測量課件1實用工測(1緒論).ppt

實用工程測量,1.1 測量學與實用工程測量 1.2 地面點位的確定 1.3 用水平面代替水準面的限度 1.4 測量工作概述,第1章 緒論,定義：測量學是研究地面點空間位置的測定、采集、數(shù)據(jù)處理、存儲與管理的一門應(yīng)用科學。其核心問題是研究如何測定點的空間位置。 任務(wù)： 1、測繪：地面的地物地貌測量繪制成 圖 2、測設(shè)（放樣）：將圖上設(shè)計建（構(gòu)）筑物的圖 形和位置在實地標定，作為施工或定界的依據(jù) 圖上的設(shè)計實地,1.1 測量學與實用工程測量,1.1.1 測量學定義、任務(wù)與分科,1. 大地測量學: 研究大范圍地區(qū)的控制測量和地形測量。由于人造衛(wèi)星科學技術(shù)的發(fā)展，大地測量學又分為常規(guī)大地測量學與衛(wèi)星大地測量學，后者是研究觀測衛(wèi)星確定地面點位，即GPS全球定位。 2. 普通測量學: 研究地球表面局部區(qū)域的測繪工作，主要包括小區(qū)域控制測量、地形圖測繪和一般工程測設(shè)。通常稱測量學就是指普通測量學。 3. 工程測量學: 研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣和運營中測量的理論和方法。 4. 攝影測量學: 研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，以確定物體的形狀、大小和空間位置等信息的理論和方法。 5. 地圖制圖學: 研究各種地圖的制作理論、原理、工藝技術(shù)和應(yīng)用的一門學科。,分科：,1.在工程規(guī)劃設(shè)計階段 首先需要規(guī)劃區(qū)的地形圖，有精確的地形圖和測繪成果，才能保證工程的選址、選線、設(shè)計得出經(jīng)濟合理的方案。 2.在工程施工階段 工程的施工，主要目的是把工程的設(shè)計精確地在地面上標定出來，這就需要使用測量的儀器，按一定的方法進行施工測量。 3.在工程運營與管理階段 為了能夠正常運營或日后改進與擴建的需要，應(yīng)進行竣工測量。對于大型或特殊的建筑物，還需進行周期性的重復觀測，觀測建筑物的沉降、傾斜、位移等，即變形觀測，從而判斷建筑物的穩(wěn)定性，防止災害事故的發(fā)生。,1.1.2 實用工程測量 它包括普通測量學，并把普測中工程測量內(nèi)容加以擴充。實質(zhì)上還是普通測量學。,1.1.3 實用工程測量在工程各階段建設(shè)中的作用,用經(jīng)緯儀進行長江水文觀測,用水準儀進行地面平整測量,用全站儀進行公路施工測量,青藏高原測量,施工測量,用光電測距儀進行武漢長江大橋變形觀測,GPS衛(wèi)星定位測量 使用GPS接收機,GPS全球定位系統(tǒng),測量珠穆朗瑪峰高程,1975年在在海拔6120米測量珠穆朗瑪峰高程。 珠峰高程為8848.13m,2005年5月重測珠峰高程 ，用GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)和傳統(tǒng)的測量方法相結(jié)合重測珠峰高程為8844.43m,1.2 地面點位的測定,1.2.1測量的基準線與基準面,2. 基準面： 空間任何一點都有水準面，處處和重力方向相垂直的曲面均稱水準面，水準面就是測量的基準面。由于水準面的高度不同，水準面有無窮多個，其中一個和平均的海水面重合，我們稱之為大地水準面，它是又一個測量的基準面。,1.基準線： 地球上任一點都要受到離心力和地球引力的雙重的作用，這兩個力的合力稱重力，重力的方向線稱為鉛垂線。測量儀器懸掛垂球，指向重力方向，鉛垂線就是測量的基準線。,水準面與大地水準面概念,水準面：處處與鉛垂線相垂直的曲面。,大地水準面：與平均均海水面重合的水準面。,大地水準面是有微小起伏的復雜曲面，其原因是地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，看下圖：,如果將地球表面上的圖形投影到這個不規(guī)的大地水準面曲的面上，計算時將非常困難。為此，選用一個非常接近于大地水準面、并可用數(shù)學式表示的幾何形體來代替大地水準面作為進行測量數(shù)據(jù)處理，這個規(guī)則曲面就是旋轉(zhuǎn)橢球面（由橢圓NWSE繞短軸NS旋轉(zhuǎn)而得） 。如下圖紅色表示旋轉(zhuǎn)橢球面，它所包圍的球體稱為地球橢球體。,地球橢球的參數(shù)可用a(長半徑)、b（短半徑）及（扁率）表示。扁率為,1979年國際大地測量與地球物理聯(lián)合歸推薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m，b=6356755.3m, =1:298.257。,旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學表面，可用如下的公式表示：,按一定的規(guī)則將旋轉(zhuǎn)橢球與大地體套合在一起，這項工作稱橢球定位。定位時采用橢球中心與地球質(zhì)心重合，橢球短軸與地球短軸重合，橢球與全球大地水準面差距的平方和最小，這樣的橢球稱總地球橢球。,總地球橢球與參考橢球的區(qū)別,地面上選一點P，由P點投影到大地水準面P0點,使P0上的橢球面與大地水準面相切， 此時過P0點的鉛垂線與P0點的橢球面法線重合，切點P0稱為大地原點。同時要使旋轉(zhuǎn)橢球短軸與地球短軸相平行（不要求重合），達到本國范圍內(nèi)的大地水準面與橢球面十分接近，該橢球面稱為參考橢球面。我國大地原點選在我國中部陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。,大地水準面,P0,垂線與法線重合,參考橢球體,參考橢球面與我國大地原點,1.2.2 地面點位的確定,需3個參數(shù)：X（縱坐標）,Y（橫坐標）,H （高程） 或 （經(jīng)度）,（緯度）, H （高程）,從整個地球考慮點的位置，通常是用經(jīng)緯度表示。用經(jīng)緯度表示點的位置，稱為地理坐標。,經(jīng)度 ：東經(jīng)： 0 180 西經(jīng)： 0 180,緯度 ：南緯： 0 90 北緯： 0 90,經(jīng)度 ： M點的子午面PMMP1 與首子午面所組成的二面角。 緯度 ：過M點的鉛垂線與赤道面 EGME1的夾角,X,1.地面點在投影面上的坐標 (1)獨立平面直角坐標系（假定平面直角坐標系）,m(x,y),X軸為南北方向，Y軸為垂直于南北的東西方向，坐標原點在測區(qū)西南角 X軸可采用：(1)真子午線方向； (2)磁子午線方向；(3)建筑物主軸線方向。,測量上,數(shù)學上,測量直角坐標系與數(shù)學直角坐標系不同點有3點：,過坐標原點的南北方向為縱軸，即X軸，垂直于南北方向（東西方向）為橫軸，即Y軸。數(shù)學直角坐標系橫坐標為X軸，縱坐標為Y軸。 (2) 以縱坐標X軸正向為起始邊，順時針量算角度，象限、順時針排列。數(shù)學直角坐標以橫坐標Y正向為起始邊，逆時針量算角度，象限逆時針排列。 (3) 數(shù)學上坐標原點x0、y0均為0。測量上，為使地面各點坐標均為正數(shù)，坐標原點選在測區(qū)的西南角或假定一對較大的正整數(shù)。,(2)高斯平面直角坐標系 (a)高斯投影的原理,把地球橢球面上的圖形展繪到平面上，必然產(chǎn)生變形。為了減少變形誤差，采用一種適當?shù)耐队胺椒?，這就是高斯投影。,高斯投影是將地球劃分為若干個帶，先將每個帶投影到圓柱面上。然后展成平面。我們可以設(shè)想將一個空心的橢圓柱橫套地球，使橢圓柱的中心軸線位于赤道面內(nèi)并通過球心。將地球按6分帶, 從0起算往東劃分, 06為第1帶, 612為第2帶, 174180為第30帶,東半球共分30個投影，按帶進行投影。進行第1帶投影時，使地球3經(jīng)線與圓柱面相切，3經(jīng)線長不變形。,高斯6帶投影原理分解演示,高斯投影分帶,圖中上半部為6度帶分帶情況： 將地球按6分帶, 從0起算往東劃分, 06（第1帶）, 612（第2帶）, 174180（第30帶）,東半球共分30個投影，我國領(lǐng)土從1323帶。 圖中下半部為3帶分帶情況： 1 304 30 （第1帶），4 30 （第2帶） ，我國領(lǐng)土3帶從2446帶。,(b)高斯投影特點：,等角:即橢球面上圖形的角度投影到平面之后，其角度相等，無角度變形，但距離與面積稍有變形。 中央經(jīng)線投影后仍直線，且長度不變形，見右圖。 因此用這條直線作為平面直角坐標系的縱軸x軸。而兩側(cè)其他經(jīng)線投影后呈向兩極收斂的曲線，并與中央經(jīng)線對稱，距中央經(jīng)線越遠長度變形越大。,赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標的橫軸y軸。南北緯線投影后呈離向兩極的曲線，且與赤道投影對稱。,(c)高斯平面直角坐標系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨立的坐標系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點為坐標原點。,按高斯直角坐標定義可知：X軸西邊各點的Y值均為負。為使Y值為正值，將Y實際 均加500km，稱Y的通用橫坐標, 即 Y通用= 帶號+Y實際+500km,高斯平面直角坐標系的通用橫坐標,例：n點在20帶，其實際坐標 Y實際=-113424.690m Y通用=20（ -113424.690m +500000） =20 (386575.310) m =20386575.310 m,Xm,由通用橫坐標換算實際橫坐標公式如下： Y實際= Y通用（去掉第1、2位帶號）-500000 注：我國領(lǐng)土從1323帶，帶號占兩位。,例如：某點通用橫坐標Y通用=20386575.310m，求該 點實際橫坐標。 Y實際= 386575.310-500000 =-113424.690,2、地面點的高程,地面上任意點至水準面的垂直距離，稱為該點的高程。某點至大地水準面的垂直距離稱該點的絕對高程（海拔）。 我國規(guī)定青島驗潮站1950年至1956年統(tǒng)計資料所確定的黃海平均海水面作為統(tǒng)一全國基準面。并在青島觀象山建了水準原點。水準原點至黃海平均海水面的高程為72.289m, 這個高程系統(tǒng)稱為“1956年黃海高程系”。 80年代初，國家又根據(jù)1953年至1979年青島驗潮站觀測資料，算得水準原點高程為72.2604m, 該高程系統(tǒng)稱為“1985年國家高程基準”。從1985年1月1 日起執(zhí)行新的高程基準。,中國黃海高程系統(tǒng)示意圖,我國兩個高程系統(tǒng) (1)1956黃海高程系 (2)1985國家高程基準,水準原點,青島驗朝站,海底,黃海平均海水面,A,B,大 地 水 準 面,假 定 水 準 面,B,絕對高程：從地面某點沿鉛垂線到大地水準面 的垂直距離，如HA、HB。 相對高程：從地面某點沿鉛垂線到假定水準面的垂直距離，如HA、HB 。,高差：兩點之間高程之差 hAB= HB- HA= HB -HA hAB有正負 B點高于A點時，hAB為（），表示上坡。 B點低于A點時，hAB為（），表示下坡。,1. 1954年北京坐標系 采用前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參 考橢球體參數(shù)（ a=6378245m ，=1:298.3）。大地原點實際上是在蘇聯(lián)普爾科沃。該系統(tǒng)所對應(yīng)的參考橢球面與我國大地水準面差異，可達到+65m（東部），全國平均達29m。,2. 1980年國家大地坐標系 采用國際大地測 量協(xié)會與地球物理聯(lián)合會在1975年推薦的IUGG-75地球橢球參數(shù)（a=6378140m ，=1：298.257）。大地原點是在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。1980年坐標系還采用了我國大地網(wǎng)整體平差的數(shù)據(jù)，橢球面與大地水準面平均差僅為10m左右。,國家大地坐標系,1.3用水平面代替水準面的限度,1.對距離的影響： 在半徑為10 km圓面積內(nèi)進行距離測量，可以用水平面代替水準面，不必考慮地球曲率的影響。,3.對高程的影響： 水平面代替水準面對高程的影響，200m時就有3.1mm。所以地球曲率對高程影響很大。在高程程測量中，即使距離很短也應(yīng)顧及地球曲率的影響。,2.對水平角的影響： 當測區(qū)范圍在100km2時，對角度的影響僅為0.51，在一般的測量工可以忽略不計。,1.4 測量工作概述,2.測量工作組織原則 布局：從整體到局部 程序：從控制到碎部 精度：從高級到低級,1.基本工作 測量工作實際就是測定點和點之間的距離、 角度和高差，故又稱測量工作三要素。,3.測量工作的操作原則 步步檢核, 第一步檢核不合要求, 絕不做第二步。,實地,地形圖,測量工作的組織原則,1.4測量常用計量單位及換算,1.長度單位 1km（公里）=1000m（米） 1m=10dm（分米）=100cm（厘米）=1000mm（毫米） 1mm（毫米）=1000mm（微米） 1 mm（微米）=1000nm（納米） 1 km=2華里（市里） 1海里=1.852公里 1英寸=2.54厘米 1英尺=12英寸=0.3048米 注：海里、英寸、英尺在我國法定計量單位規(guī)定應(yīng)淘汰。公尺、公寸、公分等名稱不規(guī)范，應(yīng)改稱米、分米、厘米。市里、市畝仍可使用。 2.面積單位 面積單位是平方米（m2）。大面積通常用平方公里（km2）或公頃（hm2）、，在農(nóng)業(yè)上也用市畝。 1 km2（平方公里）=100 hm2