中南大学《土木工程测量》课件第01章绪论

1,2,课程介绍,1、实用性很强测量基本功：测、绘、算（毕业学生多年之后可能还需要用到此课程的内容），考研（专业基础课）。2、以往学习情况课不难，考试的时候比较简单，但是学的不扎实；眼高手低，基础知识掌握不好，不该出错的地方出了错。3、实践性强：56学时，20学时为实验课，4学分暑期还有4周勘测实习，4学分时间少，预习；实验指导书；实验手薄；实验分组，4人一组，成绩，动手能力，男女，组长小心仪器，照价赔偿4、成绩：卷面70%；平时30%操作水平，实验报告，作业（按时，独立）、出勤等5、实验报告：认真、规范、完整、按时6、答疑：集中答疑7、教材和实验手册：南校区图书馆统一购买。,3,第一章绪论1.1测量学与土木工程1.2地面点位的确定1.4测量工作概述,4,1.1测量学与土木工程,1测量学(surveying)的定义及任务2测量学科的分类3测量学作用,5,1测量学(surveying)的定义测量学是研究地球的形状和大小，确定地球表面各种物体的形状、大小和空间位置的科学。其主要任务是测定和测设。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形图，供科学研究和工程建设规划设计使用。测设（放样）(seeing-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。,6,2测量学科的分类普通测量学大地测量学(Geodesy)摄影测量学(Photogrammetry)工程测量学(Engineeringsurveying)地图制图学(Cartography),7,普通测量学,定义研究将地球表面局部地区的地貌及地物测绘成大比例尺地形图的基本理论和方法的科学。不考虑地球曲率基本任务地图绘制理论与方法研究。,8,大地测量学(Geodesy),定义研究和确定地球形状、大小、重力场、整体与局部运动和地表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。必须考虑地球曲率基本任务测定地球形状、大小和重力场(gravityfield)建立国家大地控制网(nationalgeodeticcontrolnetwork)为地形测图和各种工程测量提供基础起算数据为空间科学、军事科学及研究地壳变形、地震预报等提供重要资料,9,摄影测量与遥感学(PhotogrammetryandRemoteSensing),定义研究利用电磁波传感器获取目标物的影像数据，从中提取语义和非语义信息，并用图形、图像和数字形式表达的学科。基本任务通过对摄影像片或遥感图像进行处理(processing)、量测(measurement)和解译(interpretation)测定物体的形状(shape)、大小(size)和位置(position)进而制作成图,10,黑白(全色)像片对,11,彩色像片,12,13,14,SPOT热红外影像纽约曼哈顿世贸大厦倒塌三小时后所获取的影像(2001年9月11日当地上午11:55),15,IKONOS1m分辨率全色影像,天安门广场,16,17,2003-10-15,18,19,工程测量学(EngineeringSurveying),定义工程测量学是研究各项工程在规划设计、施工建设和运营管理阶段所进行的各种测量工作的学科。工程项目：铁路、公路、桥梁、隧道、水利工程、地下工程、管线(输电线、输油管)工程、矿山和城市建设等基本任务各个阶段所进行的地形和有关信息的采集、处理和成图工程建筑物或设备安装的施工放样变形监测、分析和预报对测量和工程有关的信息进行管理和使用,20,TopographicMaps,21,地图制图学(Cartography),定义研究模拟(analogous)和数字(digital)地图的基础理论、设计、编绘、复制的技术和方法的学科。基本任务利用各种测量成果编制(compile)各类地图工作内容一般包括地图投影(mapprojection)地图编制(mapcompilation)地图整饰(mapgrooming)地图制印(mapprinting),22,百度地图,Googleearth,23,3、土木工程测量学的作用,（1）勘测设计：为选线测绘带状地形图。（2）施工（放样）：把线路和各种建筑物正确地测设到地面上。（3）竣工：对建筑物进行竣工测量。（4）营运：维护、保养（公路段中肯定有搞测量的）为改建、扩大建而进行的各种测量。（5）变形观测为安全运营，防止灾害进行变形测量。,24,一、地球的形状和大小二、测量坐标系,1.2地面点位的确定,25,一、地球的形状和大小应掌握水准面、大地水准面、参考椭球的概念及关系，以及测量的基准面。地球是一个南北极稍扁，赤道稍长，平均半径约为6371km的椭球。测量工作是在地球表面上进行的，而地球的自然表面有高山、丘陵、平原、盆地、湖泊、河流和海洋等高低起伏的形态，其中海洋面积约占71%，陆地面积约占29%。,26,大地水准面（meansealevel）,静止的水面称为水准面。同一水准面上的重力位处处相等；同一水准面上任一点的铅垂线都与水准面相正交。与平静的平均海水面相重合、并延伸通过陆地而形成的封闭曲面称为大地水准面。大地水准面包围的形体称为大地体(Geoid)。,27,图形：水准面及大地水准面图,水准面的特性处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。铅垂线测量工作的基准线,28,测量基准面由于地表起伏以及地球内质量分布不均匀，所以大地水准面是个复杂的不规则曲面。1测量工作基准面水准面、大地水准面。水准面静止海水面所形成的封闭曲面。大地水准面其中通过平均海水面的那个水准面。,29,2测量计算基准面旋转椭球由椭圆（长半轴a，短半轴b）绕b轴旋转而成的椭球体。可用数学式表示的光滑曲面。,30,大地水准面是有微小起伏、不规则、很难用数学方程表示的复杂曲面。将地球表面上的物体投影到大地水准面上，计算起来非常困难。通常选一个与本地区大地水准面最接近的、能用数学方程表示的椭球面作为投影的基准面，这个椭球面是由椭圆NESW绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球面，称为参考椭球(referenceellipsoid)，其表面称为参考椭球面。,2测量计算基准面旋转椭球,31,二、测量坐标系,1、大地坐标系(大地经度B，大地纬度L)大地坐标，是表示地面点在参考椭球面上的位置，它的基准是法线和参考椭球面，它用大地经度(geodeticlongitude)和大地纬度(geodeticlatitude)表示。P点大地经度：过P点的大地子午面(geodeticmeridianplane)和首子午面所夹的两面角。P点大地纬度：过P点的法线与赤道面的夹角。我国以陕西省泾阳县永乐镇大地原点(geodeticorigin)为起算点，由此建立的大地坐标系，称为“1980西安坐标系”(Xiangeodeticcoordinatesystem1980)，简称80系或西安系。,我国所处经纬度范围：E=75135N=2050,32,2、地心坐标系,地心坐标系属空间三维直角坐标系，用于卫星大地测量。地心坐标系取地球质心(地球的质量中心)为坐标系原点，轴在地球赤道平面内，本初子午面与赤道平面的交线为轴，轴与地球自转轴相重合。地面点的空间位置用三维直角坐标xA、yA、zA表示。全球定位系统（GPS）采用的就是地心坐标系。,33,3、平面直角坐标系适用于：研究范围较小，将水准面看作水平面。,测量平面直角坐标系,数学平面直角坐标系,34,不同点：1测量上北方向为X轴正向，东方向为Y轴正向。2角度方向顺时针度量；象限顺时针编号。相同点:数学中的三角公式在测量中可直接应用。,坐标系的异同：,35,适用于：研究范围较大。（1）高斯投影方法：目的是将椭球面投影到平面上。使投影带的中央子午线与椭圆柱体相切，展开后为X轴，向北为正；展开后为Y轴，向东为正。,4、高斯平面直角坐标,36,图形：高斯投影方法图一,37,图形：高斯投影方法图二,投影,剪开,展平,38,投影带的划分,39,(2)投影带,为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度0开始，将整个地球分成60个带，6为一带。,计算公式：=6N-3中央子午线经度,N投影带号。,23带的划分,若仍不能满足精度要求,可进行3带、1.5带的划分。3带计算公式：=3N中央子午线经度,N投影带号。,16带的划分,40,（3）高斯平面直角坐标系：在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线。以中央子午线和赤道的交点作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标轴，规定轴向北为正；以赤道的投影为横坐标轴，轴向东为正，这样便形成了高斯平面直角坐标系。,41,方法：（1）先将自然值的横坐标Y加上500000米；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。所以点的横坐标通用值为y=N*1000000+500000+y,（4）图家统一坐标,42,例：国家高斯平面点P（2433586.693，38514366.157）所表示的意义:(1)表示点P在高斯平面上至赤道的距离;X=2433586.693m(2)其投影带的带号为：P点离纵轴X轴的实际坐标：38带Y=514366.157-500000=14366.157m,43,5、地面点的高程,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。在下图中地面点A、B的绝对高程分别为Ha、Hb。,5.高程系统,44,地面上两点高程之差称为这两点的高差，如图1-7中A、B两点间的高差为：hab=HbHaHbHa,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HaHb。,45,水准原点,我国解放初期，采用19501956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”。可见，我国的验潮资料也为近年来海平面上涨提供了依据。,46,主要有：（1）1985国家高程系统（2）1956黄海高程系统（3）地方高程系统。如：珠江高程系统。注：水准原点：青岛市观象山H0=72.260m（85黄海系）=72.289m（56黄海系）,我国的高程系统,47,13用水平面代替水准面的限度,在半径为10km的范围内进行距离的测量工作时，用水平面代替水准面所产生的距离误差可以忽略不计。地球曲率对高差的影响，即使在很短的距离内也必须加以考虑。,48,1.4测量工作概述,一测量工作的基本原则布局上：由整体到局部精度上：由高级到低级次序上：先控制后细部测量工作的又一原则:“前一步工作未作检核，不进行下一步工作”,49,1.4测量工作概述,绘制地形图,50,二测量工作本质测定点位的工作，即测定点的平面位置和高程三确定地面点的要素水平角、距离、高差、直线定向四、测量的基本工作高程测量、角度测量、距离测量、直线方向测量五学习好本课程的要求。认真听课；做好笔记；独立完成作业；实验课认真对待。,51,本章小结,2.平面直角坐标系坐标纵轴为X轴，向北为正；坐标横轴为Y轴，向东为正；坐标原点可假定，也可选在测区的已知