,工程测量绪论,如果起算面（基准面）不是大地水准面，而是任意水准面或假定水准面，则地面上某点至该起算面的垂直距离称为相对高

17、程或假定高程。用HP表示。,地面上A、B两点的高程之差称为高差，用hAB表示，即：,由此可见，两点间的高差与起算面无关。但某点的高程却与起算面密切相关。,工程测量绪论,13 测量工作概述 一. 测量工作的实质 实质：确定地面点的位置，即地面点定位。 过程：找“特征点（碎部点）”，测定其三维坐标。,工程测量绪论,图中，房角点1、2、3和道路转折点1、2、3都是地物特征点，即需要测量坐标的碎部点。,工程测量绪论,二.测量工作的原则 布局上“从整体到局部”，程序上“先控制后碎部”。 2. “没有对前段工作的检查，就不能开展后一阶段的工作”。,工程测量绪论,无论是测绘还是测设，都需以测区内部或附近的具有控制意义的基准点为依据，否则无法拼接，确定相对关系。,工程测量绪论,先建立控制网，统一坐标系，然后根据控制网进行碎部（又称细部）测量或测设。,工程测量绪论,工程测量绪论,三.定位要素 地面点定位的参数是x、y、H，其要素为“角度、距离和高差”。 地面点定位的基本工作：角度测量、距离测量和高差测量。,工程测量绪论,第一章作业：P102、3、4、5、9,