《建筑工程測量》緒論(工程本2014年)

1、建筑工程測量緒論(工程本2014年)第一頁，共68頁。課程性質(zhì)建筑工程測量是工程管理專業(yè)的一門職業(yè)技術(shù)必修課。本課程以測繪工程專業(yè)的測量學(xué)教學(xué)大綱為依據(jù)，根據(jù)測繪學(xué)科發(fā)展趨勢的要求，緊密結(jié)合工程管理專業(yè)的特點，在教學(xué)內(nèi)容安排上，貫徹少而精、內(nèi)容新、最大限度地拓寬學(xué)生知識面的原則。第二頁，共68頁。理論教學(xué)和實驗內(nèi)容及學(xué)時序號教學(xué)內(nèi)容課時分配小計理論課實驗課1第一部分 緒論442第二部分 水準(zhǔn)測量4483第三部分 角度測量4484第四部分 距離測量與直線定向4265第五部分 小地區(qū)控制測量446第六部分 復(fù)習(xí)227總計221032第三頁，共68頁。教學(xué)目標(biāo)（1）知識目標(biāo)：掌握工程測量基本術(shù)語和常

2、規(guī)測量計算知識； 熟悉常規(guī)測量儀器部件功能及操作要求，了解儀器檢驗與校正方法；熟悉施工測量項目的測量技術(shù)。（2）能力目標(biāo)：能熟練操作基本測量儀器，進(jìn)行常規(guī)工程測量工作；具備正確選擇測量儀器工具完成工程測設(shè)項目和施工過程測量工作；力爭具備排除測量儀器簡單故障和進(jìn)行檢校能力。第四頁，共68頁。教學(xué)目標(biāo)（3）素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生自覺遵守職業(yè)道德和行業(yè)規(guī)范。使學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)、愛崗敬業(yè)的工作態(tài)度、自覺學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊意識、創(chuàng)新意識、動手能力、分析解決問題能力、收集處理信息能力。培養(yǎng)學(xué)生熱愛勞動、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛護(hù)儀器、吃苦耐勞的精神。第五頁，共68頁。教學(xué)手段多媒體教學(xué)及板書形式學(xué)習(xí)理論知

3、識，采用教師演示法和學(xué)生自主操作法學(xué)習(xí)測量儀器的操作和檢修。第六頁，共68頁。課程考核方式【考核類型】 考查【考核方式】 閉卷【成績評定】 理論：70% 實驗 考勤 作業(yè)30%第七頁，共68頁。工程測量學(xué)是一門歷史悠久的學(xué)科。公元前二十七世紀(jì)：埃及大金字塔。公元前十四世紀(jì)，在幼發(fā)拉底河與尼羅河流域進(jìn)行過土地邊界劃分測量。公元前十五世紀(jì)意大利都靈保存的金礦巷道圖緒 論第八頁，共68頁。我國早在三千多年前的夏禹治水的故事，當(dāng)時是這樣描述的：“陸行乘車，水行乘船，泥行乘撬，山行乘攆（j），左準(zhǔn)繩，右規(guī)矩、載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山。”這里所記錄的就是當(dāng)時的工程勘測情景，準(zhǔn)繩和規(guī)矩就是當(dāng)

4、時所用的測量工具，準(zhǔn)是可揆（kui）平的水準(zhǔn)器，繩是丈量距離的工具，規(guī)是畫圓的器具，矩則是一種可定平，可測長度、高度、深度和畫圓、畫矩形的通用測量儀器。第九頁，共68頁。司南 規(guī)矩 第十頁，共68頁。秦代李冰父子領(lǐng)導(dǎo)修建的都江堰水利樞紐工程。北宋時沈括為了治理汴渠，測得“京師之地比泗州凡高十九丈四尺八寸六分”，是水準(zhǔn)測量的結(jié)果。長沙馬王堆漢墓出土的地圖包括地形圖、駐軍圖和城邑圖三種，是目前世界上發(fā)現(xiàn)的最早的地圖。殷周時期的土地測量，秦、漢的私田制。隋唐實行均田制，建立戶籍冊。宋朝按鄉(xiāng)登記和清丈土地，出現(xiàn)地塊圖。到了明朝洪武年間的土地大清丈，編制魚鱗圖冊（世界最早的地籍圖冊）。四大發(fā)明之一的指南

5、針，從司南、指南魚算起，有二千多年的歷史。對礦山測量和其它工程勘測有很大的貢獻(xiàn)。第十一頁，共68頁。現(xiàn)代測量工具上圖：光學(xué)經(jīng)緯儀中上圖：自動安平水準(zhǔn)儀上圖：全站儀中下圖：激光測距儀第十二頁，共68頁。測量學(xué)（亦稱測繪學(xué)）是研究地球的形狀、大小和地表（包括地面上各種物體）的幾何形狀及其空間位置的科學(xué)。測量學(xué)的內(nèi)容包括測定和測設(shè)兩部分。測定是指使用測量儀器和工具，通過測量和計算得到一系列的數(shù)據(jù)，再把地球表面的地物和地貌縮繪成地形圖，供規(guī)劃設(shè)計、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和科學(xué)研究使用。 （由“地”到“圖”）測設(shè)是指將圖上規(guī)劃設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。 （由“圖”到“地”)

6、第十三頁，共68頁。地球表面上的物體千差萬別，但可將其分為地物和地貌兩類。地物包括地面上人造或天然固定物體，如房屋、道路、河流、湖泊等。地貌是指地球表面高低起伏的形態(tài)，如山峰、河谷、臺地、懸崖等。測量中將地物和地貌統(tǒng)稱為地形。測定地物和地貌的三維坐標(biāo)，并用平面圖形表示，稱為地形圖。第十四頁，共68頁。思考： 通過丈量得到A、B 兩點得出距離為50M, 這個過程稱為？ 已知A、B 兩點間距離為50M，若A 點在地面上的位置已知，從A點沿地面直線方向丈量50M,得到地面上B點的距離，這個過程稱為？第十五頁，共68頁。1.1 建筑工程測量的任務(wù)第十六頁，共68頁。測量學(xué)攝影測量學(xué)地圖制圖學(xué)大地測量學(xué)

7、工程測量學(xué)海洋測量學(xué)1.1.1 測量學(xué)科的分類第十七頁，共68頁。1.大地測量學(xué)： 研究地球的形狀和大小，解決大范圍地區(qū)的控制測量和地球重力場問題。2.攝影測量學(xué)： 研究利用攝影或遙感技術(shù)獲取被測物體的信息，確定物體的形狀、大小和空間位置的理論和方法。3.海洋測量學(xué)：以海洋和陸地水域為研究對象，研究港口、碼頭、航道及水下地形測量的理論和方法。4.工程測量學(xué)： 研究各種工程在規(guī)劃設(shè)計、施工放樣、竣工驗收和營運中測量的理論和方法。5.地圖制圖學(xué)： 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(xué)科。1.1.1 測量學(xué)科的分類第十八頁，共68頁。1.1.2 建筑工程測量的任務(wù)建筑工程測量是測量學(xué)

8、的一個組成部分。包括建筑工程在勘測設(shè)計、施工建設(shè)和運營管理階段所進(jìn)行的各種測量工作。測繪大比例尺地形圖主要任務(wù)施工放樣和竣工測量建筑物變形觀測第十九頁，共68頁。1.2 地面點位的確定第二十頁，共68頁。地球的形狀和大小第二十一頁，共68頁。 1）鉛垂線重力的作用線稱為鉛垂線。鉛垂線是測量工作的基準(zhǔn)線。第二十二頁，共68頁。處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面稱為水準(zhǔn)面。鉛垂線鉛垂線鉛垂線水準(zhǔn)面2）水準(zhǔn)面第二十三頁，共68頁。與水準(zhǔn)面相切的平面，稱為水平面。3）水平面第二十四頁，共68頁。NSWE地球橢球體大地水準(zhǔn)面4）大地水準(zhǔn)面與平均海水面相重合并延伸向大陸且包圍整個地球的水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。是測

9、量的基準(zhǔn)面。第二十五頁，共68頁。基準(zhǔn)線：鉛垂線是測量工作的基準(zhǔn)線。水準(zhǔn)面：處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面。水平面：與水準(zhǔn)面相切的平面稱為水平面。大地水準(zhǔn)面：與平均海水面相重合并延伸向大陸且包圍整個地球的水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。在實際測量工作中，常以大地水準(zhǔn)面作為測量的基準(zhǔn)面。小結(jié)：第二十六頁，共68頁。地球重力場是不均勻的，所以大地水準(zhǔn)面是一個起伏變化的不規(guī)則曲面。這樣的曲面無法在其上面進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的處理。長期測量實踐表明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球的形狀十分相似，所以測繪工作便取大小與大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的參考形狀和大小。第二十七頁，共68頁。NSEWOaba旋轉(zhuǎn)橢球

10、體 橢圓NWSE繞其短軸NS旋轉(zhuǎn)而成的旋轉(zhuǎn)橢球體，又稱地球橢球體。 決定地球橢球體形狀和大小的參數(shù)為橢圓的長半徑a，短半徑b及扁率。第二十八頁，共68頁。長半徑a，短半徑b及扁率，其關(guān)系式為：我國目前采用的地球橢球體的參數(shù)值為： 由于地球橢球體的扁率很小，當(dāng)測量的區(qū)域不大時，可將地球看作半徑為6371km的圓球。第二十九頁，共68頁。1.2.2 地面點位的確定測繪工作的主要任務(wù)之一是確定地面點的空間位置，由于地表高低起伏不平，所以一般是用地面某點到基準(zhǔn)面的鉛垂距離（簡稱高程）和該點投影到參考曲面上的位置（坐標(biāo)）來表示該點在地球上的位置。第三十頁，共68頁。確定地面點位的方法 地面點的空間位置須

11、由三個參數(shù)來確定，即該點在大地水準(zhǔn)面上的投影位置（兩個參數(shù)）和該點的高程。AA第三十一頁，共68頁。地面點的高程（1）絕對高程 地面點到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為該點的絕對高程，簡稱高程，用H表示。地面點A、B的高程分別為HA、HB。ABhABHAHBHAHB大地水準(zhǔn)面黃海平均海水面鉛垂線鉛垂線假定高程起算面第三十二頁，共68頁。 （2）相對高程ABhABHAHBHAHB大地水準(zhǔn)面黃海平均海水面鉛垂線鉛垂線假定水準(zhǔn)面 地面點到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為該點的相對高程或假定高程。A、B兩點的相對高程為HA、HB。第三十三頁，共68頁。（3）高差A(yù)BhABHAHBHAHB大地水準(zhǔn)面黃海平均海水面鉛

12、垂線鉛垂線假定高程起算面 地面兩點間的高程之差，稱為高差，用h表示。高差有方向和正負(fù)。 A、B兩點的高差為： B、A兩點的高差為： A、B兩點的高差與B、A兩點的高差，絕對值相等，符號相反，即：第三十四頁，共68頁。標(biāo)高：絕對標(biāo)高：是以一個國家或地區(qū)統(tǒng)一規(guī)定的基準(zhǔn)面作為零點的標(biāo)高 。相對標(biāo)高：以建筑物室內(nèi)首層主要地面高度為零作為標(biāo)高的起點 。建筑標(biāo)高 ：在相對標(biāo)高中，包括裝飾層厚度的標(biāo)高 。結(jié)構(gòu)標(biāo)高 ：在相對標(biāo)高中，不包括裝飾層厚度的標(biāo)高 。 簡單來說，建筑標(biāo)高 =結(jié)構(gòu)標(biāo)高 +裝飾層標(biāo)高 知識鏈接第三十五頁，共68頁。標(biāo)高符號：第三十六頁，共68頁。1.2.2.2 地面點的坐標(biāo)在測繪工作中，常

13、用的坐標(biāo)系有地理坐標(biāo)系和平面直角坐標(biāo)系兩種。1、地理坐標(biāo)系地面點在球面上的位置常采用經(jīng)度和緯度來表示，稱為地理坐標(biāo)。（1）天文地理坐標(biāo)系（2）大地地理坐標(biāo)系第三十七頁，共68頁。（1）天文地理坐標(biāo)系 當(dāng)研究整個地球的形狀或進(jìn)行大區(qū)域范圍的測量工作時，常采用地理坐標(biāo)來確定點的位置，點的坐標(biāo)可用經(jīng)度和緯度表示。經(jīng)度和緯度稱為點的地理坐標(biāo)。地理坐標(biāo)是用天文測量方法測定的。例如，北京某點P的地理坐標(biāo)為東經(jīng)11628，北緯3954。第三十八頁，共68頁。（2）大地地理坐標(biāo)系 大地地理坐標(biāo)又稱大地坐標(biāo)，用于表示地面點在參考橢球面上的位置，其基準(zhǔn)是參考橢球面及其法線，用大地經(jīng)度L和大地緯度B表示地面點的位置

14、。大地經(jīng)度L：過P點的大地子午面和首子午面所夾的兩面角。大地緯度B：過P點的法線與赤道面的夾角。第三十九頁，共68頁。第四十頁，共68頁。建國初期，我國使用的大地測量坐標(biāo)系統(tǒng)是從前蘇聯(lián)測過來的，其坐標(biāo)原點是前蘇聯(lián)玻爾可夫天文臺，這種狀況與我國的建設(shè)和發(fā)展極不相稱。為此，國家有關(guān)方面決定建立我國獨立的大地坐標(biāo)系統(tǒng)。從1975年開始組織人力，搜集分析了大量資料，并根據(jù)“原點”的要求，對鄭州、武漢、西安、蘭州等地的地形、地質(zhì)、大地構(gòu)造、天文、重力和大地測量等因素實地考察、綜合分析，最后將我國的大地原點，確定在陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村境內(nèi)，具體位置在：北緯343227.00東經(jīng)1085525.00。

15、知識鏈接第四十一頁，共68頁。為什么將大地原點設(shè)在此地？中華人民共和國大地原點選點報告中作了這樣的解釋：“為了使大地測量成果數(shù)據(jù)向各方面均勻推算，原點最好在我國大陸的中部?！倍兾鳑荜柨h永樂鎮(zhèn)石際寺村的確處在祖國大陸的中部。這里距我國邊界正北為880公里，距東北2500公里，距正東1000公里，距正南1750公里，距西南2250公里，距正西2930公里，距西北2500公里。同時，這里的地質(zhì)條件比較理想。第四十二頁，共68頁。第四十三頁，共68頁。第四十四頁，共68頁。第四十五頁，共68頁。第四十六頁，共68頁。第四十七頁，共68頁。第四十八頁，共68頁。第四十九頁，共68頁。2.平面直角坐標(biāo)系

16、地理坐標(biāo)是球面坐標(biāo)，不便于直接進(jìn)行各種計算。在工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計與施工中，宜在平面上進(jìn)行各項計算，為此，需將球面上的圖形用平面表現(xiàn)出來，這就必須采用適當(dāng)?shù)耐队胺椒āＳ捎谕队胺椒ǖ牟煌?，所建立的坐?biāo)系又分為高斯平面直角坐標(biāo)系和獨立平面直角坐標(biāo)系。（1）高斯平面直角坐標(biāo)系（2）獨立平面直角坐標(biāo)系1.2.2.2 地面點的坐標(biāo)第五十頁，共68頁。（2）高斯平面直角坐標(biāo) 利用高斯投影法建立的平面直角坐標(biāo)系，稱為高斯平面直角坐標(biāo)系。 在廣大區(qū)域內(nèi)確定點的平面位置，一般采用高斯平面直角坐標(biāo)。第五十一頁，共68頁。高斯平面直角坐標(biāo)的建立方法 首子午線第1帶0126央子中午線赤道 NS 任意號6帶中央子午線的

17、經(jīng)度0的計算公式： 式中 N6帶的帶號第五十二頁，共68頁。NSO中央子午線KKLL母線母線第五十三頁，共68頁。y(E)赤道OABxAyAxByBx(N)中央子午線投影500kmyAyB規(guī)定：中央子午線的投影為該坐標(biāo)系的縱軸x，向北為正。赤道的投影為橫軸y，向東為正。兩軸的交點為坐標(biāo)原點O。第五十四頁，共68頁。39061171111051201141081029993878196908478201918171615141帶2帶393735333129273211304306帶3帶Nn第五十五頁，共68頁。規(guī)定：南北方向為縱坐標(biāo)軸，記作x軸，向北為正；以東西方向為橫坐標(biāo)軸，記作y軸，向東為正

18、；坐標(biāo)原點O一般選在測區(qū)的西南角，使測區(qū)內(nèi)各點的x、y坐標(biāo)均為正值；坐標(biāo)象限按順時針方向編號。（2）獨立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測區(qū)范圍較小時，可以用測區(qū)中心點a的水平面來代替大地水準(zhǔn)面。在這個平面上建立的測區(qū)平面直角坐標(biāo)系，稱為獨立平面直角坐標(biāo)系。 xyAAOxAyA第五十六頁，共68頁。1.2.3 用水平面代替水準(zhǔn)面的限度水準(zhǔn)面是一個曲面，曲面上的圖形投影平面上，總會產(chǎn)生一定的變形，當(dāng)變形不超過測量誤差的容許范圍時，可以用水平面代替水準(zhǔn)面。但在多大面積范圍內(nèi)才容許這種代替，下面加以討論。第五十七頁，共68頁。1.2.3.1 對水平距離的影響當(dāng)D10km時，以水平面代替大地水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的距離相對誤差

19、為1：1220000，這樣小的誤差，對于精密量距來說也是允許的。因此，在半徑為10km的面積范圍內(nèi)進(jìn)行距離測量時，可以不考慮地球曲率，把水準(zhǔn)面當(dāng)作水平面看待。D=D3/3R2第五十八頁，共68頁。1.2.3.2 對高程的影響當(dāng)D0.1km時，h=0.0008m當(dāng)D1km時，h=0.078m當(dāng)D10km時，h=7.850m上述計算表明，進(jìn)行高程測量時，應(yīng)考慮地球曲率對高程的影響。h=D2/2R第五十九頁，共68頁。1.3 測量工作概述第六十頁，共68頁。1.3 測量工作概述 1平面直角坐標(biāo)的測定BAPDAP 測定地面點平面直角坐標(biāo)的主要測量工作是：測量水平角和水平距離 。第六十一頁，共68頁。 2高程的測定APHAHPhAP大地水準(zhǔn)面 測定地面點高程的主要測量工作是：測量高差。第六十二頁，共68頁。1.3.1測量工作的基本內(nèi)容高差測量基本內(nèi)容水平角測量水平距離測量第六十三頁，共68頁。1