工程测量1课件

第一章绪论,第一节1.测量学的任务2.测量学在工程建设中的作用第二节测量学发展概况第三节地面点位的确定第四节用水平面代替大地水准面的限度第五节测量工作概述,一.1测量学的任务,测量学的概念测量学:是指研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学,研究地球表面(或空间)局部区域的几何形状及位置,并对空间位置信息进行处理、储存、管理和应用的一门学科。,测定：指利用测量仪器、工具，通过测量和计算，得出我们所需要的数据或把它绘制成图，为规划设计、经济建设、国防建设及科学研究提供服务。,测设：利用测量仪器、技术把图上设计、规划好的建（构）筑物的位置在施工场地上标定出来，作为施工的依据。,一.1测量学的任务,测量学包括的两大内容:,测定与测设,大地测量学摄影测量与遥感学工程测量学,测量学分类,根据研究范围和研究对象的不同，一般可分为：,一.1测量学的任务,大地测量学研究地球形状、大小，解决大范围的定位问题。以研究、确定测量基准面、建立高等级控制网为主要任务。,大地控制测量,一.1测量学的任务,工程测量学:专门研究在各种工程规划、设计、施工及管理中的测量理论和方法。是专门为工程建设提供服务的。,土木工程测量(房屋、道路、桥梁等）水利工程测量输电线路工程测量矿山工程测量等等,工程测量又可以分为：,一.1测量学的任务,摄影测量与遥感学利用摄影或遥感技术获取地球表面物体的信息，经过处理以确定物体的形状、大小及空间位置的理论和方法。主要有：航空摄影测量、遥感测量以制作中小比例尺地形图或其他专题地图为主要任务,一.1测量学的任务,工程测量,地形测量学,海洋测量学,地图制图学,此外，还有：,一.1测量学的任务,一.2测量学在工程建设中的作用,工程建设从立项到完工一般要经历：立项审批勘测设计施工竣工验收,1、勘测阶段测绘大比例尺地形图,2、规划设计阶段地形图的应用研究,3、施工阶段场地平整、施工放样、变形监测,4、竣工阶段竣工验收测量、编绘竣工总图,地形图是土木工程规划、设计的依据,在输电工程中，需要在1：5万的地形图上标定出线路的路径，然后在实地初步选择线路路径。为了便于线路设计，需要测量人员进行平断面测量，并绘制断面图。在杆塔施工过程中，需要进行杆塔定位测量及杆塔基础分坑测量。输电线路工程完工后，为了保证导线对地的距离满足要求，还需要进行导线弧垂观测。,一.2测量学在工程建设中的作用,平断面图,第一章绪论,第一节1.测量学的任务2.测量学在工程建设中的作用第二节测量学发展概况第三节地面点位的确定第四节用水平面代替大地水准面的限度第五节测量工作概述,目前，电脑型全站仪配合丰富的软件，逐渐向全能型和智能化方向发展。带电动马达驱动和程序控制的全站仪结合激光、通信及CCD技术，可实现测量的全自动化，具有这种功能的全站仪称为测量机器人。测量机器人可自动寻找并精确照准目标，在1s内完成任一目标点的观测，测量机器人可广泛用于变形检测和施工测量。CCD，英文全称：Charge-coupledDevice，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。,第二节测量学发展概况,GPS测量系统，在地形测量和施工放样中得到广泛应用。将GPS接收机与全站仪或测量机器人连接在一起，称为超全站仪或超测量机器人，它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵魂的三维极坐标测量技术完美结合起来，可实现无控制网的各种工程测量，大大减轻了测量人员的劳动强度，提高了测量工作的效率。,第二节测量学发展概况,全球导航系统，除了GPS之外，还存在几个卫星导航系统，分别是：,第二节测量学发展概况,欧洲的GALILEO（伽利略）系统,俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯）系统,中国的北斗（COMPASS）导航系统,共同构成四大导航系统,俄罗斯的GLONASS系统,第二节测量学发展概况,GLONASS是（GlobalNavigationSatelliteSystem）的简写，是前苏联国防部与20世纪80年代初开始建设的全球卫星导航系统，从某种程度上来说是冷战的产物。GLONASS是继GPS之后第2个军民两用的全球卫星导航系统。,第二节测量学发展概况,中国的北斗（COMPASS）导航系统,北斗卫星导航系统是我国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，能够提供高精度、高可靠的导航、定位和授时服务。,第二节测量学发展概况,第三步，于2020年左右，北斗卫星导航系统将形成全球覆盖能力。,中国北斗导航系统发展战略：,第一步，建成由3颗卫星组成的北斗卫星导航试验系统，解决有无问题；,第二步，建设北斗卫星导航系统，于2012年前形成我国及周边地区的覆盖能力；,欧洲的GALILEO（伽利略）系统,第二节测量学发展概况,从设计目标来看，“伽利略”的定位精度优于GPS。如果说GPS只能找到街道，“伽利略”则可找到车库门。“,第二节测量学发展概况,四大导航系统是兼容而不是独立，不久将实现一个导航仪可以接收到四大导航系统的信号。,四大导航系统的相互关系,第一章绪论,第一节1.测量学的任务2.测量学在工程建设中的作用第二节测量学发展概况第三节地面点位的确定第四节用水平面代替大地水准面的限度第五节测量工作概述,第三节地面点位的确定,一地球的形状和大小,形状：椭球体，近似圆球。,一地球的形状和大小,大小：长半轴6378.140km短半轴6356.755km,表面：高低不平，有山有水，千变万化，形态各异。,最高珠峰8844.43m,最低马里亚纳海沟-11022m,海洋占71%陆地占29%,1、地球自然表面,水准面、大地水准面,72.260m,一地球的形状和大小,大地水准面:通过平均海水面并延伸穿过陆地所形成的水准面。（即静止的平均海水面向内陆延伸包围整个地球所形成的闭合曲面称大地水准面）,水准面:自由静止的水面。即重力等位面，处处与重力方向线垂直。（有无数个）,大地体:大地水准面所包围的实体。最接近地球的形状、大小。,一地球的形状和大小,大地水准面的特性：处处与重力方向线垂直。（是唯一的一个，且稍有起伏，一定范围内可看成是光滑的。）,大地水准面的作用：作为普通测量的投影基准面，即绝对高程的起算面。,一地球的形状和大小,水平面：与水准面相切的平面。在一定范围内可以代替水准面。,水平面,水准面,一地球的形状和大小,参考椭球面：以地球的短轴（地轴）为旋转轴，长半轴为半径的椭圆旋转而成的椭球面。,一地球的形状和大小,a,b,参考椭球面,S,N,大地水准面,a=6378.140kmb=6356.755km,R6371km,法线,铅垂线,第三节,一地球的形状和大小,1954年北京坐标系1980年国家大地坐标系,大地体,参考椭球体,二、地面上点位的表示方法,地面上一点的位置一般用该点在某一投影面上的位置及该点到大地水准面的铅垂距离来表示。地面点在投影面上的位置称为坐标，地面点到大地水准面的铅垂距离称为高程。,A,X,Y,HA,投影面,XA,YA,P,高程,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,1.地理坐标,是用经度、纬度来表示地面点在球面上的位置。,子午面：,通过地面一点和地轴所作的平面。,首子午面：,经过伦敦格林尼治天文台的子午面,经度（）：,某点的子午面与首子午面之间所组成的二面角,纬度（）：,（东经、西经）,某点的铅垂线或法线与赤道面之间的夹角。,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,2.平面直角坐标,A、轴名互换，纵轴为X轴，横轴为Y轴。B、角度起算方向X轴的北方向顺时针转。C、象限与数学相反。,X,Y,X,Y,1,1,2,2,3,3,4,4,数学坐标系,测量学坐标系,（1）独立平面直角坐标（也称假定平面直角坐标）,（适用于小范围，不方便连测国家坐标时）,测量平面直角坐标与数学坐标的区别：,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,2.平面直角坐标,（2）高斯平面直角坐标,用图纸来表示地球表面的形状和大小，涉及到投影的问题。,在小范围，如地形测量、工程测量，我们可以将投影面当作水平面看待，把地球表面上的物体垂直投影到水平面上绘制成图。而当范围大的时候，如大地测量，它研究的是大范围的测量，如果我们也把投影面参考椭球面投影到一个平面上，这样就会产生投影误差。范围越大，误差就越大。,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,2.平面直角坐标,（2）高斯平面直角坐标,曲面展开成平面，就会产生变形，范围越大变形就越大。怎样投影才能使误差最小？,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,2.平面直角坐标,（2）高斯平面直角坐标,必须采取一定的投影方法，来保证投影误差远小于测量误差，这样才可以忽略不计。测量上一般采用等角投影（又称保角投影，正形投影，正射投影）的方法进行投影，即形状不变，长度或面积按比例缩小。目前世界上公认、通用的是高斯投影。,二、地面上点位的表示方法,（一）坐标,2.平面直角坐标,（2）高斯平面直角坐标,1）高斯投影的概念,高斯分带投影,离中央子午线越近变形越小，可以通过控制带幅，减小投影误差。目前常用的分带有60、30还有1.50。,二、地面上点位的表示方法,（2）高斯平面直角坐标,2）高斯平面直角坐标的建立,X（中央子午线）,（赤道）,X,Y,60带,30带,二、地面上点位的表示方法,（2）高斯平面直角坐标,2）高斯平面直角坐标的建立,经度与带号的换算,带号N=L/6取整+1该带中央子午线经度:L0=6N-3L某点的经度,如:已知北京的经度为11735,求该点位于6带的第几带?,解:带号N=11735/6+1=19+1=20(带),经差6度为一带，把地球分成60个带,6度带：,3度带：经差3度为一带，把地球分成120个带带号N=(L-130)/3取整+1该带中央子午线经度L0=3NL某点的经度,如:已知某点的经度为11215,求该点位于3带的第几带?,解:带号N=（11215-130）/3+1=36+1=37(带),经度与带号的换算,3度带：,横坐标自然值与通用值,我国位于北半球，X值全部为正，Y值有正有负，为了计算方便，不出现负的Y坐标值，将X轴向西移动500公里，并在横坐标前加上所在带号，称通用值。如:19358768.25m,Y,500KM,中央子午线,X,O,A、若第20带某点的横坐标自然值为：-34567.8m，则通用值为：-34567.8m+500000m=465432.2m写为：20465432.2m,B、若第19带某点横坐标自然值为：+234567.5m，则通用值为：234567.5+500000=734567.5m写为：19734567.5m,A,B,自然值与通用值的换算：,C、假如知道通用值，求在中央子午线的哪一侧？如A点的Y值为20465432.2m，问这点在中央子午线的哪一侧？距离中央子午线多远？解:465432.2m-500000m=-34567.8m为负值，在西侧；若为正值，则在东侧,如B点。距离中央子午线34567.8m（自然值）,自然值与通用值的换算：,1.绝对高程:（海拔高）：地面点沿铅垂线到大地水准面的距离。用H表示2.相对高程（也称假定高程）：地面点沿铅垂线到任意水准面的距离。用H表示,（二）高程,二、地面上点位的表示方法,3.高差：两点高程之差。hAB=HB-HA=HB-HA（注意高差有方向性）hAB=-hBA,我国的高程系统56年高程系统原点高程：72289M85年高程系统原点高程：72260M,如:A点的高程为78.56m,B点的高程为89.78m,则A到B的高差是+11.22m,B到A的高程是-11.22m.,72.260m,第一章绪论,第一章绪论,第一节1.测量学的任务2.测量学在工程建设中的作用第二节测量学发展概况第三节地面点位的确定第四节用水平面代替大地水准面的限度第五节测量工作概述,从分带投影的理论中我们已知道,当带幅较小时,投影误差可以忽略.水准面是一个曲面,水平面是与水准面相切的平面。当范围较小时，可以不考虑地球曲率的影响，直接把地球表面的物体投影到水平面上。即用水平面代替水准面，那么多大范围可以代替？,第四节用水平面代替水准面的限度,一、对距离的影响参看表1-1当距离小于10km或在半径小于10km的范围内测量时，可不考虑地球曲率的影响，即可用水平面代替水准面。（10km相对误差百万分之一）,第四节用水平面代替水准面的限度,二、对高程的影响参看表1-2用水平面代替水准面对高程的影响较大，当距离大于300m时一般都必须考虑地球曲率的影响。（100m约有1误差),第四节用水平面代替水准面的限度,第一章绪论,第一节1.测量学的任务2.测量学在工程建设中的作用第二节测量学发展概况第三节地面点位的确定第四节用水平面代替大地水准面的限度第五节测量工作概述,第五节测量工作概述,测量工作的基本内容测量的基本问题就是确定点位。即确定点的平面(或球面)位置和高程。（X，Y，H）或(L,B,H)点位确定三要素：水平距离、水平角、高程（水平距离