中南大學《土木工程測量》課件第01章緒論

1、中中南南大大學學中中南南大大學學課程介紹1、實用性很強 測量基本功：測、繪、算（畢業(yè)學生多年之后可能還需要用到此課程的內(nèi)容），考研（專業(yè)基礎(chǔ)課）。2、以往學習情況 課不難，考試的時候比較簡單，但是學的不扎實；眼高手低，基礎(chǔ)知識掌握不好，不該出錯的地方出了錯。3、實踐性強：56學時，20學時為實驗課，4學分 暑期還有4周勘測實習，4學分 時間少，預習；實驗指導書；實驗手??； 實驗分組，4人一組，成績，動手能力，男女，組長 小心儀器，照價賠償4、成績：卷面70%；平時30% 操作水平，實驗報告，作業(yè) （按時，獨立）、出勤等5、實驗報告：認真、規(guī)范、完整、按時6、答 疑：集中答疑7、教材和實驗手冊：

2、南校區(qū)圖書館統(tǒng)一購買。中中南南大大學學 第一章 緒論1.1 測量學與土木工程1.2 地面點位的確定1.4 測量工作概述中中南南大大學學1.1 測量學與土木工程測量學與土木工程1測量學測量學(surveying)的定義及任務(wù)的定義及任務(wù)2測量學科的分類測量學科的分類3測量學作用測量學作用中中南南大大學學測設(shè)測設(shè): :圖紙圖紙 地面地面測定測定: :地面地面 圖紙圖紙1測量學測量學(surveying)的定義的定義 測量學測量學是研究地球的形狀和大小，確定地球表面各種物體的形狀、大小和空間位置的科學。其主要任務(wù)任務(wù)是測定和測設(shè)。測定測定 (location)：使用測量儀器和工具，通過測量和計算將地

3、物和地貌的位置按一定比例尺、規(guī)定的符號縮小繪制成地形圖，供科學研究和工程建設(shè)規(guī)劃設(shè)計使用。測設(shè)（放樣）測設(shè)（放樣）(seeing-out)：將在地形圖上設(shè)計出的建筑物和構(gòu)筑物的位置在實地標定出來，作為施工的依據(jù)。中中南南大大學學2測量學科的分類測量學科的分類普通測量學普通測量學大地測量學大地測量學 (Geodesy )攝影測量學攝影測量學 (Photogrammetry)工程測量學工程測量學 (Engineering surveying) 地圖制圖學地圖制圖學 (Cartography) 中中南南大大學學普通測量學普通測量學定定 義義基本任務(wù)基本任務(wù)中中南南大大學學大地測量學大地測量學(Geo

4、desy)定義基本任務(wù)中中南南大大學學攝影測量與遙感學攝影測量與遙感學(Photogrammetry and Remote Sensing)定義定義基本任務(wù)基本任務(wù)中中南南大大學學中中南南大大學學中中南南大大學學中中南南大大學學中中南南大大學學 SPOT熱紅外影像紐約曼哈頓世貿(mào)大廈倒塌三小時后所獲取的影像(2001年9月11日當?shù)厣衔?1:55)中中南南大大學學中中南南大大學學神州五號發(fā)射神州五號發(fā)射11天前的天前的“酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心”影像影像中中南南大大學學神州五號發(fā)射神州五號發(fā)射3小時之后的小時之后的“酒泉衛(wèi)星發(fā)射中酒泉衛(wèi)星發(fā)射中”影像影像中中南南大大學學中中南南大大學學工

5、程測量學工程測量學(Engineering Surveying)定義定義工程測量學是研究各項工程在規(guī)劃設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進行的各種測量工作的學科。工程項目工程項目：鐵路、公路、橋梁、隧道、水利工程、地下工程、管線(輸電線、輸油管)工程、礦山和城市建設(shè)等基本任務(wù)基本任務(wù)中中南南大大學學http:/ earth中中南南大大學學3 3、土木工程測量學的作用、土木工程測量學的作用（1）勘測設(shè)計： 為選線測繪帶狀地形圖。（2）施工（放樣）： 把線路和各種建筑物正確地測設(shè)到地面上。（3）竣工： 對建筑物進行竣工測量。（4）營運： 維護、保養(yǎng)（公路段中肯定有搞測量的） 為改建、擴大建而進行的各種

6、測量。（5）變形觀測 為安全運營，防止災害進行變形測量。中中南南大大學學 一、地球的形狀和大小一、地球的形狀和大小二、測量坐標系二、測量坐標系1.2 1.2 地面點位的確定地面點位的確定中中南南大大學學一、地球的形狀和大小 應掌握水準面、大地水準面、參考橢球的概念及關(guān)系，以及測量的基準面。 地球是一個南北極稍扁，赤道稍長，平均半徑約為6371km的橢球。測量工作是在地球表面上進行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形態(tài)，其中海洋面積約占71%，陸地面積約占29%。中中南南大大學學大地水準面（mean sea level） 靜止的水面稱為水準面水準面。同一水

7、準面上的重力位處處相等；同一水準面上任一點的鉛垂線都與水準面相正交。與平靜的平均海水面相重合、并延伸通過陸地而形成的封閉曲面稱為大地水準面。大地水準面。大地水準面包圍的形體稱為大地水準面包圍的形體稱為大地體大地體(Geoid)(Geoid)。配合最佳的配合最佳的參考橢球面參考橢球面 大地大地水準面水準面大地水準大地水準面差距面差距N中中南南大大學學圖形：水準面及大地水準面圖水準面的特性處處與鉛垂線正交、封閉的重力等位曲面。鉛垂線測量工作的基準線中中南南大大學學 測量基準面 由于地表起伏以及地球內(nèi)質(zhì)量分布不均勻，所以大地水準面是個復雜的不規(guī)則曲面。1 1測量工作基準面測量工作基準面水準面、大地水

8、準面水準面、大地水準面。水準面水準面靜止海水面所形成的封閉曲面。靜止海水面所形成的封閉曲面。大地水準面大地水準面其中通過平均海水面的那個水準面。其中通過平均海水面的那個水準面。中中南南大大學學2 2測量計算基準面測量計算基準面旋轉(zhuǎn)橢球旋轉(zhuǎn)橢球 由橢圓（長半軸a，短半軸b）繞b軸旋轉(zhuǎn)而成的橢球體。可用數(shù)學式表示的光滑曲面。中中南南大大學學2 2測量計算基準面測量計算基準面旋轉(zhuǎn)橢球旋轉(zhuǎn)橢球中中南南大大學學二、測量坐標系1、大地坐標系、大地坐標系(大地經(jīng)度B，大地緯度L )大地坐標，是表示地面點在參考橢球面上的位置，它的基準是法線和參考橢球面，它用大地經(jīng)度(geodetic longitude)和大

9、地緯度(geodetic latitude)表示。P點大地經(jīng)度：過P點的大地子午面(geodetic meridian plane)和首子午面所夾的兩面角。P點大地緯度：過P點的法線與赤道面的夾角。我國以陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地原點(geodetic origin)為起算點，由此建立的大地坐標系，稱為“1980西安坐標系”(Xian geodetic coordinate system 1980)，簡稱80系或西安系。我國所處經(jīng)緯度范圍：我國所處經(jīng)緯度范圍：E=75135N=2050中中南南大大學學2、地心坐標系地心坐標系屬空間三維直角坐標系，用于衛(wèi)星大地測量。地心坐標系取地球質(zhì)心(地球的質(zhì)量中

10、心)為坐標系原點，軸在地球赤道平面內(nèi)，本初子午面與赤道平面的交線為軸，軸與地球自轉(zhuǎn)軸相重合。地面點的空間位置用三維直角坐標xA 、 yA 、zA表示。全球定位系統(tǒng)（GPS）采用的就是地心坐標系。WEoG.SNxyz.AxAyAzA中中南南大大學學 3、平面直角坐標系適用于：研究范圍較小，將水準面看作水平面。測量平面直角坐標系 數(shù)學平面直角坐標系中中南南大大學學不同點： 1測量上北方向為X軸正向， 東方向為Y軸正向。 2角度方向順時針度量；象限順時針編號。相同點: 數(shù)學中的三角公式在測量中可直接應用。坐標系的異同：坐標系的異同：)90cos(sin0opoyoppx中中南南大大學學適用于：研究范

11、圍較大。適用于：研究范圍較大。（1 1）高斯投影方法：）高斯投影方法：目的是將橢球面投影到平面上。目的是將橢球面投影到平面上。使投影帶的中央子午線與橢圓柱體相切，展開后為使投影帶的中央子午線與橢圓柱體相切，展開后為X X軸，向軸，向北為正；北為正； 展開后為展開后為Y Y軸，向東為正。軸，向東為正。4 4、高斯平面直角坐標、高斯平面直角坐標中中南南大大學學圖形：高斯投影方法圖一圖形：高斯投影方法圖一NS中中南南大大學學圖形：高斯投影方法圖二圖形：高斯投影方法圖二投影投影剪開剪開展展平平中中南南大大學學投影帶的劃分投影帶的劃分中中南南大大學學(2) (2) 投影帶投影帶為限制高斯投影離中央子午線

12、愈遠，長度變形愈大的缺點，從經(jīng)度0開始，將整個地球分成60個帶，6為一帶。u計算公式： =6N-3中央子午線經(jīng)度, N投影帶號。2 23 3帶的劃分帶的劃分u若仍不能滿足精度要求,可進行3 帶、1.5 帶的劃分。u3 帶計算公式： =3N 中央子午線經(jīng)度, N投影帶號。1 16 6帶的劃分帶的劃分中中南南大大學學（3 3）高斯平面直角坐標系：）高斯平面直角坐標系：在投影面上，中央子午線和赤道的投影都是直線。以中央子午線和赤道的交點作為坐標原點，以中央子午線的投影為縱坐標軸，規(guī)定軸向北為正；以赤道的投影為橫坐標軸，軸向東為正，這樣便形成了高斯平面直角坐標系 。中中南南大大學學方法：方法：（1 1

13、）先將自然值的橫坐標）先將自然值的橫坐標Y Y加上加上500000500000米；米；（2 2）再在新的橫坐標）再在新的橫坐標Y Y之前標以之前標以2 2位數(shù)的帶號位數(shù)的帶號。所以點的橫坐標通用值橫坐標通用值為 y=N*1000000+500000+y （4 4） 圖家統(tǒng)一坐標圖家統(tǒng)一坐標中中南南大大學學例：國家高斯平面點P（2433586.693，38514366.157）所表示的意義:(1)表示點P在高斯平面上至赤道的距離; X=2433586.693m(2)其投影帶的帶號為： P點離縱軸X軸的實際坐標： 38帶 Y=514366.157-500000= 14366.157m中中南南大大學

14、學5 5、地面點的高程、地面點的高程地面點的高程系統(tǒng)地面點的高程系統(tǒng) 地面點到大地水準面的鉛垂距離，稱為該點的地面點到大地水準面的鉛垂距離，稱為該點的絕對高絕對高程程或或海拔海拔，簡稱，簡稱高程高程。在下圖中地面點。在下圖中地面點A A、B B 的絕對高程的絕對高程分別為分別為H Ha a、H Hb b。 5. 高程系統(tǒng)高程系統(tǒng)中中南南大大學學 地面上兩點高程之差稱為這兩地面上兩點高程之差稱為這兩點的點的高差高差，如圖，如圖1-7中中A、B兩點間兩點間的高差為：的高差為： hab=HbHaHb Ha 當在當在局部局部地區(qū)進行地區(qū)進行高程測量時，也可以假高程測量時，也可以假定一個水準面作為定一個

15、水準面作為高程高程起算面起算面。地面點到假定。地面點到假定水準面的鉛垂距離稱為水準面的鉛垂距離稱為假定高程或相對高程假定高程或相對高程。在右圖中，在右圖中，A、B兩點的兩點的相對高程為相對高程為Ha Hb 。中中南南大大學學水 準 原 點我國解放初期，采用19501956年驗潮資料,求得平均海水面位置,進而測得水準原點的高程為72.289m，此高程系統(tǒng)稱為1956年黃海高程系。由于驗潮資料時間周期短，不甚精確； 為提高大地水準面的精度，國家又根據(jù)青島驗潮站1952-1979年的驗潮資料組合成了10個周期為19年的驗潮資料，經(jīng)精確計算，于1985年重新確定了黃海平均海水面的位置和高程原點的高程（

16、72.260m），并決定從1988年起，一律按此原點高程推算全國控制點的高程，稱為“1985年國家高程基準”?？梢?，我國的驗潮資料也為近年來海平面上漲提供了依據(jù)。中中南南大大學學主要有：（1）1985國家高程系統(tǒng)（2）1956黃海高程系統(tǒng)（3）地方高程系統(tǒng)。如：珠江高程系統(tǒng)。注：水準原點：青島市觀象山H0= 72.260m（85黃海系） = 72.289m（56黃海系）我國的高程系統(tǒng)中中南南大大學學1 13 3 用水平面代替水準面的限度用水平面代替水準面的限度在半徑為10km的范圍內(nèi)進行距離的測量工作時，用水平面代替水準面所產(chǎn)生的距離誤差可以忽略不計。 地球曲率對高差的影響，即使在很短的距離內(nèi)

17、也必須加以考慮。中中南南大大學學 1.4 1.4 測量工作概述測量工作概述一測量工作的基本原則一測量工作的基本原則 布局上：由整體到局部 精度上：由高級到低級 次序上：先控制后細部 測量工作的又一原則: “前一步工作未作檢核，不進行下一步工作”中中南南大大學學1.4 1.4 測量工作概述測量工作概述繪制地形圖繪制地形圖中中南南大大學學二測量工作本質(zhì) 測定點位的工作，即測定點的平面位置和高程三確定地面點的要素 水平角、距離、高差、直線定向四、測量的基本工作 高程測量、角度測量、距離測量、直線方向測量五學習好本課程的要求。 認真聽課； 做好筆記； 獨立完成作業(yè)； 實驗課認真對待。中中南南大大學學本本 章章 小小 結(jié)結(jié) 2. 平面直角坐標系坐標縱軸為X軸，向北為正；坐標橫軸為Y 軸，向東為正；坐標原點可假定，也可選在測區(qū)的已知點上。象