建筑工程测量第1章-绪论

,PowerPoint电子课件,院系：建筑工程学院主讲：王勇,工程测量,教材：建筑工程测量(东南大学出版社）主讲：王勇联系方式-MAIL:wy201286,学习本课程的目的,本课程是研究地球表面形状和大小及其确定空间点位的科学。本课程主要内容包括测量基本工作、地形测量和施工测量。测量基本工作主要介绍高程、角度和距离测量的原理方法。地形测量主要介绍小地区控制测量的分类与施测方法，大比例尺地形图的测绘，地形图的使用。施工测量主要介绍施工测量的基本工作、基本方法，土木工程施工过程中的轴线测设、曲线测设和变形观测。通过学习使学生获得测量学基本理论知识，了解现代测量技术发展的趋势，通过测量实践使学生熟练掌握测量仪器的操作技能。对学生今后从事土木工程的勘测、规划、设计、施工和管理中使用测量资料、测量仪器，解决有关工程问题均有实际意义。,课程概况和教学要求,测量学是工程类专业的一门专业基础课，同时也是一门实践性较强的课程，按着课程内容体系可划分为理论教学与实践教学两部分内容。测量学主要课程内容有：测量学的基本知识；水准仪及高差测量；光学经纬仪及角度测量；小区域控制测量；地形图的测绘；常规光学测绘仪器的操作、使用、维护、检校；记录和计算测量成果的整理；建筑工程测量实务,课程概况,教学内容以应用为目的，突出针对性补充新内容，削弱部分过时内容首先在仪器操作方面除了介绍常规光学仪器外，还补充以下新内容：全站仪原理与使用；电子水准仪(条码水准仪)原理与使用；在新理论中加入了GPS全球卫星定位系统；数字化成图等简介。采用多种形式进行教学在测量学的教学方式上有课堂讲授、习题课、实习等，各种教学方式之间既有联系又有区别。每种教学方式都发挥着各自的作用。,学习的要求,按时上课，不得迟到、早退。课前预习。上课认真听讲，做必要的笔记。课后及时复习，独立按要求完成作业。爱护仪器，重视实训。考核：平时出勤考核10期中理论考核20平时实训考核20期末理论与实践考核50.,教学内容,第一章绪论,本章主要内容测绘工作的任务及其作用地球的形状和大小地面坐标系的建立测量工作的内容与原则,1.1.1测绘工作的任务及其作用,测量学的基本概念和研究内容测绘科学：研究如何确定地球的形状和大小及地面、地下和空间各种物体的几何形态及其空间位置的科学，目的是为人类了解自然、认识自然和能动地改造自然的能力。主要内容测定：使用测量仪器和工具，按照测量的有关原理和方法，将地球表面的地物和地貌绘制成地形图。测设（放样）：指使用测量仪器和工具，按照测量有关原理和方法，将图纸上规划设计好的建筑物的平面位置和高程在实地标定出来，作为施工的依据。,1.1建筑工程测量的任务,1.1.2测绘学科的组成,(1)大地测量学:Geodesy(GeodeticSurveying)它是以地球表面大区域为研究对象，研究和测定地球形状、大小和地球重力场，以及测定地面点几何位置的学科。现代大地测量学包括几何大地测量学、物理大地测量学和卫星大地测量学三个主要部分。,1.1测量学的基本概念,(2)地形测量学(普通测量学):Topographicsurveying是研究测绘地形图的基本理论、技术和方法的学科。,1.1测量学的基本概念,(3)摄影测量学：Photogrammetry摄影测量学是利用摄影或遥感的手段获取被测物体的信息(影像的或数字式的)，经过对图像的处理、量测、判释和研究，以确定被测物体的形状、大小和位置，并判断其性质的一门学科。按获取像片的方法不同，分为地面立体摄影测量学和航空摄影测量学。,1.1测量学的基本概念,1.1测量学的基本概念,工程测量学：EngineeringSurveying定义一：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。各项工程包括：工业建设、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。一般的工程建设分为规划设计、施工建设和运营管理三个阶段。工程测量学是研究这三阶段所进行的各种测量工作。定义二：工程测量学主要研究在工程、工业和城市建设以及资源开发各个阶段所进行的地形和有关信息的采集和处理，施工放样、设备安装、变形监测分析和预报等的理论、方法和技术，以及研究对测量和工程有关的信息进行管理和使用的学科，它是测绘学在国民经济和国防建设中的直接应用。定义三：工程测量学是研究地球空间（包括地面、地下、水下、空中）中具体几何实体的测量描绘和抽象几何实体的测设实现的理论、方法和技术的一门应用性学科。它主要以建筑工程、机器和设备为研究服务对象。,1.1测量学的基本概念,工程测量学：EngineeringSurveying,1.1测量学的基本概念,1.1.3测绘工作的任务和作用,规划提供基础数据提供地图行政勘界与权属定界提供各工程需要的测量技术军事测绘,1.1测量学的基本概念,水准面一个静止不动的海水面延伸穿越陆地，形成一个闭合的曲面包围了整个地球，这个闭合曲面成为水准面。特点：水准面上各点处处与该点的重力方向（铅垂线方向）垂直。通过任何高度的点都有一个水准面，因而水准面有无数个。水平面：与水准面相切的平面,1.2地面点位的确定及表示方法,水平面,大地水准面在测量工作中，把一个假想的、与静止的平均海水面重合并向陆地延伸且包围整个地球的特定重力等位面称为大地水准面。,特点是一个封闭的曲面。是一个略有起伏的不规则曲面，无法用数学公式精确表达。大地水准面是测量外业所依据的基淮面。,1.2地面点位的确定及表示方法,铅垂线地球表面任一质点，都同时受到两个作用力：其一是地球自转产生的惯性离心力；其二是整个地球质量产生的引力。这两种力的合力称为重力。重力的作用线又称为铅垂线。铅垂线是测量外业所依据的基准线。,1.2地面点位的确定及表示方法,取得铅锤线的方法：悬挂锤球的细线,参考椭球体椭圆NWSE绕其短轴NS旋转而成的旋转椭球体，又称地球椭球体。与某个区域如一个国家大地水准面最为密合的椭球称为参考椭球，其椭球面称为参考椭球面。,旋转椭球面可以用数学公式准确地表达。因此，在测量工作中用这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基准面。决定地球椭球体形状和大小的参数为椭圆的长半径a，短半径b及扁率。,1.2地面点位的确定及表示方法,长半径a，短半径b及扁率，其关系式为：,我国目前采用的地球椭球体的参数值为：,由于地球椭球体的扁率很小，当测量的区域不大时，可将地球看作半径为6371km的圆球。,参考椭球体,1.3地面点位的确定,地面点的空间位置须由三个参数来确定，即该点在大地水准面上的投影位置（两个参数）和该点的高程。,1.2地面点位的确定及表示方法,地面点的确定就是将地球表面的点沿铅垂线投影到基准面上，然后在基准面上建立坐标系，确定此点在坐标系中的位置及此点到基准面的铅垂距离,1.2.2地面点的高程绝对高程：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。地面点A、B的高程分别为HA、HB。相对高程：地面点到假定水准面的铅垂距离，称为该点的相对高程或假定高程。A、B两点的相对高程为HA、HB。,1.2地面点位的确定及表示方法,高差:地面两点间的高程之差，称为高差，用h表示。高差有方向和正负。A、B两点的高差为：B、A两点的高差为：,A、B两点的高差与B、A两点的高差，绝对值相等，符号相反，即：,1.2地面点位的确定及表示方法,高程系统：以黄海平均海水面作为我国的大地水准面（高程基准面）。从1989年起，国家规定采用青岛验潮站19521979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面，称为“1985国家高程基准”。根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260m。,72.260m,1.2地面点位的确定及表示方法,测量常用的坐标系(1)大地坐标系（地理坐标系）：大地坐标系是以参考椭球面作为基准面，以起始子午面和赤道面作为在椭球面上确定某一点投影位置的两个参考面。大地经度：过地面某点的子午面与起始子午面之间的夹角，称为该点的大地经度规定:从起始子午面起算，向东为正，由0至180，称为东经；向西为负，由0至180，称为西经。大地纬度：过地面某点的椭球面法线与赤道面的夹角，称为该点的大地纬度规定：从赤道面起算，由赤道面向北为正，从0到90，称为北纬；由赤道面向南为负，从0到90，称为南纬。,1.2地面点位的确定及表示方法,(1)大地坐标系,1.2地面点位的确定及表示方法,(2)独立平面直角坐标当测区范围较小时，可以用测区中心点a的水平面来代替大地水准面。在这个平面上建立的测区平面直角坐标系，称为独立平面直角坐标系。,规定：南北方向为纵坐标轴，记作x轴，向北为正；以东西方向为横坐标轴，记作y轴，向东为正；坐标原点O一般选在测区的西南角，使测区内各点的x、y坐标均为正值；坐标象限按顺时针方向编号。,1.2地面点位的确定及表示方法,(5)独立平面直角坐标系测量坐标系的、象限为顺时针方向编号。测量工作中所采用的平面直角坐标系与数学中所介绍的相似，只是坐标轴互易。,1.3地面点位的确定,1.2地面点位的确定及表示方法,1.2.3用水平面代替水准面的限度,(1)对距离的影响以水平长度D代替弧长D所产生的误差D为：,1.2地面点位的确定及表示方法,结论：在半径为10km的范围内，进行距离测量时，可以用水平面代替水准面，而不必考虑地球曲率对距离的影响。,1.2地面点位的确定及表示方法,(2)对高程的影响HB与HB的差值，即为水平面代替水准面产生的高程误差，用h表示，则:,1.2地面点位的确定及表示方法,结论：在进行高程测量时，即使距离很短，也应顾及地球曲率对高程的影响。,1.2地面点位的确定及表示方法,1.3测量的基本工作及基本原则,1.3.1基本工作平面直角坐标的测定,Xp=Xa+xYp=Ya+y,高程的测定,Hp=Ha+h,测量的基本工作是：高差测量、水平角测量、水平距离测量。,1.3.2基本原则在测量布局上，“由整体到局部”；在测量精度上，“由高级到低级”；在测量程序上，“先控制后碎部”；作用：a.保证精度，减少误差积累；b.加快进度。作用：防止错、漏的发生，以免影响后续工作。,1.3测量的基本工作,1.4测绘学科的发展,(1)远古时代有辉煌的历史,(2)现代:工程方面,以特大型建筑对工程测量的精度,准度进一步提高。,1.4测绘学科的发展,(3)3S技术RS:RemoteSensing（遥感）GIS:GeographicalInformationSystem（地理信息系统）GPS:GlobalPositioningSystem(全球地位系统）,1.4测绘学科的发展,(4)GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200多亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS的应用领域控制测量（全球、全国、城市、工程）、工程测量、地形地籍测量、海洋测绘、航测、遥感卫星、定轨月球、火星测绘、飞机、轮船导航与地面交通管理、通信、旅游等各行各业。,1.4测绘学科的发展,(4)GPS（GlobalPositioningSystem）,1.4测绘学科的发展,(4)GPS（GlobalPositioningSystem）应用,1.4测绘学科的发展,(5)GAILILEO系统1999年，欧洲提出“伽利略计划”，准备投资36亿欧元，向高度为2.4万公里的太空发射30颗卫星，组成“伽利略”卫星定位系统。欧盟指出，该系统将主要服务于民用，提供误差不超过1米的精确定位服务，2008年完成。2004年10月9日，中欧伽利略计划技术合作协议在北京正式签署，中国将投入2亿欧元参与“伽利略计划”。据悉，中国是正式加入“伽利略计划”的第一个非欧盟国家。另外，美国的GPS只为自己（尤其是军方）提供高精度定位，对其他用户只提供低精度的定位服务，而且美国随时可以关闭这种服务（特别是在战时）。伽利略是完全提供给民用的，定位精度比美国提供的高，不会无故关闭服务。,1.4测绘学科的发展,(6)“北斗”导航定位系统北斗卫星导航定位系统，是中国自行研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是除美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统构成有：两颗地球静止轨道卫星、地面中心站、用户终端。北斗卫星导航定位系统的基本工作原理是“双星定位”：以2颗在轨卫星的已知坐标为圆心，各以测定的卫星至用户终端的距离为半径，形成2个球面，用户终端将位于这2个球面交线的圆弧上。地面中心站配有电子高程地图，提供一个以地心为球心、以球心至地球表面高度为半径的非均匀球面。用数学方法求解圆弧与地球表面的交点即可获得用户的位置。,1.4测绘学科的发展,(6)“北斗”导航定位系统,1.4测绘学科的发展,(7)GIS(GeographicalInformationSystem):地理信息系统地理信息系统是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供