工程测量1、2章

邹维宝,长安大学地测学院2013,工程测量（非测绘专业适用）,第一章绪论,1测量学的概念2地面点位的确定3测量工作的原则,1测量学的概念,测量学是一门非常古老的科学。发展到今天，成为一门综合科学。,它应用当代空间、遥感、通信、电子、微电子等各种先进技术与设备，以及光学、机械、电子的实用技术设备，采集与地球形状和大小、地球表面上的各种物体的几何形状及空间位置相关的数据和信息，并对其进行处理、解释和管理，为经济建设、国防建设的各个部门和行业提供服务。,张遂(僧一行，公元673-727年)公元724-725年，一行组织了全国13个点的天文大地测量。由太史监南宫说等人在河南的测量的数据中，得出了子午线一弧度的弧长为351里80步。这是世界上第一次通过实测进行弧度测量。,龙游石窟“龙游石窟”位于浙江龙游县城以北小南海镇东南、衢江北岸的石岩背村。1992年6月几个村民用抽水机抽干了被当地人称为“无底洞”的小龙潭，发现了一个规模巨大、气势恢宏的由人工开凿的洞窟，此后又在附近相继发现了20余个与此相同的石洞。,神舟六号飞船载人航天飞行的测控网是由北京、东风、西安三个指控中心，东风、渭南、青岛、喀什等国内测控站，和位于纳米比亚、马林迪、卡拉奇等三个国外测控站，以及位于太平洋、印度洋、大西洋的四艘远望号测量船组成的陆海基全球S波段统一测控通信网，对火箭、飞船完成测控通信任务。,神六测控通信系统中由上海研发的9大子系统1.USB波段信道：完成载人飞船天地间无线通信主通道，能够实现遥控、遥测、图像传输、双向通话、地面跟踪测量任务；2.C波段信道：主要用于飞船的测轨，将返回舱的飞行速度、距离、方位等信息传递回地面指挥中心。其同时作为USB波段信道的辅助；3.图像传输系统；4.话音传输系统；5.飞船遥测系统；6.飞船遥控系统；7.超短波通信系统；8.短波通信系统（能传送GPS定位信号，在返回舱着陆后能为地面搜索人员提供所在位置的经纬度）；9.天线。备注：整个测控通信系统除了上海的9大子系统外，还包括北京相关机构研发的GPS定位系统、频率综合器等。,其分类大致为：1.大地测量学2.摄影测量与遥感3.地图制图学4.海洋测量学,5.地形测量学6.工程测量学,几何大地测量学物理大地测量学（重力大地）卫星大地测量学海洋大地测量学空间大地测量学（天文大地）,航天摄影测量航空摄影测量地面立体摄影测量遥感测量,研究地球表面局部地区测绘问题,研究内容有关城市建设、矿山工厂、水利水电、农林牧业、道路交通、地质矿产等领域各种工程的勘测设计，建设施工，竣工验收，生产经营，变形监测等方面的测绘工作。主要工作测绘测设变形监测,大地测量学,摄影测量与遥感,地图制图学,地形图,专题地图制作,在西藏拉萨测绘地形图,水下地形测量,地形测量学,建筑变形监测,城市测量,工程测量学,2地面点位的确定,一、地球的形状和大小二、我国采用的参考椭球三、地面点位平面坐标的确定四、地面点高程位置的确定五、地球曲率的影响,一、地球的形状和大小,几个概念：,继续,地球的自然表面不规则；海面占表面的71%、扁梨形。,大地水准面假想平均海水面延伸穿过陆地形成的闭合曲面；物理曲面。,旋转椭球以椭圆的短轴为旋转轴形成的椭球；旋转椭球面为数学曲面。,总地球椭球与大地体（大地水准面包围的球体）最接近的旋转椭球体。,其中心与地球质心重合；旋转轴与地轴重合，赤道与地球赤道重合；体积与大地体体积相等；其表面与大地水准面之间的高差平方和最小。,参考椭球与某一局部大地水准面密切配合的椭球。,大地水准面具有性质：大地水准面上任一点处的垂线（重力方向）与该点处切面正交；又：重力是离心力与地心引力的合力（离心力与地心引力之比约1：300），而大地水准面上各点处引力不等，造成各点处垂线方向各异。各点处切面组成的曲面大地水准面亦不规则，有微小起伏，是一个具有物理性质的曲面。,返回,二、我国采用的参考椭球,继续,1932年前白塞尔椭球1932年后海福特椭球1952年后1954北京坐标系：克拉索夫斯基椭球1980年后国家大地坐标系：国际75椭球（IAG1975推荐值）目前BJ-54和国家80两个坐标系并行使用,返回,三、地面点位平面坐标的确定1.地理坐标,大地经度和大地纬度（L、B）天文经度和天文纬度（、j）,LP点所在子午面与起始子午面所夹的两面角；分为东经0180；西经0180B过P点法线与赤道平面的交角；分为南纬090；北纬090,P点所在天文子午面与本初子午面所夹的两面角；j过P点的重力线与地球赤道平面的交角。,O,x,2.平面直角坐标,高斯投影横轴椭圆柱投影,高斯投影带为了限制变形，高斯投影只限于很窄的一条，称投影带。,y,P1,P2,S,p1,p2,s,赤道,中央子午线,边缘子午线,为满足1/100万1/2.5万比例尺测图，可采用经差6的投影，称6带；为满足1/10000、1/5000比例尺测图，可采用经差3的投影，称3带；有些测图还须采用1.5带等。3带是6带的加密。,各点y坐标的规定：1）原点西移500km；2）y坐标前加带号。,例：y018.068km写成y36518.068kmy02.005km写成y20497.995km,（我国位于北半球，东经69135；x值均为正值，y值：6带1223带，3带2445带）,四、地面点高程位置的确定,点的高程是指点沿与基准面的切平面正交的方向线投影到基准面的距离。高程基准面（大地水准面）：1.1956年黄海高程系统（中华人民共和国水准原点高程72.289m）2.1985年国家高程基准（中华人民共和国水准原点高程72.260m）,继续,A,水准原点H,自然表面,大地水准面（高程为0）,绝对高程,青岛验潮站,HA,H,56年黄海高程系统：H=72.289m85年国家高程基准：H=72.260m,水准原点中国统一高程基准点,返回,五、地球曲率的影响,弧：AB=Rq=D平距：AB=Rtanq=DD=DD=RtanqRq=R(tanqq),1.地球曲率对水平距离的影响,将tanq级数展开，略去五次方以上各项：,代入上式，有：,相对误差：,从相对误差看，此影响很小（当D=10km时，D=8mm，D/D=1/120万）。故小区域（如半径小于10km时），可不考虑地球曲率对水平距离的影响。,2.地球曲率对高差的影响,R2D2=(R+h)2=R2+2Rh+(h)2即：D2=2Rh+(h)2=h(2R+h),可得：,h与R比甚小，忽略不计，D以代D，可得：,当：D=500mh=20mmD=1000mh=80mmD=5000mh=196mm,所以，地球曲率对高差影响甚大，小范围内进行测量工作亦不可以忽略。,3测量工作的原则,1.从整体到局部2.从高级到低级3.先控制后细部,第二章水准测量,1水准测量的原理2水准测量的仪器和工具3水准仪的使用4水准测量的外业5水准测量的内业6水准测量的误差分析,1水准测量的原理,高差法HB=HA+hAB仪器高（视线高）法HB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=Hi-bHi仪器高（视线高）高差法适宜于线路高程测量，仪器高法适宜于较大面积高程测量（安置一次仪器测定多点高程）。,几何水准测量的目的,测定两点之间的高差，进而由已知点高程求出未知点高程。,几何水准测量的原理：1.在两点垂直竖立刻有分划的标尺2.在两标尺间建立水平视线3.由水平视线读数，计算出两点的高差：hAB=a-b4.计算点高程HB,几何水准测量的原理：,后视,前视,前进方向,水准尺,水准尺,高差法,仪器高（视线高）法,HB=HA+hAB,HB=HA+hAB=HA+a-b=(HA+a)-b=Hi-b,2水准测量的仪器和工具,一、水准仪：,建立水平视线的仪器,1.水准仪的系列,仪器型号DSi中，D、S分别取汉语拼音大地测量仪器、水准仪的字头，i为每千米高差中数中误差。,2.水准仪的构造,望远镜,望远镜成像原理：,视准轴,：等效物镜光心与十字丝交点的连线CC,物镜,调焦透镜,十字丝分划板,目镜,C,C,望远镜四大光学部件：物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜,水准器1）管水准器（参见P13，图2-6）,水准轴：,过零点水准管圆弧的纵切线,水准管分划值：水准管上一个分划（2mm）所对的圆心角t=r2(mm)/R式中：R水准管顶面圆弧的曲率半径。2）圆水准器（参见P13，图2-6）圆水准器轴：过圆分划线中心的球面法线,3.水平视线的建立,结构上保证视准轴与水准轴平行，并紧固在一起调整脚架、脚螺旋及微倾螺旋使水准轴水平（水准管气泡居中）,二、水准尺和尺垫参见P12，图2-3、2-4,3水准仪的使用,1.仪器各部件的认识（参见P13，图2-6）,2.安放脚架,3.调节脚螺旋，粗平仪器圆气泡居中（参见P11，图2-14）,4.瞄准水准尺，调节焦距，消除视差,5.调节微倾螺旋，精确符合水准气泡（参见P14，图2-8）,6.读数,4水准测量的外业,一、水准点国家测绘部门在全国各地埋设的已知高程的固定点。,二、水准路线1.单一水准路线2.水准网,附合水准路线,闭合水准路线,支水准路线,三、水准测量的实施,当已知A点高程，欲知B点高程，可连续设站如图高差hi=ai-bi（后前）h=(a-b)=a-bHB=HA+h水准测量记录见P16，表2-1,A,B,水准测量手簿日期仪器观测；天气地点记录。,1.481,1.347,0.134,0.684,1.269,0.585,1.473,1.473,0,1.473,1.584,0.111,2.762,1.606,1.156,=7.873,=7.279,ab=+0.594,1.290,0.696,h=1.2900.696=+0.594,8.248,h=hAB=HBHA=+0.594,四、水准测量的检核,1.测站检核检核测站读、算错误2.计算检核检核路线计算错误3.成果检核综合检验,变动仪器高法：两次高差之差，工程（五等）水准允许6mm；,双面尺法：黑红面高差之差允许6mm。,变动仪器高法：a-b=h正+h负=h,双面尺法：(h黑+h红)/2=h正+h负,附合水准路线的闭合差：f=h测-（H始-H终）各等级水准测量之f均有相关规定（下同）。,闭合水准路线的闭合差：f=h测,支水准路线的闭合差：f=h往-h返,5水准测量的内业,3.高差闭合差的调整闭合差调整，按与测站(或距离)成正比例、反符号分配的原则进行。按上述原则计算每测段的改正数vi检核：vi=-f4.计算改正后的高差各测段实测高差加上改正数。5.计算各待定点高程,水准路线计算步骤：1.计算高差闭合差fh2.计算闭合差容许值fh容四等：mm或mm五等：mm或mm式中L路线长度，以千米计n测站数若闭合差在容许范围内，可进行闭合差调整。,高差闭合差调整：将高差闭合差反符号按测段长度或测站数成正比进行分配。设vi为第i个测站的高差的改正数，Li和ni分别代表该测段长度和测站数,则：,高差闭合差的调整(按距离调整)（1/2）,copyrightWeibao.Zou,高差闭合差的调整(按距离调整)(2/2),copyrightWeibao.Zou,6水准测量的误差分析,1.i角误差2.水准尺误差（刻划误差，尺长变化，弯曲等）,一、仪器误差,i角视准轴与水准轴不平行在铅垂面上投影的交角。,使用前检验误差大小，加改正数消除其影响。,前后视距相等消除其影响。,二、观