测量课件1实用工测(1绪论).ppt

实用工程测量,1.1 测量学与实用工程测量 1.2 地面点位的确定 1.3 用水平面代替水准面的限度 1.4 测量工作概述,第1章 绪论,定义：测量学是研究地面点空间位置的测定、采集、数据处理、存储与管理的一门应用科学。其核心问题是研究如何测定点的空间位置。 任务： 1、测绘：地面的地物地貌测量绘制成 图 2、测设（放样）：将图上设计建（构）筑物的图 形和位置在实地标定，作为施工或定界的依据 图上的设计实地,1.1 测量学与实用工程测量,1.1.1 测量学定义、任务与分科,1. 大地测量学: 研究大范围地区的控制测量和地形测量。由于人造卫星科学技术的发展，大地测量学又分为常规大地测量学与卫星大地测量学，后者是研究观测卫星确定地面点位，即GPS全球定位。 2. 普通测量学: 研究地球表面局部区域的测绘工作，主要包括小区域控制测量、地形图测绘和一般工程测设。通常称测量学就是指普通测量学。 3. 工程测量学: 研究各种工程在规划设计、施工放样和运营中测量的理论和方法。 4. 摄影测量学: 研究利用摄影或遥感技术获取被测物体的信息，以确定物体的形状、大小和空间位置等信息的理论和方法。 5. 地图制图学: 研究各种地图的制作理论、原理、工艺技术和应用的一门学科。,分科：,1.在工程规划设计阶段 首先需要规划区的地形图，有精确的地形图和测绘成果，才能保证工程的选址、选线、设计得出经济合理的方案。 2.在工程施工阶段 工程的施工，主要目的是把工程的设计精确地在地面上标定出来，这就需要使用测量的仪器，按一定的方法进行施工测量。 3.在工程运营与管理阶段 为了能够正常运营或日后改进与扩建的需要，应进行竣工测量。对于大型或特殊的建筑物，还需进行周期性的重复观测，观测建筑物的沉降、倾斜、位移等，即变形观测，从而判断建筑物的稳定性，防止灾害事故的发生。,1.1.2 实用工程测量 它包括普通测量学，并把普测中工程测量内容加以扩充。实质上还是普通测量学。,1.1.3 实用工程测量在工程各阶段建设中的作用,用经纬仪进行长江水文观测,用水准仪进行地面平整测量,用全站仪进行公路施工测量,青藏高原测量,施工测量,用光电测距仪进行武汉长江大桥变形观测,GPS卫星定位测量 使用GPS接收机,GPS全球定位系统,测量珠穆朗玛峰高程,1975年在在海拔6120米测量珠穆朗玛峰高程。 珠峰高程为8848.13m,2005年5月重测珠峰高程 ，用GPS全球卫星定位技术和传统的测量方法相结合重测珠峰高程为8844.43m,1.2 地面点位的测定,1.2.1测量的基准线与基准面,2. 基准面： 空间任何一点都有水准面，处处和重力方向相垂直的曲面均称水准面，水准面就是测量的基准面。由于水准面的高度不同，水准面有无穷多个，其中一个和平均的海水面重合，我们称之为大地水准面，它是又一个测量的基准面。,1.基准线： 地球上任一点都要受到离心力和地球引力的双重的作用，这两个力的合力称重力，重力的方向线称为铅垂线。测量仪器悬挂垂球，指向重力方向，铅垂线就是测量的基准线。,水准面与大地水准面概念,水准面：处处与铅垂线相垂直的曲面。,大地水准面：与平均均海水面重合的水准面。,大地水准面是有微小起伏的复杂曲面，其原因是地球内部质量分布不均匀，看下图：,如果将地球表面上的图形投影到这个不规的大地水准面曲的面上，计算时将非常困难。为此，选用一个非常接近于大地水准面、并可用数学式表示的几何形体来代替大地水准面作为进行测量数据处理，这个规则曲面就是旋转椭球面（由椭圆NWSE绕短轴NS旋转而得） 。如下图红色表示旋转椭球面，它所包围的球体称为地球椭球体。,地球椭球的参数可用a(长半径)、b（短半径）及（扁率）表示。扁率为,1979年国际大地测量与地球物理联合归推荐的地球椭球参数a=6378140m，b=6356755.3m, =1:298.257。,旋转椭球面是数学表面，可用如下的公式表示：,按一定的规则将旋转椭球与大地体套合在一起，这项工作称椭球定位。定位时采用椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与地球短轴重合，椭球与全球大地水准面差距的平方和最小，这样的椭球称总地球椭球。,总地球椭球与参考椭球的区别,地面上选一点P，由P点投影到大地水准面P0点,使P0上的椭球面与大地水准面相切， 此时过P0点的铅垂线与P0点的椭球面法线重合，切点P0称为大地原点。同时要使旋转椭球短轴与地球短轴相平行（不要求重合），达到本国范围内的大地水准面与椭球面十分接近，该椭球面称为参考椭球面。我国大地原点选在我国中部陕西省泾阳县永乐镇。,大地水准面,P0,垂线与法线重合,参考椭球体,参考椭球面与我国大地原点,1.2.2 地面点位的确定,需3个参数：X（纵坐标）,Y（横坐标）,H （高程） 或 （经度）,（纬度）, H （高程）,从整个地球考虑点的位置，通常是用经纬度表示。用经纬度表示点的位置，称为地理坐标。,经度 ：东经： 0 180 西经： 0 180,纬度 ：南纬： 0 90 北纬： 0 90,经度 ： M点的子午面PMMP1 与首子午面所组成的二面角。 纬度 ：过M点的铅垂线与赤道面 EGME1的夹角,X,1.地面点在投影面上的坐标 (1)独立平面直角坐标系（假定平面直角坐标系）,m(x,y),X轴为南北方向，Y轴为垂直于南北的东西方向，坐标原点在测区西南角 X轴可采用：(1)真子午线方向； (2)磁子午线方向；(3)建筑物主轴线方向。,测量上,数学上,测量直角坐标系与数学直角坐标系不同点有3点：,过坐标原点的南北方向为纵轴，即X轴，垂直于南北方向（东西方向）为横轴，即Y轴。数学直角坐标系横坐标为X轴，纵坐标为Y轴。 (2) 以纵坐标X轴正向为起始边，顺时针量算角度，象限、顺时针排列。数学直角坐标以横坐标Y正向为起始边，逆时针量算角度，象限逆时针排列。 (3) 数学上坐标原点x0、y0均为0。测量上，为使地面各点坐标均为正数，坐标原点选在测区的西南角或假定一对较大的正整数。,(2)高斯平面直角坐标系 (a)高斯投影的原理,把地球椭球面上的图形展绘到平面上，必然产生变形。为了减少变形误差，采用一种适当的投影方法，这就是高斯投影。,高斯投影是将地球划分为若干个带，先将每个带投影到圆柱面上。然后展成平面。我们可以设想将一个空心的椭圆柱横套地球，使椭圆柱的中心轴线位于赤道面内并通过球心。将地球按6分带, 从0起算往东划分, 06为第1带, 612为第2带, 174180为第30带,东半球共分30个投影，按带进行投影。进行第1带投影时，使地球3经线与圆柱面相切，3经线长不变形。,高斯6带投影原理分解演示,高斯投影分带,图中上半部为6度带分带情况： 将地球按6分带, 从0起算往东划分, 06（第1带）, 612（第2带）, 174180（第30带）,东半球共分30个投影，我国领土从1323带。 图中下半部为3带分带情况： 1 304 30 （第1带），4 30 （第2带） ，我国领土3带从2446带。,(b)高斯投影特点：,等角:即椭球面上图形的角度投影到平面之后，其角度相等，无角度变形，但距离与面积稍有变形。 中央经线投影后仍直线，且长度不变形，见右图。 因此用这条直线作为平面直角坐标系的纵轴x轴。而两侧其他经线投影后呈向两极收敛的曲线，并与中央经线对称，距中央经线越远长度变形越大。,赤道投影也为直线。因此,这条直线作为平面直角坐标的横轴y轴。南北纬线投影后呈离向两极的曲线，且与赤道投影对称。,(c)高斯平面直角坐标系定义：高斯投影各带构成独立的坐标系，中央经线为x轴，赤道投影为y轴，两轴的交点为坐标原点。,按高斯直角坐标定义可知：X轴西边各点的Y值均为负。为使Y值为正值，将Y实际 均加500km，称Y的通用横坐标, 即 Y通用= 带号+Y实际+500km,高斯平面直角坐标系的通用横坐标,例：n点在20带，其实际坐标 Y实际=-113424.690m Y通用=20（ -113424.690m +500000） =20 (386575.310) m =20386575.310 m,Xm,由通用横坐标换算实际横坐标公式如下： Y实际= Y通用（去掉第1、2位带号）-500000 注：我国领土从1323带，带号占两位。,例如：某点通用横坐标Y通用=20386575.310m，求该 点实际横坐标。 Y实际= 386575.310-500000 =-113424.690,2、地面点的高程,地面上任意点至水准面的垂直距离，称为该点的高程。某点至大地水准面的垂直距离称该点的绝对高程（海拔）。 我国规定青岛验潮站1950年至1956年统计资料所确定的黄海平均海水面作为统一全国基准面。并在青岛观象山建了水准原点。水准原点至黄海平均海水面的高程为72.289m, 这个高程系统称为“1956年黄海高程系”。 80年代初，国家又根据1953年至1979年青岛验潮站观测资料，算得水准原点高程为72.2604m, 该高程系统称为“1985年国家高程基准”。从1985年1月1 日起执行新的高程基准。,中国黄海高程系统示意图,我国两个高程系统 (1)1956黄海高程系 (2)1985国家高程基准,水准原点,青岛验朝站,海底,黄海平均海水面,A,B,大 地 水 准 面,假 定 水 准 面,B,绝对高程：从地面某点沿铅垂线到大地水准面 的垂直距离，如HA、HB。 相对高程：从地面某点沿铅垂线到假定水准面的垂直距离，如HA、HB 。,高差：两点之间高程之差 hAB= HB- HA= HB -HA hAB有正负 B点高于A点时，hAB为（），表示上坡。 B点低于A点时，hAB为（），表示下坡。,1. 1954年北京坐标系 采用前苏联克拉索夫斯基参 考椭球体参数（ a=6378245m ，=1:298.3）。大地原点实际上是在苏联普尔科沃。该系统所对应的参考椭球面与我国大地水准面差异，可达到+65m（东部），全国平均达29m。,2. 1980年国家大地坐标系 采用国际大地测 量协会与地球物理联合会在1975年推荐的IUGG-75地球椭球参数（a=6378140m ，=1：298.257）。大地原点是在陕西省泾阳县永乐镇。1980年坐标系还采用了我国大地网整体平差的数据，椭球面与大地水准面平均差仅为10m左右。,国家大地坐标系,1.3用水平面代替水准面的限度,1.对距离的影响： 在半径为10 km圆面积内进行距离测量，可以用水平面代替水准面，不必考虑地球曲率的影响。,3.对高程的影响： 水平面代替水准面对高程的影响，200m时就有3.1mm。所以地球曲率对高程影响很大。在高程程测量中，即使距离很短也应顾及地球曲率的影响。,2.对水平角的影响： 当测区范围在100km2时，对角度的影响仅为0.51，在一般的测量工可以忽略不计。,1.4 测量工作概述,2.测量工作组织原则 布局：从整体到局部 程序：从控制到碎部 精度：从高级到低级,1.基本工作 测量工作实际就是测定点和点之间的距离、 角度和高差，故又称测量工作三要素。,3.测量工作的操作原则 步步检核, 第一步检核不合要求, 绝不做第二步。,实地,地形图,测量工作的组织原则,1.4测量常用计量单位及换算,1.长度单位 1km（公里）=1000m（米） 1m=10dm（分米）=100cm（厘米）=1000mm（毫米） 1mm（毫米）=1000mm（微米） 1 mm（微米）=1000nm（纳米） 1 km=2华里（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、英尺在我国法定计量单位规定应淘汰。公尺、公寸、公分等名称不规范，应改称米、分米、厘米。市里、市亩仍可使用。 2.面积单位 面积单位是平方米（m2）。大面积通常用平方公里（km2）或公顷（hm2）、，在农业上也用市亩。 1 km2（平方公里）=100 hm2