工程測量學(xué)緒論課件

1.1測量學(xué)與土建工程測量1.2地面點位的確定1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.4測量工作概述1.5測量常用計量單住換算第1章緒論工程測量》

定義：測量學(xué)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(xué)。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(biāo)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(xué)與土建工程測量1.1.1測量學(xué)定義、任務(wù)與分科1.大地測量學(xué):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(xué)技術(shù)的發(fā)展，大地測量學(xué)又分為常規(guī)大地測量學(xué)與衛(wèi)星大地測量學(xué)，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(xué):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(xué)就是指普通測量學(xué)。3.工程測量學(xué):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(xué):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(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。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(biāo)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(fù)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(zāi)害事故的發(fā)生。1.1.2土建工程測量

它包括普通測量學(xué)，以及土建工程相關(guān)的土地整理測量、工民建施工測量，公路工程、管道工程測量等。

1.1.3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(zhǔn)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航攝照片地形圖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年在海拔6120m處，測量珠穆朗瑪峰高程。珠峰高程為8848.13m2005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8844.43m1.2地面點位的測定1.2.1測量的基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面1.基準(zhǔn)線：

地球上任一點都要受到離心力和地球引力的雙重作用，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(zhǔn)線。

測量的計算要求投影到地球的橢球面上進行處理，橢球面上各點的曲率半徑方向就是該點的法線，法線在數(shù)據(jù)處理時用到，因此，法線又是測量的另一種基準(zhǔn)線。2.基準(zhǔn)面：

空間任何一點都有水準(zhǔn)面，處處和重力方向相垂直的曲面均稱水準(zhǔn)面，水準(zhǔn)面就是測量的基準(zhǔn)面。由于水準(zhǔn)面的高度不同，水準(zhǔn)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(zhǔn)面，它是高程測量的基準(zhǔn)面。

水準(zhǔn)面與大地水準(zhǔn)面概念水準(zhǔn)面：處處與鉛垂線相垂直的曲面。大地水準(zhǔn)面：與平均均海水面重合的水準(zhǔn)面。

大地水準(zhǔn)面是有微小起伏的復(fù)雜曲面，其原因是地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，看下圖：地球表面上的圖形投影到不規(guī)則的大地水準(zhǔn)面曲面上計算很困難。為此，選用一個非常接近于大地水準(zhǔn)面、并可用數(shù)學(xué)式表示的幾何形體來代替大地水準(zhǔn)面，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。大地水準(zhǔn)面它所包圍的形體稱為大地體。地球橢球的參數(shù)可用a(長半徑)、b（短半徑）及α（扁率）表示。扁率α為1979年國際大地測量與地球物理聯(lián)合會推薦的地球橢球參數(shù)a=6378140m，b=6356755.3m,α=1:298.257。旋轉(zhuǎn)橢球面是數(shù)學(xué)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(zhǔn)面差距的平方和最小，這樣的橢球稱總地球橢球。

地面上選一點P，由P點投影到大地水準(zhǔn)面P0點,使P0上的橢球面與大地水準(zhǔn)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(zhǔn)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)。P地球表面大地水準(zhǔn)面

NSWEP0垂線與法線重合參考橢球體參考橢球面與我國大地原點總地球橢球與參考橢球的區(qū)別1.2.2地面點位的確定需3個參數(shù)：X（縱坐標(biāo)）,Y（橫坐標(biāo)）,H（高程）或

λ（經(jīng)度）,Φ（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(biāo)。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PMM′P1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EG′M′E1的夾角1.地面點在投影面上的坐標(biāo)

(1)獨立平面直角坐標(biāo)系（假定平面直角坐標(biāo)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(biāo)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(xué)上OYXx

y測區(qū)αⅡOXYⅠⅢⅣαXYm(x,y)測量直角坐標(biāo)系與數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)系不同點有：過坐標(biāo)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(xué)直角坐標(biāo)系橫坐標(biāo)為X軸，縱坐標(biāo)為Y軸。(2)以縱坐標(biāo)X軸正向為起始邊，順時針量算角度，象限Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ順時針排列。數(shù)學(xué)直角坐標(biāo)以橫坐標(biāo)X正向為起始邊，逆時針量算角度，象限逆時針排列。(3)數(shù)學(xué)上坐標(biāo)原點x0、y0均為0。測量上，為使地面各點坐標(biāo)均為正數(shù)，坐標(biāo)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(biāo)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(dāng)?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,0°～6°為第1帶,6°～12°為第2帶，……，174°～180°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。0661239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,0°～6°（第1帶）,6°～12°（第2帶），……，174°～180°（第30帶）,東半球共分30個投影，我國領(lǐng)土從13～23帶。圖中下半部為3°帶分帶情況：1°30‘～4°30’（第1帶），4°30’（第2帶）……，我國領(lǐng)土3°帶從24～46帶。(b)高斯投影特點：

①等角:即橢球面上圖形投影到平面之后，其角度相等，無角度變形，但距離與面積稍有變形。

②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(biāo)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。

③赤道投影也為直線。因此,這條直線作為平面直角坐標(biāo)的橫軸—y軸。南北緯線投影后呈凹向兩極的曲線，且與赤道投影對稱。

(c)高斯平面直角坐標(biāo)系定義：高斯投影各帶構(gòu)成獨立的坐標(biāo)系，中央經(jīng)線為x軸，赤道投影為y軸，兩軸的交點為坐標(biāo)原點。

按高斯直角坐標(biāo)定義可知：X軸西邊各點的Y值均為負(fù)。為使Y值為正值，將Y實際均加500km，稱Y的通用橫坐標(biāo),即Y通用=帶號+Y實際+500km高斯平面直角坐標(biāo)系的通用橫坐標(biāo)例：n點在20帶，其實際坐標(biāo)

Y實際=-113424.690mY通用=20（-113424.690m+500000）=20(386575.310)m

=20386575.310m

XmY中央子午線作X軸赤道投影作Y軸XYm500komXno由通用橫坐標(biāo)換算實際橫坐標(biāo)公式如下：Y實際=Y通用（去掉小數(shù)點向左數(shù)第7、8兩位為帶號）-500000m注：我國領(lǐng)土從13～23帶，帶號占兩位，直接去掉頭兩位即可。例如：某點通用橫坐標(biāo)Y通用=20386575.310m，求該點實際橫坐標(biāo)。首先，將20386575.310m中20去掉（第7位為0，第8位為2）則Y實際=386575.310-500000=-113424.690m2、地面點的高程地面上任意點至水準(zhǔn)面的垂直距離，稱為該點的高程。某點至大地水準(zhǔn)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7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(zhǔn)面。并在青島觀象山建了水準(zhǔn)原點。水準(zhǔn)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”。20世紀(jì)80年代初，國家又根據(jù)1953年至1979年28年青島驗潮站觀測資料，算得水準(zhǔn)原點高程為72.2604m,該高程系統(tǒng)稱為“1985年國家高程基準(zhǔn)”。從1985年1月1日起執(zhí)行新的高程基準(zhǔn)。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(zhǔn)水準(zhǔn)原點青島驗朝站海底黃海平均海水面72.289m用1950→1956的觀測結(jié)果，建立了“1956年黃海高程系統(tǒng)”。其中H0=72.289m。72.260m用1953→1979的觀測結(jié)果，建立了“1985年高程基準(zhǔn)”。其中H0=72.260m。AB大地水準(zhǔn)面假定水準(zhǔn)面B'相對高程HAHB'HAH'絕對高程hAB絕對高程：從地面某點沿鉛垂線到大地水準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)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?！钏疁?zhǔn)原點☆水準(zhǔn)原點設(shè)在青島市，高程為72.260m（1985國家高程基準(zhǔn)）（注：1956黃海高程系為72.289m)1.1954年北京坐標(biāo)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前蘇聯(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(zhǔn)面差異，可達到+65m（東部），全國平均達29m。2.1980年國家大地坐標(biāo)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(biāo)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(zhǔn)面平均差僅為10m左右。國家大地坐標(biāo)系1.3用水平面代替水準(zhǔn)面的限度1.對距離的影響：在半徑為10km圓面積內(nèi)進行距離測量，可以用水平面代替水準(zhǔn)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(zhǔn)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(dāng)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）1mm（微米）=1000nm（納米）1km=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。1km2（平方公里）=100hm2（公頃）1hm2=10000m2=15畝1畝=666.7m23.角度單位

我國測量上采用的單位采用60進位制，即1圓周等于360度（360°），即1圓周=360°1直角=90°1°=60′1′=60″

但是，有些國家采用百進制的新度。1圓周=400g（新度）1直角=100g（新度）1g（新度）=100c（新分）1c（新分）=100cc（新秒）

在測量學(xué)中，推導(dǎo)公式和一些公式的表達時，常用弧度表示角度大小。所謂弧度就是與半徑相等的弧長所對應(yīng)的圓心角，稱為1個弧度（如右圖所示），以ρ°表示。因此即

樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。7月-237月-23Tuesday,July25,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。22:23:1622:23:1622:237/25/202310:23:16PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。7月-2322:23:1622:23Jul-2325-Jul-23加強交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。22:23:1622:23:1622:23Tuesday,July25,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。7月-237月-2322:23:1622:23:16July25,2023踏實肯干，努力奮斗。2023年7月25日10:23下午7月-237月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。25七月202310:23:16下午22:23:167月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。七月2310:23下午7月-2322:23July25,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/7/2522:23:1622:23:1625July2023好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。10:23:16下午10:23下午22:23:167月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時間。7月-237月-2322:2322:23:1622:23:16Jul-23牢記安全之責(zé)，善謀安