工程测量第一章.ppt

第一章绪论 第一节工程测量的任务和作用 第二节地面点位的确定 第三节测量三要素 exit 第四节用水平面代替水准面的限度 第五节测量工作概述 国民经济建设国防建设科学研究 应用领域 建筑变形监测 在南极长城站进行控制测量 在海拔6120米测量珠穆朗玛峰高程 在南极长城站进行天文测量 第一节工程测量的任务和作用 工程测量是研究工程建设在勘测设计 施工过程和管理阶段所进行的各种测量工作的学科 主要内容有 工程控制网的建立 地形测绘 施工放样 设备安装测量 竣工测量 变形观测和维修养护测量等 一 测量学的一般概念 测量学 Surveying 是测定地面点的空间位置 将地球表面地形和其它地理信息测绘成图 研究并确定地球形状和大小的科学 二 工程测量的任务和作用测量学将地表物体分为地物和地貌 地物和地貌总称为地形 landform 地物 feature 地面上天然或人工形成的物体 它包括平原 湖泊 河流 海洋 房屋 道路 桥梁等 地貌 geomorphy 地表高低起伏的形态 它包括山地 丘陵和平原等 1 测定 location 使用测量仪器和工具 通过测量和计算将地物和地貌的位置按一定比例尺 规定的符号缩小绘制成地图 2 测设 setting out 将在地形图上设计出的建筑物和构筑物的位置在实地标定出来 作为施工的依据 测绘科学在建筑类各专业的工作中有着广泛的应用 例如 勘测设计 施工 竣工测量和对重要建筑物进行变形观测等 普通测量学的基本要求 掌握测量学的基本概念 基本理论 熟练操作常用的测量仪器 掌握又快又准确地测 算 绘的技术 熟练读图和用图 大地测量学 是 测定和描绘地球表面的科学 在广大区域建立国家大地控制网 测定地球形状 大小 重力场及其变化的技术方法的学科 大地测量学 GPS GlobalPositionSystem 地形测量学 研究小区域内地表各类物体形状和大小 将小区域内地物和地面起伏按一定比例缩小后 绘制成平面图或地形图的学科 实地景观一角 输出的等高线图 输出的三维透视图 地形测量 摄影测量与遥感 对非接触传感器获取的影像和数字表达的记录进行量测和解译的过程 是对影像信息的获取 处理 提取和成果表达的一门信息科学 原始影像 处理后的影像 再处理后的影像 立面图 图像像幅 航空摄影示意图 摄影测量 包括航空摄影测量与近景摄影测量 航空摄影测量 根据航测数据生成的虚拟三维地形 近景摄影测量 灵山大佛 遥感 RS RemoteSensing 南京遥感卫星影像 工程测量学 工程测量学是研究在工程建设和自然资源开发的勘测 设计 施工 管理各个阶段进行测量的理论和技术的学科 勘测设计阶段 测绘各种比例尺的地形图 供规划 设计使用施工阶段 施工测量 测设 施工放样 竣工测量和变形观测运营管理阶段 建 构 筑物变形观测和安全监测预报 扩建改建 例如 大坝安全检测 高层建筑物沉降监测 勘测设计阶段 测绘各种比例尺的地形图 供规划 设计使用施工阶段 施工测量 测设 施工放样 竣工测量和变形观测运营管理阶段 建 构 筑物变形观测和安全监测预报 扩建改建 地图制图学 地图制图学是研究绘制或表述地球表面及其附属物形状的成图理论与方法的学科 地图的表现形式有图形 图像和数字 是测绘行业的主要产品形式之一 第二节我国测量学发展概况 世界最早的测量记载公元前21世纪 史记 夏本记 记载 准 绳 规 距 世界最早的测量仪器 公元前3世纪中国四大发明之一司南 即指南针世界最早的天文测量仪器 公元100年 中国东汉张衡 混天仪世界最早的地图制图规范 公元265年 中国西晋裴秀 禹贡地域图 序言 制图六体 世界最早的地形模型 公元421年 中国南朝谢庄制造 木方丈图 水浮指南针 北宋 古代各种指南针 各种现代罗盘 测量工作的实质是确定地面点的空间位置地面点的空间位置可用三维的空间直角坐标 X Y Z 二维坐标系 x y 面 一维坐标系 H 线 即可写为 x y H 第三节地面点位的确定 由于地球的自转和公转 使得地球成椭球形 其赤道半径大 极半径小 地球表面并不光滑 形状十分复杂 有高山平原 江河湖泊 如 有高于海平面8848m珠穆朗玛峰有低于海平面11022m马里亚纳海沟但是这样的高低变化与地球半径6371km相比只有1 600变化是微小的 因为海洋约占整个地球表面的71 所以人们设想将静止的海水面向整个陆地延伸 用所形成的封闭曲面代替地球表面 这个曲面称为大地水准面 大地水准面所包含的形体 称为大地体 它代表了地球的自然形状和大小 第三节地面点位的确定 大地水准面 与平均海水面吻合并向大陆 岛屿延伸而形成的闭合曲面 这个唯一确定的水准面叫大地水准面 也就是测量的基准面 特点 1 重力等位面 其表面处处与重力方向垂直 2 有无穷多个 但各水准面之间是不平行的 3 是不规则的闭合曲面 二 水准面 定义 处处与重力方向垂直的连续曲面称为水准面 旋转椭球体面 由于地球内部质量分布不均匀 导致地面上各点的重力方向即铅垂线方向产生不规则的变化 因而大地水准面实际上是一个有微小起伏的不规则曲面 在测量上选用椭圆绕其短轴旋转而成的参考旋转椭球体面 作为测量计算的基准面 目前我国所采用的参考椭球体是 1980年国家大地坐标系 其参考椭球体元素为 长半轴a 6378140m短半轴b 6356755 3m扁率a a b a 1 298 257当测区范围不大时 通常把地球椭球体当作圆球看待 取其半径为6371km 地面点P在旋转椭球面上的投影位置用大地经度L和大地纬度B来表示 如右图所示 NS为椭球的旋转轴 N表示北极 S表示南极 O为椭球中心 地面点P的坐标为 L B 二 地面点的测量坐标系统 1 大地坐标系 二 地面点的测量坐标系统 高斯投影规定以经差6 或更小的经差为准来限定高斯投影的范围 每一投影范围叫一个投影带 6 带是从0 子午线算起 以经度每隔6 为一带 将整个地球划分成60个投影带 并用阿拉伯数字1 2 60顺次编号 叫做高斯6 投影带 简称6 带 高斯投影 动画 2 高斯平面直角坐标系 解 据题意 其高斯投影6 带的带号为 e INT 116 24 6 1 20 INT 取整数 中央子午线经度为 L0 20 6 3 117 高斯投影6 带中央子午线经度L0与投影带号Ne之间的关系式为 L0 Ne 6 3 例某城市中心的经度为116 24 求其所在高斯投影6 带的中央子午线经度L0和投影带号Ne 采用分带投影后 由于每 投影带的中央子午线和赤道的投影为两正交直线 故可取两正交直线的交点为坐标原点 中央子午线的投影线为坐标纵轴X轴 向北为正 赤道投影线为坐标横轴Y轴 向东为正 这就是全国统一的高斯平面直角坐标系 高斯投影3 带与6 带的关系如上图所示 3 带是以东经1 30 开始 第一带的中央子午线是东经3 P X 我国位于北半球 纵坐标均为正值 横坐标则有正有负 如图1 5a 所示 Ya 148680 m Yb 134240 69 为了避免横坐标出现负值和标明坐标系所处的带号 规定将坐标系中所有点的横坐标值加上500km 相当于各带的坐标原点向西平移500km 并在横坐标前冠以带号 如图1 5b 中所标注的横坐标为 Ya 20648680 54 Yb 20365759 31 这就是高斯平面直角坐标的通用值 最前两位数20表示带号 不加500km和带号的横坐标值称为自然值 二 地面点的测量坐标系统3 平面直角坐标系当测量的范围较小时 可以把该测区的球面当作平面看待 直接将地面点沿铅垂线投影到水平面上 用平面直角坐标来表示它的投影位置 测量上选用的平面直角坐标系 规定纵坐标轴为X轴 表示南北方向 向北为正 横坐标轴为Y轴 表示东西方向 向东为正 坐标原点可假定 也可选在测区的已知点上 象限按顺时针方向编号 三 地面点的高程系统地面点到大地水准面的铅垂距离 称为该点的绝对高程或海拔 简称高程 height 在下图中地面点A B的绝对高程分别为Ha Hb 地面上两点高程之差称为这两点的高差 如上图中A B两点间的高差为 hab Hb Ha Hb Ha 当在局部地区进行高程测量时 也可以假定一个水准面作为高程起算面 地面点到假定水准面的铅垂距离称为假定高程或相对高程 在右图中 A B两点的相对高程为Ha Hb 水准原点 我国解放初期 采用1950 1956年验潮资料 求得平均海水面位置 进而测得水准原点的高程为72 289m 此高程系统称为1956年黄海高程系 由于验潮资料时间周期短 不甚精确 为提高大地水准面的精度 国家又根据青岛验潮站1952 1979年的验潮资料组合成了10个周期为19年的验潮资料 经精确计算 于1985年重新确定了黄海平均海水面的位置和高程原点的高程 72 260m 并决定从1988年起 一律按此原点高程推算全国控制点的高程 称为 1985年国家高程基准 Chineseheightdatum1985 第四节用水平面代替水准面的限度 一 对距离的影响 D D3 3R2或 D D D2 3R2 A B B D D h R O 在半径10km范围内 对距离的影响可以忽略不计 结论 第四节用水平面代替水准面的限度 二 对高差的影响 h D2 2R A B B D