工程測量-課件

工程測量教學(xué)課件1第一章緒

論2測量學(xué)的任務(wù)及其在公路建設(shè)中的應(yīng)用3測量學(xué)的分類4大地測量學(xué)——研究整個(gè)地球的形狀和大小，解決大地區(qū)控制測量和地球重力場問題。常規(guī)大地測量和衛(wèi)星大地測量。普通測量學(xué)——測量小范圍地球表面形狀時(shí)，不顧及地球曲率的影響，把地球局部表面當(dāng)作平面看待所進(jìn)行的測量工作。攝影測量學(xué)——利用攝影像片來測定物體的形狀、大小和空位置的工作，屬于攝影測量學(xué)的范疇。由于獲得像片的方式不同，可分為地面、航空、水下和航天攝影測量學(xué)。海洋測繪學(xué)——以海洋和陸地水域?yàn)閷ο笏M(jìn)行的測量和海圖編制工作，屬于海洋測繪學(xué)的范疇。工程測量學(xué)——研究工程建設(shè)中所進(jìn)行的各種測量工作，屬于工程測量學(xué)的范疇。地圖制圖學(xué)——利用測量所得的成果資料，研究如何投影編繪和制印各種地圖的工作，屬于制圖學(xué)的范疇。測量學(xué)在公路建設(shè)中的應(yīng)用及本課程學(xué)習(xí)目標(biāo)5測量學(xué)在道路、橋梁和隧道工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。例如：在勘測設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，要求有各種比例尺的地形圖，供城鎮(zhèn)規(guī)劃、路線選線、路線平面圖設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)和橫斷面之用。在施工階段，要將設(shè)計(jì)的路線、橋梁等構(gòu)筑物的平面位置和高程測設(shè)于實(shí)地，以便進(jìn)行施工。施工結(jié)束后，還要進(jìn)行竣工測量，繪制竣工圖，供日后擴(kuò)建和維修之用。即使是竣工以后，對某些大型及重要的建筑物和構(gòu)筑物還要進(jìn)行變形、沉降觀測，以保證建筑物的安全使用。學(xué)習(xí)本課程之后，要求達(dá)到掌握普通測量學(xué)的基本知識和基礎(chǔ)理論，能正確使用工程水準(zhǔn)儀、工程經(jīng)緯儀等儀器和工具；了解大

比例尺地形圖的成圖原理和方法，在工程設(shè)計(jì)和施工中，具有正確

應(yīng)用地形圖和有關(guān)測量資料的能力和進(jìn)行一般工程施工測設(shè)的能力；具有較強(qiáng)的測、算、繪的測量基本功，以便能靈活應(yīng)用所學(xué)的測量

知識為專業(yè)工作服務(wù)。測量學(xué)在公路建設(shè)中的應(yīng)用及本課程學(xué)習(xí)目標(biāo)6地球的形狀和大小7大地水準(zhǔn)面垂線：重力的作用線稱為鉛垂線，簡稱垂線。（測量工作的基準(zhǔn)線）。水準(zhǔn)面：一個(gè)自由靜止的海水面，向陸地延伸而形成的一個(gè)閉合曲面稱為 水準(zhǔn)面。大地水準(zhǔn)面：與平均海水面相吻合的水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面。（測量工作的基準(zhǔn)面）。大地體：大地水準(zhǔn)面包圍的地球形體稱為大地體。8旋轉(zhuǎn)橢球面通常用一個(gè)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(即地球橢球)來代替地球的形狀，作為測量計(jì)算工作的基準(zhǔn)面。地球橢球是一個(gè)橢圓繞其短軸旋轉(zhuǎn)而成的形體，故地球橢球又稱旋轉(zhuǎn)橢球。9旋轉(zhuǎn)橢球面這個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球體稱為參考橢球體，為一規(guī)則的曲面體?？捎脭?shù)學(xué)公式表示：(1-1)式中a、b為參考橢球體幾何參數(shù)。a為長半徑，b為短半徑。參考橢球體扁率α應(yīng)滿足下式：(1-2)我國目前采用的元素值為：長半徑扁

率a=6378140mα=1:298.275由于α很小，在精度要求不高時(shí)，可近似將地球當(dāng)作圓球體，其半徑為平均值6371km。10地面點(diǎn)位的表示方法NS11大地坐標(biāo)系。以參考橢球體面為基準(zhǔn)面。用大地經(jīng)度L、緯度B、大地高H表示地面點(diǎn)的空間位置。基準(zhǔn)線為法線。經(jīng)度自零子午面向東為正、向西為負(fù)。緯度在赤道以北者為北緯，在赤道以南者為南緯。橢球體面上的大地高為零12高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系131.高斯投影的形成步驟：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。（按3°、6°等分帶）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并展開成高斯平面。高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系Step1：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。14高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系Step2：假想一個(gè)橫橢圓柱面套在參考橢球面上。15高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系Step3：地球表面投影到橫橢圓柱面上16高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系2.高斯投影的特點(diǎn)：1)投影后的中央子午線NBS是直線，長度不變。2)投影后的赤道ABC是直線，保持ABC⊥NBS。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。17高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系的建立：建立規(guī)則:①X軸是中央子午線NBS的投影，北方為正方向；②Y軸是赤道ABC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18高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系3.高斯平面直角坐標(biāo)系的建立：2）坐標(biāo)規(guī)定:①為避免橫坐標(biāo)Y出現(xiàn)負(fù)值，規(guī)定把坐標(biāo)縱橫向西平移500Km；②為了根據(jù)橫坐標(biāo)能確定該點(diǎn)位于哪一個(gè)六度帶內(nèi)，規(guī)定在橫坐標(biāo)值前冠以帶號。19高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系，4.

6°帶高斯投影與3°高斯投影：6°帶投影是從英格林尼治子午線（0°）開始，自西向東，每隔6°投影一次。將橢球分成60個(gè)帶，編號為1～60帶。3°帶投影是在6°帶基礎(chǔ)上劃分的，其中央子午線在奇數(shù)帶時(shí)與6°帶中央子午線重合，每隔3°為一帶從東經(jīng)1°30′開始，自西向東，共

120帶，編號為1～120帶。20高斯-克呂格平面直角坐標(biāo)系6

帶中央子午線經(jīng)度Lo=6N-3213

帶中央子午線經(jīng)度Lo=3N獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系當(dāng)測區(qū)的范圍較小時(shí)，可以把測區(qū)球面當(dāng)作平面處理，直接將地面點(diǎn)沿鉛垂線投影到水平面上，用平面直角坐標(biāo)來表示。平面直角坐標(biāo)原點(diǎn)一般選在測區(qū)西南方，以該測區(qū)子午線方向(真子午線或磁子午線)為x軸，北方向?yàn)檎?。y軸與x軸垂直，東方向?yàn)檎?，象限按順時(shí)針方向編號。問題：測量中的坐標(biāo)象限順序?yàn)楹闻c數(shù)學(xué)中的相反？答：以便數(shù)學(xué)上的三角公式直接適用于測量平面坐標(biāo)系。x=s×cosαy=s×sinα數(shù)學(xué)中的坐標(biāo)系測量中的坐標(biāo)系22高程系統(tǒng)“1985年國家高程基準(zhǔn)”，青島市觀家山水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。1987年后啟用此基準(zhǔn)。大地高：以參考橢球體面為高程基準(zhǔn)面。大地高是地面點(diǎn)沿法線到橢球體面的距離，用H大表示。絕對高程：地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離。相對高程：地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離。高差：二個(gè)地面點(diǎn)的高程之差，用h表示。兩點(diǎn)間的高差與高程起算面無關(guān)。23用水平面代替基準(zhǔn)24面的限度對距離的影響如圖，由平面代替曲面產(chǎn)生的誤差為ΔD。ΔD=ab’-ab=D-S=Rtanθ-Rθ=R(tanθ-θ）在小范圍測區(qū)θ角很小。tanθ用級數(shù)展開，略去五次方項(xiàng)，將

θ=D/R代入，則25對距離的影響26D(km)ΔD(cm)ΔD/D10.00-----100.821/120萬152.771/54萬206.571/30萬2512.831/19萬取地球半徑R=6371km。D用不同距離代入，計(jì)算結(jié)果如下：結(jié)論：當(dāng)D=10km時(shí)，

所產(chǎn)生的相對誤差為1:120萬，這樣小的誤差，對精密量距

來說也是允許的。因此，在

10km為半徑的圓面積之內(nèi)進(jìn)

行距離測量時(shí)，可以把水準(zhǔn)

面當(dāng)作水平面看待，而不考

慮地球曲率對距離的影響。對高程的影響從圖1-13可見了，用平面代替大地水準(zhǔn)面時(shí)，產(chǎn)生高程誤差bb′=δh,也稱為地球曲率影響。在Δoab′中27對高程的影響28結(jié)論:用水平面代替基準(zhǔn)面對高程的影響是很大的。例如，距離為150m時(shí)有1.77mm的高程誤差，在200m時(shí)高程誤差達(dá)到

3.1mm，這在測量中是不允許的。因此，對高程測量而言，即使距離很短，也應(yīng)考慮地球曲率對高程的影響。S

(m)δh(mm)10

50

100

150

2000.00

0.20

0.80

1.77

3.10取地球半徑R=6371km。D用不同距離代入，計(jì)算結(jié)果如下：對角度的影響，形從球面三角測量中可知(如圖1-14)球面上多邊形內(nèi)角之和比平面上多邊形內(nèi)角之和多一個(gè)球面超角ε。其值可用多邊面積求得：式中：P—球面多邊形面積；R—地球半徑；ρ—一弧度的秒值，ρ=206265″。29對角度的影響30P(km2)ε(″)100.05500.251000.513001.52結(jié)論:用水平面代替基準(zhǔn)面對角度測量的影響不大。

100km2的面積，產(chǎn)生的角度誤差不到6″。因此，在小區(qū)域測量中，曲率對角度的影響可忽略不計(jì)。取地球半徑R=6371km。P用不同面積代入，計(jì)算結(jié)果如下：測量工作的31程序與原則原則：“從高級到低級”、“從整體到局部