建筑工程测量第一章绪论VIP

建筑工程测量讲课人：张新丰,11测量学及其应用12地面点位的确定13测量误差与测量程序,第一章绪论,定义：测量学是研究地球的形状和大小、确定地面（包括空中、地下和海底）点位，以及对这些空间位置信息进行处理、存储和管理的学科。,11测量学及其应用,一、测量学的定义：,根据研究范围、研究对象的不同，分若干分支,大地测量学,普通测量学,地形测量学,摄影测量学,工程测量学,几何大地测量学,海洋大地测量学,物理大地测量学,卫星大地测量学,矿山测量,建筑工程测量,线路测量,桥梁测量,城市测量,水利工程测量,二、测量学的分类：,1、勘测设计阶段：控制和测绘地形图2、施工建设阶段：标定设计建筑物的位置，竣工测量3、运营管理阶段：安全检测、变形观测,三、建筑工程测量学的任务：,内容它的内容包括两部分测定和测设测定(普通测量学）：将局部区域的地貌和地物，按一定的比例尺和特定的符号缩小绘制成地形图。测设：将图纸上规划设计好各建（构）筑物的位置，标定到地面上，作为施工的依据。工程上也叫放样。,四、建筑工程测量学的内容：,12地面点位的确定,1、大地体：设想有一个不受风浪和潮汐影响的静止的海水面，向陆地和岛屿延伸，形成一个封闭的形体，此封闭的形体称为大地体。大地体即可近似代表地球的形状和大小,一、地球的形状和大小,2、参考椭球体：我国采用的参数为：长半径：a=6378.14km短半径：b=6356.755km扁率：a=1/298.257当在局部地区测量时可将地球看成是一个圆球，平均半径为6371km。,一、地球的形状和大小,1、重力：万有引力和离心力的合力。2、铅垂线：（基准线）重力的方向线。3、水平线：与铅垂线正交的直线。4、水平面：与铅垂线正交的平面。,二、重力、铅垂线、水准面、大地水准面,5、水准面：处处与铅垂线垂直的连续封闭曲面。6、大地水准面：（基准面）与平均海水面相吻合的水准面。,二、重力、铅垂线、水准面、大地水准面,大地水准面与参考椭球面极为相似,大地水准面是一个有微小起伏、不能用简单的几何形体和数学公式表达的不规则曲面,大地水准面,a,b,参考椭球面,12地面点位的确定,表示地面点在某个空间中的位置需要三个参数：测量上将空间坐标系分解成确定点的球面位置的坐标系(二维)和高程系(一维)。坐标(Coordinate)：地面点投影到基准面后在基准面上的位置。高程(Elevation)：地面点沿铅垂线到基准面上的距离。,三、确定地面点位的方法,四、地面点的高程：,1、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或海拔，用H表示。,72.260m,1985年国家高程基准：黄海高程系统的水准原点在青岛的观象山上，H=72.260m,72.260m,2、假定高程：地面点到假定水准面的铅垂距离。假定高程用HA、HB表示。,假定水准面,大地水准面,1、高程（绝对高程、海拔）2、相对高程（假定高程）3、高差,假定水准面,大地水准面,高差,12地面点位的确定,1、地理坐标2、平面坐标3、空间直角坐标,五、地面点的坐标,1、地理坐标：,地理坐标：地面点在球面上的位置常采用经度（）和纬度（）来表示，称为地理坐标。,大地坐标系,极轴,1、地理坐标：,北极(N),南极(S),经度,纬度,2、独立平面直角坐标系：,大地水准面是一个曲面，其曲率半径很大，当测区范围较小（如半径小于10Km）时，可以用测区中心点P的切平面（水平面）来代替曲面。,切平面作为投影平面，建立一个平面直角坐标系,纵轴：南北方向，记为X轴，向北为正横轴：东西方向，记为Y轴，向东为正坐标原点取在测区的西南角上,2、独立平面直角坐标系：,数学平面直角坐标系,测量平面直角坐标系,坐标系的异同：,不同点：1、X轴与Y轴和数学上规定的相反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。,3、高斯平面直角坐标系：,适用于：研究范围较大的测量工作。,高斯投影法：目的是将椭球面投影到平面上。,方法：设想用一个平面成一个空心椭圆柱，使它横在旋转椭球（地球椭球）外面；椭圆柱的中心轴位于赤道面内并通过球心；使旋转椭球面上一条子午线和椭圆柱面相切（这一条子午线称为中央子午线）,卷,套,图形：高斯投影方法图一,图形：高斯投影方法图一,椭圆柱轴,赤道,图形：高斯投影方法图二,投影,剪开,展平,分带子午线,中央子午线,1.中央子午线的投影是一条直线，投影后长度没有改变；其余经线是凹向中央子午线的对称曲线。,高斯投影的规律：,2.赤道的投影也是一条直线，其余纬线的投影是凸向赤道的对称曲线。,3.经纬线投影后，仍然保持相互垂直的关系，也就是说投影后角度没有改变。,4.中央子午线和赤道的投影为互相垂直的直线，以此建立平面直角坐标，中央子午线的投影直线为纵轴定为X轴；赤道的投影直线为横轴定为Y轴；其交点为坐标原点。X轴向北为正，南为负；Y轴向东为正，西为负。,（1）6投影带,6度投影带是从首子午线起，每隔经度划分为一带，自西向东将整个地球划分为60个带。带号从首子午线开始，用阿拉伯数字表示。,位于各带中央的子午线称为该带的中央子午线,任意带的中央子午线经度与投影带号N的关系,计算公式：=6N-3中央子午线经度,N投影带号,6带适用于小比例尺，如1：25000或更小比例尺测图（长度变形误差允许值）,例：已知某6度带带号为N=21，问此带的范围是多少？,（2）3度投影带,自东经1.5度开始，每隔3度为一带，全球共120带。,任意带的中央子午线经度与投影带号N的关系,计算公式：=3N中央子午线经度,N投影带号,3带1：10000或更大比例尺测图精度（长度变形小于该测图允许误差）,方法：（1）先将自然值的横坐标Y加上500Km；（2）再在新的横坐标Y之前标以2位数的带号。,（3）我国高斯平面直角坐标的表示方法,坐标原点向西移动500Km，横坐标值会变化,O,y,x,y,A,B,B,A,O,x,O,-500Km-,横坐标通用值=带号+（500Km+自然坐标值）,x,我国领土全部位于赤道以北，故X值均为正。为了避免横坐标值Y出现负值，特别规定：将每一投影带的纵坐标轴西移500公里；在Y坐标值前面加一所在投影带的号数。（这是为了读坐标值时直观地反映其点所属的投影带）。,用水平面代替水准面的限度,1对水平角、距离的影响两点间距离D在10KM范围内，面积约320km2内，可忽略不计。2对高程的影响即使距离很短也要顾及地球曲率的影响。,1.3测量误差与测量程序,测量实践中可以发现，测量结果不可避免的存在误差，比如：1、对同一量多次观测，其观测值不相同。2、观测值之和不等于理论值：三角形+180闭合水准h0,一、测量误差的来源,等精度观测：观测条件相同的各次观测。不等精度观测：观测条件不相同的各次观测。,1.测量仪器,2.观测者的技术水平,3.外界环境,观测条件,粗差：因读错、记错、测错造成的错误。,二、测量误差的分类,在相同的观测条件下，无论在个体和群体上，呈现出以下特性：误差的绝对值为一常量，或按一定的规律变化；误差的正负号保持不变，或按一定的规律变化；误差的绝对值随着单一观测值的倍数而积累。,1、系统误差在相同观测条件下，对某量进行一系列观测，如果误差出现的符号和大小均相同，或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。,例：钢尺尺长、温度、倾斜改正水准仪i角经纬仪c角、i角注意：系统误差具有累积性，对测量成果影响较大。,消除和削弱的方法:（1）校正仪器；（2）观测值加改正数；（3）采用一定的观测方法加以抵消或削弱。,在相同的观测条件下，对某量进行了n次观测，如果误差出现的大小和符号均不一定，则这种误差称为偶然误差，又称为随机误差。偶然误差，就其个别值而言，在观测前不能预知其出现的大小和符号。偶然误差只能通过改善观测条件对其加以控制。,2、偶然误差,偶然误差的特性,真误差(三角形内角和）,观测值与理论值之差,偶然误差分布的直方图,落入区间的误差个数误差的总个数误差区间大小,根据这些描述性特性，当n，可以得出理论误差分布曲线,绝对值相等的正、负误差出现的机会相等，可相互抵消；（对称性）,同一量的等精度观测，其偶然误差的算术平均值，随着观测次数的增加而趋近于零，即：,在一定的条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限度;（有界性）绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会要多；（密集性/区间性）,（抵偿性）,复习思考题：1偶然误差与系统误差有什么区别?偶然误差有哪些特性?根据下列的误差内容，试判断其属于何种误差?,系统误差,系统误差,系统误差,偶然误差,偶然误差,偶然误差,系统误差,误差处理的原则：,1、粗差：舍弃含有粗差的观测值，并重新进行观测。,2、系统误差：按其产生的原因和规律加以改正、抵消和削弱。,3、偶然误差：根据误差特性合理的处理观测数据减少其影响。一般要通过一定的数学方法（测量平差）来处理。,精度：又称精密度，指在对某量进行多次观测中，各观测值误差分布的密集或离散程度。,三、中误差,1、中误差的定义：在相同条件下，对某量（真值为X）进行n次独立观测，观测值l1，l2，ln，偶然误差（真误差）1，2，n，则观测值的中误差m的定义为：,式中,式中：,例：试根据下表数据，分别计算各组观测值的中误差。,解：第一组观测值的中误差：第二组观测值的中误差：，说明第一组的精度高于第二组的精度。,说明：中误差越小，观测精度越高,中误差所代表的是某一组观测值的精度。,2、用真误差计算中误差,3、用改正数计算中误差改正数：最或是值与观测值之差，用v表示，即：v=x-l式中：v为观测值的改正数；l为观测值；x为观测值的最或是值,改正数求中误差的白塞尔公式：,设对某个量进行n次观测，则它的最或是值为,定义由偶然误差的特性可知，在一定的观测条件下，偶然误差的绝对值不会超过一定的限值。这个限值就是容许（极限）误差。,四、极限误差（容许误差）,测量中通常取2倍或3倍中误差作为偶然误差的容许误差；即容=2m或容=3m。,极限误差的作用：区别误差和错误的界限。,偶然误差的绝对值大于中误差9的有14个，占总数的35%，绝对值大于两倍中误差18的只有一个，占总数的2.5%，而绝对值大于三倍中误差的没有出现。,中误差、真误差和容许误差均是绝对误差。,相对误差K是中误差的绝对值m与相应观测值D之比，通常以分母为1的分式来表示，称其为相对（中）误差。即:,五、相对误差,例已知：D1=100m,m1=0.01m，D2=200m,m2=0.01m，求：K1,K2解：,误差传播定律：阐述观测值的中误差与观测值函数中误差的关系的定律。,函数形式,倍数函数和差函数线性函数一般函数,1.4测量工作概述,测量目的确定点的坐标和高程测量方法观测已知与待定点之间几何位置关系测量手段1、角度测量：2、距离测量：3、高差测量：,1.4测量工作概述,一、测量的基本工作测角、量边、测高差1、角度测量：2、距离测量：3、高差测量：,1水平角在同一水平面内两条直线的夹角。2竖直角在同一竖直平面内一水平线与倾斜线的夹角。,1、角度测量：,1水平距离两点投影到水平面上的距离。2倾斜距离两点连线的直接距离。,2、距离测量：,1、长度单位英制单位：海里、码、英尺、英寸公制单位：公里、米、分米、厘米、毫米,二、测量的单位,单位换算,1km=1000m；1m=10dm=100cm=1000m1英里=1.6093公里；1码=3英尺；1英尺=12英寸=30.48厘米；1英寸=2.54厘米；1公里=1000米；1里=500米；,60进制单位：度(d)、分(m)、秒（s)弧度单位：1圆周=2、1弧度=57.3。=3434=206265,2、角度单位,通过高精密度的仪器，采用严密的方法，在测区内精确测定出坐标和高程的点。,控制点,控制网,控制点,三测量工作的基本原则,测区的实际情况,控制点：通过高精密度的仪器，采用严密的方法，在测区内精确测定出坐标和高程的点。,控制点,A,B,C,D,E,测区的地形图,控制网,控制网,控制网：按一定的规律连接相邻控制点的几何图形。,控制测量：测定控制点的平面位置（坐标）和高程位置（标高）所进行的工作。,控制测量之后，反映在图纸上的是区域内分布较有规律的一些点。,碎部点：决定地物或地貌的形状和大小的特征点称为碎部点。,碎部点,主要就是测定这些碎部点的平面位置和高程,墙角点,河流转折点,山顶点山脊走向变化点,图中1、2、3、4、5、6、7、8、9等均为地物特征点，A、B、C、D、E等均为地貌特征点,1,2,4,3,5,6,7,8,9,A,B,D,C,E,测设,将规划、设计好的总平面图中各建（构）筑物的位置，标定到地面上,测设,将规划、设计好的总平面图中各建（构）筑物的位置，标定到地面上,三测量工作的基本原则,布局上：由整体到局部精度上：由高级