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1、1,工程测量,测绘工程教研室 张丽 电 话: 15506112752 18800600577 邮 箱: 办公室: C315,2,课程情况,性质 专业基础课 学时 上课48学时（理论36、实验12） 实习：本学期第18周 要求 出勤 复习 作业,3,反馈与考核,课堂教学：出勤、课堂表现（10%） 课后交流：谈话 作业（10%） 实验（10%） 期末考试（70%）,4,第一章 绪 论,工程测量,5,第一章 绪论,1.1 测量学的任务及作用 1.2 地球的形状与大小 1.3 测量坐标系与地面点位的确定 1.4 测量工作概述,1.1 测量学的任务及作用,6,1、定义： 研究地球的形状和大小以及确定地
2、面（包含空中、地下和水下）点空间位置的科学。 2、内容： 测定： 使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据或成果，将地球表面的地形缩绘成地形图，供经济建设、规划设计、国防建设及科学研究使用。,1.1 测量学的任务及作用,7,2、内容： 测设： 测设是指用一定的测量方法，按照一定的精度，把设计图纸上规划设计好的建(构)筑物的平面位置和高程标定在实地上，作为施工的依据。,1.1 测量学的任务及作用,8,3、测量学的学科分类 大地测量学、普通测量学、摄影测量学、工程测量学、地图制图学、海洋测绘学、天文测量学 大地测量学：研究地球表面广大区域点位测定的理论和方法。包括地球的大小和形状的测
3、定、大地区控制测量、天文和重力测量。,大地测量学GPS,9,普通测量学：研究确定地球表面小范围（1025公里）内点位的理论和方法，不顾及地球曲率，把地球表面当作平面看待。,10,1.1 测量学的任务及作用,11,摄影测量学：利用摄影相片或遥感技术来确定地面物体的形状、大小、性质、特征和空间位置的学科。,1.1 测量学的任务及作用,12,工程测量学：研究工程建设中所进行的各种测量工作的理论和方法的学科。（城市建设、大型厂矿建筑、农田水利及道路修建等在勘测设计、施工放样、竣工验收和工程监测保养等方面的测绘工作。） 海洋测量学、及地图制图学等。 本课程主要介绍普通测量学及部分工程测量学的内容，以便能
4、为土木工程、土地管理、房地产开发、城镇规划与建筑设计等提供测量专业服务。,1.1 测量学的任务及作用,4、测量学的作用：,13,科学研究： 国防建设： 经济建设： 5、测量学的发展： 古代： 现代：,GPS在大坝外观及滑坡监测中的应用,测绘科学的应用实例,三峡库区滑坡监测,TCA2003测量塔柱动态变形,GIS系统数据采集,大坝监测,桥梁监测,道路施工及露天煤矿挖掘监测,2000悉尼奥运会,体育竞赛测量,高精度工业测量,DISTO手持激光测距仪面向大众用户,隧道开挖中的地质超前预报及断面测量,遥感图像处理,特种测量及军事应用,27,近似是个椭球,圆球,20km,N,S,W,E,地球形状不规则、
5、密度不均匀,从空中看地球 像一个圆球 但 真是这样的吗?,1.2 地球的形状与大小,28,1、水准面和大地水准面,水准面：静止的液体表面。,K,F,P,G,地球表面,铅垂线：重力的方向线。,仪器安置后，垂直轴和铅垂线重合,29,水准面,铅垂线,铅垂线,铅垂线与水准面垂直,无数个：不同高度的点，都 有一个水准面。,30,大地水准面：平均海水面。,1、水准面和大地水准面,特性：不规则、一个。,地球表面,大地水准面,铅垂线不平行,外业测量的基准面,铅垂线与大地水准面垂直,31,地球表面,海洋,铅垂线,高密度物质,大地水准面,原因：地球形状不规则、密度不均匀,大地水准面略有起伏,不适于计算,3、地球椭
6、球或旋转椭球： 经测量实践证明，大地体与一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球的形状十分近似，而旋转椭球是可以用数学式严格表示的，测量工作便取大小和大地体很接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大小。（计算的基准面）,W,E,N,S,a,b,o,1.2 地球的形状与大小,32,33,3、地球椭球或旋转椭球,地球表面,大地水准面,N,S,W,E,a,b,O,椭球面,O,a,a,b,ab,二轴椭球,与大地体非常接近、形状规则，能用数学公式表达，适于计算,旋转椭球：椭圆绕NS轴旋转而成,1.2 地球的形状与大小,34,4、参考椭球体的定位： 确定椭球体与大地体之间相互关系并固定下来的工作。以陕西省泾阳县永乐
7、镇某点为大地原点进行定位，建立了全国统一坐标系，即“1980年国家大地坐标系”。,35,5个几何参数：,椭圆的长半轴：,椭圆的短半轴：,椭圆的扁率：,椭圆的第一偏 心率：,椭圆的第二偏 心率：,椭球的几何参数及其关系,4、参考椭球体的定位,常用a、,表示椭球形状、大小至少有a或b,N,S,W,a,b,O,a,F2,F1,E,长度参数,36,为简化书写，引入以下符号：,两个辅助函数：,椭球的几何参数及其关系,4、参考椭球体的定位,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,37,测量工作的实质是确定地面点的空间位置，首先必须了解测量的坐标系统和高程系统。 1、二维坐标系统 表示地面点在地球椭球面或投影在
8、水平面上的位置，通常有下列三种坐标系统: （1）地理坐标（球面坐标） 天文地理坐标：表示地面点在大地水准面上的位置，用天文经度和天文纬度表示。用天文测量的方法直接测定。,38,N,S,P,格林尼治 天 文 台,天文经度,天文纬度,过地面点的子午面与起始子午面之间的夹角（东经、西经，东正西负）,过地面点的铅垂线与赤道面之间的夹角（南纬、北纬，北正南负）,G,O,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,39,N,S,P,格林尼治 天 文 台,大地经度L,大地纬度B,L,B,H,过地面点的子午面与起始子午面之间的夹角（东经、西经，东正西负）,过地面点的法线与赤道面之间的夹角（南纬、北纬，北正南负）,G,
9、O,大地地理坐标： 表示地面点在地球椭球面上的位置，用大地经度L和大地纬度B表示。,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,40,（2）独立平面直角坐标 当测量范围较小时(如半径不大于l0km的范围)，可以将该测区的球面看作平面，直接将地面点沿铅垂线方向投影到水平面上。在实际测量中，一般将坐标原点选在测区的西南角，使测区内的点位坐标均为正值，并以该测区的子午线(或磁子午线)的投影为X轴，向北为正，与之相垂直的为Y轴，向东为正，由此建立了该测区的独立平面直角坐标系。,x(北),1.3 测量坐标系与地面点位的确定,41,（3）高斯平面直角坐标 高斯投影：首先是将地球
10、按经线分为若干带，称为投影带。它从首子午线(零子午线)开始，自西向东每隔6划为一带，用表示带号，位于各投影带中央的子午线称中央子午线(；也可由东经130开始，自西向东每隔3划为一带，用n表示带号，我国国土所属范围即带号=l323（n =2446）。,42,椭圆柱面与子午线相切,中央子午线,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,43,中央子午线,高斯克吕格投影,赤道,赤道的投影,中央子午线的投影,P(x,y),x,y,O,y,x,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,44,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,2、高程系统 确定该点沿铅垂方向到某基准面的距离。,A,B,HA,HB,HA,HB,黄海平均
11、海水面,大地水准面,假定水准面,hAB,绝对高程（海拔）：指某点沿铅垂线方向到大地水准面的距离，用表示。,相对高程：某点距假定水准面的铅垂距离。,高差：地面上两点间的高程之差。,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,45,高程基准面如何确定，基准点的高程为多少呢？,以青岛验潮站多年的观测资料求得黄海平均海水面，作为我国的高程基准面，建立了“1956年黄海高程系”，并在青岛市观象山上建立了国家水准基点（72.289m）。在1987年启用“1985国家高程基准”，此时测定的国家水准基点高程72.260m。,1.3 测量坐标系与地面点位的确定,46,47,1.4 测量工作概述,测量工作的主要任务是：
12、测绘地形图（测定） 施工放样（测设） 测量工作的基本内容是：测角、测距、测高差,48,1、测量工作的基本原则 地形包括： 地物:地面上固定性物体，如河流、房屋、道路、湖泊等； 地貌:地面的高低起伏的形态，如山岭、谷地和陡崖等。,1.4 测量工作概述,49,在实际测量工作中应当遵守以下基本原则: 在测量布局上，应遵循“由整体到局部”的原则； 在测量程序上，应遵循“先控制后碎部”的原则； 在测量过程中，应遵循“步步有检核”的原则； 在测量精度上，应遵循“由高级到低级”的原则。,1.4 测量工作概述,50,2、控制测量的概念 控制测量：测定测区内若干个具有控制意义的控制点的平面位置(坐标)和高程，作
13、为测绘地形图或施工放样的依据。 平面控制测量：确定测区中一系列控制点的坐标（x、y），形式有导线测量、边角测量及交会定点等。 高程控制测量：测定各控制点间的高差，从而求出各控制点高程，方法有水准测量、光电测距三角高程测量等。,1.4 测量工作概述,51,3、碎部测量的概念 碎部测量：以控制点为依据，测定控制点至碎部点(地形的特征点)之间的水平距离、高差及其相对于某一已知方向的角度，来确定碎部点的位置。按一定的比例尺将这些碎部点位标绘在图纸上，绘制成图。,1.4 测量工作概述,52,4、施工放样的概念 施工放样(测设)：是把设计图上建(构)筑物位置在实地标定出来，作为施工的依据。 5、测量的基本
14、工作 综上所述，控制测量和碎部测量以及施工放样等，其实质都是确定点的位置。因此，距离测量、角度测量和高差测量(水准测量)是测量的三项基本工作。,1.4 测量工作概述,53,讨论题：在工程建设中，测量有什么作用？ 为什么说测量工作的基准线是铅垂线？ 作业：3、5,1.4 测量工作概述,54,1、对距离的影响,水平面代替水准面的限度,设球面(水准面)与水平面在点相切,、两点在球面上弧长为，水平距离为 ，,即,tg,以水平距离代替弧长所产生的误差为，则 （tg ）,取637lkm，以不同的代入式中，得出距离误差和相应相对误差,代入上式,表1 水平面代替水准面的距离误差和相对误差,由表可知，在半径为1
15、0km的范围内（相当于面积320km2），用水平面代替水准面可不考虑地球曲率对距离的影响。 当精度要求较低时，还可以将测量范围的半径扩大到25km(相当于面积2000km2)。,2、对高差的影响 在图中，、两点在同一球面(水准面)上，其高程应相等(即高差为零)。点投影到水平面上得点。则即为水平面代替水准面产生的高差误差。设 h，则 即,取R637lkm，则得相应的高差误差值，如表所列。 表2 水平面代替水准面的高差误差 由表可知，在进行水准(高程)测量时，应当用水准面作为测量的基准面。,3、对水平角度的影响 由球面三角学知识知道，同一空间多边形在球面上投影的各内角之和，较其在平面上投影的各内角之和大一个球面角超 P为球面多边形的面积 当P=100平方公里，=0.51， 当P=400平方公里，=2.03。 所以，地球曲率对水平角度的影响在一般测量工作中不必考虑，只有在最精密测量中才需要考虑。,