工程測量(李仲) 第一章緒論

建筑工程測量主講：《建筑工程測量》

李仲主編《建筑工程測量》教材內(nèi)容分為兩大部分第一部分：基本部分（前8章）

（1）第1章——測量學(xué)基本概念、基礎(chǔ)知識（2）第2、3、4章——測量三項(xiàng)基本工作(H、β、D）（3）第5章——測量誤差基礎(chǔ)（4）第6章——控制測量（常規(guī)方法與GPS）（5）第7、8章——地形圖基本知識、測繪，地形圖應(yīng)用第二部分：拓展部分（后5章）（1）第9、10章——施工測量、施工控制測量（2）第11、12章——民用與工業(yè)建筑測量（3）第13章——變形觀測、竣工測量第一章緒論本章主要內(nèi)容：測量學(xué)基本概念、作用、學(xué)習(xí)目的、方法測量實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)須知地面點(diǎn)位確定基礎(chǔ)測量工作概述測繪是什么?我們做過的測繪工作:量長度量角度量高度,重量我們用過的測繪產(chǎn)品:地理圖冊旅游圖冊我們了解掌握的一些測繪常識:地球的形狀,地球的半徑長度單位角度單位重力單位地圖比例尺珠穆朗瑪峰高程馬里亞納海溝深度地球的海陸面積比例……我們沒做過但需要做的？第一節(jié)建筑工程測量的任務(wù)一、測繪學(xué)的含義傳統(tǒng)定義：測繪學(xué)是一門研究測定地面點(diǎn)位置，研究確定并展示地球整體及其表面物體形態(tài)與大小的科學(xué)與技術(shù)。包括測量學(xué)和制圖學(xué)兩部分。測量學(xué)：研究地球的形狀和大小,確定地球表面各種物體的形狀、大小和空間之間位置的科學(xué)。制圖學(xué)：結(jié)合社會和自然信息的地理分布，研究繪制全球和局部地區(qū)各種比例尺的地形圖和專題地圖的理論和技術(shù)。研究的對象1、地物：地面上天然或人工形成的物體。2、地貌：地表高低起伏的形態(tài)。研究的內(nèi)容：分測定和測設(shè)兩部分。測定是指使用測量儀器和工具，通過一系列的觀測和計(jì)算，獲得確定地面點(diǎn)位置的數(shù)據(jù)，或?qū)⒔ㄔO(shè)地區(qū)的地表面的地形縮繪成地形圖，供建筑工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí)使用。測設(shè)是指把圖紙上設(shè)計(jì)好的建筑物、構(gòu)筑物的位置，按照設(shè)計(jì)和施工的要求在地面上標(biāo)定出來，作為施工依據(jù)。二、建筑工程測量及主要任務(wù)測繪大比例尺地形圖建筑物施工放樣竣工總平面圖編繪建筑物沉降與變形觀測建筑工程測量：研究工業(yè)與民用建筑在勘察、設(shè)計(jì)、施工和管理階段所進(jìn)行的各種測量工作。建筑工程測量的主要任務(wù)（三）測量在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的應(yīng)用1、城市規(guī)劃、給水排水、煤氣管道、工業(yè)廠房和高層建筑建設(shè)的測量工作（1）設(shè)計(jì)階段；（2）施工階段；（3）工程完工后2、鐵路、公路建設(shè)的測量工作（1）路線的確定時(shí)；（2）當(dāng)路線跨越河流時(shí)；（3）當(dāng)路線穿越山地時(shí)；

我國測繪科技的成就建立了統(tǒng)一的坐標(biāo)和高程系統(tǒng)測繪了全國各種比例尺地圖科學(xué)探索與考察：珠峰，南極站大型特殊工程：長江大橋、三峽水電樞紐等大型精密工程：正負(fù)電子對撞機(jī)的安裝等先進(jìn)測繪儀器：全站儀，GPS、等建成全國GPS網(wǎng)和GIS基礎(chǔ)框架現(xiàn)代地形圖現(xiàn)代地形圖現(xiàn)代地形圖圖形地代現(xiàn)武漢大學(xué)測繪學(xué)院杭州灣大橋工程位址圖“鳥巢”測量

“水立方”測量掌握測量的基本概念、基本理論；具備測量儀器的操作技能；掌握大比例尺地形圖的測圖原理和方法；能正確使用地形圖和其他測量信息；掌握測量數(shù)據(jù)處理理論和精度評定方法；在施工過程中，能夠使用測量儀器進(jìn)行一般工程的施工放樣工作。三、學(xué)習(xí)的要求：方法：理論和實(shí)踐相結(jié)合上課+完成作業(yè)+參加實(shí)驗(yàn)并交實(shí)驗(yàn)報(bào)告四、注意事項(xiàng)要養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的工作習(xí)慣，盡可能減少粗差；堅(jiān)持處處時(shí)時(shí)按照《規(guī)范》作業(yè)的原則，以保證測量工作和成果的嚴(yán)肅性；樹立和加強(qiáng)檢核工作的高度責(zé)任感，以保證數(shù)據(jù)的正確性；測量工作大多是集體作業(yè)，有的是外業(yè)工作，工作環(huán)境條件較差，因而要有團(tuán)結(jié)戰(zhàn)斗的集體主義精神和吃苦耐勞的工作作風(fēng)，以保證測量工作的順利進(jìn)行和成果的高質(zhì)量。平時(shí)成績：作業(yè)+上課、實(shí)驗(yàn)考勤，50%計(jì)入總成績考試：課程結(jié)束筆試，50%計(jì)入總成績測量實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)須知：一、實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)一般要求

1·實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)課前，應(yīng)閱讀教材中有關(guān)內(nèi)容和預(yù)習(xí)《建筑工程測量實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)》中相應(yīng)項(xiàng)目。了解學(xué)習(xí)的內(nèi)容、方法和注意事項(xiàng)。

2·實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)時(shí)分小組進(jìn)行。每班學(xué)習(xí)委員向任課教師提供分組的名單，確定小組負(fù)責(zé)人。

3·實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)是集體學(xué)習(xí)行動，任何人不得無故缺席或遲到；應(yīng)在指定場地進(jìn)行，不得隨便改變地點(diǎn)。

4·在實(shí)驗(yàn)和實(shí)習(xí)中認(rèn)真的觀看指導(dǎo)老師進(jìn)行的示范操作，在使用儀器時(shí)嚴(yán)格按操作規(guī)則進(jìn)行。5.按《規(guī)范》限差要求測量，超限立即重測。二、使用測量儀器規(guī)則測量儀器是精密光學(xué)儀器，或是光、機(jī)、電一體化貴重設(shè)備，對儀器的正確使用，精心愛護(hù)和科學(xué)保養(yǎng)，是測量人員必須具備的素質(zhì)，也是保證測量成果的質(zhì)量、提高工作效率的必要條件。在使用測量儀器時(shí)應(yīng)養(yǎng)成良好的工作習(xí)慣，嚴(yán)格遵守下列規(guī)則。1·儀器的攜帶攜帶儀器前，檢查儀器箱是否扣緊，拉手和背帶是否牢固。2·儀器的安裝（1）安放儀器的三腳架必須穩(wěn)固可靠，特別注意伸縮腿穩(wěn)固。（2）從儀器箱提取儀器時(shí)，應(yīng)先松開制動螺旋，用雙手握住儀器支架或基座，放到三腳架上。一手握住儀器，一手?jǐn)Q連接螺旋，直至擰緊。（3）儀器取出后，應(yīng)關(guān)好箱蓋，不準(zhǔn)在箱上坐人。

3·儀器的使用（1）儀器安裝在三腳架上之后，無論是否觀測，觀測者必須守護(hù)儀器。（2）應(yīng)撐傘，給儀器遮陽。雨天禁止使用儀器。（3）儀器鏡頭上的灰塵、污痕，只能用軟毛刷和鏡頭紙輕輕擦去。不能用手指或其他物品擦，以免磨壞鏡面。（4）旋轉(zhuǎn)儀器各部分螺旋要有手感。制動螺旋不要擰得太緊，微動螺旋不要旋轉(zhuǎn)至盡頭。4·儀器的搬遷（1）貴重儀器或搬站距離較遠(yuǎn)時(shí)，必須把儀器裝箱后再搬。（2）水準(zhǔn)儀近距離搬站，先檢查連接螺旋是否旋緊，松開各制動螺旋，收攏三腳架，一手握住儀器基座或照準(zhǔn)部﹐一手抱住腳架，穩(wěn)步前進(jìn)。

5·儀器的裝箱（1）從三腳架取下儀器時(shí)，先松開各制動螺旋，一手握住儀器基座或支架，一手?jǐn)Q松連接螺旋，雙手從架頭上取下裝箱。（2）在箱內(nèi)將儀器正確就位后，擰緊各制動螺旋，關(guān)箱扣緊。

三﹑外業(yè)記錄規(guī)則1·觀測數(shù)據(jù)按規(guī)定的表格現(xiàn)場記錄。記錄應(yīng)采用2H或3H硬度的鉛筆。記錄者聽到觀測數(shù)據(jù)后應(yīng)復(fù)誦一遍記錄的數(shù)字，避免記錯(cuò)。2·記錄者記錄完一個(gè)測站的數(shù)據(jù)后，當(dāng)場應(yīng)進(jìn)行必要的計(jì)算和檢核，確認(rèn)無誤后，觀測者才能搬站。3·對錯(cuò)誤的原始記錄數(shù)據(jù)，不得涂改，也不得用橡皮擦掉，應(yīng)用橫線劃去錯(cuò)誤數(shù)字，把正確的數(shù)字寫在原數(shù)字的上方，并在備注欄說明原因。4．取位原則：四舍六入，五前單進(jìn)雙舍。如1.3144，1.3136，1.3145，1.3135等數(shù)，若取三位小數(shù)，則均記為1.314。測量實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)指導(dǎo)愛護(hù)儀器，損壞賠償；規(guī)范操作，輕拿輕放；數(shù)據(jù)真實(shí)，嚴(yán)格檢核；實(shí)驗(yàn)報(bào)告，及時(shí)上交。測量實(shí)驗(yàn)分組:每5人一組,設(shè)組長一名，實(shí)驗(yàn)報(bào)告按組上交。第二節(jié)地面點(diǎn)位的確定一、地球的形狀和大小地球知識初步：1).地球參數(shù):赤道半徑為6378．14千米，極半徑為6356．76千米，平均半徑6371千米，赤道周長和子午線方向的周長分別為40075千米和39941千米。北極地區(qū)約高出18．9米，南極地區(qū)則低下24－30米。2).地球又是一個(gè)近似光滑的水球大陸面積:占29%；海洋面積:占71%3).地球是一個(gè)表面起伏較大的橢球地球表面最高峰：8844.43m海洋底部最深處:11022.00m地球表面最大高差近20km測量工作是在地球表面進(jìn)行的。地球表面雖然很不規(guī)則，有高山、平原、丘陵、海洋等。但這些起伏相對于地球本身十分微小?？梢哉业揭粋€(gè)大小和形態(tài)與地球相當(dāng)?shù)南鄬ζ交拿孀鳛闇y量工作的基準(zhǔn)。

野外測量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線整個(gè)地球表面而言，陸地面積僅占29%，而海洋面積占了71%。因此，我們可以設(shè)想地球的整體形狀是被海水所包圍的球體，即設(shè)想將一靜止的海洋面擴(kuò)展延伸，使其穿過大陸和島嶼，形成一個(gè)封閉的曲面。

這個(gè)海面是否存在？能否成為測量工作的基準(zhǔn)面呢？1.重力與鉛垂線重力的方向即為鉛垂線方向。鉛垂線是測量工作的基準(zhǔn)線，測量儀器上都配有垂球，以便表示垂線方向。地球上的任意一點(diǎn)，都同時(shí)受到兩個(gè)力的作用：地球自轉(zhuǎn)的離心力和地心引力，它們的合力稱為重力。2.大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面有無數(shù)個(gè)，其中與平均海水面吻合，并且向大陸、島嶼延伸而形成的閉合曲面就稱為大地水準(zhǔn)面。

靜止的水面，稱為水準(zhǔn)面。它是重力的等位面，鉛垂線與水準(zhǔn)面正交。它是設(shè)想當(dāng)海洋處于靜止均衡狀態(tài)時(shí)，將它延伸到陸地內(nèi)部所形成的封閉曲面。靜止均衡海水面陸地大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面地球表面低密度礦體高密度礦體大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面的特點(diǎn)特點(diǎn):是重力等位面，是個(gè)不規(guī)則曲面。由于地面上任意一點(diǎn)水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面基本平行,故以大地水準(zhǔn)面為野外測量工作的基準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面是野外測量的基準(zhǔn)面，測量儀器上都裝有水準(zhǔn)器。水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)，水準(zhǔn)管圓弧的法線方向和重力方向一致。以便整置儀器豎軸，使測量結(jié)果與過地面點(diǎn)的水準(zhǔn)面一致。水準(zhǔn)管氣泡法線大地體：大地水準(zhǔn)面包圍的形體。大地體是不規(guī)則幾何體，其表面不是數(shù)學(xué)曲面。在復(fù)雜曲面上無法進(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理，需要尋找與大地體接近的數(shù)學(xué)體代替大地體——參考橢球和地球總橢球旋轉(zhuǎn)橢球參數(shù)：長半軸（a），短半軸（b），扁率(α)旋轉(zhuǎn)橢球的數(shù)學(xué)表達(dá)式：南極P赤道自轉(zhuǎn)軸北極Paab二、確定地面點(diǎn)位的方法確定地面點(diǎn)相關(guān)的概念：地形：地物和地貌地物：地面上人造或天然的固定物體地貌：地面高低起伏的形態(tài)地形點(diǎn)（碎部點(diǎn)）：地物和地貌的特征點(diǎn)：輪廓面的輪廓線、特征線上的交叉點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、變坡點(diǎn)、拐點(diǎn)、極值點(diǎn)等。選擇特征點(diǎn)是一項(xiàng)重要工作地物及其特征點(diǎn)地貌及其特征點(diǎn)投影及投影后坐標(biāo)和高程一般用三個(gè)量表示地面點(diǎn)的空間位置。其中：兩個(gè)量是地面點(diǎn)沿著投影線（鉛垂線或法線）在投影面（大地水準(zhǔn)面、橢球面、平面）上的坐標(biāo)；第三個(gè)量是點(diǎn)沿著投影線到投影面的距離（高程）。坐標(biāo)系基準(zhǔn)面的選擇和坐標(biāo)系的建立：基準(zhǔn)面：曲面（大地水準(zhǔn)面、參考橢球面）平面坐標(biāo)系：球面坐標(biāo)、平面直角坐標(biāo)、極坐標(biāo)球面經(jīng)緯坐標(biāo)系、投影距離（經(jīng)緯度，高程）平面直角坐標(biāo)系、投影距離（x，y，H）空間直角坐標(biāo)系（x，y，z）1.地面點(diǎn)的高程ABHAHB高潮面低潮面大地水準(zhǔn)面在一般的測量工作中都以大地水準(zhǔn)面作為高程起算的基準(zhǔn)面。1.地面點(diǎn)的高程（1）絕對高程：地面任一點(diǎn)沿鉛垂線方向到大地水準(zhǔn)面的距離就稱為該點(diǎn)的絕對高程或海拔，簡稱高程，用H表示。（2）相對高程：地面點(diǎn)沿其垂線到假定的大地水準(zhǔn)面的垂直距離。hAB我國的高程系統(tǒng)基準(zhǔn)國家高程基準(zhǔn)：根據(jù)多年驗(yàn)潮資料推算的黃海平均海水面。并在青島市觀象山建立國家水準(zhǔn)原點(diǎn)。“1956年黃海高程基準(zhǔn)”：1950-1956年H=72.289m“1985年國家高程基準(zhǔn)”：1953-1979年H=72.2604m，相差28.6mm合肥市目前仍采用上海吳淞高程系如合肥市某點(diǎn):吳淞高程—1.856m=85國家高程（3）高差：二個(gè)地面點(diǎn)的高程之差，用h表示。<0>02、地面點(diǎn)的平面位置地形圖是繪制在平面圖紙上的，地球表面是球面。為了解決“平面”與“曲面”的矛盾，將球面上的大地坐標(biāo)按一定的數(shù)學(xué)法則歸算到平面上。地圖投影會產(chǎn)生變形，按控制變形的方式分：等角投影：地形圖制作使用，高斯投影等面積投影任意投影地圖投影：將橢球面上的圖形和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到平面上的方法。高斯投影：橫切橢圓柱等角（正形）投影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。（1）高斯平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)3）.地球表面投影到橫橢圓柱面上4）.沿母線截開橢圓柱面，并展開，壓平高斯平面的特點(diǎn)等角投影，且1)投影后的中央子午線是直線，長度不變。2)投影后的赤道是直線，保持與中央子午線垂直。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。高斯投影沒有角度變形，但有長度變形和面積變形，離中央子午線越遠(yuǎn)，變形就越大，為了對變形加以控制，測量中采用限制投影區(qū)域的辦法，即將投影區(qū)域限制在中央子午線兩側(cè)一定的范圍，這就是所謂的分帶投影高斯平面直角坐標(biāo)系的建立建立規(guī)則:①X軸是中央子午線的投影，北方為正方向；②Y軸是赤道的投影，東方為正方向；③原點(diǎn)，即中央子午線與赤道交點(diǎn)用O表示；④四象限按順時(shí)針順序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ排列高斯平面直角坐標(biāo)表示地面點(diǎn)位置中央子午線o赤道x（北）y（東）pxpyp為了使坐標(biāo)為正數(shù)，縱坐標(biāo)軸向西平移500公里x500km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:X表示點(diǎn)在高斯平面上至赤道的距離;

2433586.693mY包括有投影帶的帶號、附加值500km

和實(shí)際坐標(biāo)Y三個(gè)參數(shù)，即

y=帶號N(或n)+500km+Yp

38+500+14366.157m投影帶的中央子午線與編號6帶中央子午線經(jīng)度Lo=6N-3城市和工程測量中，要求長度變形較小時(shí)，采用三度帶坐標(biāo)系。

3帶中央子午線經(jīng)度Lo=3n合肥位于6°帶的第20帶，中央子午線經(jīng)度為117°。全球高斯投影帶①坐標(biāo)軸方向不同。

②象限順序不同。

③方位角規(guī)定不同。x=s×cosαy=s×sinα高斯平面坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)坐標(biāo)系目的：便于定向，不改變數(shù)學(xué)公式而直接應(yīng)用于測量計(jì)算。（2）、地理坐標(biāo)系

地面點(diǎn)位用經(jīng)度和緯度來表示。B:29°33′45.″8036L:119°51′28.″7441大地測量中使用。（3）、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.坐標(biāo)系X軸所在的中央子午線的經(jīng)度不一定滿足關(guān)系式，可按不同要求采用其他的經(jīng)度，具有一定的隨意性；

2.坐標(biāo)軸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；

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。（3）、獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系《城市測量規(guī)范》(CJJ8-99)規(guī)定，面積小于25km2,半徑R<10km的范圍內(nèi),用過c點(diǎn)的切平面來代替大地水準(zhǔn)面，在切平面上建立的測區(qū)平面直角坐標(biāo)系。以磁子午線的方向作為X軸，向北為正；其垂直方向?yàn)閅軸，向東為正。坐標(biāo)原點(diǎn)選在測區(qū)西南角。x

測區(qū)

oy對距離的影響對角度的影響對高程的影響三、水平面代替水準(zhǔn)面的限度ABab'D'DOpp'地球半徑Rbθ相對誤差：ΔDD=13（DR）2距離D/KM距離誤差ΔD/cm相對誤差10.00-50.101：5000000100.821：1217700152.771：541516絕對誤差：△D=D′-D1、對距離測量的影響2、對角度的影響球面面積/KM2ε/"球面面積/KM2ε/"100.051000.51500.255002.54ABC球面角超（ε）=球面三角形內(nèi)角和–平面三角形內(nèi)角和式中：P為球面多邊形的面積3、對高程的影響:

(R+Δh)2=R2+D′2Δh=D′22R+Δh因?yàn)椋害<<2R，DD′所以：Δh=2RD2ABab'D'DOpp'地球半徑RbΔhθD/m1050100