《鐵路工程測量》 課件 項(xiàng)目一 測量學(xué)認(rèn)知

三、鐵路工程測量的任務(wù)和作用測量學(xué)的理論、技術(shù)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用稱為鐵路工程測量。1.主要任務(wù)（1）測繪地形圖；2.作用典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用（2）鐵路線路施工測量（線路中線測設(shè)、縱橫斷面測繪、路基放樣等（3）鐵路維護(hù)（竣工測量、變形監(jiān)測等）。測量工作貫穿整個(gè)施工過程，是前期性、先行性、基礎(chǔ)性的工作。可以說，離開測量，任何工程建設(shè)都無法進(jìn)行。項(xiàng)目1測量學(xué)認(rèn)知主要內(nèi)容鐵路工程測量的任務(wù)2測量學(xué)的任務(wù)和作用1典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用一、測量學(xué)的概念

測量學(xué)是研究地球表面的形狀和大小及確定地球表面(含空中、地表、地下和海洋)物體的空間位置，并對這些空間位置的信息進(jìn)行處理、儲(chǔ)存、管理的科學(xué)。2.測量學(xué)的主要任務(wù)是指使用測量儀器和工具、通過外業(yè)測量和內(nèi)業(yè)計(jì)算，得到地物點(diǎn)和地貌點(diǎn)的一系列測量數(shù)據(jù)，依照這些數(shù)據(jù)按照一定的比例將地球表面的地物和地貌縮繪成地形圖，供經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)、規(guī)劃設(shè)計(jì)及科學(xué)研究使用。測定：1.測量學(xué)的概念地形圖實(shí)地測量實(shí)地地形測繪成圖典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用一、測量學(xué)的概念2.測量學(xué)的主要任務(wù)測定：測設(shè)：是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計(jì)好的建筑物或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)定在地面上，是改造自然的過程。1.測量學(xué)的概念典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用一、測量學(xué)的概念3.測量學(xué)的應(yīng)用（1）各類土木工程建設(shè)（2）在國防建設(shè)建筑施工、鐵路、公路施工、水利建設(shè)、電力傳輸、礦山開采等（3）在地震預(yù)測（6）地下電纜埋設(shè)（5）近海油井鉆探（4）海底資源探測（7）災(zāi)情監(jiān)視與調(diào)查（8）宇宙空間技術(shù)以及其他科學(xué)研究方面都越來越多的應(yīng)用到測繪技術(shù)。4.測量學(xué)的分類

大地測量學(xué)：研究和測定地球形狀、大小和地球重力場，以及建立大地區(qū)控制網(wǎng)的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。普通測量學(xué)：不顧及地球曲率的影響，研究在小面積范圍內(nèi)（半徑為10km）地球表面的測繪工作的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。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，以確定其形狀、大小和空間位置的學(xué)科。根據(jù)獲得像片的方式不同．可分為航空攝影、航天攝影、地面攝影和水下攝影測量學(xué)等。

一、測量學(xué)的概念典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用4.測量學(xué)的分類

海洋測量學(xué)：研究以海洋和陸地水域?yàn)閷ο筮M(jìn)行的測量和海圖編制工作的學(xué)科。

工程測量學(xué)：研究工程建設(shè)在設(shè)計(jì)，施工和管理各階段進(jìn)行測量工作的理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。

地圖制圖學(xué)：利用測量、采集和計(jì)算所得的成果資料，研究各種地圖的制圖理論、原理、工藝技術(shù)和應(yīng)用的學(xué)科。一、測量學(xué)的概念典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用二、測量學(xué)的發(fā)展1.我國古代測量學(xué)的成就2.目前測量學(xué)發(fā)展?fàn)顩r及展望③清朝康熙年間，1718年完成了世界上最早的地形圖之一《皇興全圖》。②北宋時(shí)沈括的《夢溪筆談》中記載了磁偏角的發(fā)現(xiàn)。①長沙馬王堆三號墓出土的西漢時(shí)期長沙國地圖——最早的可見的古地圖。3S技術(shù)、4D產(chǎn)品，數(shù)字城市、數(shù)字地球。④GIS（Geographicinformationsystem）的發(fā)展。③RS（Remotesense）的發(fā)展。②GPS（Globalpositioningsystem）的發(fā)展。①測量室內(nèi)外一體化。典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用三、鐵路工程測量的任務(wù)和作用

測量學(xué)的理論、技術(shù)在鐵路工程建設(shè)中的應(yīng)用稱為鐵路工程測量。1.主要任務(wù)（1）測繪地形圖；2.作用典型工作任務(wù)1測量學(xué)的任務(wù)和作用（2）鐵路線路施工測量（線路中線測設(shè)、縱橫斷面測繪、路基放樣等（3）鐵路維護(hù)（竣工測量、變形監(jiān)測等）。測量工作貫穿整個(gè)施工過程，是前期性、先行性、基礎(chǔ)性的工作?？梢哉f，離開測量，任何工程建設(shè)都無法進(jìn)行。典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定一、地球的形狀和大小1.地球自然表面：不平坦也不規(guī)則。

由此，人們可以將地球表面設(shè)想成一個(gè)理想的表面。地球自然表面最高珠穆朗瑪峰海拔8843.43m。地球的平均半徑6371km。最低瑪利亞那海溝海拔-11022m。地球表面海洋面積約占71％，陸地面積僅占29％。

2.水準(zhǔn)面：設(shè)想以一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面無限延伸穿越陸地和島嶼，形成一個(gè)封閉的曲面，這個(gè)曲面包圍了整個(gè)地球并稱為水準(zhǔn)面。特點(diǎn)：1.重力等位面；2.有無窮多個(gè)，但各水準(zhǔn)面之間是不平行的。

3.是不規(guī)則的閉合曲面地表面和水準(zhǔn)面的示意圖水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面水平面boa一、地球的形狀和大小典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定2.水準(zhǔn)面：4.水平面：與大地水準(zhǔn)面相切的平面稱為水平面。說明：在小范圍內(nèi)進(jìn)行測量工作時(shí)，可以用水平面代替大地水準(zhǔn)面。一、地球的形狀和大小典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定3.大地水準(zhǔn)面：平均水準(zhǔn)面稱為大地水準(zhǔn)面地球自然表面大地水準(zhǔn)面水平面5.鉛垂線：重力方向線稱為鉛垂線，它是測量工作的基準(zhǔn)線。鉛垂線鉛垂線鉛垂線大地水準(zhǔn)面O懸掛點(diǎn)G離心力重力大地水準(zhǔn)面P地球自然表面大地體OGF引力一、地球的形狀和大小典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定6.地球橢球體：我國采用的地球橢球體參數(shù)值為：a=6378140m,b=6356755m,α=1:298.257?？蓪⒌厍蚪瓶醋銎骄霃綖?371km的圓球。NSWE橢球面大地水準(zhǔn)面NSEWOaba地球橢球體一、地球的形狀和大小典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定二、確定地面點(diǎn)位的方法

測量工作的實(shí)質(zhì)是確定地面點(diǎn)的空間位置（即平面位置和高程位置）。而地面點(diǎn)的空間位置須由三個(gè)參數(shù)來確定，即該點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面上的投影位置(即球面投影坐標(biāo)經(jīng)度、緯度或平面投影坐標(biāo)X、Y兩個(gè)參數(shù))和該點(diǎn)的高程H。

SAA′NEWAXAYAHA典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定aOxy大地水準(zhǔn)面p二、確定地面點(diǎn)位的方法

地理坐標(biāo)是用經(jīng)度λ和緯度φ表示地面點(diǎn)在大地水準(zhǔn)面上的投影位置。地理坐標(biāo)是球面坐標(biāo)，不便于直接進(jìn)行各種計(jì)算。(1)地理坐標(biāo)：大地經(jīng)度：用λ表示。規(guī)定:從起始子午面起算，向東為正，由0°至180°，稱為東經(jīng)；向西為負(fù)，由0°至180°，稱為西經(jīng)。大地緯度：用φ表示。規(guī)定：從赤道面起算，由赤道面向北為正，從0°到90°，稱為北緯；由赤道面向南為負(fù)，從0°到90°，稱為南緯。SNEW首子午面赤道面λφP1.平面坐標(biāo)：典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定(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(diǎn)的平面位置，一般采用高斯平面直角坐標(biāo)。高斯投影法是將地球劃分成若干帶，然后將每帶投影到平面上。1、平面坐標(biāo)：首子午線第1帶0°12°6°央子中午線赤道NS赤道線中央子午線12°6°二、確定地面點(diǎn)位的方法

典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定1、平面坐標(biāo)：二、確定地面點(diǎn)位的方法

中央子午線的投影為一條直線，且投影之后的長度無變形；其余子午線的投影均為凹向中央子午線的曲線，且以中央子午線為對稱軸，離對稱軸越遠(yuǎn)，其長度變形也就越大；赤道的投影為直線，其余緯線的投影為凸向赤道的曲線，并以赤道為對稱軸；高斯投影的特點(diǎn)：中央子午線和赤道的投影相互垂直。(2)高斯平面直角坐標(biāo)：

首子午線第1帶0°12°6°央子中午線赤道

NS赤道線中央子午線12°6°經(jīng)緯線投影后仍保持相互正交的關(guān)系，即投影后無角度變形；典型工作任務(wù)2地面點(diǎn)位的確定第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：(2)高斯平面直角坐標(biāo)：

12345123131516171819202122232930310°6°12°18°72°78°84°90°96°102°108°114°120°126°132°138°168°174°180°174°143°9°15°75°81°87°93°99°105°111°117°123°129°135°171°177°177°(西經(jīng))(西經(jīng))(東經(jīng))(東經(jīng))6°帶（N

）120244546575859606144434241252627282930313233343536373839403°帶（n）6°帶：自首子午線起，自西向東每隔6°為一帶，全球共分60帶。我國境內(nèi)有11個(gè)6°帶（13帶到23帶）帶號n與其中央子午線的經(jīng)度（L0）有下列關(guān)系：L0=6n-3

第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法3°帶：自東經(jīng)1°30′，自西向東每隔3°為一帶，全球共分120帶。二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：(2)高斯平面直角坐標(biāo)：

帶號n與其中央子午線的經(jīng)度（L0）有下列關(guān)系：L0

=3n

我國境內(nèi)21個(gè)3°帶（24帶到46帶）12345123131516171819202122232930310°6°12°18°72°78°84°90°96°102°108°114°120°126°132°138°168°174°180°174°143°9°15°75°81°87°93°99°105°111°117°123°129°135°171°177°177°(西經(jīng))(西經(jīng))(東經(jīng))(東經(jīng))6°帶（N

）120244546575859606144434241252627282930313233343536373839403°帶（n）二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：（2）高斯平面直角坐標(biāo)ONS中央子午線KK′LL′母線母線赤道線KK'L'Ly(E)

x(N)O中央子午線12°6°第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：（2）高斯平面直角坐標(biāo)第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法規(guī)定：①中央子午線的投影為該坐標(biāo)系的縱軸x，向北為正。②赤道的投影為橫軸y，向東為正。③兩軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O。KK'L'Ly(E)

x(N)O赤道線中央子午線12°6°二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：（2）高斯平面直角坐標(biāo)第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法國家統(tǒng)一坐標(biāo)yBBxAyAxBA500kmyAyBY第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：（3）獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系①南北方向?yàn)榭v坐標(biāo)軸，記作x軸，向北為正；②以東西方向?yàn)闄M坐標(biāo)軸，記作y軸，向東為正；③坐標(biāo)原點(diǎn)O一般選在測區(qū)西南角，使測區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的x、y坐標(biāo)均為正值；④坐標(biāo)象限按順時(shí)針方向編號。

當(dāng)測區(qū)范圍較小時(shí)，可以用測區(qū)中心點(diǎn)a的水平面來代替大地水準(zhǔn)面。在這個(gè)平面上建立的測區(qū)平面直角坐標(biāo)系，稱為獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系。規(guī)定：二、確定地面點(diǎn)位的方法

1、平面坐標(biāo)：（3）獨(dú)立平面直角坐標(biāo)系第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法ⅣⅢⅠⅡxoAXAYAy大地水準(zhǔn)面OxypaAXAYAHA第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法二、確定地面點(diǎn)位的方法

2、地面點(diǎn)的高程：(1)絕對高程

地面點(diǎn)到大地水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為該點(diǎn)的絕對高程，又稱海拔，在工程測量中習(xí)慣稱為高程，用H表示。地面點(diǎn)A、B的高程分別為HA、HB。(2)相對高程

個(gè)別地區(qū)采用絕對高程有困難時(shí)，也可以假定一個(gè)水準(zhǔn)面作為高程起算基準(zhǔn)面，這個(gè)水準(zhǔn)面稱為假定水準(zhǔn)面。地面點(diǎn)到假定水準(zhǔn)面的鉛垂距離，稱為該點(diǎn)的相對高程或假定高程。A、B兩點(diǎn)的相對高程為H′A、H′B。

B二、確定地面點(diǎn)位的方法

2、地面點(diǎn)的高程：第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法HB′ABHAHBHA′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二、確定地面點(diǎn)位的方法

2、地面點(diǎn)的高程：第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法(1)絕對高程

地面點(diǎn)A、B的高程分別為HA、HB。(2)相對高程A、B兩點(diǎn)的相對高程為H′A、H′B。在小范圍內(nèi)進(jìn)行測量工作時(shí)，可以用水平面代替大地水準(zhǔn)面。HB′ABHAHBHA′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二、確定地面點(diǎn)位的方法

2、地面點(diǎn)的高程：第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法HB′ABhABHAHBHA′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思考：用絕對高程和相對高程計(jì)算高差結(jié)果是否一致？

二、確定地面點(diǎn)位的方法

2、地面點(diǎn)的高程：(3)高差

地面兩點(diǎn)間的高程之差，稱為高差，用h表示。高差有方向和正負(fù)。因此，A、B兩點(diǎn)的高差與B、A兩點(diǎn)的高差，絕對值相等，符號相反，即：

綜上所述，我們只要知道地面點(diǎn)的三個(gè)參數(shù)x、y、H，那么地面點(diǎn)的空間位置就可以確定了。A、B兩點(diǎn)的高差為：B、A兩點(diǎn)的高差為：問題：用絕對高程和相對高程計(jì)算高差結(jié)果是否一致？第二節(jié)地面點(diǎn)位的表示方法第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的范圍一、對距離的影響將tanθ按級數(shù)展開為：以水平長度D′代替弧長D所產(chǎn)生的誤差△D為：ABabb′θRODD′第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的范圍一、對距離的影響距離D/km距離誤差ΔD/mm相對誤差ΔD/D1081:1220000201281:2000005010261:4900010082121:12000結(jié)論：在半徑為10km的范圍內(nèi)，進(jìn)行距離測量時(shí)，可以用水平面代替水準(zhǔn)面，而不必考慮地球曲率對距離的影響。ABabb′θRODD′第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的范圍二、對高程的影響HB與HB′的差值，即為水平面代替水準(zhǔn)面產(chǎn)生的高程誤差，用△h表示，則:上式等號右邊的表達(dá)式中可以用D代替D′，△h相對于2R很小，可以略去不計(jì)，則:ABabb′θR△hOH'BHBD′D第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的范圍二、對高程的影響距離D/km0.10.20.30.40.512510△h/mm0.83713207831419627848結(jié)論：在進(jìn)行高程測量時(shí)，即使距離很短，也應(yīng)顧及地球曲率對高程的影響。ABabb′θR△hOH'BHBD′D第三節(jié)用水平面代替水準(zhǔn)面的范圍三、對水平角的影響

從球面三角學(xué)可知，同一空間多邊形在球面上投影的各內(nèi)角和，比在平面上投影的各內(nèi)角和大一個(gè)球面角超值ε。球面多邊形面積S（km2）球面角超值ε(??)球面多邊形面積S（km2）球面角超值ε(??)100．051000．51500．253001．52結(jié)論：面積S為100km2時(shí)，用水平面代替水準(zhǔn)面所產(chǎn)生的角度誤差僅為0.51′′，所以在一般的測量工作中，可以忽略不計(jì)。

一、測量的基本工作

第四節(jié)測量工作概