道路工程测量测量1.ppt

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1、1.1 道路交通工程测量的任务与作用 1.2 地球的形状与大小 1.3 测量坐标系 1.4 水平面代替水准面的限度 1.5 测量工作的原则与程序,第一章 绪论,一、测量学的概念 测量学是研究如何测定地表上点的位置，如何将地球表面的形状及其信息测绘成图，如何确定地球的形状与大小，并将设计图纸上的工程构造物在实地上标定出来。,测量工作的基本任务： （1）、测定 （2）、测设（施工放样）,二、测量学科分类,大地测量学： 研究和确定地球形状、大小、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的科学。 摄影测量与遥感学： 研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取语义和非语义信息

2、，并用图形、图像和数字形式表达的学科。,地图制图学与地理信息工程： 研究利用地图图形科学地、概括抽象地反映自然界和人类社会各种现象的空间分布、相互关系及其动态变化，并对空间信息进行获取、智能抽象、存储、管理、分析、处理、可视化及其应用的科学。 海洋测量学： 它以海洋水体和海底为测绘对象，研究测量及海图编制的理论和方法的科学，主要包括海道测量、海洋大地测量、海底地形测量、海洋专题测量以及航海图、各类海洋图等的编制。,工程测量学： 研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、施工与管理各个阶段进行的控制测量、地形测绘、施工放样和变形监测的理论和科学技术。 工程测量学是测绘科学技术在国民经济和国防

3、建设中的直接应用。,三、道路工程测量的任务和作用 运用测量学的基本原理和方法为各类建筑工程服务。 工程建设三阶段 测量的任务 勘测设计 控制，测绘地形图 施工建设 施工放样，竣工测量 运营管理 安全监测，变形观测,1-2 地球的形状与大小,一. 地球的形状和大小 1地球自然形体：是一个不规则的几何体， 陆地面积约占21%， 海洋面积约占地球表面的71%。,大地体：大地水准面所包围的代表地球形状和大小 的形体。,大地水准面：设想处于完全静止的平均海水面向 陆地和岛屿延伸所形成的闭合曲面。,由于大地水准面是一个不规则的曲面，不能用数学公式表述，因而需要寻找一个理想的几何体代表地球的形状和大小。 该

4、几何体必须满足两个条件： 形状接近地球自然形体； 可以用简单的数学公式表示。,2参考椭球体及参考椭球面 参考椭球体 一个非常接近大地体，并可用数学式表示 几何形体，作为地球的参考形状和大小。 它是一个椭圆绕其短轴旋转而形成的形体，故又称旋转椭球体。,参考椭球面,参考椭球面 参考椭球体外表面， 是球面坐标系的基准面。,旋转椭球体由长半轴a（或短半轴b）和扁率决定。 我国目前采用的参考 椭球体的参数为： 长半轴 a= 6378140m 短半轴 b= 6356755.288m 扁 率 = =,测量精度要求不高时，可把地球看作圆球，其平均半径 R =6371km,3、测量工作的基准线和基准面 测量工作

5、的基准线铅垂线 。 测量工作的基准面大地水准面。 测量内业计算的基准线法线。 测量内业计算的基准面参考椭球面。,O,G,大地水 准面,铅垂线,二、确定地面点位的方法 地面点的空间位置可以用点在水准面或水平面上的位置（X，Y）及点到大地水准面的铅垂距离（H）来确定。 如地面点： A （X，Y，H）,C,Y,1、地面点的高程 地面点的高程： 地面点沿铅垂方向到 大地水准面的距离。 注：地面点在大地水 准面以上，H为正； 地面点在大地水准 面以下，H为负。 如图：HA= 166.780m HB= - 136.680m,A,大地水准面,HA,B,HB,绝对高程（海拔）：某点沿铅垂线方向到大地水准 面的

6、距离。如：HA、HC。 相对高程：某点沿铅垂线方向到任意水准面的距离。 如：HA、HC 。 高差：地面上两点高程之差。 如：hAC = HC HA hAC = HC HA 当hAC为正时， C点高于A点； 当hAC为负时， C点低于A点；,我国的高程系统： 水准原点 全国高程的起算点。 1985年国家高程基准72.260m 1956年黄海高程系 72.289m 目前我国统一采用 1985年国家高程基准 。,水准原点,H0,验潮站,大地水准面,三、地面点在投影面上的坐标 地面点的坐标常用地理坐标、平面直角坐标或 空间直角坐标表示。 （一）地理坐标 以参考椭球面为基准面，以椭球面法线为 基准线建立

7、的坐标系。 地球表面任意一点的经度和纬度，称为该 点的地理坐标，可表示为 A(L,B) 。 如：北京 东经11628北纬3954,S,纬线,N,O,地 轴：地球的自转轴(NS)，N为北极，S为南极。,子午面：过地球某点与地轴所组成的平面。,子午线：子午面与地球面的交线， 又叫经线。,起始子午面：通过英国格林尼治天文台 的子午面NGS 。,纬 线：垂直于地轴的平面与地 球面的交线。,赤道平面：垂直于地轴并通过 地球中心的平面WME。,赤 道：赤道平面与地球面 的交线。,W,E,赤道,赤道平面,起始子午面,起始子午线,G,大地经度：过P点的子午面NPS与首子午面NMS所构 成的二面角叫做P点的大地

8、经度，用L表示。,大地纬度：过P点的法线 Pn与赤道面的夹角叫做P点 的大地纬度，用B表示。,赤道平面,O,P,M,大地经度L,大地纬度B,n,L,B,起始子午面（首子午面）,S,N,L取值范围： 东经0180 西经0180 B取值范围： 南纬090 北纬090,我国大地原点位于陕省泾阳县永乐镇，距西安36公里，1977年动工，1978年建成 。 我国统一采用的坐标系为“1980年国家坐标系”。,大地原点：全国统一坐标的起算点。,（二）平面直角坐标 由于地理坐标是球面坐标，在工程建设规 划、设计 、施工中，测量和计算十分不便。 投影：将球面坐标按一定的数学法则归算到 平面上。 即 X= F 1

9、（L，B） Y= F 2（L，B） 我国采用高斯平面直角坐标，小地区范围内 也可采用独立平面直角坐标。,高斯平面直角坐标系,1、高斯投影的概念 高斯投影是一种等角投影。它是由德国数学家高斯(Gauss，17771855)提出，后经德国大地测量学家克吕格(Kruger，18571923)加以补充完善，故又称“高斯克吕格投影”，简称“高斯投影”。,测量中大量的角度观测元素，在投影前后保持不变，这样免除了大量投影计算工作； 保证在有限范围内使得地图上图形同椭球上原形保持相似，给识图用图带来很大方便。 投影能方便的按分带进行，并能用简单的、统一的计算公式把各带连成整体。,测量对地图投影的要求：,N,S

10、,c,中央,子,午线,赤道,2、高斯投影的原理,高斯投影采用分带投影。将椭球面按一定经差分带，分别进行投影。,高斯投影必须满足： 1高斯投影为正形投影， 即等角投影； 2中央子午线投影后为直 线，且为投影的对称轴； 3中央子午线投影后长度 不变。,3、高斯投影的特性,（1）中央子午线投影后为直线，且长度不变。 （2） 除中央子午线外，其余子午线的投影均为凹向中央子午线的曲线，并以中央子午线为对称轴。投影后有长度变形。 （3） 赤道线投影后为直线，但有长度变形。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,（4） 除赤道外的其余纬线，投影后为凸向赤道的曲线，并以赤道为对称轴。 （5）经线与纬线

11、投影后仍然保持正交。 （6） 所有长度变形的线段，其长度变形比均大于l。 （7）离中央子午线愈远，长度变形愈大。,赤道,中央子午线,平行圈,子午线,O,x,y,4、投影带的划分,我国规定按经差6和3进行投影分带。 6带自首子午线开始，按6的经差自西向东分成60个带。 3带自1.5 开始，按3的经差自西向东分成120个带。,高斯投影带划分,6带与3带中央子午线之间的关系如图:,3带的中央子午线与6带中央子午线及分带 子午线重合，减少了换带计算。,工程测量采用3 带，特殊工程可采用1.5 带或任意带。,按照6带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=6

12、N3 （N为6带的带号） 例：20带中央子午线的经度为 L。6 203117 按照3带划分的规定，第1带中央子午线的经度为3，其余各带中央子午线经度与带号的关系是： L。=3n （n为3带的带号） 例：120带中央子午线的经度为 L。3 120360 ,若已知某点的经度为L，则该点的6带带号N由下式计算： N （取整）+1 若已知某点的经度为L，则该点所在3带的带号按下式计算： n （四舍五入）,5、高斯平面直角坐标系,坐标系的建立： x轴 中央子午线的投影 y轴 赤道的投影 原点O 两轴的交点,O,x,y,P,（X，Y）,高斯自然坐标,注：X轴向北为正， y轴向东为正。,赤道,中央子午线,由

13、于我国的位于北半球，东西横跨12个6带(1323带)，22个3带（2545带）。各带又独自构成直角坐标系。 故：X值均为正， 而Y值则有正有负。,x,y,o,500km,=500000+ =+ 636780.360m = 500000+ =+ 227559.720m,国家统一坐标：,（带号）,（带号）,例： 有一国家控制点的坐标: x=3102467.280m ,y=19367622380m， （1）该点位于6 带的第几带？ （2）该带中央子午线经度是多少？ （3）该点在中央子午线的哪一侧？ （4）该点距中央子午线和赤道的距离为多少？,（第19带）,（L。=619-3=111）,（先去掉带号，

14、原来横坐标y367622.380500000-132377.620m，在西侧）,（距中央子午线132377.620m，距赤道3102467.280m）,不同点： 1、 x，y轴互异。 2、 坐标象限不同。 3、表示直线方向的方位角 定义不同。 相同点： 数学计算公式相同。,高斯平面直角坐标系 与数学上的笛卡尔平面直角坐标系的异同点 ：,独立平面直角坐标 当测区范围较小时，可将大地水准面看作平面， 并在平面上建立独立平面直角坐标系； 地面点的位置可用平面直角坐标确定； 坐标系原点一般 选在测区西南角 （测区内X、Y均为正值）； 原点坐标值可以假定，也可 以采用高斯平面直角坐标； 规定：X 轴向北

15、为正， Y轴向东为正。,O,X,Y,测区,北,1-4 用水平面代替水准面的限度,一、对距离的影响 水准面上弧长为S，其所对圆心角为，地球的 半径为R。水平面上直线长为t， 其差值为S。,相对差值：,式中取R=6371km，则 结论： 在半径为10km的圆面积内进行长度的测量时，可以不必考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。,二、对高程的影响 用水平面代替大地水准面，对高程的影响：,h,结论: 地球曲率的影响对高差而言，即使在很短的距离也必须加以考虑。,1-5 测量工作的程序与原则 一、技术过程 地面点定位，亦即以某种技术过程确定地面点的位置。 1.测绘：以测量技术手段测定地面点位置并

16、用图像或图形和数据等形式表示出来，这种技术过程称为测绘。,2. 测设：利用测量技术手段把设计上拟定的地面点测定到实地上，这种技术过程称为测设，或称为工程放样，简称放样,二、地面点定位元素 角度测量、距离测量、高差测量是地面点定位的测量基本技术工作。,测量得到的角度()、距离(D)、高差(h)是地面点定位的基本元素，称为定位元素。这些定位元素具有独立性(即某一元素与其他同类元素之间不存在函数关系)和直接可量性(即可利用测量仪器直接测量其大小)，故称之为直接观测量，或称为直接定位元素。 地面点的定位参数x、y、H不能直接测量得到，但可以利用地面点的直接定位元素按某种规定的法则推算得到，故又称地面点的定位参数x、y、H为间接观测量，或称为间接定位元素。,二、测量工作的基本原则 1、等级原则 2、从整体到局部； 3、先控制后碎部 ； 4、复测复算、步步检核。 优点： 减少误差积累； 避免错误发生； 提高工作效率。,