工程测量教学绪论PPT.ppt

工程测量,美国最大海军基地：弗吉尼亚州的诺福克军港 365729.64 北761943.77西,第一章 绪 论,本章主要内容：介绍有关测量的基本知识，重点掌握地形图测量成图的原理和测量工作的基本程序。,一、测绘学 研究地球整体及其表面和外层空间中的各种自然物体和人造物体的与地理空间有关的信息，并对这些与地理空间有关的信息进行采集、处理、管理、更新和利用的理论和技术。它既要研究测定地面点的几何位置、地球形状、地球重力场，以及地球表面自然形态和人工设施的几何形态；又要结合社会和自然信息的地理分布，研究绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图和专题地图的理论和技术。,二、测量学 测绘学中的第一部分内容便是测量学研究的内容。即测量学是一门研究地球表面的形状和大小、地球重力场、确定地面点之间相对位置的科学。测量学：包括测定和测设两部分工作。1.测定：就是用各种测量仪器和工具，实地测量和计算，将地表的地物地貌位置按定比例尺缩绘成地形图作为规划设计、经济建设、国防建设和科学研究应用的依据。2.测设(放样)：将设计图上的建(构)筑物位置按设计要求在地面上标定出来作为施工的依据。,第一节 测量学的任务及其作用,一、测量学的任务及学科分类 传统的测绘学的定义是研究地球的形状、大小以及确定地面点空间位置的科学。其应用的范围、使用的仪器设备、测量的方法不同，大致有如下5个分支。,大地测量学(Geodesy)摄影测量学(Photogrammetry and remote sensing)海洋测量学（Marine surveying）地图制图学(Cartography)工程测量学（Engineering surveying）研究工程建设与自然资源开发中在规划、勘测设计、施工与管理各个阶段进行的测量理论与技术的学科。工程测量学是测绘科学技术在国民经济和国防建设中的直接应用。按工程种类可分为建筑工程测量、线路测量、桥梁测量、隧道测量、矿山测量、城市测量、水利工程测量等。,二、测绘科学在工程建设中的任务测绘科学在土木工程类各工作的各阶段有着广泛的应用。勘测设计阶段，要求有各种相应比例尺的地形图，供城镇规划、厂址选择、管线的选择等之用。在施工阶段，要将设计的建筑物、构筑物的平面位置和高程测设于实地，以便进行施工。施工结束后，还要进行竣工测量，绘制竣工图，供日后扩建和维修之用。即使是竣工以后，对某些大型及重要的建筑物和构筑物还要进行变形、沉降观测，以保证建筑物的安全使用。,三、现代测绘学的主要任务及作用1、主要任务 精确地测定地面点的位置及地球的形状和大小 将地球表面的形态及其他相关信息测绘成图 进行经济建设和国防建设所需要的测绘工作2、作用提供基础数据提供地图行政勘界与权属定界提供各种工程需要的测量技术军事测绘,四、工程测量的主要任务测绘大比例尺地形图建筑物或构筑物的施工放样绘制竣工总平面图对建筑物的安全性进行位移和变形监测,五、现代测绘科学技术发展概况1、商周时代有“弓、规、距”的记载，青铜器上也有关于军事地图和封疆测绘工作；2、60年代电磁波测距技术的出现大大促进了测绘技术的发展，使测量精度、成图方式产生了根本的改变；3、80年代“3S”技术的出现及发展，使传统测绘技术产生了质的飞跃；4、“数字地球”的概念，使测绘技术在人类认识地球方面，上到一个新台阶。,第二节 地面点位的确定,一、地球的形状与大小 测量工作是在地球的表面进行的，而地球自然表面很不规则，有高山、丘陵、平原和海洋。其中最高的珠峰高出海水面达8844.43m，最低的马里亚纳海沟低于海水面达11022m，海洋约占整个地球表面的71%，因此可以认为地球是由海洋水面延伸，并通过岛屿和大陆所形成的封闭的曲面，此曲面就称为水准面。平均水准面就称为大地水准面。,由于地球的自转运动，地球上任一点都要受到离心力P和地球引力F的双重作用，这两个力的合力称为重力G，重力的方向线称为铅垂线。铅垂线是测量工作的基准线。,测量的基准线和基准面,1.铅垂线:重力的作用线称为铅垂线，简称垂线。(万有引力与离心力)2水准面（level surface）：假想静止不动的海水面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面3大地水准面（geoid）：假想静止不动的平均海水面向整个陆地延伸形成的封闭的曲面4水平面：与大地水准面相切的平面,5大地体：大地水准面包围的曲面形体称为大地体。6参考椭球体：测量上选一个非常接近大地体，并可用 数学式表示的旋转椭球体来表示地球的参考形状和大小，这个形体称为参考椭球体；其表面称为参考椭球面；与参考椭球面相应的线为法线。7基准线与基准面 外业工作的基准面与基准线：基准面：大地水准面 基准线：铅垂线 内业计算和制图的基准面与基准线：基准面：参考椭球面 基准线：法线,由于地球内部的质量分布不均匀，使得地球表面上各点的铅垂方向发生不规则变化，大地水准面实际上是一个不规则曲面。测绘科学中通常取一个与大地水准面接近，并且可用数学公式表达的规则曲面，即用旋转椭球面（参考椭球面）代替大地水准面。,高程控制点称水准点BM(Bench Mark)。标石水准点、墙脚水准点、简易标志水准点。,二、地面点表示方法 地面点的表示用该点在基准面（参考椭球面）上的投影位置和该点沿投影方向到基准面（大地水准面）的距离来表示。1、地理坐标 地面点在球面上的位置用经纬度表示时，称为地理坐标。1）天文坐标 用天文经度和天文纬度来表示地面点在大地水准面上的位置。2）大地坐标 用大地经度L和大地纬度B来表示地面点在旋转椭球面上的位置。,2、平面直角坐标,进行小区域测量时，通常采用平面直角坐标，忽略地球曲率的影响，用水平面代替水准面。纵轴为X轴(南北方向)，横轴为Y轴(西东方向)，方位角为以纵轴为参考方向，顺时针转动的角度。,3、测量平面直角坐标系与数学坐标系,区别：坐标轴不同：测量坐标系横轴为Y轴；纵轴为X轴；而数学坐标系相反；象限顺序不同：测量平面直角坐标系以顺时针方向开始角度起始点不同：测量平面直角坐标系以纵轴北端为0；而数学坐标系横轴东端为0。角度方向不同：测量中顺时针方向角度增加；数学中相反。,数学上的三角公式适用于测量平面坐标系 x=Scos y=Ssin,数学坐标系,测量平面直角坐标系,4、地面点定位元素,地面点的定位参数x、y、H基本工作有：角度测量、距离测量、高差测量。测量得到的数据为：角度()、距离(D)、高差(h),地面点的空间位置是以投影平面上的坐标（x，y）和高程H决定的，而点的坐标一般是通过水平角测量和水平距离测量来确定的，点的高程是通过测定高差来确定的。所以，测角、量距和测高差是测量的三项基本工作。,5、高斯克吕格平面直角坐标1）高斯投影 将地球近似地看作圆球体，自首子午线开始，按照经差6o划分一带，总计60带，分别用160表示带号。,投影方法：设想用空心圆柱体套在球体外面，轴心与球心重合，圆柱面与南北相切；将6o带区域内点线投影到圆柱面上；将投影后的圆柱面沿通过南北极点的母线切开展平。高斯投影的特性：投影后的中央子午线是长度不变的直线，其余经线是凹向中央子午线的对称曲线；赤道线投影后是长度不变的直线，其余纬线是凸向中央子午线的对称曲线；经线、纬线投影后保持几何形状不变。,高斯投影的点，距离中央子午线、赤道线越远，其变形越大，当测图比例尺大于1：1万时，须采用3o带投影。3o带以6o的中央子午线和边缘子午线为中央子午线。6o、3o带的中央子午线经度计算式：,2）高斯平面直角坐标以投影后的平面图的中央子午线为X轴，赤道为Y轴，交点为O，就形成高斯平面直角坐标。我国位于赤道以北，X坐标全为正，Y坐标就可能为负。为避免Y坐标出现负值，将坐标纵轴向西移动500Km。,如图中，B点的横坐标为：YB=-264340.3m，坐标纵轴向西移动后：YB=500000+（-264340.3）m=235659.7m。测绘部门提供的坐标通常都将该点所在带号加在Y坐标前面，若B点在20带内，则YB=20235659.7m。,6、地面点的高程 地面点到大地水准面的铅垂距离称为该点的绝对高程，简称高程，用H表示。A、B点的高程分别为HA、HB，两点的高差用hAB表示，hAB=HB-HA。,我国的高程起算面是黄海的平均海水面，在青岛设立国家水准原点，历史上有“1956年黄海高程系”和“1985年黄海高程系”。进行小区域的测量时，若引测国家高程困难，可以采用任意水准面作为高程起算面，即假定高程。,三、以水平面代替水准面的限度1、对水平距离的影响 地面上有A、B两点，在大地水准面上的投影距离为D，在水平面上的投影距离为D，以水平面代替水准面对水平距离的影响为：,普通测量中不考虑地球曲率影响的限度为：半径10km。,2、对高程的影响 h为以水平面代替水准面对高程的影响。,以D代替D计算得：,有此可见，地球曲率对高程的影响很大。所以进行高程测量时，必须考虑地球曲率的影响。,第三节 地形图成图原理,地物：地面上的天然或人造的物体；地貌：地面高低起伏的变化状态；地形：地物和地貌的总称；地形图：将地物和地貌沿铅垂线投影到大地水准面或水平面上，按照一定的比例尺缩小，采用规定的符号、线条绘制所成的图。,一、地物投影地物的外轮廓线一般为直线或曲线，其转折点称为地物特征点。通过测量地物特征点，将其投影到平面上，就可以得到地物的投影。,二、地貌投影地貌一般采用等高线和特定的符号来表示。等高线是高程相等的相邻点的连线。三、地形图的比例尺图纸上两点的距离与实地距离的比值，称为地形图的比例尺。数学表达式为：,1、数字比例尺 以分之为1的数字形式表示的比例尺，如1：500，1：10000。2、图示比例尺 为了防止因图纸伸缩引起测量误差，在测图的同时，将图纸的比例尺绘制在图的正下方，用以直接量取图上一段的实际距离。,四、比例尺的精度大比例尺 1：1万中比例尺 1：1万1：10万小比例尺 1：10万人的肉眼分辨图上两点间距离的最小值为0.1mm，由此测量工作中将图纸上0.1mm所代表的实地距离，称为比例尺精度。,第四节 测量的基本工作和程序,一、测量的基本工作测量的基本工作就是确定特征点的空间位置。如图，已知A点位置，要B、C三点在图上的点位的确定过程。,1、测定直线AB的方位、垂角；2、测定A、B两点间斜距DAB；3、确定B点；4、测定直线AB、BC方向线间夹角和B、C距离DBC及垂角；5、确定C点。,二、测量工作的原则原则1：先整体、后局部，先控制、后碎部。原则2：步步有检核三、测绘工作的程序1、技术设计2、控制测量3、碎部测量4、检查和验收,补 充,1 测量常用的计量单位在测量中，常见有长度、面积和角度三种计量单位。1.1 长度单位 国际通用长度单位为m（米），我国规定采用米制。1m=100cm(厘米)=1000mm（毫米）1000m(米)=1km(公里)1.2 面积单位面积单位为m(平方米)，大面积用km(平方公里)。,1.3 角度单位 测量上常用到的角度单位有两种：60进位制的度和弧度。（1）60进位制的度：1圆周角=360(度)1(度)60(分)1(分)60(秒)（2）弧度 角度按弧度计算等于弧长与半径之比。与半径相等的一段弧长所对的圆心角作为度量角度的单位，称为一弧度，用表示。按度分秒表示的弧度为：1圆周角2(弧度)360(度)=360/2=57.3(度)=(180/)/=3438(分)=(180/)6060=206265(秒),四舍六入原则奇进偶不进原则具体为：大于5者进，小于5者舍，正好是5者，则看前面为奇数或偶数而定，为奇数时进，为偶数时舍。例如：将下列数字凑整成小数后三位。原有数字 凑整后数字 3.14159 3.142 2.71729 2.717 4.51750 4.518 3.21650 3.216 5.6235 5.624,2 测量有效数字的凑整原则,小 结,1工程测量的主要任务,2基准面,3坐标轴系,练 习 地球上某点的经度为东经12241，试问该点所在6带和3带的中央子午线经度和带号是多少？,