第1章測量基本知識(shí)

1、1學(xué)習(xí)“工程測量” 測量科學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及國防建設(shè)中的重要地位不斷提高，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。 -寧津生課程的性質(zhì) 工程測量，土木工程測量。專業(yè)基礎(chǔ)課；土木工程等專業(yè)的基本技術(shù)；工程建設(shè)的主要導(dǎo)向技術(shù)。學(xué)習(xí) 理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)教學(xué)。根據(jù)理論教學(xué)需要開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完成必要的作業(yè)；實(shí)習(xí)教學(xué)將作為獨(dú)立課程在理論教學(xué)之后進(jìn)行。通過理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)習(xí)教學(xué)達(dá)到掌握工程測量技術(shù)的目的。希望 努力學(xué)習(xí)，刻苦訓(xùn)練，真正掌握土木工程測量技術(shù)，為工程建設(shè)服務(wù)。中國工程院院士、武漢大學(xué)教授寧津生中國工程院院士、武漢大學(xué)教授寧津生 寧津生院士序言指出三大三大特點(diǎn)特點(diǎn) 1. 1. 結(jié)合土木類專

2、業(yè)，應(yīng)用的特色非常明顯，教結(jié)合土木類專業(yè)，應(yīng)用的特色非常明顯，教學(xué)內(nèi)容針對性強(qiáng)；學(xué)內(nèi)容針對性強(qiáng)； 2. 2. 教材結(jié)構(gòu)體系新，教材內(nèi)容脈絡(luò)清晰，便于教材結(jié)構(gòu)體系新，教材內(nèi)容脈絡(luò)清晰，便于理解掌握；理解掌握； 3. 3. 引進(jìn)測繪新技術(shù)，更具時(shí)代特色。引進(jìn)測繪新技術(shù)，更具時(shí)代特色。第一章 緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)： 理解測量科學(xué)技術(shù)在土木工程的意義。 掌握坐標(biāo)系統(tǒng)、高程系統(tǒng)的概念和應(yīng)用。 理解測量定位概念與技術(shù)過程。 把握緒論對于學(xué)習(xí)工程測量技術(shù)的基本導(dǎo)向。第一節(jié) 測量學(xué)與土木工程 一、測量學(xué)概念 二、測繪學(xué)的分支學(xué)科 三、測繪科學(xué)在土木工程建設(shè)中的地位 一、測量學(xué)概念1.1.基本概念。 測量學(xué)是一門研究測

3、定研究測定地面點(diǎn)位置，地面點(diǎn)位置，研究確定并展示研究確定并展示地球表面形態(tài)與大地球表面形態(tài)與大小的科學(xué)小的科學(xué)。2.2.與人類生存息息相關(guān)的測量科學(xué)。 人類在地球上的生存、發(fā)展離不開點(diǎn)位置的確定，離不開邊界點(diǎn)、邊界線的確定，離不開這些場所的面積以及土木工程的位置測定。測量科學(xué)正是適應(yīng)人類生存、發(fā)展的需要和土木工程建設(shè)的定位技術(shù)需求而發(fā)展起來。3.3.現(xiàn)代科技條件下的測量科學(xué)。 主要貢獻(xiàn)有激光紅外測距、衛(wèi)星全天候定位、攝影與遙感、數(shù)字化測量技術(shù)及現(xiàn)代平差等?，F(xiàn)代科技條件下的測繪學(xué)，是對地球整體及其表面和外層空間的物體與地理分布有關(guān)信息的采集，并賦予處理、管理、更新等過程的科學(xué)技術(shù)。測繪學(xué)獲得的數(shù)

4、據(jù)或圖象成為可以儲(chǔ)備、傳播、應(yīng)用的地球空間信息。地球空間信息工程學(xué)測繪學(xué)科的應(yīng)用范圍和服務(wù)對象正在不斷地?cái)U(kuò)大到國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展以及國防建設(shè)中與地球空間信息有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，二、測繪學(xué)的分支學(xué)科 大地測量學(xué)、攝影測量與遙感學(xué)、地圖學(xué)、海洋測繪、工程測量學(xué)。研究工程建設(shè)與自然資源開發(fā)中在規(guī)劃、勘測設(shè)計(jì)、施工與管理各個(gè)階段進(jìn)行的測量理論與技術(shù)的學(xué)科。工程測量學(xué)是測繪科學(xué)技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)中的直接應(yīng)用。三、測繪科學(xué)在土木工程建設(shè)中的地位1.測量是土木工程規(guī)劃建設(shè)的重要依據(jù)重要依據(jù)。2.測量是土木工程勘察設(shè)計(jì)現(xiàn)代化的重要技術(shù)重要技術(shù)。3.測量是土木工程順利施工的重要保證重要保證。4.測量

5、是房地產(chǎn)管理、工程綜合質(zhì)量檢驗(yàn)、重要土木工程設(shè)施安全監(jiān)視的重要手段重要手段。 土木工程技術(shù)人員明確測量科學(xué)在工程建設(shè)中的重要地位，熟練掌握測量基本理論和技術(shù)原理，熟練掌握和應(yīng)用工程測量基本理論和方法，是進(jìn)行交通土木工程技術(shù)工作的基本條件。第二節(jié) 地球體的有關(guān)概念 測量在地球上進(jìn)行，必須了解有關(guān)地球體的概念 一、地球體的有關(guān)概念 二、參考橢球體的參數(shù)一、地球體的有關(guān)概念1垂線：重力的作用線稱為鉛垂線，簡稱垂線。 (萬有引力與離心力)2水準(zhǔn)面：某一時(shí)刻處于沒有風(fēng)浪的海洋水面，稱為水準(zhǔn)面。理想化的靜止曲面。性質(zhì)：有3。3大地水準(zhǔn)面：沒有風(fēng)浪沒有潮汐的平均海水面就稱為大地水準(zhǔn)面。3大地水準(zhǔn)面：沒有風(fēng)浪

6、沒有潮汐的平均海水面就稱為大地水準(zhǔn)面。 4大地體：大地水準(zhǔn)面包圍的曲面形體稱為大地體。 水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面不規(guī)則。大地體不規(guī)則。5參考橢球體：) 11 (1222222bzayax)21 ( aba二、參考橢球體的參數(shù)11980年以后IAG-75參數(shù):R=6378140米，=1/298.257， 推算值 b=6356755.288米。21954年北京坐標(biāo)系參數(shù):前蘇聯(lián)克拉索夫斯基參數(shù)，R=6378245米， =1/298.3，推算值b=6356863.019米。3平均參數(shù): R=6371000米。第三節(jié) 坐標(biāo)系統(tǒng)的概念 一、大地坐標(biāo)系統(tǒng) 二、高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng) 三、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系一、大地

7、坐標(biāo)系統(tǒng) 大地坐標(biāo)系統(tǒng)是以參考橢球體面為基準(zhǔn)面的球面坐標(biāo)系球面坐標(biāo)系， 通常以大地經(jīng)度和大地緯度表示， 簡稱經(jīng)度(L)，緯度(B)。L、 B或稱為大地坐標(biāo)。B: 293345.8036L: 1195128.7441二、高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng) 大地坐標(biāo)表示地面點(diǎn)的球面坐標(biāo)，工程設(shè)計(jì)上需要點(diǎn)位平面位置。工程建設(shè)在地球曲面上完成，工程設(shè)計(jì)均在平面上進(jìn)行?！捌矫妗迸c“曲面”必然有矛盾。高斯平面直角坐標(biāo)系是一種應(yīng)用廣泛的坐標(biāo)系統(tǒng)，可以解決這類問題。 1.高斯投影的幾何意義：1)沿N、S兩極在參考橢球面均勻標(biāo)出子午線(經(jīng)線)和分帶。2)假想一個(gè)橫橢圓柱面套在參考橢球面上。3)地球表面投影到橫橢圓柱面上。4)

8、 展開成高斯平面。沿N、S兩極在參考橢球面均勻標(biāo)出子午線(經(jīng)線)和分帶。 按經(jīng)差L分帶 邊緣子午線 中央子午線假想一個(gè)橫橢圓柱面套在參考橢球面上地球表面投影到橫橢圓柱面上 地球的投影 紅線是投影線 取出地球的投影-剪開-壓平后2.高斯平面的特點(diǎn) 1)1)投影后的中央子午線NBSNBS是直線，長度不變。 2)2)投影后的赤道ABCABC是直線，保持ABCNBSABCNBS。 3)3)離開中央子午線的子午線投影是以二極為終點(diǎn)的弧線，離中央子午線越遠(yuǎn)，弧線的曲率越大，說明離中央子午線越遠(yuǎn)投影變形越大。3.高斯平面直角坐標(biāo)系的建立建立規(guī)則:X軸是中央子午線NBS的投影，北方為正方向；Y軸是赤道ABC的

9、投影，東方為正方向；原點(diǎn)，即中央子午線與赤道交點(diǎn)用O表示；四象限按順時(shí)針順序、排列高斯平面直角坐標(biāo)表示地面點(diǎn)位置 如x=2433586.693m， y=38514366.157m。 表示的意義: (1)表示點(diǎn)在高斯平面上至赤道的距離; 2433586.693m(2)包括有投影帶的帶號(hào)、附加值500km 和實(shí)際坐標(biāo)Y三個(gè)參數(shù)，即 y=帶號(hào)N(或n)+500km+Yp 38 +500 + 14366.157m全球高斯投影帶高斯投影根據(jù) 逐帶連續(xù)進(jìn)行，全球連續(xù)逐帶高斯投影展開成如下圖的高斯平面。L=6六度帶中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)度 Lo=6N-3 (1-3)L=3三度帶中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)

10、度 Lo=3n (1-4)L投影帶的中央子午線與編號(hào)中央子午線與編號(hào) L=6六度帶中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)度Lo=6N-3 (1-3) L=3三度帶中央子午線經(jīng)度中央子午線經(jīng)度Lo=3n (1-4) 我國在大地坐標(biāo)系中的經(jīng)度位置7474135135 六度帶編號(hào)編號(hào)N在我國:在1323之間。 三度帶編號(hào)編號(hào)n在我國:在2545之間。三、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系 獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系建立沒有高斯平面直角坐標(biāo)系那樣嚴(yán)格的規(guī)則，主要表現(xiàn)在: : 1. 1.坐標(biāo)系X X軸所在的中央子午線的經(jīng)度不一定滿足式(1-3)(1-3)、式(1-(1-4)4)，可按不同要求采用其他的經(jīng)度，具有一定的隨意性隨意性； 2.2

11、.坐標(biāo)軸X X軸的正方向不一定指向北極，可根據(jù)工作需要自行確定，具有某種實(shí)用性實(shí)用性； 3.3.坐標(biāo)系原點(diǎn)不一定設(shè)在赤道上，一般設(shè)在有利于工作的范圍內(nèi)，具有相應(yīng)的區(qū)域性區(qū)域性。測量平面坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系數(shù)學(xué)上的三角公式適用于測量平面坐標(biāo)系 x=scos (1-6) y=ssin (1-7) 第四節(jié) 高程系統(tǒng)的概念 一、高程系統(tǒng)的一般概念 二、實(shí)際應(yīng)用中的地面點(diǎn)高程的概念一、高程系統(tǒng)的一般概念地面點(diǎn)高程：地面點(diǎn)到某一高程基準(zhǔn)面的垂直距離。大地高系統(tǒng)：以參考橢球體面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。大地高大地高，表示地面點(diǎn)到參考橢球體面的垂直距離。正高系統(tǒng)：以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。正高正高，表示地面點(diǎn)到

12、大地水準(zhǔn)面的垂直距離。正常高系統(tǒng)：以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。正常高正常高，表示地面點(diǎn)到似大地水準(zhǔn)面的垂直距離。大地高、正高、正常高三者關(guān)系由差距hm、hm參數(shù)聯(lián)系起來。在要求不高時(shí)，往往忽略hm、hm參數(shù)，不再有大地高、正高、正常高的區(qū)別。二、實(shí)際應(yīng)用中的地面點(diǎn)高程的概念絕對高程：地面點(diǎn)沿其垂線到似大地水準(zhǔn)面的垂直距離。相對高程：地面點(diǎn)沿其垂線到假定的似大地水準(zhǔn)面的垂直距離。高差：二個(gè)地面點(diǎn)的高程之差，用h表示。) 81 ( ABABABHHHHh第五節(jié) 地面點(diǎn)定位的概念 一、地面點(diǎn)定位的技術(shù)過程 二、地面點(diǎn)定位元素 三、地面點(diǎn)定位的工作原則一、技術(shù)過程 地面點(diǎn)定位，亦即以某種技術(shù)過程

13、確定地面點(diǎn)的位置。 1.測繪測繪。以測量技術(shù)手段測定地面點(diǎn)位置并用圖象或圖形和數(shù)據(jù)等形式表示出來，這種技術(shù)過程稱為測繪測繪。 2.測設(shè)測設(shè)。利用測量技術(shù)手段把設(shè)計(jì)上擬定的地面點(diǎn)測定到實(shí)地上，這種技術(shù)過程稱為測設(shè)測設(shè)，或稱為工程放樣，簡稱放樣放樣。二、地面點(diǎn)定位元素角度測量角度測量、距離測量距離測量、高差測量高差測量是地面點(diǎn)定位的測量基本技術(shù)工作。測量得到的角度( () ) 、距離( (D) ) 、高差( (h) )是地面點(diǎn)定位的基本元素，稱為定位元素。這些定位元素具有獨(dú)立性( (即某一元素與其它同類元素之間不存在函數(shù)關(guān)系) )和直接可量性( (即可利用測量儀器直接測量其大小) ) ，故稱之為直

14、接觀測量，或稱為直接定位元直接定位元素素。 地面點(diǎn)的定位參數(shù)x、y、H不能直接測量得到，但可以利用地面點(diǎn)的直接定位元素按某種規(guī)定的法則推算得到，故又稱地面點(diǎn)的定位參數(shù)x、y、H為間接觀測量，或稱為間間接定位元素接定位元素。三、地面點(diǎn)定位的工作原則: 等級(jí)原則。等級(jí)原則。等級(jí)規(guī)定是工程建設(shè)中測量技術(shù)工作成果質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，是嚴(yán)格科學(xué)態(tài)度與實(shí)際測量技術(shù)水平的象征；離開甚至違背技術(shù)等級(jí)要求的不合格測量工作是不能容許的。 整體原則。整體原則。整體，指的是測量對象是一個(gè)個(gè)互相聯(lián)系的個(gè)體所構(gòu)成的完整測量基地；指的是測定位置參數(shù) 不是孤立的，而是從屬于工程建設(shè)整體對象的參數(shù)。1)從工程建設(shè)的全局出發(fā)實(shí)施定位的技術(shù)過程